세포분열 요약

세포 재생산에 대한 전체적인 관점

번식은 생명체의 가장 결정적인 특징 중 하나로 간주되며, 따라서 생명의 단위인 세포 개념에 내재되어 있습니다. 그러나 생식 과정에는 유전적 특징을 전달하는 메커니즘이 포함되어 있으므로 각각의 새로운 세포는 전구 세포로부터 유전 정보의 사본을 받아야 합니다. 따라서 최초의 생명체 형태를 향한 물질의 진화에서 가장 중요한 사건 중 하나는 정보를 담고 있을 뿐만 아니라 정보를 전달할 수도 있는 분자, 즉 폴리뉴클레오티드의 출현이었습니다.

세포 분열이란 무엇입니까?

세포는 항상 세포 분열 과정을 통해 재생산됩니다. 덕분에 모세포의 함량은 두 개 이상의 딸세포 사이에 분포되며, 이는 DNA로 표시되는 유전 물질의 분포에 특히 중요합니다. 따라서 세포가 분열하기 전에 각 딸세포가 복사본을 받을 수 있도록 DNA가 복제되어야 합니다.

세포 재생의 유형

a) 원핵세포의 분열. 원핵세포는 유전 물질의 대부분이 단일 DNA 분자 또는 원핵세포 염색체의 형태로 존재하며, 생식은 단순 분열을 통해 이루어지는데, 이 과정은 다음과 같은 단계로 요약할 수 있다.

• 염색체의 정확한 복사본 두 개가 형성되는 이전 DNA 복제입니다.
• 염색체의 각 복제본이 원형질막의 다른 메조솜에 결합되어 길이가 길어지면 염색체가 분리됩니다.
• 새로운 세포벽이 형성됨에 따라 막이 함입되고 세포가 분할됩니다. 그 결과 유전적으로 동일한 두 개의 딸세포가 나타나는 것입니다.

b) 진핵세포의 분열. 일반적인 진핵세포는 원핵세포보다 약 1000배 많은 DNA를 가지고 있으며, 이 DNA는 각각 단백질에 결합된 선형 DNA 분자로 구성된 여러 개의 염색체에 분포되어 있습니다. 따라서 딸세포 간의 유전 물질 분배는 이전 경우보다 훨씬 더 복잡한 문제인데, 이는 두 단계로 이루어진 체세포 분열이라는 다소 복잡한 메커니즘을 통해 해결되었습니다.

• 핵운동: 복제된 염색체가 딸세포들 사이에 정확하게 분포되어 모든 딸세포가 동일한 정보 유산을 받도록 하는 것이 목적인 핵 분열 과정입니다.
• 세포질 분열: 세포질이 분열하여 딸세포가 된다.

핵분열은 가장 중요한 부분이므로 유사분열이라는 용어는 유사분열의 전체 과정을 가리키는 데 종종 사용됩니다. 반면, 일부 진핵 세포는 감수 분열 또는 환원 분열이라는 또 다른 유형의 분열을 수행할 수 있으며, 그 주요 목적은 유성 생식을 가능하게 하는 것임을 나타낼 필요가 있습니다.

c) 세포 주기. 진핵 세포는 세포 주기라고 불리는 규칙적이고 반복적인 성장과 분열 과정을 거치는데, 이는 크게 두 가지 기본 단계로 구성됩니다. 하나는 간기(G1, S, G2기)이고, 다른 하나는 분열기 또는 M기(체세포 분열과 세포질 분열)입니다. 따라서 세포 주기는 G1, S, G2, 체세포 분열, 세포질 분열의 다섯 가지 주요 단계로 이루어져 있습니다. 세포 주기와 각 단계의 지속 시간은 세포 종류에 따라 다르며, 온도나 영양분 공급과 같은 외부 요인에도 영향을 받지만, 분열기는 전체 주기에서 극히 일부분만을 차지합니다.

