3장. 단식과 오토파지

3장. 단식과 오토파지

신선: “공복을 견뎌보 게. 속세의 음식보다 깊 은 진리가 숨어 있지.”

오스미 교수 (당황하 며): “에… 그래도 밥 은 먹고 하셔야죠, 신선 님…”

오스미 교수: (잠꼬대를 심하게 한다) “굶으면, 안의 세계가 깨어나지. 오토파지, 쓰레기 단백 질 재활용!, 아아아~”

오스미 교수: “꿈에서 신선과 세포가 공복의 지혜를 알려주었습니 다.”

관객들: (우뢰와 같은 박수) “와… 굶고도 상 받다니, 신선급 과학 자!”

오스미 교수: (다시 꿈 에서)) “이거, 노벨상은 신선님 덕분입니다.”

신선: 앞으로 새로운 시 대가 열린다네

3장. 단식과 오토파지

세포마다 수명이 다르다

천은숙 박사님, 제가 아는 분이 암에 걸리셨는데 단식을 하시더라구 요. 암에 걸렸으면 밥을 잘 먹고 힘을 내야 하는거 아닌가요?

이박사 아~ 네. 체력이 약해진 상태에서 단식을 하는 건 위험할 수 있 다고 생각합니다. 하지만 체력이 좀 갖추어진 상태에서 단식을 하는 것은 세포 안의 쓰레기를 청소하는 과정으로 인체 전반의 건강을 개 선하는데 도움이 될수 있습니다.

박지혜 (깜짝 놀라며) 세포를 청소한다는게 무슨 뜻이에요. 세포 안에 도 쓰레기가 있나요? 세포안의 쓰레기는 무엇으로 청소하나요?

이박사 세포 안에도 쓰레기가 있지요. 쓰레기라는 뜻이 사용할수 없는 것이란 의미를 가진다면 말입니다. 이를 이해하기 위해서는 먼저 인 체 조직마다 제각기 다른 수명을 이해하는게 좋을거 같아요. 혹시 우 리몸의 세포가 몇 개인지 혹시 아시나요?

김숙희 100만개?

박지혜 100억개?

이박사 대략 30조에서 50조개 정도 된다고 해요. 우리몸은 216개의

제각기 다른 조직으로 구성되어 있다고 해요. 일종의 분업화가 된 거 라 생각할수 있지요. 뼈세포, 피부세포, 신경세포 등등 구조와 기능이 다르잖아요. 그런데 이들 세포들은 수명도 제각기 달라요

천은숙 세포마다 수명이 다르다고요? 세포는 우리 사람의 수명과 같 은거 아닌가요? 한번 태어나면 죽을 때까지 쓰는거 아닌가요?

이박사 하하. 아닙니다. 평균적으로 세포의 수명은 10개월에서 14개 월 사이입니다. 그런데 수명이 제각기 달라요. 예를 들어서 적혈구의 수명은 90일에서 120일이에요 가장 수명이 짧은 것 중 하나는 소화관 상피세포에요. 예를 들어 식도의 상피세포는 수명이 3일 정도이구요. 소장상피세포는 7일 정도의 수명을 가진다고 해요. 그런데 수명이 아 주 긴 세포들도 있어요. 신경세포나 심장근세포는 수명이 50년 정도 나 된다고 하지요.

수명이 긴 세포일수록 세포 안에 쓰레기가 계속 쌓인다

박지혜 와~ 세포마다 모양과 기능이 다르고, 수명도 이렇게 큰 차이 가 나는군요.

이박사 그렇습니다. 그런데 크기도 매우 달라요. 적혈구 부피가 평균 100㎛3이고 폐의 대식세포가 5000㎛3입니다. 그러니까 폐의 대식세 포가 적혈구보다 50배 더 크다고 할수 있겠지요. 조골세포도 4000㎛3 이네요. 심장근세포는 이보다 더 커서 15000㎛3입니다. 그리고 뇌세 포는 4000에서10000㎛3정도로 알려져 있어요. 그러니까 적혈구에 비 해서 신경세포나 심장근세포는 40배에서 100배 이상 크답니다. 수명

표3-1. 세포의 종류와 수명 세포종류/조직 수명(일) 세포부피(㎛3) 지방세포 2248 600,000 적혈구 90 100 임파구 7-60 200 중성구 1-5.4 300 췌장 베타세포 20-30년 1000 부신 455 정자 3-5일 30 난세포 1 4,000,000 골수 3.2 섬유아세포 1-3 year 2000 단핵구 1-7.4 100-400 대장 3.5 15-25 ㎛ 반경 자궁내막 13 10-20 ㎛ 반경 식도 10 심장근세포 25300 15,000 피부상피세포 64 1-15 ㎛ 반경 신장 270 10-30 ㎛ 반경 간 327 20-30 ㎛ 반경 폐 200 50-100㎛반경,2000-3000 폐 대식세포 81 5000 뉴런(뇌신피질) 32850 4-100 ㎛ 반경, 4000-10000 조골세포 8.3 4000 직장 3.5 - 침샘 60 8-12 ㎛ 반경 골격근 5510 10-100 반경, 2-3cm길이 평활근 67.5 1-5 ㎛반경,20-500길이 비장 7.8 125 갑상선 3180 20-250 ㎛반경 방광 49 5-250 ㎛반경

도 길고. 그러니까 세포 내부에 쓰레기가 보다 많이 쌓일 수 있어요

김숙희 세포마다 모양도 다르지만, 부피도 다르고 수명도 다르다는건 오늘 처음 알았습니다. 우리가 사는 집도 청소를 하지 않으면 지저분 한 것들이 주변에 많아져서 일을 할 때에도 효율이 떨어지고 위생적으 로도 좋지 않지요. 그래서 저는 매일 아침마다 청소를 합니다. 세포내 부에 쓰레기가 쌓이는 이유는 무엇인지 궁금합니다.

