식물의 원형질 연락사를 통해서는 거대 분자도 이동할 수 있는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 식물이 가지고 있는 세포 연적 중 하나인 원형제 연락사를 통해서는 단백질과 같은 거대 분자도 이동이 가능하다고 알고 있는데 동물세포의 간극연접과는 달리 식물의 원형질 연락사를 통해서는 거대 분자도 이동할 수 있는 이유가 무엇인가요?
네, 말씀하신 원형질 연락사는 식물세포가 서로 연결되는 특수한 통로로, 동물세포의 간극연접과 유사한 점이 있는데요, 우선 동물세포가 가지고 있는 간극연접은 동물세포 사이의 얇은 단백질 통로로 코넥신 단백질로 이루어져 있으며직경이 약 1~1.5 nm 정도로 매우 좁습니다. 이 크기 때문에 이온, 아미노산, ATP 같은 작은 분자만 통과 가능하며 따라서 단백질이나 핵산 같은 거대 분자는 절대 통과할 수 없습니다. 다음으로 식물세포가 가지고 있는 원형질연락사는 세포벽을 관통하는 채널 구조인데요 내부에 소포체의 연속 구조가 지나가며, 이를 둘러싼 세포질 공간이 존재합니다. 이 세포질 공간을 통해 물질이 이동하는데요, 직경이 간극연접보다 훨씬 크며, 단순 확산 외에도 조절된 단백질-단백질 상호작용을 통해 통로 크기가 변할 수 있습니다. 즉 원형질 연락사를 통해 거대 분자의 이동이 가능한 이유는 원형질 연락사의 기본 구경은 약 2~3 nm로 시작하지만, 특정 단백질이 작용하면 최대 수십 nm까지 확장될 수 있기 때문인데요, 따라서 단순 소분자뿐 아니라 단백질, mRNA, siRNA 같은 거대 분자도 세포 간 이동 가능합니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
원형질연락사는 단순 통로가 아니라 막, 세포골격 단백질로 크기를 가변적으로 조절해 거대 분자까지 통과시킨답니다.
동물 간극연접은 고정된 좁은 채널일 ㅏ이 기능이 제한될수 있어요
결론부터 말씀드리면 구조적 차이 때문입니다.
원형질 연락사는 식물 세포벽에 뚫린 통로로, 인접한 두 세포의 세포질과 세포막을 직접 연결하는 구조입니다.
특히, 이 통로의 중심에는 인접한 두 세포의 소포체가 연결되어 형성된 소관이 위치하고 있는데, 이 소관은 세포 간 물질 이동의 통로 역할을 하며, 이 소관 주변의 세포질 공간을 통해 이온이나 작은 분자는 물론, 특정 단백질과 RNA와 같은 거대 분자도 통과할 수 있죠.
반면, 동물 세포의 간극 연접은 세포막에 박혀 있는 커넥손이라는 단백질 복합체가 서로 맞물려 형성하는 채널입니다. 이 커넥손은 6개의 커넥신 단백질로 이루어져 있으며, 수문처럼 열리고 닫히며 이온이나 1,000달톤 미만의 작은 분자만 통과시키는 역할을 합니다. 즉, 통로 자체가 단백질로 구성되어 있고 그 크기가 매우 작기 때문에 단백질과 같은 거대 분자는 통과할 수 없는 것입니다.
다시 말해 원형질 연락사는 소포체가 통과하는 비교적 넓은 통로를 가지고 있어 세포질을 통해 거대 분자의 이동이 가능하지만, 간극 연접은 커넥손이라는 작은 단백질 채널로 구성되어 있어 작은 분자만 통과시킬 수 있는 것입니다.
원형질 연락사가 거대 분자를 이동시킬 수 있는 이유는 구조적으로 통로의 크기를 능동적으로 조절할 수 있기 때문입니다. 원형질 연락사는 중심에 데스모튜불이라는 소포체 유래 구조를 가지며, 그 주변의 세포질 통로 크기를 조절 단백질 등을 이용해 확장시켜 단백질이나 RNA 같은 거대 분자의 이동을 가능하게 합니다. 반면, 동물의 간극 연접은 크기가 고정된 단백질 통로로 이루어져 있어 이온이나 작은 대사 물질만이 확산을 통해 이동할 수 있는 수동적인 통로라는 점에서 근본적인 차이가 있습니다.