사람들은 할 수 있다면 반나절이라도 휴가를 내서 힘든 일을 피하려고 한다. 그러나 우리 인체 세포와 각 부속기관들은 연중 하루라도 쉬는 ‘사치’를 누리지 않는다. 이들이 쉬지 않고 일하기 때문에 우리는 생명을 유지하고 건강하게 살아간다.

과학자들은 가끔 세포를 작은 공장에 비유하곤 한다. 분업을 하는 공장과 같이 세포에는 각각의 특화된 부문과 기계들이 설치돼 있다. 이 세포기관과 기타의 구조물들은 임무 완수를 위해 각자에게 맡겨진 제 역할을 충실히 수행하고 있다.

미국 국립보건원 산하 일반의학 연구원(National Institute of General Medical Sciences )이 제공하는 주요 ‘세포 노동자’들의 쉼 없는 노동현장을 둘러본다.

에너지 발전소 역할하는 미토콘드리아

세포 안의 작은 기관인 미토콘드리아(mitochondria)는 세포에 동력을 공급하는 발전소 역할을 한다. 이들은 세포의 거의 모든 과정에 에너지를 공급하는 ATP(adenosine triphosphate) 분자를 음식으로부터 전환시킨다. 위의 그림에 나타난 것처럼 미토콘드리아(갈색)는 뚜렷한 긴 직사각형 모습을 하고 있다. 미토콘드리아 역시 대부분의 다른 세포기관들처럼 외막(外膜)에 둘러싸여 있으나, 안에는 에너지 생산 공간을 더 많이 확보할 수 있도록 여러 겹이 접혀져 있는 내막이 있다.

미토콘드리아는 또한 칼슘 이온을 저장하고 적혈구의 혈색소(헤모글로빈) 생성을 돕는다. 혈색소는 철분을 함유한 필수 단백질로 적혈구가 산소를 운반할 수 있도록 한다. 미토콘드리아는 몇몇 호르몬을 생산하는 데도 관여한다. 미토콘드리아에 결함이 생기면 매우 드물지만 때로는 치료가 어려운 질병에 걸릴 수 있다. 이런 질병은 증상이 약한 것부터 심각한 것까지 범위가 넓다. 과학자들은 세포에서 이같이 많은 일을 하는 미토콘드리아의 실체를 더 잘 파악하고, 미토콘드리아 질병 치료법을 찾기 위해 연구를 계속하고 있다.

단백질 생산자, 리보솜

세포질 속에서 단백질을 합성하는 리보솜(Ribosomes)은 50개 이상의 단백질과 rRNA(ribosomal RNA)로 불리는 서너 가닥의 유전물질로 구성된 복잡한 기관이다. 이들은 분주하게 단백질을 만들어내는데, 단백질은 세포에서 거의 모든 구조를 형성하고 기능을 수행하는 핵심 물질이다. 이를 위해 리보솜은 메신저 RNA에서 전해오는 단백질 생성 지침서를 판독한다. 리보솜은 사람이나 동식물, 박테리아까지 세포로 구성된 모든 생명체에서 발견된다. 그림에 나타낸 박테리아 리보솜의 도해는 리보솜에 있는 모든 원자의 위치에 대한 세부정보를 사용해 만들어졌다.

여러 종류의 항생제들은 인체의 리보솜에는 영향을 미치지 않고 박테리아의 리보솜에만 작용하도록 해서 항생효과를 발휘한다. 과학자들은 인체와 박테리아 리보솜 사이의 차이점을 발견하기 위해 신중하게 비교 연구를 계속하고 있다. 박테리아의 리보솜에서만 나타나는 구조가 발견되면 새로운 항생제의 치료 타겟이 될 수 있다.

조립라인 노동자로서 분주한 '핵소체' 

많은 세포에서 가장 확실하게 눈의 띄는 것은 세포핵이다. 세포핵에는 핵소체(nucleolus)라 불리는 작은 구조물이 있다. 이 핵소체는 리보솜의 rRNA를 만드는 핵심적인 역할을 한다. 핵소체는 분주한 조립라인에 뛰어들 자세와 준비를 갖추고 rRNA 제조 지침서를 가진 염색체 안 DNA의 한 부분에 위치한다. rRNA는 제조 처리가 되면서 핵소체 안의 영역을 통과해 나간다.

최근 연구에 따르면 핵소체 안의 각 칸들은 이 기관을 만들기 위해 스스로 자기 조직을 해나가는 것으로 파악됐다. 그 이유는 핵소체를 만드는 단백질들이 마치 물과 기름과 같아, 서로 분리되어서 알맞은 기능에 필요한 뚜렷한 영역(그림 상의 푸른색, 연두색, 붉은 색)을 창출해 내기 때문이다.

과학자들은 핵소체가 리보솜을 만드는 외에도 세포 성장을 조절하는 단백질 수치를 점검하는 기능을 수행하기 때문에 이에 관한 연구를 계속하고 있다. 암이나 심장병과 같은 질병들에서는 핵소체가 잘못된 기능을 하고 비정상적인 세포 성장을 유도하기도 한다. 과학자들은 이러한 일탈의 원인을 찾고 핵소체의  정상적인 기능을 회복토록 하는 치료법 발견을 위해 노력하고 있다.

이 같이 복잡하고 아직도 많은 부분이 밝혀지지 않은 세포 활동은 단순히 일상의 기계적인 현상이라고 치부할 수 있으나, 그 정교한 체계와 활동은 항상 ‘생명에의 외경(畏敬)’을 느끼게 한다.