미토콘드리아의 활성산소는 세포내 분자들을 엉기에 한 다

이박사 좋은 질문입니다. 먼저 가장 중요한 원인 중 하나는 활성산소 때문이에요. 우리 몸에서 에너지를 생성하기 위해서는 무엇이 필요하 죠?

천은숙 영양소가 필요하지요

이박사 영양소를 일종의 연료이지요. 우리가 예를 들어 나무 장작에 열을 낼 때 어떻게 하나요?

송진영 나무에 불을 붙인 다음에 부채 같은 걸로 살살 부쳐주지요.

이박사 그렇습니다. 부채로 부치는 이유는 산소를 공급해주기 위해서 이지요. 나무가 잘 타기 위해서 산소가 필요한 것처럼 우리 몸에서도 에너지를 생성하기 위해서는 음식물의 영양소와 함께 산소가 필요합 니다. 여러분 숨을 못 쉬면 답답하잖아요? 그 이유가 산소를 공급할

그림3-1. 나무를 연소시키거나 세포의 호흡은 동일하게 산소를 결합하여 에너지를 생성한다

수 없어서에요

박지혜 네. 라브와지에라는 프랑스 과학자가 연소실험을 통해 산소를 밝혀냈다고 들었어요. 촛불을 작은 병 안에 넣으면 처음엔 초가 타지 만 시간이 지나면서 병안의 산소가 모두 사용하면 촛불이 꺼지는 실험 을 했었지요.

이박사 네. 맞습니다. 우리가 호홉을 하면 폐를 통해서 산소가 공급됩 니다. 그러면 폐안에 있는 작은 주머니가 100만개가 되는데 이를 폐

포라고 해요. 폐포의 얇은 세포막을 통해 모세혈관의 적혈구로 산소 가 전달됩니다. 적혈구가 산소를 받아서 인체 전반의 세포들에게 산 소를 공급해줍니다. 그러면 적혈구에서 세포들이 산소를 받아서 미토 콘드리아라고 하는 세포 안에 있는 세포소기관에게 산소를 전달합니 다. 미토콘드리아가 산소를 이용해서 에너지를 생성하는데 ATP라는 분자형태로 에너지를 저장한답니다. 좀더 자세히 설명을 드리자면 세 포의 영양소를 이용한 에너지 대사는 해당과정, TCA사이클, 전자전 달계라는 3단계 과정을 거칩니다(그림3-2). 해당과정은 산소 없이 세 포질에서 일어나구요, 나머지 2단계는 산소를 이용하여 미토콘드리아 에서 생화학반응이 일어납니다.

김숙희 미토콘드리아가 산소를 이용해서 ATP라는 에너지를 만든다는 건 알겠습니다. 그런데 그게 세포 안에 쓰레기를 만드는 것과 무슨 관 계가 있는건가요?

이박사 좋은 질문입니다. 미토콘드리아가 산소를 이용해서 ATP에너 지를 만드는데 산소 2만개 중에 1개는 활성산소를 만들게 됩니다. 활 성산소에서 활성이라는 의미를 '활발하다', 즉 '화학반응을 잘 일으킨 다'는 의미에요. 그래서 활성산소가 생기면 주변에 유전자가 있으면 유전자와 화학반응을 해서 유전자의 구조를 변형시키고 기능을 못하 게 합니다. 그리고 활성산소 주위에 단백질이 있으면 단백질과 반응 을 해서 단백질의 구조를 바꾸고 기능을 못하게 하지요 ATP는 ADP 와 인산(Pi)로 분리되면서 에너지를 생성하고, 다시 영양소를 이용하 여 ADP와 인산이 결합하는 과정을 하루 1천번 반복합니다(그림3-3). ATP는 인체에 40g 정도 있으니 1천번이면 40kg이 되는 셈이네요.

세포질 포도당 암세포는 를 암세포의 산화적 해당과정 젖산생산에 이용하며 이때 포도당 분자당 개의 를 생산한다 젖산 피루브산 효과

미토콘드리아 피루브산

아세틸그룹 ㎛ 이산화탄소 개 회로

산소 전자 개 전달계 물 총 개

㎛

정상세포는 그림3-2. 인체해당과정 에너지전자전달계롤 세포안에서 사이클 통하여 포도당 분자당 생산은 해당과정, 개의 를 생산한다 개 세포당 평균 개의 미토콘드리아가 있다 TCA사이클, 전자전달계의 3단계 과정을 거친다. 이중 해당과정은 세포질에서, 산소없이 4개의 ATP를 생성한다. TCA사이클과 전자전달계는 미토콘드리아에서 이루어지며 32개의 ATP를 생성한다.

