Origin of Internal Membranes
진핵세포의 내부 막 시스템이 어떻게 진화했는지에 대한 설명.
원시 세포 (Ancestral Cells)
- 박테리아/고세균처럼 plasma membrane만 존재, 내부 막 없음
- Plasma membrane이 모든 막-의존 기능 수행: 이온 펌핑, ATP 합성, 단백질 분비, 지질 합성
진핵세포로의 진화
- 진핵세포는 전형적인 박테리아(E. coli)보다 10–30× 크기, 1,000–10,000× 부피
- 표면적 대 부피 비(surface area-to-volume ratio) 감소 → plasma membrane만으로는 막-의존 기능 감당 불가
- 내부 막의 진화 → 기능적 표면적 확장
세포 내 공생설 (Endosymbiosis, ~16억 년 전)
- 혐기성 고세균(anaerobic archaeon)이 호기성 박테리아(aerobic bacterium)를 흡수
- → 최초의 진핵세포 탄생
- 흡수된 박테리아 → Mitochondria의 조상
- 이후 광합성 박테리아의 추가 흡수 → 엽록체의 조상
ER과 핵의 기원 가설
- Plasma membrane의 내함입(invagination) → 내부 막결합 구획 형성
- 이 구획들의 내강(lumen)은 세포 외부와 위상학적으로 동일(topologically equivalent)
핵막(Nuclear Envelope) 형성
- Plasma membrane 내함입이 염색체를 보호하되, 단백질 합성을 위해 세포질 접근 허용
- 내함입이 분리되어 이중막 핵 구획 형성
ER 연결
- ER lumen은 내·외 핵막 사이 공간과 연속적
- → ER lumen은 세포 외 공간과 위상학적으로 동일
Figure 12-3 요약
| 막 구조 | 기원 |
|---|---|
| Plasma membrane | 원시 세포의 막 |
| Nuclear envelope | Plasma membrane 내함입 후 분리 |
| ER | Plasma membrane 내함입 유래 |
| Mitochondria | 내부 공생 (흡수된 호기성 박테리아) |
| Chloroplasts | 내부 공생 (흡수된 광합성 박테리아) |