엽록체(chloroplast) 구조와 기능

 

광합성을 담당하는 엽록체(chloroplast)는 여러 면에서 미토콘드리아와 유사합니다. 엽록체와 미토콘드리아는 모두 대사에너지 생성에 작용하고 내부 공생에 의해 진화되어 왔으며, 자신의 유전 체계를 지니고 분열에 희애 복제됩니다. 그러나 엽록체는 미토콘드리아보다 크고 복잡하며 ATP를 합성하는 기능 외에도 여러 가지 중요한 임무를 수행합니다. 가장 중요한 것은 광합성을 통해 CO2를 탄수화물로 전환시키는 것이며, 엽록체 막을 구성하는 아미노산, 지방산 및 지질 성분을 합성합니다. 질소를 유기물로 전환시키는 데 있어서 가장 핵심적인 단계인 아질산이 암모니아로 환원되는 반응도 엽록체에서 일어납니다. 뿐만 아니라 식물세포에서 매우 다양한 기능을 발휘하는 여러 종류의 색소체 중의 하나이기도 합니다.

 

 

 

구조와 기능

 

@ 엽록체와 틸라코이드 구조

 

식물 엽록체는 미토콘드리아와 같이 이중막 구조로 되어있을뿐 아니라 틸라코이드 막이라고 하는 제3의 내막계를 가지고 있습니다. 틸라코이드 막(thylakoid membrane)은 틸라코이드라고 하는 납작한 원반 모양의 구조를 하는데 원반이 차곡차곡 쌓여 그라나를 이루게 됩니다. 엽록체의 내부 구조는 이러한 3개의 막 구조로 인해 미토콘드리아보다 훨씬 더 복잡합니다. 특히 이러한 3개의 막구조로 인해 엽록체는 3개의 뚜렷한 내부 구획을 갖게 됩니다.

(1) 엽록체를 둘러싸고 있는 내외막 사이의 막 간 공간

(2) 내막의 안쪽이지만 틸라코이드막의 바깥쪽에 해당하는 스트로마(stroma)

(3) 틸라코이드 내강

 

 

 

엽록체 막은 이처럼 매우 복잡함에도 불구하고 화학 삼투에 의해 ATP를 생성한다는 점에서 미토콘드리아 막과 기능적인 유사성을 가지고 있습니다. 엽록체 외막은 미토콘드리아 외막처럼 porin을 갖고 있어서 작은 분자들이 쉽게 투과됩니다. 그러나 내막은 이온과 대사산물에 대해서 투과성이 매우 낮기 때문에 이러한 물질들이 엽록체 안으로 들어가기 위해서는 특별한 막 전달체에 의해서만 들어갈 수 있습니다. 엽록체 내 외막의 이러한 특성은 미토콘드리아 내 외막의 특성과 유사하여 두 경우 모두 내막은 세포질과 이들 세포 소기관 내부 사이 물질의 이동을 제한하고 있습니다. 엽록체의 스트로마는 기능적인 측면에서 미토콘드리아의 기질과 매우 유사해서 엽록체의 유전 체계와 광합성을 통해 CO2를 탄수화물로 전환시키는데 관여하는 효소 등 여러 가지 효소가 스트로마에 들어있습니다.  

엽록체와 미토콘드리아의 가장 큰 차이점은 틸라코이드 막입니다. 엽록체에 있어서는 이 막이 가장 중요하다고 할 수 있는데, 미토콘드리아 내막의 전자전달과 화학삼투에 의한 ATP 합성은 엽록체의 틸라코이드 막에서 일어납니다. 엽록체의 내막은 크리스테 형태로 주름 잡혀 있지 않으며, 광합성과는 아무 관련이 없습니다. 대신에 엽록체의 전자 전달계는 틸라코이드 막에 위치하고 있으며, 양성자는 스트로마에서 틸라코이드 내강 속으로 들어가게 됩니다. 그 결과 형성된 전기화학적 구배로 인해 양성자가 다시 스트로마 쪽으로 역유입될 때 ATP 합성이 촉진됩니다. 따라서 대사 에너지 생성이라는 측면에서 엽록체의 틸라코이드 막은 미토콘드리아의 내막에 해당됩니다.