미토콘드리아(mitochondria)와 과산화소체(peroxisome; 페록시좀)는 진핵세포(eukaryotic cell)에서 산소가 가장 많이 사용되는 세포기관(organelle)입니다. 미토콘드리아는 세포호흡(cellular respiration; 음식에서 오는 에너지를 아데노신삼인산(ATP)으로 변환하는 과정)을 수행하며, ATP는 세포에 사용되는 에너지의 주요 형태입니다. 과산화소체는 다양한 기능을 수행하는데, 주로 지방산과 같은 다른 물질을 분해합니다.
과산화소체는 최대 50개의 효소를 포함하고 있으며 단일 막으로 둘러싸여 있습니다. 과산화소체는 분자를 분해하고 부산물로 과산화수소(hydrogen peroxide; H2O2)를 생성하는 산화 반응을 수행합니다. H2O2는 세포에 독성이 있지만, 과산화소체에는 H2O2를 세포에 무해한 물과 산소로 변환하는 효소인 카탈레이스(catalase)가 포함되어 있습니다. 또한 카탈레이스는 간에서 H2O2를 사용해 알코올을 알데하이드(aldehyde; 알데히드)와 물로 분해합니다. 그러나 H2O2는 체내에서 매우 낮은 양으로 생성되기에 다른 효소들이 주로 알코올을 분해합니다.
과산화소체의 중요한 기능은 베타산화(β oxidation)라 불리는 과정에서 지방산을 분해하는 것입니다. 이 과정의 생성물은 세포액(cytosol)으로 방출되고 미토콘드리아로 이동하여 ATP를 생성합니다. 또한 포유류 세포의 미토콘드리아도 베타산화를 하고 뿐만 아니라 다른 에너지원의 이화작용(catabolism)에서 나온 생성물(예: 포도당)을 사용하여 ATP를 생산합니다.
미토콘드리아는 매끄러운 외막과 크리스테(cristae)라 알려진 주름이 많은 내막, 이렇게 이중 막으로 둘러싸여 있습니다. 내막 안에는 기질(matrix)이라고 하는 영역이 있습니다. 세포호흡 중 세포질(cytoplasm) 내 포도당의 분해에서 나온 피루브산(pyruvate)은 기질로 이동하는데, 여기서 구연산회로(citric acid cycle; 시트르산회로)에 들어갑니다. 이어서 전자전달계(electron transport chain)를 통한 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)가 미토콘드리아의 내막에서 발생하여 상당한 양의 ATP가 생성됩니다. 여기서 크리스테는 내막의 표면적을 증가 시켜 ATP 생산을 위한 더 넓은 영역을 제공합니다.
과산화소체와 미토콘드리아는 자가 복제를 하지만 미토콘드리아는 추가로 고유 DNA와 리보솜(ribosome)을 가지고 있어 단백질을 생산할 수 있습니다. 과산화소체와 미토콘드리아는 이를 가장 필요한 세포에 고도로 농축되어 있습니다. 예를 들어 혈액 내 독성물질을 분해하는 간 세포는 과산화소체가 많고, 에너지를 많이 필요로 하는 근육 세포는 미토콘드리아가 풍부합니다.