• 따라서 인터페이스는 두 개의 연속적인 분할 사이의 기간이며, S상 (합성 단계) DNA 복제의 핵심 과정이 발생합니다. G 단계 이는 분리 간격이므로 이름이 지정됩니다(분리를 의미하는 영어 "gap"에서 유래).
• 동안 G1 단계 세포 크기가 커지고 생체 분자의 양은 물론 세포질 구조(리보솜, 미토콘드리아 등)의 양도 증가합니다. 중심소체 세포에서는 분리가 시작됩니다.
• La S상 이는 DNA 합성이 시작될 때 시작되고 핵의 DNA 함량이 두 배가 될 때 끝납니다. 또한, 새로운 단백질의 합성과 중심소체 복제의 시작도 발생합니다. 각 중심소체의 기저부 근처에서 초기 중심소체와 직각으로 위치한 딸 중심소체로 발달하기 시작합니다.
• 동안 G2 단계, 이는 S상 유사분열 이전에 세포 분열을 위한 마지막 준비가 이루어집니다. 중심소체의 복제가 끝나고 핵막 근처에 위치하지만 서로 다소 분리된 두 쌍의 중심체가 생성됩니다. 복제된 DNA를 가진 염색질 필라멘트는 더 조밀한 구조로 감겨지고 응축되기 시작하며, 분열에 필수적인 일부 단백질이 합성됩니다.
• 유사 분열, 이는 광학현미경으로 염색체가 보이기 시작할 때 시작하여 두 개의 딸핵이 형성되는 것으로 끝나며, 이어서 세포질 분열 또는 세포질 분열이 일어납니다. 따라서 두 개의 딸세포가 생성되어 다시 G1 단계로 들어갑니다.

유사분열 세포 분열

a) 생물학적 중요성. 유사분열은 하나의 모세포에서 모세포와 정확히 동일한 수와 종류의 염색체를 가진 두 개의 딸세포를 생성하는 세포 분열 과정입니다. 따라서 유사분열은 보존적 분열이며, 이배체(2n) 세포와 단배체(n) 세포 모두에 적용 가능한 가장 일반적인 세포 분열 메커니즘입니다. 유사분열의 목적은 다음과 같습니다.

• 단세포 유기체에서: 새로운 개체의 형성.
• 다세포 유기체의 경우: 개인의 성장과 발달을 위한 새로운 세포가 생성되고, 정상적인 마모로 인해 죽은 세포가 대체되며, 유기체의 파괴되거나 손실된 부분이 재생되고, 많은 경우 생식을 위한 특수 세포가 생성됩니다.

체세포 분열은 핵 분열과 세포질 분열의 두 단계로 구성됩니다. b) 체세포 분열 또는 핵 분열(핵 분열). 그 목적은 복제된 염색체를 분배하여 모핵과 동일한 염색체 구성을 가진 두 개의 딸핵을 생성하는 것입니다. 이를 위해 체세포 분열 동안 두 가지 핵심적인 사건이 발생합니다.

• 염색체 응축.
• 세포가 분열을 시작할 때마다 조직되고 유사분열이 끝나면 해체되는 미세관 구조인 유사분열 방추 또는 무색 방추의 구성. 이 구조의 기능은 염색체의 움직임을 지시하는 것입니다. 완전히 구성되면 방추는 타원형 모양을 가지며 두 가지 유형의 미세소관이 구별됩니다. 하나는 방추의 한 극에서 다른 극으로 이동하는 극성 섬유 또는 미세소관이고, 다른 하나는 염색체 섬유라고도 불리는 동원체 섬유 또는 미세소관입니다. 염색체의 키네토코르. 진핵생물의 대부분인 중심소체가 있는 세포에서 방추의 각 극은 한 쌍의 중심체가 차지하고 있으며, 이 중심체에서 과꽃을 구성하는 더 짧은 미세소관 세트가 방사됩니다. 이 경우, 아스트랄 방추라고 불리는 방추 미세소관의 조직 중심은 세포중심의 중심주위 물질입니다.

유사분열은 연속적인 과정이지만 연구를 용이하게 하기 위해 다음 단계로 구분됩니다.

