엽록체가 미토콘드리아보다 독립성이 떨어지는 이유는?
안녕하세요. 엽록체와 미토콘드리아는 독립된 생명체가 세포내 공생을 통해서 만들어진 세포소기관이라고 알고 있는데요, 둘 다 자기 DNA와 자기 리보솜을 가지고 있으나 엽록체가 미토콘드리아보다 더 독립성이 떨어지는 이유는 무엇인가요?
엽록체와 미토콘드리아는 둘 다 세포 내 공생 이론으로 설명되는 소기관으로, 각각 원래는 독립적인 세균이었지만 진핵세포 안으로 들어와 공생하게 된 것으로 알려져 있습니다. 우선 미토콘드리아의 경우 인간의 경우 약 37개의 유전자를 가지고 있으며, 주요 기능인 전자전달계 관련 단백질을 스스로 일부 합성 가능하며 나머지 단백질과 효소는 핵 유래 단백질과 협력하지만, 핵 의존도가 상대적으로 낮습니다. 반면에 식물 엽록체의 경우 약 100~120개의 유전자를 가지고 있습니다. 하지만 광계 I, II, ATP 합성효소 등의 광합성 복합체 구성 단백질의 대부분은 핵 유래 단백질에 의존하며 엽록체 자체로는 전체 광합성 장치를 완전히 구성할 수 없으며, 핵에서 합성된 단백질을 수송받아야만 기능을 할 수 있습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
엽록체는 단백질의 약 90% 이상을 핵 유전자에 의존해 합성하기 떄문에 독립성이 낮답1니다.
반면 미토콘드리아는 더 많은 핵심 단백질을 자체적으로 암호화 조절해 상대적으로 자율성이 큽니다.
가장 큰 이유는 엽록체 유전체에 저장된 유전자 수가 미토콘드리아보다 적기 때문입니다.
이는 엽록체가 자체적으로 단백질을 합성하는 능력이 상대적으로 부족하기 때문에 핵 유전자에 의존하는 비중이 더 높다는 것을 의미합니다.
엽록체와 미토콘드리아는 모두 세포 내 공생설의 증거로 자기 DNA와 리보솜을 가지고 있습니다. 하지만 두 세포소기관의 DNA에 포함된 유전자의 수는 큰 차이가 납니다.
미토콘드리아는 자체 유전체에 약 13개의 단백질을 코딩하는 유전자를 가지고 있습니다. 이는 미토콘드리아 기능에 필요한 수백 개의 단백질 중 극히 일부에 불과하며, 나머지 대부분은 핵 DNA에 암호화되어 세포질의 리보솜에서 만들어진 후 미토콘드리아로 수송됩니다.
반면 엽록체는 미토콘드리아보다 훨씬 더 많은 유전자를 가지고 있어 약 120개의 단백질을 코딩합니다. 특히 광합성에 필수적인 효소인 루비스코의 대형 소단위체 유전자를 자체적으로 가지고 있습니다. 그럼에도 엽록체 기능에 필요한 총 단백질 수에 비하면 적은 수이며, 광합성 및 기타 기능에 필요한 단백질의 대부분은 핵 DNA에 의존하고 있습니다.
엽록체가 미토콘드리아보다 독립성이 더 낮은 이유는 진화 과정에서 더 많은 유전자를 숙주 세포의 핵으로 넘겨주어 핵에 대한 유전적 의존도가 높아졌기 때문입니다. 이로 인해 엽록체의 기능과 유지에 필요한 단백질의 상당수가 핵의 유전 정보에 의해 세포질에서 만들어진 후 엽록체 내부로 운반되어야 하므로, 자체 유전자와 리보솜만으로는 독립적인 생명 활동을 유지하는 것이 미토콘드리아에 비해 더 어렵습니다.