활성산소는 항산화영양소, 항산화효소가 방어한다

김숙희 활성산소가 화학반응을 잘 하는 이유는 무엇인가요?

이박사 아네. 그건 쉽게 말씀드려서 전자는 짝을 이루면 안정한데, 활 성산소는 짝을 이루지 못하는 산소라고 생각하시면 됩니다. 짝수는 2, 4, 6, 8 이런 식이고, 홀수는 1, 3, 5 이런 식이잖아요. 전자는 마이너 스 전하를 가지고 있지만 동시에 자전을 합니다. 그래서 자기장을 만 들어요. 하나의 전자가 돌면 N극과 S극이 생기는데 이러면 불안정해 져요. 그래서 옆에 다른 전자가 짝을 이루어서 그 전자의 반대 방향 으로 자전하면서 N극과 S극을 만들어 자성을 상쇄시키면 안정해지는 거죠.

송진영 산소 2만개 중에 활성산소가 1개 나온다면 매우 많은 활성산소 가 나오는 것이군요.

이박사 네. 그렇습니다. 그래서 우리 몸에는 항산화효소를 만들어요. 그리고 다양한 식물들에는 항산화성분들이 있어서 우리 몸의 활성산 소로 위험해지는 것을 막아줍니다. 비타민 중에서도 비타민C나 비타 민E, 비타민A등이 항산화역할을 합니다. 그래서 이들 항산화역할을 하는 비타민들을 잘 섭취하면 뇌의 발달에도 많은 도움이 됩니다.

박지혜 그러니까 활성산소가 만들어져서 단백질과 반응하면 단백질이 엉기면서 기능을 못하게 되는 거군요. 그리고 지질과 반응하면 지질 이 엉기고, 유전자와 반응하면 유전자가 고장 나서 방치를 하는군요. 그게 바로 세포안의 쓰레기라는 말씀이시군요.

뉴클레오티드 인체에는 40g정도의 ATP가 존재하며 뉴클레오시드 하루 1000번 정도 ATP에서 ADP+Pi로 다시 ADP+Pi에서 ATP로 회전한다. 질소 염기 따라서 하루 40kg의 당 ATP를 사용하는 인산(Pi) 셈이다.

시각/청각 결합이 끊어며 소리/운동 에너지가 생성됨 소화/면역 등에 이용됨 7.3Kcal/mol

영양소산화로 가 결합됨

인산(Pi)

그림3-3. ATP의 소모와 생성과정 ATP는 ADP와 Pi(인산)으로 분리되면서 에너지를 생성한다. 에너지는 운동을 하 거나 형태가 변환되는 것으로써 발생한다고 인식할수 있다.

이박사 맞습니다. 세포가 매우 작다고 생각하기 쉽지만 미생물에 비해 서는 1천배이상 큰 부피를 가지고 있습니다. 평균적으로 1개의 세포 에는 200개 내지 300개의 미토콘드리아가 있다고 해요. 미토콘드리 아는 세포의 발전소라는 별명을 가지고 있습니다. 간세포의 경우에는 일을 많이 하기에 간세포 하나당 1700개에서 2200개의 미토콘드리아 가 있습니다[12]. 그러니까 몇 개나 몇십 개의 미토콘드리아가 고장나 도 세포는 고장난 상태에서 방치를 합니다. 이게 점점 쌓이면서 활성 산소가 많이 생기고 ATP생성을 줄어 질병이나 노화가 진행되는 것이 죠(그림3-4).

세포안 쓰레기를 청소하면 세포는 젊어지고 건강해진다

송진영 박사님. 그렇다면 세포안의 쓰레기를 청소하면 세포가 다시 젊 어질 수 있는겁니까?

이박사 그렇습니다. 혹시 우리 몸에서 물의 비율이 얼마정도인지 아시 나요?

송진영 대략 70퍼센트 정도로 알고 있습니다.

이박사 네. 맞습니다. 그런데 어린이의 경우는 좀 더 많아서 전체 몸 무게의 80퍼센트가 물이라고 합니다. 성인이 되면 70퍼센트 그리고 노인이 되면 대략 60퍼센트로 물의 비율이 줄어듭니다. 그래서 노화 는 물이 빠져나가는 현상이라고 표현하는 과학자도 있습니다.

송진영 노화가 진행되면 물이 줄어드는 이유는 무엇인가요?

활성산소 활성산소는 증가하고 ATP(생물에너지) ATP에너지가 감소하면 세포사망이 진행된다 수준

ATP에너지가 충분한 항상성 범위내에서 질병, 염증 건강상태의 요동 세포사망시작 회복불능영역 사망으로 이어짐

적응반응 조절된 세포사망 개시 조절된 세포사망 진행

그림3-4. ATP는 증가하고 활성산소가 감소하면 건강하다. 반면 ATP는 감소하고 활성산소가 증가하면 인체는 질병과 사망에 이른다

이박사 그것은 세포 내부에 쓰레기가 점점 증가하기 때문으로 추정할 수 있습니다. 물이 있어야 할 공간에 쓰레기가 쌓이면서 물이 점점 줄 어들게 되는 것이죠.

