세포내공생설의 과학적 근거는 무엇인가요?
안녕하세요. 미토콘드리아와 엽록체는 세포내공생을 통해 세포소기관이 되었다고 하는데, 그 과학적 근거가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.
세포내 공생설(Endosymbiotic Theory)은 미토콘드리아와 엽록체가 원래 독립적인 원핵생물이었으나 고대의 진핵세포와 공생 관계를 형성하여 세포 소기관이 되었다는 이론입니다.
미토콘드리아와 엽록체는 독자적인 유전물질을 지니고 있습니다. 이들 소기관의 DNA는 고리 형태로 존재하며 이는 원핵생물(세균)의 DNA와 유사합니다. 이러한 형태는 진핵세포의 선형 DNA와는 명확히 구별되며, 미토콘드리아와 엽록체가 독립적인 생명체였을 가능성을 강하게 시사합니다. 미토콘드리아와 엽록체의 리보솜은 70S 리보솜으로, 이는 세균의 리보솜과 유사합니다. 반면 진핵세포의 리보솜은 80S입니다. 이 차이는 이들 소기관이 원래 독립적인 원핵생물에서 유래했음을 암시합니다. 미토콘드리아와 엽록체는 이중막 구조를 가지고 있습니다. 이중막의 존재는 이들 소기관이 원래의 세균이 진핵세포에 의해 내부화될 때 형성된 것으로 해석될 수 있습니다. 외막은 진핵세포의 세포마겡서 유래하고 내막은 원래의 세균의 세포막에서 유래한 것으로 보입니다. 미토콘드리아와 엽록체는 세포 주기의 특정 시점에서 자율적으로 분열하는 증식합니다. 이는 이들 소기관이 독립적인 생명체로서 자신만의 증식 메커니즘을 보유하고 있었음을 시사합니다. 유전자 서열 분석은 강력한 증거를 제공합니다. 미토콘드리아의 DNA 서열은 알파-프로테오박테리아(alpha-proteobacteria)와 유사하며, 엽록체의 DNA 서열은 시아노박테리아(cyanobacteria)와 매우 유사합니다. 이는 미토콘드리아와 엽록체가 각각 알파-프로테오박테리아와 시아노박테리아에서 유래했음을 강하게 지지합니다.안녕하세요.
'세포 내 공생설'이란 서로 다른 원핵생물들이 다른 세포의 원형질 안에 살면서 공생관계를 유지하는 것으로 이 과정에서 진핵생물이 형성되었다는 가설입니다. 이 설에 의하면 독립적으로 번식하던 원핵생물이 공생관계를 통해 하나의 세포 안에 모여 살게 되었고, 일부의 원핵생물의 경우 다른 원핵생물 내로 들어가서 특정한 기능을 수행하는 세포소기관이 되었다는 것입니다. 미토콘드리아와 엽록체의 세포 내 공생 근거는, 두 세포소기관의 경우 세포 핵과 별도록 자체적인 DNA를 가지고 있으며, DNA가 원핵생물의 것처럼 환형이라는 점, 필요한 효소의 일부를 스스로 합성할 수 있다는 점, 이중막 구조로 이루어져 있다는 점입니다. 진핵세포의 미토콘드리아는 호기성 세균으로부터, 엽록체는 호기성 광합성 세균인 시아노박테리아로부터 유래한 것으로 추정되고 있습니다.
세포내공생설의 과학적 근거는 미토콘드리아와 엽록체가 독자적인 DNA를 가지고 있으며, 이들의 DNA 구조가 세균과 유사하다는 점, 두 소기관이 세포 내에서 독립적으로 번식할 수 있다는 점, 그리고 이들의 이중막 구조가 원래 외부에서 온 세균이 내부 세포막으로 둘러싸였다는 증거로 여겨집니다. 이 모든 점이 미토콘드리아와 엽록체가 원래 독립적인 세균이었다가 고대 세포와 공생 관계를 맺으며 진화해 온 것임을 뒷받침합니다.
안녕하세요. 황정웅 전문가입니다.
미토콘드리아와 엽록체의 특징에서 근거를 찾을 수 있습니다.
미토콘드리아와 엽록체는 각자 세포와는 독립적인 유전물질을 가집니다.
그리고 세포의 세포분열 주기와 상관없이 독립적으로 분열하여 수를 늘릴 수 있습니다.
또 구조적으로 이중막으로 되어있다는 점도 근거가 될 수 있습니다.
미토콘드리아와 엽록체는 세포내의 막을가진 세포소기관인 골지체나 소포체 등과 달리 두겹의 막을 가집니다.
세포가 외부의 물질을 세포 내로 가져올 때(혹은 섭식할 때) 세포막으로 덮어감싸면서 소포체안에 가두어 가져옵니다.
세포질과 외부물질을 서로 격리한체 유지하는 것 입니다.
미토콘드리아와 엽록체의 기원이 되는 세포를 다른 세포가 섭식하면서 막으로 감싸 세포 안으로 가져왔을 것이므로
미토콘드리아와 엽록체가 두겹의 막을 갖는 것이 설명됩니다.
세포 내 공생설을 뒷받침하는 주요 근거들이라면 몇 가지가 있죠.
첫번째는 이중막 구조입니다. 미토콘드리아와 엽록체는 이중막 구조로 되어 있어 이들의 내막에는 원핵생물의 효소와 전자전달계가 존재하며, 외막은 세포막과 유사합니다.
두번째는 독립적인 DNA입니다. 미토콘드리아와 엽록체는 독립된 DNA를 가지고 있는데, 이 DNA는 핵 DNA와는 다르며, 이는 미토콘드리아와 엽록체가 한때 독립적인 세균이었음을 시사합니다.
세번째는 고리형 DNA입니다. 미토콘드리아와 엽록체는 원핵세포의 전형적인 특징인 고리형의 DNA를 가지고 있는 반면에 진핵세포는 전형적으로 선상의 DNA를 가집니다.
네번째는 막지질의 존재입니다. 미토콘드리아의 막에는 진핵세포에는 존재하지 않고 원핵세포에만 존재하는 카르디올리핀이라는 독특한 막지질을 가지고 있습니다.
이러한 증거들은 미토콘드리아와 엽록체가 원래 독립적인 생명체였다가, 어느 시점에서 원핵세포에 의해 흡수되어 공생 관계를 형성하게 된 것에 대한 대표적인 증거로 인용되는 것들입니다.