미토콘드리아의 기능

미토콘드리아와 엽록체는 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있다. 

생명체는 환경으로부터 얻은 엔지를 자신에게 필요한 형태로 전환한다. 진핵세포 생물에서 미토콘드리아와 엽록체는 에너지 형태를 바꾸어 세포가 사용할 수 있는 형태로 만드는 세포 내 소기관이다. 미토콘드리아는 세포호흡이 일어나는 장소로 당이나 지방, 다른 열량을 내는 영야소들을 산소를 이용하여 분해함으로써 ATP를 얻는 대사가 일어나는 곳이다. 엽록체는 식물과 조류에서만 발견할 수 있으며 광합성이 일어나는 곳이다. 엽록체에서는 빛에너지를 받아 화학에너지로 바꾸어 물과 이산화탄소로부터 당과 같은 유기화학물을 만든다. 

 

미토콘드리아와 엽롭체는 관련성이 있는 기능을 가지고 잇는 것뿐만 아니라 유사한 진화적인 기원도 가지고 있다. 미토콘드리아와 엽록체는 세균들과 유사점을 보이며 이는 세포 내 공생설로 이루어 졌다. 초기 진핵세포가 산소를 사용하는 비광합성 원핵세포를 안으로 집어삼켜 결국에는 먹힌 세포가 숙주세포와 동화되어 세포내공생체가 되었다는 것이다. 실제로 진화 과정을 통해 숙주세포와 세포내공생체가 합쳐져 하나의 생명체 즉 미토콘드리아를 갖는 진핵세포가 탄생하였다. 적어도 이러한 세포들 중의 하나는 광합성을 하는 원핵세포를 흡수하여 엽록체를 포함하는 진핵세포의 조상이 되었을 것이다. 

 

미토콘드리아와 엽록체 간 구조적 특징의 일관성을 살펴보면 첫째, 미토콘드리아와 엽록체는 내막계의 기관들처럼 하나의 막으로 둘러싸여 있지 않고 두 개의 막으로 둘러싸여 있다. 초기에 먹힌 원핵생물은 두 개의 외막을 가지고 있었는데 이는 미토콘드리아와 엽록체의 이중막이 되었다는 증거가 있다. 둘째, 미토콘드리아와 엽록체는 원핵생물에서 관찰되는 형태의 리보솜뿐만 아니라 내막에 붙어 있는 원형 DNA 분자를 가지고 있다. 이 DNA는 두 소기관에서 작용하는 일부 단백질을 암호화하고 있으며 두 소기관 내에 존재하는 리보솜에서 단백질 합성이 일어난다. 셋째, 세포로서 미토콘드리아와 엽록체가 진화적인 일관성이 있다는 가능한 것뿐만 아니라 세포 안에서 자라고 복제도 하는 독집적 소기관의 특징도 가지고 있다. 

 

마토콘드리아는 식물, 동물, 균루 및 대부분의 원생생물을 포함하여 거의 모든 진핵세포에서 나타난다. 몇몇의 세포들은 크기가 큰 미토콘드리아 하나를 갖고 있지만 대부분의 세포들은 몇백, 몇천 개의 미토콘드리아를 갖는다. 미토콘드리아의 수와 세포의 물질대사 활성도는 연관이 있다. 예를 들어 움직이거나 수축을 하는 세포들은 그렇지 않은 세포보다 단위 부피당 더 많은 미토콘드리아를 가지고 있다. 

 

미토콘드리아는 두 개의 막으로 둘러싸여 있는데 각각의 막은 독특한 단백질이 끼어 있는 인지질 이중층으로 되어 있다. 외막은 매끄럽지만 내막은 크리스테라고 불리는 주름 껴있는 복잡한 구조로 되어 있다. 내막은 미토콘드리아의 내부를 두 부분으로 나누는데 하나는 외목과 내막 사이의 좁은 공간이며 다른 하나는 내막으로 둘러싸인 미토콘드리아 기질이다. 이 기질에는 다양한 효소들과 함께 미토콘드리아 DNA와 리보솜도 있다. 세포호흡 단계 중 일부가 이 기질의 효소들에 의해 진행된다. ATP를 만드는 효소로 세포호흡 과정에 작용하는 다른 단백질들은 내막 속에 끼여 있다. 크리스테는 매우 주름져 있기 때문에 이러한 단백질들이 작용할 넓은 표면적을 제공할 수 있어 세포호흡에 의한 에너지 생산성을 높여준다. 

 

미토콘드리아는 1~10마이크로미터의 길이를 가진다. 동영상 압축 기술을 이용하여 살아 있는 세포를 관찰한 결과 미토콘드리아는 세포 내부를 돌아다니며 자신의 모습을 변형하시도 하고 둘로 분열하기도 하는데 이는 죽은 세포를 전자현미경으로 보았을 때 나타나는 정적인 실린더 모양의 구조와는 다른 모습이다. 

 

엽록체는 녹색 색소인 엽록소를 가지며 광합성을 통해 당을 생산하는데 효소나 기타 분자들을 가지고 있다. 엽록체는 렌즈 모양의 소기관으로 개개의 크기는 3~6 마이크로미터 정도이며 식물의 잎이나 녹색을 띤 주고 및 조류에서 발견된다. 미토콘드리아와 마찬가지로 엽록체도 전자현미경 사진 속에서는 정적이고 딱딱한 모습은 살아 있는 세포에서의 역동적인 모습을 설명해 줄 수 없다. 모양이 변하기도 하고 자라며 둘로 갈라져 자신을 복제하기도 한다. 엽록체는 움직일 수 있으며 구조적 네트워크인 세포골격 트랙을 따라 미토콘드리아와 가른 소기관들과 함께 세포 내부에서 이동한다.