송진영 그렇다면 세포안의 쓰레기를 청소하면 세포안의 물의 양이 증 가할 수 있고, 다시 회춘을 할 수 있다는 의미이신가요? 만약 그렇게 만 된다면 정말 좋겠습니다.

이박사 그렇습니다. 그래서 사람을 대상으로 한 연구에 의하면 단식을 하면서 몸의 수분양이 10퍼센트 증가한다는 연구보고가 있습니다. 실 험용으로 많이 쓰는 촌충, 초파리, 마우스의 경우 칼로리를 제한하여 수명이 20에서 50%까지 증가한 것으로 나옵니다. 사람의 경우 오키

나와 주민들이 영양권장량의 62%정도로 소식을 하는데 뇌혈관질환, 암, 심장질환으로 인한 사망이 일반인에 비해 각각 59%, 69%, 59% 라고 나옵니다.

송진영 칼로리를 제한하면 수명이 연장되는 이유가 무엇일까요?

이박사 좋은 질문이십니다. 과학자들은 여러가지 원인을 들고 있어 요. 무엇보다 활성산소가 감소한다는 것이지요. 지나치게 커진 지방 세포는 활성산소와 함께 아디포카인이라는 독소를 만듭니다. 따라서 칼로리를 제한하면 지방세포 크기가 감소하면서 산화스트레스와 염증 이 감소됩니다. 지방세포와 체지방이 감소하면서 영양소들에 대한 세 포의 감수성이 증가하면서 대사효율이 원활해지겠지요. 그러면 심혈 관질환도 감소하게 되구요. 유전자손상도 적어지니 암이나 제1형당뇨 도 감소하겠군요. 그리고 심부의 온도감소도 수명연장의 효과를 보인 다고 합니다. 대사가 빨라지면 그만큼 체온이 올라가고 수명이 단축 된다는 것이지요. 실제로 육식을 하는 일반인에 비해 채식인의 체온 이 0.5도 정도 낮다고 보고되어 있습니다.

굶으면 세포가 스스로 청소한다

송진영 그렇다면 단식을 할때 수분양의 비율이 증가한다는 것은 단식 을 하면 세포 안의 쓰레기가 청소된다는 뜻인가요? 그리고 각종 질병 이 개선된다고 볼 수 있을까요?

이박사 그렇습니다. 그림3-5와 같이 육류, 백밀, 백미, 설탕, 탄수화 물의 과잉섭취는 열량과잉섭취로 이어져서 결국 복부비만, 지방간,

육류 백밀 백미 설탕 탄수화물

열량 과잉섭취 중성지방증가

복부비만 지방간 동맥경화

유리지방산방출 고지혈증

탄수화물과 지질 산화경쟁

고인슐린혈증 인슐린저항성

고혈압 신장손상 조직괴사

염증 암 우울증 치매 미토콘드리아 기능이상

심혈관질환 대사증후군

그림3-5. 영양과잉섭취가 대사증후군을 발생하는 과정 대사증후군의 다양한 증상들은 근본적으로 영양과다로 인한 것이다. 따라서 체 중을 감량하는 것은 대사증후군 치유에서 핵심요소이고 처음 이루어져야 한다. 식물성케톤식은 공복감 없이 필요한 영양을 공급하면서 체중감량을 돕는다.

동맥경화로 진행됩니다. 혈관에 지질이 넘쳐나서 고지혈증이 되며, 지질은 포도당과 에너지로 이용되려고 산화경쟁을 합니다. 이 과정에 서 소모되지 못한 포도당이 증가하여 당뇨로 진행되는 것이구요. 당 뇨로 인해 미세혈관에 혈액순환이 느려지면서 시신경과 사지말단에 괴사가 진행됩니다. 산소가 잘 통하지 않으면 염증, 암, 치매 등이 빨 리 진행되겠지요. 따라서 처음의 원인을 해결하면 이어지는 과정들을 원천적으로 차단하는 것이고 이것이 자연치유의 핵심원리 중 하나라 할수 있습니다. 즉 전세계의 모든 자연치유의 근저에는 칼로리 제한 이 있습니다.

이박사 네. 그렇습니다. 그렇게 해석을 할 수도 있습니다. 단식을 하 면 세포 내부의 쓰레기가 청소됩니다. 이를 전문용어로 오토파지 (autophagy)라고 합니다. 여기서 auto는 스스로(self), phagy는 먹 다(to eat)라는 뜻을 가지고 있어 한자로는 '자가포식'이라 합니다. 이 것은 2016년도 노벨 생리의학상의 주제이기도 합니다.

박지혜 와~ 단식을 하면 세포안의 쓰레기가 청소된다는 내용이 노벨 상을 받았다구요. 그럼 오토파지 연구도 많이 있나요?

이박사 네. 그렇습니다.그림3-6과 같이 2000년을 기점으로 급격히 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 그리고 2016년에는 오스미 교수가 오 토파지연구로 노벨생리의학생을 수상하게 되죠.