• 전기. 이는 염색체가 핵 내에서 얇은 필라멘트로 보이기 시작할 때 시작되며, 세포질에서 물이 유입되어 크기가 증가합니다. 염색체가 응축되면서 핵소체는 사라진다. 유사분열 방추의 형성은 세포질에서 시작됩니다. 중심소체가 있는 세포에서는 간기 동안 복제로 인해 생성된 두 쌍이 분리되어 세포의 반대 극으로 이동하며 방추의 극성 미세소관이 이들 사이에 구성됩니다. 염색체의 응축은 계속되며 동원체에 의해 연결된 두 개의 염색분체로 구성된 개별 몸체로 보입니다. 염색 분체는 점점 더 짧아지고 두꺼워지며, 각각의 동원체에는 미세소관 조직 센터 역할을 하는 동원체(kinetochore)가 형성됩니다. 마지막으로 핵막은 조각나서 사라지고 염색체는 세포질과 접촉하게 됩니다. 동원체로부터 동원체 미세소관이 형성되는데, 이는 염색체의 양쪽에 수직으로 위치하며, 늘어나면 사용되는 극성 섬유로 뒤덮입니다. 그 결과 염색체가 분리되어 방향을 바꾸게 되어 염색체의 두 염색분체가 각각 두 극을 향해 위치하게 됩니다.
• 중기. 방추사 섬유는 세포의 중앙 영역을 침범하여 적도면에 깔끔하게 배열되어 있는 염색체를 잡아당겨 방사형으로 배열합니다. 이 일시적인 배열을 적도판이라고 합니다.
• Anaphase. 이는 각 염색체의 두 염색체가 결합되어 분리될 때 시작되며, 이는 모든 염색체에서 동시에 발생합니다. 이미 딸 염색체인 각 염색체는 동원체 미세소관의 단축으로 인해 각 극 쪽으로 이동합니다. 후기 단계는 염색체가 극에서 함께 그룹화되어 두 개의 덩어리를 형성하고 동원체가 사라지면 끝납니다.
• 말기. 말기 동안 전기의 사건은 재현되지만 반대 방향으로 염색체가 풀리고 소포체의 각 염색체 덩어리 주위에 핵 봉투가 재건되고 핵소 조직이 핵소체를 형성합니다. 따라서 두 개의 딸핵이 형성되어 경계면 상태로 들어갑니다. 동시에 세포질 분열이 발생합니다.

c) 세포질 분열(세포질의 분열). 후기 및 말기 동안 시작되는 세포질 분열을 통해 간기에서 복제된 세포질 성분이 두 딸세포 사이에 분포됩니다. 동물세포인지 식물세포인지에 따라 과정이 달라집니다.

감수분열 세포분열

a) 감수분열의 개념. 감수분열은 하나의 이배체 모세포에서 네 개의 반수체 딸세포가 생성되는 특별한 세포 분열 메커니즘입니다. 이는 딸세포가 모세포의 염색체 수의 절반을 가지는 감수 분열이며, 일부 이배체 세포에서만 일어납니다. 감수분열은 두 번의 연속적인 세포 분열로 구성되지만, 두 번째 분열 전에는 DNA 복제가 일어나지 않으므로 최종적으로 네 개의 반수체 딸세포가 형성됩니다. 감수분열 과정은 다음과 같은 단계로 구분됩니다.

• 감수전 인터페이스: 이는 유사분열에 대해 이미 연구된 과정과 유사하며, 이 과정에서 DNA가 복제된다는 점을 강조할 수 있습니다.
• 첫 번째 감수 분열 또는 감수 분열 I: 이는 정상적인 유사분열과는 매우 다른 길고 복잡한 과정입니다.
• 감수분열 인터페이스: 짧고 DNA 복제가 없습니다.
• 두 번째 감수 분열 또는 감수 분열 II: 이것은 실질적으로 정상적인 유사분열이다.

b) 제1 감수 분열. 감수 분열 I은 모세포의 염색체 수의 절반을 가진 두 개의 딸세포를 생성하는 감수 분열이며, 체세포 분열과 동일한 단계를 거칩니다. 감수 분열 전기 I은 감수 분열에서 가장 긴 단계이며, 이 단계에서 특히 중요한 사건이 발생합니다. 바로 상동 염색체가 쌍을 이루어 유전 물질을 교환하는 것입니다. 이해를 돕기 위해 전기 I의 각 단계를 다음과 같이 구분하여 살펴보겠습니다.

