미토콘드리아와 엽록체가 이중막을 갖고 있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 진핵세포를 구성하는 다른 세포 소기관들과는 다르게 미토콘드리아와 엽록체가 이중막을 가지고 있는 이유는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 김채원 전문가입니다.
미토콘드리아와 엽록체의 이중막은 원래 자유생활을하던 세균이 고세포에의해 포식, 내공생된 흔적이라고 할 수있습니다.외막은 숙주세포막에서, 냄막은 원래세균의 세포막에서 유래했다고 할 수 있습니다. 이 구조는 대사 경로 구획화와 선택적 물질 교환을 가능하게 해서 에너지 변환효율을 극대화합니다.
안녕하세요.
이는 바로 기원이 다르기 때문입니다.
이중막의 경우, 진핵세포가 호기성 세균(미토코트리아), 광합성 세균을 세포내로 집어 삼켜 서로 공생하게 되었다는 것이 가설입니다. 그래서, 세포 자신이 가지고 있는 세포막 내부로 세균이 함유되었고, 각각이 함께 생존하다 보니 이중막을 가진 구조로 구성되었다는 것 입니다.
공생과정에서 다양한 변화가 있었지만, 여전히 양쪽의 모든 막이 존재하기 때문에 현미경으로 관찰할 수 있습니다.
감사합니다.
미토콘드리아와 엽록체가 이중막을 가진 주된 이유는 이 두 세포 소기관은 원래 독립적으로 존재했던 원핵생물이었는데, 더 큰 원시 진핵세포에 흡수되면서 그 안에 살게 되었기 때문입니다.
이를 '세포 내 공생설'이라 합니다.
그 증거로 자체 DNA와 리보솜을 가지고 있다는 것입니다. 이들은 핵 DNA와는 별개인 자체적인 원형 DNA를 가지고 있고, 크기가 원핵생물과 유사한 리보솜을 가지고 있습니다. 이는 독립적으로 유전 정보를 보존하고 단백질을 합성할 수 있었다는 증거죠.
또한 세포가 분열할 때와는 독립적으로 이분법을 통해 스스로 증식하는데, 이는 박테리아의 번식 방식과 매우 유사합니다.
특히 진핵세포의 다른 소기관들과 달리 생명 유지에 필수적인 고유한 기능을 수행한다는 점도 그 증거입니다.
미토콘드리아와 엽록체가 이중막을 갖는 이유는 세포 내 공생설에 근거합니다. 과거 독립적인 생명체였던 호기성 세균과 광합성 세균이 각각 원시 진핵세포 안으로 들어와 공생 관계를 형성하는 과정에서 이러한 구조가 만들어졌다고 봅니다. 즉, 세포 안으로 들어올 때 숙주 세포의 막에 둘러싸이면서 기존에 자신이 가지고 있던 막은 내막이 되고 숙주 세포에서 유래한 막이 외막이 되어 이중막 구조를 갖게 된 것입니다.
안녕하세요.
미토콘드리아와 엽록체가 다른 세포 소기관과 달리 이중막 구조를 갖는 이유는 그 기원이 세포 내 공생(endosymbiosis)에 있다는 진핵세포 진화 이론, 즉 엔도심바이오시스 가설과 밀접하게 관련되어 있는데요, 우선 미토콘드리아는 원핵세포인 호기성 세균에서, 엽록체는 남세균(시아노박테리아)에서 기원한 것으로 추정됩니다. 초기 진핵세포는 이러한 원핵세포를 포식하거나 내부로 받아들이면서 공생 관계를 맺었고, 시간이 지나면서 이들 세포가 진핵세포 내 소기관으로 통합되었으며, 원핵세포는 외막과 세포벽, 또는 세포막 구조를 갖고 있었기 때문에, 이 공생체가 세포 안으로 들어오면서 원래 외막이 그대로 남고, 진핵세포가 감싸면서 추가적인 외막이 형성되어 이중막 구조가 만들어졌다고 이해할 수 있습니다. 또한 미토콘드리아에서는 전자전달계와 ATP 합성이 일어나는 장소, 엽록체에서는 광합성 전자전달과 ATP 생성이 이루어지는 틸라코이드 막과 연결되는데요 즉, 에너지 변환 과정이 일어나는 핵심 기능막입니다. 이외에 이중막을 구성하는 바깥쪽의 공생 전 원핵세포의 외막이 그대로 유지되어, 세포질과 소기관 내막 사이의 경계 역할을 합니다. 외막은 물질 교환과 소기관 보호 기능을 담당합니다. 즉 DNA, 리보솜, 일부 단백질 합성 기구가 미토콘드리아와 엽록체 내부에 남아 있는 것도 이들이 과거 독립된 세포였음을 보여주는 증거이며 이중막은 단순히 구조적 특징이 아니라, 원핵세포 시절의 세포막과 진핵세포의 포식 과정에서 형성된 외막이 합쳐진 결과라고 볼 수 있겠습니다. 감사합니다.