오토파지의 세포청소 5단계 과정

박지혜 박사님. 말씀하신대로 지난주에 인터넷으로 오토파지에 대해

800

700 오토파지 저널발표수

600 2016년 일본 오스미 교수 노벨생리의학상 수상

500

400 오토파지 전문저널 시작 300 포유류 오토파지 유전자 발견

200 효모 오토파지 유전자 ATG1발견

오토파지와 관련된 첫 국제학술대회 100

0 1970 1980 1990 2000 2010

그림3-6. 오토파지 관련연구 2000년대에 들어 오토파지 연구가 급속히 증가하였다.

검색을 해 보았습니다. 2016년도에 일본의 오스미 교수가 오토파지로 노벨생리의학상을 받았더군요. 효모에서 오토파지와 관련된 유전자를 발견한 공로라고 나와 있었습니다. 효모는 맥주나 빵을 만들 때 발효

를 위해 사용하는 미생물이 아닌가요?

이박사 네. 맞습니다. 효모는 맥주와 빵을 만들 때 많이 쓰이는 미생 물입니다. 그런데 효모는 작지만 진핵세포라서 유전연구에 널리 쓰인 답니다. 진핵세포란 핵막이 있어서 핵막 안에 유전자가 있는 세포에 요. 대사적으로는 미토콘드리아가 있어서 에너지 생성을 많이 할 수 있답니다. 효모의 유전자 47%를 사람 유전자로 대체해도 생존한다고 해요.

천은숙 오토파지와 관련된 유전자가 왜 필요한지 궁금합니다.

이박사 유전자가 있다는 것은 단백질을 만든다는 의미이지요. 먼저 오 토파지가 진행되는 과정을 이해하면 좋아요[13-15]. 오토파지는 세 포안에 있는 쓰레기를 분해하는 과정이라고 지난 시간에 공부했지요. 세포안의 쓰레기에는 고장난 미토콘드리아, 엉긴 단백질, 엉긴 지질, 엉긴 탄수화물, 손상된 유전자 등이 있습니다. 그런데 이런 세포 안의 쓰레기는 언제 청소가 될까요?

박지혜 지난 시간에 박사님께서 말씀하시길 굶으면, 그러니까 단식을 하면 오토파지가 시작된다고 하셨어요.

이박사 네. 그렇습니다. 우리가 음식을 먹지 않으면 세포 외부에서 영 양소가 공급되지 않게 되는 셈이에요. 하지만 세포는 생존을 위해 에

그림3-7. 오토파지의 5단계 오토파지는 핵생성 팽창 성숙, 융합, 재활용의 5단계를 가진다

칼로리제한 성장인자 막 전구체들 저산소 핵생성 아미노산 손상된 거대분자들 단백질 등

격리막 아미노산과 성장인자는 를 활성화시켜 아토파지를 억제시킨다 팽창 반면 칼로리제한과 저산소 는 을 억제하여 아토파지를 촉진시킨다 격리막의 확장

은 오토파지를 억제한다 성숙 따라서 을 아토파고솜 억제하면 오토파지가 촉진된다 리소좀

산 가수분해효소들 산 융합

아토라이소좀

분해되는 분자들

재활용

재활용되는 분자들

너지가 필요하지요. 이때 세포는 세포 안에 있는 영양소를 이용하기 시작해요. 가장 먼저 이용할 수 있는건 세포안에 방치된 쓰레기들이 겠지요.

김숙희 쓰레기를 청소하려면 청소도구가 필요한데요. 세포 안에 진공 청소기나 빗자루 같은게 있나요?

이박사 좋은 질문입니다. 세포에도 청소도구가 있어요. 먼저 세포는 쓰레기를 분해하기 위해서 쓰레기 주위에 지질로 막을 만든답니다. 이건 마치 건물을 수리하거나 리모델링 할 때, 건물 주위에 안전망을 둘러싸는 것과 같아요. 이때 오토파지 유전자 즉, 단백질들이 필요하 답니다. 오토파지의 진행과정을 핵생성, 팽창, 성숙, 융합, 재활용이 라는 5단계로 나뉠수 있어요(그림3-7). 핵생성은 격리막의 씨앗이 만 들어지는 것이구요, 팽창은 격리막의 씨앗이 점점 커져서 쓰레기를 둘러싸는 과정이라 할 수 있어요. 최종적으로 격리막이 완성되는 것 을 성숙이라 하는데 이때 만들어진 것을 '아토파고솜'이라고 부릅니 다. 이어서 아토파고솜은 리소좀과 결합을 하며 이것을 '아토라이소 좀'이라 부릅니다. 사실 이름은 잘 모르셔도 상관없어요. 리소좀은 50 종에서 60종의 다양한 산가수분해효소가 담긴 주머니라고 할 수 있어 요(그림3-8). 음식을 먹으면 소화효소가 나오잖아요. 그런 소화효소 라고 생각하시면 됩니다. 그러면 산가수분해효소가 '아토파고솜' 안의 엉긴 단백질, 지질, 탄수화물과 고장난 미토콘드리아를 분해합니디. 최종적으로 분해가 끝난 영양소들은 재활용을 하게 됩니다.

김숙희 아. 그러니까 지나가는 사람이 건물에서 떨어지는 벽돌 등에 맞지 않도록 하는것과 같은 거군요.