• 렙토텐: 염색체는 광학현미경으로 점점 더 눈에 띄게 되지만, 간기에서 이전에 DNA가 복제된 결과로 각 염색체는 이미 두 개의 염색분체로 구성되어 있지만 나중에야 눈에 띄게 됩니다.
• 자이고텐: 각 염색체는 시냅스라고 불리는 과정을 통해 상대 염색체와 쌍을 이루는데, 이 쌍은 매우 구체적입니다. 두 염색체는 점 단위로, 즉 유전자 단위로 연결됩니다. 결합은 염색체의 어느 곳에서나 시작될 수 있으며 지퍼처럼 염색체를 따라 확장됩니다. 두 염색체는 시냅톤 복합체(synaptonemal complex)라고 불리는 단백질 구조에 의해 서로 결합되어 있습니다. 이러한 이중 염색체 형성의 결과로 2가 염색체 또는 사분체라고 하며 각 염색체에는 4개의 염색분체와 2개의 동원체가 있습니다.
• 파키텐: 염색체의 응축이 강조되어 각 초기 염색체의 두 염색분체, 즉 각 2가의 염색분체 4개가 보입니다. 이 기간 동안 감수분열의 특정 주요 사건, 즉 교차와 유전자 재조합이 발생합니다. 그 중요성을 이해하려면 개인의 세포에 존재하는 각 상동체 쌍 중 하나는 아버지에게서 나오고 다른 하나는 어머니에게서 나온다는 것을 기억하는 것이 좋습니다. 파키텐 동안, 각 2가 염색체의 두 개의 상동성(비자매) 염색분체가 특정 지점에서 교차합니다. 이러한 특정 교차점 각각을 교차점이라고 합니다. 각 교차에서 두 개의 상동 염색분체는 동일한 수준에서 가로 방향으로 분리되어 한 염색분체의 세그먼트가 상동 염색분체의 해당 세그먼트와 교환됩니다(교차). 그 후, 파손된 부분을 봉합하여 아버지 염색체의 유전자 일부가 모체 염색체의 유전자 일부와 결합하거나 그 반대의 경우 재조합이 발생합니다. 따라서 두 개의 초기 상동 염색체의 유전 물질이 혼합된, 즉 부계 유래의 유전 물질이 모계 유래의 유전 물질과 재조합된 염색체가 생성됩니다.
• 디플로텐: 각 2가의 상동 염색체 2개는 분리되는 경향이 있는데, 이 과정은 연결 끊김(desynapsis)이라고 알려져 있지만, 교차교차에 의해 여전히 연결되어 있기 때문에 분리가 완전하지 않습니다.
• 활동성: 이는 전기기 I의 마지막 시기이다. 유사분열과 유사한 과정을 거쳐 염색체의 응축이 강조되고 핵소체와 핵막이 사라진다. 그러나 상동염색체는 여전히 교차염색체로 연결되어 있으므로 여전히 2가 염색체입니다. 중기 I에서는 2가 염색체가 적도면에 배열되어 중기판을 형성한 다음(후기 I) 상동 염색체가 분리되어 각각 2개의 염색분체로 구성됩니다(정상 유사분열의 후반기에서 발생하는 것과는 다름). 세포의 반대 극으로 이동합니다. 교차의 결과로 후기에서 분리되는 염색체는 원래 염색체와 다른 구성을 갖는다고 주장할 가치가 있습니다. 이 과정은 계속되어 두 개의 딸 핵을 재구성하고(텔로페이즈 I) 세포질을 분할합니다(세포질 분열 I).
• 결과적으로, 감수분열 I이 끝나면, 두 개의 n개의 딸세포가 생성되었고, 어머니의 염색체 수의 절반으로 DNA가 복제되고 각 염색체는 두 개의 염색 분체로 구성됩니다. 복제된 염색체는 두 개가 아닌 하나의 염색체로 계산된다는 점을 고려해야 하며, 실수를 피하기 위해 항상 동원체의 수를 계산하는 것이 좋습니다. 따라서 감수분열 I로 인해 생성된 세포는 유전 물질의 양이 두 배가 되더라도 반수체 수의 염색체를 갖습니다.

c) 감수분열의 생물학적 중요성. 감수분열은 유성생식에 필수적인 메커니즘으로, 유성생식은 기본적으로 서로 다른 부모로부터 유래한 두 개의 특화된 세포 또는 배우자가 결합하는 과정입니다. 수정이라고 불리는 이 과정을 통해 하나의 세포(접합자 또는 수정란)가 형성되며, 이는 새로운 개체의 첫 번째 세포가 됩니다.

유사분열이 유일한 세포 분열 메커니즘이고 배우자가 2n이라면, 수정으로 인한 새로운 개체는 4배체(4n)가 될 것입니다. 이것은 차례로 8n개의 배우자를 낳을 것이고, 수정이 이루어지면 2n개의 접합체를 낳을 것이고, 계속해서 염색체의 수는 각 세대마다 두 배로 늘어날 것입니다. 이를 피하기 위해 감수분열이 있는데, 이는 XNUMXn개의 세포를 n개의 세포로 변형시켜 수정의 효과를 방해하고 염색체 수가 한 세대에서 다음 세대까지 일정하게 유지되도록 보장합니다. 따라서 유성 생식에서 배우자는 항상 반수체 세포여야 하며 수정 중에 결합할 때 이배체 접합체가 생성됩니다.

