퍼옥시좀

퍼옥시좀은 진핵세포에서 볼 수 있는 크기가 작은 단일막 세포소기관으로 세포 당 수백 개에 이르며, 미소체(microbody)로 불리기도 한다. 퍼옥시좀 내부에는 산화작용으로 유기물을 분해할 수 있는 효소가 들어 있으며, 산화 작용의 부산물로 과산화수소를 생성한다. 과산화수소 자체는 세포에 해롭게 작용하지만, 퍼옥시좀은 과산화수소를 물로 전환시키는 효소인 카탈라아제(catalase)도 함유하고 있어 과산화수소로부터 세포를 보호한다. 퍼옥시좀이 분해하는 대표적인 유기물로는 아미노산, 지방산 및 요산을 들 수 있다. 또한 간에서 퍼옥시좀은 알코올 등 해로운 물질들을 산화하여 독성을 제거하는 것으로 알려져 있다.¹⁾

그림 1. 전자현미경으로 관찰한 퍼옥시좀(화살표) (출처:GettyimagesKorea)

목차

퍼옥시좀은 한 층의 단위막으로 둘러싸인 단순한 세포소기관으로 리소좀과 매우 유사한 구조를 가지며, 미토콘드리아와 엽록체와 마찬가지로 퍼옥시좀도 서로 융합하거나 분열하여 새로운 퍼옥시좀을 만든다.

퍼옥시좀은 주로 유기물을 산화하거나 가수분해하지만 다른 중요한 물질을 합성하기도 한다. 동물 세포에서 퍼옥시좀은 콜레스테롤과 담즙산(bile acid)을 만들며, 뇌 중추신경계의 백질과 심장의 형성에 필수적인 특별한 종류의 인지질을 합성하는 효소를 가지고 있다. 또한 퍼옥시좀은 신경섬유의 미엘린수초(myelin sheath) 합성에도 관여하므로, 이 세포소기관의 기능에 이상이 생기면 중추신경계 전체가 영향을 받는다.²⁾

식물세포의 퍼옥시좀도 동물세포에서와 같이 유기물의 산화작용과 과산화수소의 제거 기능을 가지는 한편, 동물세포에서는 볼 수 없는 두 가지의 독특한 부가 기능을 가진다. 광합성을 활발히 하는 잎에서 퍼옥시좀은 광호흡 과정을 조절하는 중요한 역할을 수행한다. 광호흡은 광합성 탄소고정반응의 첫 단계에서 이산화탄소 대신 산소 때문에 소모하게 되는 에너지를 회수하는 과정으로, 이 반응이 지나치면 광합성 효율이 낮아지게 마련이다. 퍼옥시좀은 광호흡에서 발생하는 글리콜산을 다시 회수하고 탄소고정반응에 재활용할 수 있도록 하는 중요한 역할을 가진다.

한편, 지방을 종자에 축적하는 유지식물의 종자에서는 퍼옥시좀이 저장된 지방산을 탄수화물로 전환시켜 호흡을 통한 에너지 생산이 가능하게 한다. 이와 같이 지방산의 산화에 관련된 퍼옥시좀은 글리옥시솜(glyoxysome)이라고 한다. 동물에서는 지방산을 분해하여 탄수화물로 전환하는 일을 퍼옥시좀과 미토콘드리아가 수행하지만, 식물에서는 오직 글리옥시솜에서만 가능하다.³⁾

퍼옥시좀은 미토콘드리아와 엽록체와 같이 스스로 분열하여 새로운 퍼옥시좀을 생성한다. 이 과정을 퍼옥시좀 신생성(biogenesis)이라고 하며, 퍼옥시좀 막의 형성, 각종 단백질과 인지질의 이입에 이어 분열을 거쳐 새로운 퍼옥시좀이 만들어진다.⁴⁾

미토콘드리아와 엽록체와 달리 필요한 단백질을 만들 수 있는 정보인 DNA를 함유하지 않으므로, 퍼옥시좀은 세포질에서 합성된 단백질을 안으로 이입해야 한다. 인지질은 소포체에서 합성되어 인지질 운반 단백질(phospholipid transfer protein)에 결합하여 퍼옥시좀 안으로 이입된다. 각종 필요 물질이 충분히 이입되면 퍼옥시좀의 부피가 커지고, 분열이 일어나 이전 퍼옥시좀과 비슷한 크기의 퍼옥시좀이 2개 이상 만들어진다.

그림 2. 식물세포의 퍼옥시좀(출처: GettyimagesKorea) 

1. 강해묵 (2013) 생명과학 개념과 탐구 2판. 라이프사이언스, 57
2. aes M, Aubourg P (2009) Peroxisomes, Myelination, and Axonal Integrity in the CNS. The Neuroscientist, 15: 367-379
3. Taiz L, Zeiger E, Møller IM 등 (2015) Plant Physiology and Development 6th ed. Sinauer Associates, Inc, 29: 348-350
4. Cooper GM, Hausman RE (2013) The Cell: A Molecular Approach. 6th ed. Sinauer Associates, 451-454