유동화요소 고정화요소 가수분해 (Labilizers) (Stabilizers) 효소들 비타민A 콜레스테롤

비타민B 코르티손

비타민K 코티졸

비타민E 비타민E (고농도) (저농도) 프로게스테론 클로로퀸

테스토스테론 페노티아진

에스트라디올 항히스타민제

그림3-8. 리소좀에서 산가수분해효소가 활성화되는 과정 리소좀 안으로 수소이온이 들어가기 위해서는 ATP에너지가 필요하다

이박사 그렇습니다. 세포안의 쓰레기만 분해하고 정상적인 세포안의 요소들은 안전하도록 하는 것이죠. 쓰레기 주위에 막을 만들 때 단백 질들이 필요해요. 그리고 단백질을 만드는 것은 유전자가 있어야 만 들 수 있어요. 유전자는 어떤 단백질을 만들지에 대한 정보를 담고 있 는 거죠. 즉, 오토파지가 진행되기 위해서는 단백질들이 필요하고, 그 단백질들을 만들기 위해서 필요한 유전자를 발견한게 오스미 교수가 노벨상을 탄 이유인거죠.

리소좀은 50종 이상의 산가수분해 효소들을 담고 있는 세포내 주머니이다

박지혜 세포안의 쓰레기 주위를 지질막으로 둘러싸면 저절로 쓰레기 가 분해되나요?

이박사 좋은 질문입니다. 저절로 분해가 되는 건 아니구요. 분해하기 위해서는 효소가 필요하답니다. 즉, 세포안의 쓰레기를 지질막이 둘 러싸게 되면 이를 오토파고솜이라고 합니다. 그리고 오토파고솜은 리 소좀과 결합을 합니다. 리소좀은 세포소기관의 하나로서 다양한 소화 효소를 담고 있는 주머니입니다(그림3-8). 세포소기관이란 세포안에 서 제각기 다른 기능을 담당하고 있는 단위라고 할 수 있어요. 마치 우리 몸에서 심장은 혈액을 펌핑하고, 뇌는 생각을 담당하고, 간은 필 요한 효소를 합성하고 독소를 해독하는 역할을 하며, 신장은 노폐물 을 소변으로 내보내는 것과 같이 기능이 나뉘진 기관이 있는 것과 같 습니다. 인체의 기관들처럼 세포도 작은 기관들로 나뉘어져 있는데 이를 세포소기관이라고 해요. 리소좀은 50종류에서 70종류의 다양한 산 가수분해효소를 가지고 있어요.

박지혜 분해효소는 분해를 담당하는 효소라고 이해가 가는데요, 산 가 수분해효소란 무슨 뜻인가요?

이박사 아네. 산가수분해효소에서 산은 산성일 때 효소작용이 활성화 된다는 뜻이에요. 그리고 가수분해란 뜻은 분해할 때 물 분자가 이용 된다는 의미에요.

송진영 그럼 리소좀이 산성으로 된다는 것은 수소이온이 리소좀 안으 로 들어가야 한다는 말씀이신가요?

이박사 네. 그렇습니다. 산성이란 수소양이온이 많다는 의미이지요. 그리고 수소양이온이 리소좀 안으로 들어가기 위해서는 ATP라는 에

너지가 소모됩니다. 노약자가 단식을 하면 위험할 수 있다고 말씀드 린게 기억나시나요?

송진영 네, 기억납니다. 몸이 기력이 있을 때 단식을 하라고 하셨지 요.

이박사 그렇습니다. 세포 안에 노폐물이 분해되기 위해서는 산가수분 해효소가 활성화되어야 하는데, 이를 위해서는 ATP를 이용해서 수소 이온이 이동을 해야 합니다. 즉, 노약자는 ATP가 충분하지 못할 수 있고 이로 인해서 세포안의 쓰레기 분해작용이 원활하지 못할 수가 있 어요. 그러면 독소로 인해 건강이 더욱 악화될 수 있어요. 자연치유로 유명하였던 막스 거슨이 풀기 어려웠던 부분이 바로 단식을 하면서 발 생하는 독소의 해결이었어요. 당시는 섬유소의 스폰지효과, 해독기능 에 대한 연구가 있기 전이었지요.

박지혜 청소를 하려고 해도 힘이 있어야 청소를 할 수 있는것과 같은 거군요. 그렇다면 리소좀의 가수분해효소에 의해 분해된 쓰레기들은 영양소로 이용할 수 있게 되는 건가요?

이박사 좋은 질문입니다. 엉긴 단백질이 분해되면 기본 단위인 아미 노산으로 됩니다. 엉긴 탄수화물이 분해되면 기본 단위인 포도당으로 되구요. 고장난 유전자는 기본 단위인 뉴클레오티드로 됩니다. 이들 기본단위는 음식으로 공급받는 영양소와 동일한 것입니다.

박지혜 아하. 그러니까 벽을 분해해서 기본단위인 벽돌로 만들고, 그 벽돌을 새로운 집을 짓는데 이용할 수 있는것과 같은거구요

이박사 네. 맞습니다. 아주 멋진 비유이네요. 기본단위로 변한 영양소 들은 에너지원으로도 사용할 수 있고 세포에 필요한 구조물로도 이용 할 수 있게 되지요

배가 부르면 세포들은 청소를 하지 않고 쓰레기들을 방치 한다

김숙희 박사님. 그렇다면 우리 몸에 침입한 미생물들도 리소좀이 분해 를 하여 기본단위로 만들 수 있는 건가요?

