세포의 발전소: 분자 기계는 효율적인 에너지 생산을 가능하게 한다

미토콘드리아는 우리 세포의 발전소로, 모든 중요한 과정에 에너지를 생산합니다. 스위스 바젤 대학의 연구자들은 극저온 전자 단층촬영법을 사용하여 미토콘드리아의 구조에 대한 통찰력을 전례 없는 해상도로 얻었습니다. 그들은 에너지 생성을 담당하는 단백질이 큰 "초복합체"로 조립되어 세포의 에너지를 제공하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다.

식물, 동물, 인간 등 지구상의 대부분의 생물은 세포 안에 미토콘드리아를 가지고 있습니다.

그들의 주요 기능은 거의 모든 세포 과정에 에너지를 공급하는 것입니다.

이를 달성하기 위해 미토콘드리아는 우리가 호흡하는 산소와 음식에서 얻은 탄수화물을 사용하여 세포의 보편적인 에너지 통화인 ATP를 재생성합니다.

이 기능은 호흡 복합체라고 알려진 단백질에 의해 수행되는데, 이 단백질은 에너지 생성 과정에서 함께 작동합니다.

이러한 호흡 복합체는 70년 전에 발견되었지만, 미토콘드리아 내에서 이들의 정확한 구성은 지금까지 밝혀지지 않았습니다.

최첨단 극저온 전자 단층촬영법을 사용하여, 플로랑 발츠 박사와 교수가 이끄는 연구진은 바젤대학교 생물센터의 벤 엔겔은 이전에는 달성하지 못했던 해상도로 세포 내부의 호흡 사슬에 대한 고해상도 이미지를 직접 만들어냈습니다.

이 연구 결과는 " Science "에 게재되었습니다.

세포의 강력한 힘에 대한 새로운 통찰력

"저희의 데이터는 호흡 단백질이 미토콘드리아의 특정 막 영역에서 조직화되고, 서로 뭉쳐서 하나의 주요 유형의 초복합체를 형성한다는 것을 보여줍니다."라고 연구의 첫 번째 저자이자 SNSF Ambizione 펠로우인 플로랑 왈츠가 설명합니다.

"전자 현미경을 사용하면 개별 초복합체가 명확하게 보입니다. 우리는 그 구조와 작동 방식을 직접 볼 수 있었습니다. 호흡 초복합체는 미토콘드리아 막을 가로질러 양성자를 펌핑합니다. 물레방아와 비슷하게 작용하는 ATP 생산 복합체는 이 양성자 흐름을 사용하여 ATP 생성을 촉진합니다."

효율적인 에너지 생산을 위한 미토콘드리아 구조

연구자들은 조류 클라미도모나스 레인하르티 의 살아있는 세포에서 미토콘드리아를 조사했습니다 . "우리는 모든 단백질이 실제로 그런 초복합체로 조직되어 있다는 사실에 매우 놀랐습니다."라고 월츠는 말합니다.

"이 구조는 ATP 생산을 더 효율적으로 만들고, 전자 흐름을 최적화하며, 에너지 손실을 최소화할 수 있습니다."

연구진은 초복합체 외에도 미토콘드리아의 막 구조를 더욱 자세히 조사할 수 있었습니다.

"이것은 폐 조직과 다소 비슷합니다. 미토콘드리아 내막에는 많은 주름이 있어 표면적을 늘려 가능한 한 많은 호흡 복합체를 수용할 수 있도록 합니다."라고 엥겔은 말합니다.

진화와 건강에 대한 관점

앞으로 연구자들은 호흡 복합체가 상호 연결된 이유와 이러한 시너지가 세포 호흡과 에너지 생산의 효율성을 어떻게 향상시키는지 밝혀내는 것을 목표로 합니다. 이 연구는 또한 생명공학과 건강에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다.

"다른 유기체에서 이러한 복합체의 구조를 조사함으로써 우리는 그들의 근본적인 조직에 대한 더 광범위한 이해를 얻을 수 있습니다."라고 월츠는 설명합니다.

"이것은 진화적 적응을 밝힐 뿐만 아니라 이러한 복합체의 혼란이 인간 질병에 기여하는 이유를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250320144617.htm