세포생물학(19)-세포와 세포소기관6

이번 시간에는 미토콘드리아부터 시작하겠다. 미토콘드리아와 엽록체는 둘 다 원핵세포에서 유래했다는 내부 공생 가설이 정립되어있다. 미토콘드리아는 진핵세포가 산소를 이용하는 호기성 세균을 삼켜서 소기관이 되었다는 설이 있고, 엽록체는 추가적으로 광합성을 하는 남세균 같은 세균을 삼켜 색소체가 소기관이 되었다는 설이 있다. 둘 다 이분법으로 증식하는 특징이 있어 더 그렇게 보인다. 미토콘드리아의 구조와 기능을 살펴보자.

미토콘드리아는 이중막으로 되어있는데 외막의 경우엔 삼킨 막에서 유래한다. 작은 분자들이 자유롭게 통과할 수 있는 포린 단백질이 있다. 내막은 원핵세포의 세포막에서 유래한 것이고, 전자 전달계에 참여하는 효소들이 박혀 있다. 또, 표면적을 넓히도록 구불구불하게 접힌 크리스타 구조를 이뤄 에너지 합성 효율을 높인다. 내막 안팎의 수소 이온 농도 기울기를 유지하기 위해 카르디 올리핀이란 막지질 구조가 풍부하다. 미토콘드리아의 기질은 내막으로 둘러싸인 공간이며 여러 개의 원형 DNA, 그리고 원핵생물들의 리보솜과 크기가 같은 리보솜, tRNA, TCA 회로와 지방산 베타 산화 등에 참여하는 많은 효소들이 존재한다. 엽록체의 구조와 기능을 알아보자. 엽록체는 빛 에너지를 통해 포도당을 합성하는 소기관으로써 미토콘드리아와 마찬가지로 이중막 구조로 되어있다. 외막에는 작은 분자들이 자유로이 통과할 수 있는 포린 단백질이 존재하고, 내막에는 운반 단백질들이 있어 여러 분자들을 선택적으로 투과시킨다. 엽록체는 내막 안쪽에 틸라코이드라는 막성 기관이 존재하는데, 엽록소를 비롯한 다양한 광합성 색소들과 명반응에 참여하는 효소들이 존재한다. 틸라코이드 내막 안과 밖에는 수소 이온 농도 기울기를 유지하기 위한 카르디 올리핀이 풍부하다. 또, 인지질보다는 갈락토지질이나 황지질이 풍부하다. 스트로마는 엽록체의 기질인데, 엽록체 DNA와 원핵생물의 리보솜과 같은 크기의 리보솜, tRNA, 암반응에 참여하는 효소들이 있다.

미토콘드리아와 엽록체 DNA의 특징을 세세히 알아보자. 미토콘드리아의 DNA는 주로 간기에 복제되며 기질 내에 여러 개가 존재한다. rRNA, tRNA, 전자 전달계에 참여하는 유전자들이 있으며 인트론이 없다는 특징을 갖고 있다. 내부 공생 후에 대부분의 유전 정보를 핵으로 넘겨줘 크기가 매우 작다. 또한, 대부분의 단백질들은 핵에서 전사되어 세포질에서 번역이 된 후 미토콘드리아로 수송된다. 미토콘드리아 내부에서 직접 번역이 되는 경우는 드물다. 엽록체의 DNA도 주로 간기에 복제되며 스트로마에 여러 개가 존재한다. RNA와 RNA 합성효소 등의 여러 유전자가 있으며 일부 유전자에 인트론이 있다는 특징이 있다. 즉 RNA 가공을 거친다는 얘기다. 마찬가지로 내부 공생 후 유전 정보를 핵으로 옮겨 단백질들을 직접 번역하진 않는다.