이박사 그렇습니다. 면역세포들 중 선천면역이라고 하는 가장 첫 번째 방어세포들이 식세포라고 합니다[16]. 대표적인 게 수지상세포라든지 대식세포 같은건데요[17]. 인체에 침입한 미생물들을 잡아 먹어서 인 체를 방어합니다. 그리고 잡아먹은 미생물들은 리소좀이라는 가수분 해효소에 의해 기본단위로 분해가 되지요.

송진영 그래서 아프면 굶으라고 하는 이야기가 있나 봅니다. 개나 자 연계의 동물들은 아프면 먹지 않고 굶는다고 해요.

이박사 그렇습니다. 먹지 않으면 면역세포가 굶주리기 때문에 몸 안 곳곳을 빨리 돌아다니면서 미생물들을 열심히 잡아 먹게 됩니다(그림 3-9). 실험에 의하면 대식세포 1개당 12개까지 다른 세포를 잡아 먹 을 수 있다고 해요. 즉, 대식세포도 배가 부르면 침입한 미생물들을 잡아 먹기 힘들다는거죠. 대표적인 게 포화지방을 먹으면 대식세포의 활동이 느려진다고 합니다.

좀비세포와 침입한 미생물들을 잡아먹는 대식세포들

천은숙 박사님께서 세포의 평균수명이 8개월에서 14개월이라고 하신 게 기억납니다. 그렇다면 대식세포는 수명이 다한 세포들을 잡아먹고 다시 영양소로 이용한다는 의미인가요?

이박사 그렇습니다. 가장 대표적인게 적혈구인데요. 적혈구는 수명이 90일에서 120일 정도라고 말씀드렸지요. 그런데 세포막이 떨어져나 가서 제 기능을 하기 어렵게 된 적혈구는 대식세포가 잡아 먹고 헴과 글로빈이라는 것으로 나누게 됩니다. 헴이라는 분자 안에 있는 철분 을 회수해서 인체에서 다시 이용하게 되지요. 원래 인체에서는 하루 에 10밀리그램의 철분이 필요한데 이중 9밀리그램의 철분은 대식세포 가 먹어서 재활용하여 공급을 하고, 음식으로는 1밀리그램만 공급하 면 된답니다[18].

천은숙 와~ 신기해요. 인체는 아주 재활용의 달인인 셈이군요.

이박사 하하. 그렇게 표현할 수 있겠네요. 인체는 오토파지, 가수분 해 등을 통해 인체의 많은 영양소를 재활용합니다. 따라서 이러한 재 활용과정이 원활하지 않으면 세포 안에는 쓰레기가 쌓이고 점점 물이 부족해지고, 세포의 구조와 기능이 약화됩니다. 이것을 노화라고 하 기도 하고 질병이라고 하기도 합니다. 즉, 우리 몸의 노화는 세포안에 쓰레기가 쌓이는 과정이라고 해석할수도 있어요. 여기서 빼놓을 수 없는 개념이 있는데 그것은 좀비세포와 대식세포입니다.

박지혜 좀비는 죽은 사람인데 사람들을 물어뜯는 괴물들을 말하는거

잖아요. 그러면 좀비세포란 죽은 세포인데 인체에 영향을 준다는 것 인가요?

이박사 그렇습니다. 혹시 우리가 살아가면서 평생 얼마나 많은 세포를 만드는지 아시나요?

박지혜 세포의 수명을 1년이라고 가정하면 평생 80년을 산다고 했을 때, 우리몸의 80배 많은 세포를 만든다고 추정되네요.

이박사 네 그렇게 계산할수 있지만 우리몸의 세포수를 대략 37조개라 고 하면 이중에서 적혈구의 수는 20조개에서 25조개 정도라고 합니 다. 즉, 전체세포의 84%가 적혈구인 셈이죠. 그리고 적혈구의 수명은 90일 내지 120일입니다. 그렇게 계산하면 80배가 아니라 500배가 됩 니다. 즉, 우리가 100년을 산다고 가정해도 매년 인체의 5배나 많은 세포가 죽는 셈입니다. 이것은 매년 인체의 5배나 많은 죽은 세포를 청소해야 한다는 것을 의미합니다.

박지혜 와~. 놀라와요. 피가 깨끗해야 건강하다는 말이 헛된 말이 아 니었네요. 그리고 우리몸의 적혈구가 3개월에서 4개월마다 새로 교체 가 된다고 하니 그 기간동안이라도 신경을 써서 몸관리를 하면 몸이 많이 좋아질거 같아요.

이박사 그렇습니다. 그래서 정성을 드리는 기도를 백일기도라고 하지 요. 우리 전통의 단군이야기에서도 100일동안 곰과 호랑이가 사람이 되려고 쑥과 마늘만 먹고 단식하면서 굴속에서 수련하는 장면도 나오 는게 아닌가 합니다.

죽은 뇌세포 (좀비세포)

미세아교세포 0분 7분

15분 32분

64분 78분

88분 166분

그림3-9. 죽은 신경세포(보라색)를 먹어 치우는 뇌의 미세아교세포(노란색) 죽은 뇌세포(좀비세포)를 발견하고 166분만에 모두 먹어서 분해한다.

