바이오인

엽록체는 식물에게 에너지와 영양분을 공급할 뿐만 아니라 병이나 전염으로부터 보호해 주는 기능을 한다는 사실이 러시아 기초과학재단의 지원속에서 확인되었다.

세포가 신체에 더 이상 필요하지 않게 되면 그 세포는 죽어야 한다. 세포의 죽음은 예정되어 나타나는 현상으로 소위 '아폽토시스(apoptosis)'라고 하는데, 식물의 아폽토시스는 여러 형태로 나타날 수 있다. 즉, 세포질의 특별한 효소들이 관여하거나 시토크롬 C의 미토콘드리아 단백질과 무관하게 나타날 수도 있다. 그러나 최근 모스크바 국립대학 생물학부 세포생리학 및 면역학과에서는 세포의 예정된 죽음에 엽록체도 일정한 기여를 한다는 사실을 발견하였다.

식물의 아폽토시스는 매년 여름과 가을에 발생하지만 그 시작점은 볼 수 없다. 특수 효소들이 세포핵의 DNA를 파열시키면 핵 자체도 여러 조각으로 나뉘어지고 세포 역시 동일한 현상을 겪는다. 세포를 구성했던 모든 물질은 이웃 세포들에 흡수되며 결국 ‘텅빈 나무상자’와 같은 세포벽만 남게 된다. 그 후 특수 효소들은 이 세포벽마저 붕괴시키는데 이때 아폽토시스의 결과가 분명해진다. 즉 다 익은 나무 열매들이나 잎이 떨어진다. 그러나 이상의 아폽토시스 현상이 여름과 가을에만 일어나는 것은 아니다. 때로 병원체가 세포로 침투하여 아폽토시스를 불러일으키기도 한다. 이럴 경우 세포는 죽게 되지만 세포벽은 무너지지 않고 대신 더 두꺼워지게 된다. 세균이 텅빈 세포벽에 들어차게 되기 때문이다.

세포의 예정된 죽음을 연구하는 학자들은 가을을 기다리지 않으며 식물 세포를 감염시키지도 않는다. 대신 시안 화물 같은 특수 물질을 세포에 투여한다. 시안 화물은 식물에게 생소한 물질이 아니며 수수, 편도, 버찌, 클로버와 카사버 등과 같은 식물을 수천 종으로 합성시켜 주는 역할을 한다. 식물은 병원체로부터 자신을 보호하는데 시안 화물을 이용하기도한다. 세균 붕괴시 시안 화물이 파괴되는데 이 때 CN이온은 박테리아를 박멸시키면서 세포에 아폽토즈 신호를 보내준다. 학자들은 식물 세포가 이 신호에 여러 모양으로 반응한다는 것을 확인하였다. 특히 엽록초 함유 세포들이 빨리 죽는 것으로 확인되었다.

모든 식물 세포들이 녹색을 띠는 것은 아니다. 예를 들어 표피 세포, 잎을 보호하는 안전층 세포들은 엽록체를 갖고 있지 않으므로 무색이다. 그러나 표피에는 ‘탄산가스를 위한 문’이라 할 수 있는 기공이 삽입되어 있고 이 기공 세포에는 엽록체가 있다. 연구자들은 콩잎 표피의 박막을 시안나트륨과 시안칼슘이 첨가된 증류수(플랑세트위에 있음)로 떨어뜨렸다. 그러자 아폽토즈 현상이 나타났다. 즉 세포핵이 붕괴되었다는 것이다. 이 현상은 현미경으로 분명히 관찰되었다. 플랑세트에 빛을 비추면 기공세포의 아폽토시스는 훨씬 빠른 속도로 진전되나 투명한 표피 세포에서는 아폽토시스가 아주 느리게 일어난다.

빛은 시안칼륨의 활동에 어떻게 영향을 미칠 수 있는가? 시안 화물의 영향으로 세포는 자신을 파괴시키는 강력한 산화제를 축적하게 된다. 학자들은 엽록초가 추가 활성 형태의 산소를 빛으로 보낸다고 가정하였다. 그러나 이러한 가정은 확인되지 않았다. 녹색 세포에는 고유의 아폽토시스 메커니즘이 있는 것이다. 연구자들은 엽록체 단백질 플라스토키논이 아폽토시스 현상을 불러오는 주요한 역할을 한다고 보고 있다. 플라스토키논은 빛에 반응할 뿐만 아니라 생화학 반응 전체를 가동시키는 데 이 반응 가운데 한가지 반응이 식물 세포의 죽음을 가져온다고 보면 된다.

아폽토시스에서 엽록체의 역할은 계속 연구해야 하나 엽록체가 광합성 뿐만아니라 세포의 비상 자멸을 보장하여 결국 식물을 감염으로부터 보호하는 역할을 한다는 사실은 대단히 흥미롭다. 앞으로 좀 더 시간이 흐르고 연구가 진행되면서 이러한 새로운 지식이 실제적으로 활용될 전망이다

(http://www.alric.org)