감수 분열에는 세 가지 중요한 효과가 있습니다.

• 염색체 수가 2n에서 n으로 감소하여 유성 생식이 가능해집니다.
• 교차에 의한 염색체의 변형.
• 생식세포 사이의 염색체 분포로 수정 시 무작위 혼합이 가능합니다.

그러한 영향의 결과는 유성생식 종의 유전적 다양성에 대한 엄청난 잠재력입니다. 염색체 번호 n = 2(2n = 4)를 갖는 개체는 22 = 4개의 서로 다른 유형의 생식 세포를 생성할 수 있고, 개체가 염색체 번호 n = 3(2n = 6)을 갖는 개체는 23 = 8개의 유형의 생식세포를 생성할 수 있습니다. 배우자. 즉, 배우자에서 가능한 염색체 조합 수는 2n개이며 이는 교차의 결과로 발생하는 추가 변형을 고려하지 않은 것입니다. 예를 들어, 이종교배를 고려하지 않고 남자는 233 = 8.388.608 종류의 정자를 생산할 수 있고, 여자는 같은 수의 서로 다른 난자를 생산할 수 있습니다.

더욱이, 각 유형의 수컷 배우자는 임의의 유형의 암컷 배우자와 무작위로 수정에 참여할 수 있기 때문에 유성 생식으로 인해 발생하는 자손의 다양성은 참으로 놀랍습니다. 이는 후손이 부모와 유전적으로 동일하기 때문에 변이의 유일한 원인이 돌연변이인 무성 생식에서 발생하는 것과는 다릅니다.

따라서 감수분열과 수정이라는 두 가지 기본 과정을 통한 유성생식은 진화의 기초가 되는 개체군의 유전적 다양성을 크게 향상시킵니다.

세포 재생산 운동

질문 1. 세포 주기에 관하여. 다음 진술이 참인지 거짓인지 표시 하고 그 이유를 설명하시오.

a) DNA는 G1 단계에서 복제됩니다.
가짜. DNA는 S 단계에서 복제됩니다. G1 단계에서 세포는 DNA 복제에 사용될 단백질을 성장하고 합성합니다.

b) 유사분열과 세포질분열로 구성됩니다.
가짜. 이는 간기, 유사분열 및 세포질 분열로 구성됩니다.

c) G1, S, G2 및 유사분열 단계로 구성됩니다.
가짜. 이는 간기(G1, S, G2), 유사분열 및 세포질 분열로 구성되며 일부 유기체는 감수분열을 수행합니다.

d) 세포는 매우 오랫동안 G1에 남아 있을 수 있습니다.
진실. 분열하지 않거나 분열하려는 경향이 거의 없는 세포도 있으므로 이 단계에 머물며 분화한다. 장기간의 G1 기간을 G0이라고 합니다.

e) 대부분의 단백질은 단백질을 구성하는 단계에서 합성됩니다.
인터페이스.
진실. 분열 단계에서 세포는 단백질을 합성하는 것이 아니라 분열로만 제한됩니다.

연습 2. 다음 질문에 답하세요.

a) 유사분열과 감수분열을 정의합니다.
유사분열은 모세포가 분열하여 동일한 유전 물질을 가진 두 개의 딸세포를 형성하는 세포 재생산 과정입니다. 반면, 감수분열은 생식 세포(2n)의 유성 분열을 통해 배우자(반수체 세포, n)를 생성하는 과정입니다.

b) 유사분열 중기가 감수분열 중기 I과 어떻게 다른지 설명하십시오.
주요 차이점은 적도판의 유사분열에서는 상동 염색체가 정렬되는 반면, 감수분열 중기에서는 4개의 염색체가 정렬된다는 점입니다.

c) 모든 세포는 감수분열로 분열할 수 있나요? 대답에 대한 이유를 제시하십시오.
아니요, 성세포만이 감수분열로 분열합니다. 왜냐하면 생식세포만이 수정에 참여할 반수체 세포를 생성할 수 있는 유일한 세포이기 때문입니다.