천은숙 그렇다면 죽었는데도 청소가 안되어서 몸안에 남아 있는 세포 를 좀비세포라 하는군요. 그리고 그런 좀비세포들이 몸에 부작용을 만들어 낼거 같아요.

전문화된 식세포는 혈액안을 돌아다니는 단핵구와 조직 기관에서 식작용을 하는 정착 식세포의 2종류가 있다

이박사 그렇습니다. 죽은세포를 전문으로 청소하는 청소부세포를 대 식세포라고 합니다. 사실 식세포는 전문화된 식세포와 비전문화된 식 세포로 나누구요. 전문화된 식세포는 다시 혈액안을 돌아다니는 세포 와 조직기관에 머물며 식작용을 하는 정착식세포로 나뉠수 있습니다. 조직에 정착한 식세포를 단핵식세포계 또는 망상내피계라고도 합니 다. 전문화된 식세포가 간에 있으면 쿠퍼세포, 폐에 있으면 제2형 페 포세포, 뇌에서는 미세아교세포, 신장에서는 신장 간질대식세포, 비 장에서는 비장대식세포, 뼈에서는 파골세포, 피부에서는 랑게르한스 세포라고 합니다[19]. 단핵구는 혈액속을 또돌아다니다가 흥분인자를 만나면 흥분하여 거대한 대식세포로 바뀝니다. 마치 스트레스로 인해 서 갑자기 커다란 헐크로 변하는것과 같죠. 그런데 실험에 의하면 대식세포가 먹어치울 수 있는 죽은 세포의 수 는 최대 12개 까지라고 합니다. 그러니까 대식세포도 배가 부르면 죽 은 세포가 있어도 안 먹는다는거죠. 특히 긴사슬의 포화지방을 섭취 하면 대식세포의 활동이 느려지는 것으로 나타납니다. 이것은 육류섭 취를 줄여야 하는 이유중 하나가 되겠지요,

송진영 그렇다면 세포안의 쓰레기를 분해하고 식세포를 활성화하는

100 100 7 6.1 5.8 6.1 혈장포도당(mg/100ml) 5.8 5.6 5.6 82 5.4 6 80

혈장케톤체(mM) 4.7 71 암치유범위 63 암치유범위 5 61 60 57 57 57 3.4 3.4 52 51 4 47 40 3 2 20 1 0 0 단식기간(일) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 그림3-10. 10일간 단식과정에서 케톤체와 혈당의 변화

것은 곧 노화를 역행하는 그러니까 회춘과정이라 할수 있겠군요?

이박사 그렇습니다. 회춘과정은 세포청소와 밀접한 관련이 있습니다 [20]. 그래서 일년에 한번 정도는 단식을 해서 세포 안의 쓰레기를 분 해해 주는 것이 좋습니다.

단식을 하면 케톤체가 증가하면서 오토파지를 촉진한다

박지혜 단식을 하면 오토파지가 진행된다고 하셨어요. 그런데 지난시 간에 공복상태에서는 케톤체가 증가한다고 하셨구요. 그렇다면 케톤 체증가와 오토파지는 어떤 관계가 있나요?

이박사 좋은 질문이세요. 이후시간에 좀더 자세히 알아보겠지만 케톤 체가 증가하면 오토파지가 촉진됩니다. 그러니까 케톤체는 에너지원 으로 쓰일뿐만 아니라 오토파지를 촉진하는 신호자로서의 역할도 한 답니다. 그림3-10은 제가 10일간 단식을 하였을 때의 케톤체 증가추 이를 나타낸 것입니다. 2일째 벌써 케톤체가 4밀리몰 정도로 증가하 는 것을 볼 수 있는데요 이것은 키에 비해 몸무게가 작고 이미 그 전 에 케톤식을 며칠하였기 때문으로 추정됩니다. 이 상태에서는 세포안 에서 오토파지가 빠르게 진행 되었겠지요.

단식을 한지 2내지 3일후부터 공복감이 줄어든다

박지혜 제가 아는 요가하시는 분은 한달에 한번은 꼭 단식을 하시더라 구요. 그분이 단식을 하는건 결국 몸 안의 쓰레기를 청소함으로써 더 욱 요가를 잘하실 수 있는 상태로 만든것이라는 생각이 드네요. 앞으 로 배가 고프면 내 몸안의 쓰레기와 좀비세포가 청소되는 거라고 생각 하면 되겠어요.

이박사 그렇습니다. 배가 고프지만 2일 정도면 공복감을 느끼지 못하 게 됩니다. 뇌의 시상하부에서 식욕을 억제하기 때문입니다. 그리고 식세포들이 온몸을 샅샅이 다니면서 좀비세포와 암세포, 침입하여숨 어 있는 각종 미생물과 바이러스들을 잡아서 분해하여 영양소로 활용 하겠지요. 러시아의 속담에 일주일 단식은 육체의 병을 낫게 하고, 이 주일 단식은 마음의 병을 낫게 하고, 삼주간의 단식은 영혼의 병을 낫 게 한다라는게 있다고 합니다. 여러분 오늘 수업은 여기까지 할게요. 다음 수업에 뵈어요.