[생명과학] 체세포 분열

 

 

세포는 자신의 내용물을 복제하고 나누면서 분열한다. 체세포 분열은 유전 물질을 증폭하고 분배한 뒤 세포질이 분열되는 단계를 거친다. 원핵생물과 진핵생물의 체세포 분열을 차례로 알아보자.

 

1. 원핵생물

원핵생물은 대부분 이분법으로 분열한다. 이분법은 세포가 같은 크기로 분열하면서 두 세포가 되는 것이다. 그 외에도 몸의 일부분이 돌기로 나와 분열하는 출아법, 몸의 일부가 쪼개져 나오는 분절법 등이 있다.

 

(1) 유전물질 증폭

원핵생물은 한 개의 원형 DNA를 가진다. DNA의 복제원점에서 복제가 개시된 후 반대편의 종결자에서 끝난다.

 

(2) 유전물질 분배

복제된 두 개의 DNA의 복제원점이 각각 MreB 단백질에 결합해 에너지를 소모하면서 각각 반대쪽 끝으로 끌려가 분리된다. 여기서 MreB는 유전물질 분배에 관여하는 단백질로 액틴과 유사하다고 볼 수 있다.

 

(3) 세포질 분열

튜불린과 유사한 FtsZ 단백질이 세포의 정중앙에 Z링을 형성해 격막이 형성되도록 돕는다. 그렇게 격막이 형성되면서 세포는 분리된다.

 

 

2. 진핵생물

(1) 진핵생물 DNA의 구조

1) 뉴클레오좀(Nucleosome)

뉴클레오좀은 핵 속에 있는 DNA가 히스톤 단백질을 감싸면서 뭉쳐있는 단위체다. 히스톤 단백질은 H2A, H2B, H3, H4 단위체들로 구성되어있는 팔량체 구조로 DNA가 띠고 있는 음전하와 결합할 수 있도록 리신, 아르기닌과 같은 양전하 아미노산이 풍부하다. DNA가 히스톤을 약 1.65바퀴 감싸고 있으며 히스톤 H1 단백질이 연결 부위인 링커에 결합하면서 뉴클레오좀의 구조를 안정화하는 역할을 한다.

 

2) 30nm 섬유

뉴클레오좀들의 링커 부분이 꺾이면서 지그재그로 배열되어 뭉쳐있는 구조가 나타난다.

 

3) 염색질 루프(Chromatin loop)

염색질 루프는 30nm 섬유가 핵 바탕질과 결합한 구조다. 여기서 핵 바탕질이란 핵 속에 있는 선형의 단백질들이 그물망을 이룬 것을 뜻한다.

 

-진정염색질(Euchromatin)

염색질 중에서 유전자가 활발하게 발현되는 부분이다. 비교적 풀려있어서 고리 모양을 형성하며 11nm 상태다. 히스톤의 아세틸화는 높고 DNA의 메틸화는 낮다.

 

-이질염색질(Heterochromatin)

염색질 중에서 유전자가 발현되지 않는 부분이다. 강하게 뭉쳐있어 진정염색질과 같이 풀려있지 않다. 30nm 상태로 히스톤의 아세틸화는 낮고 DNA의 메틸화는 높다.

 

4) 염색체(Chromosome)

DNA가 뭉쳐 막대 모양 구조가 되는 것을 염색체라 한다. 염색체는 세포분열 주기 중 M기에 가장 잘 관찰된다. 염색체는 막대 모양의 구조물 2개가 묶여 이중가닥을 이루는데 막대 모양 1개를 염색분체라고 한다. 2개의 염색분체는 중심절이라 불리는 지점에서 결합해 염색체를 이루게 된다.

 

5) 핵형(Karyotype)

핵형은 세포 내 염색체의 수나 크기, 모양 등을 나타낸다.

M기 중기의 염색체들을 사진으로 확인한 뒤 그중에서 상동염색체 쌍들을 찾아 묶어 크기 순으로 배열해 파악한다. 여기서 상동염색체는 모양과 크기가 같은 한 쌍의 염색체로 하나는 부계로부터, 나머지는 모계로부터 물려받는다.

사람은 총 46개의 염색체를 지니며 22쌍의 상염색체와 XX 혹은 XY 중 한 쌍의 성염색체로 분류된다. 핵형을 분석함으로써 돌연변이를 파악할 수 있다.

 

 

(2) 체세포 분열 과정

체세포 분열은 S기에 DNA가 복제된 후 M기에 응축하여 핵분열과 세포질 분열을 하게 된다. 각 단계별로 자세히 보자.

 

1) S기: 유전물질 증폭

S기에 하나의 DNA가 복제되면서 한 쌍을 이루게 되고 이를 코헤신 단백질이 하나로 붙잡아둔다.

 

2) M기: 유전물질 분배

M기에는 유사분열 과정을 통해 복제되었던 염색분체들이 각각 양쪽으로 분리된다.

 

- 전기

자매염색분체들을 한 쌍으로 묶어두던 코헤신의 대부분이 분해되고 중심절 부분에만 남게 되면서 연결을 유지한다. 실 모양이었던 DNA는 막대 모양의 염색체로 응축되고 그 과정에서 인은 사라진다. 그리고 복제되었던 한 쌍의 중심체가 분리되면서 각각 세포의 반대쪽 끝으로 이동한 뒤 성상체가 된다. 성상체에서 자유 튜불린이 중합되어 방추사가 형성된다.

 

- 전중기

핵막이 사라지기 시작하고 중심절에 동원체가 만들어진다. 동원체 방추사가 염색체 근처로 접근하다가 동원체에 부착하면 염색체가 움직이기 시작한다.

 

- 중기

동원체 방추사가 염색체들을 세포의 한가운데로 배열한다. 염색체들이 응축되어 가운데 배열되기 때문에 핵형을 분석하기에 가장 좋다.

 

- 후기

코헤신이 분해되면서 자매염색분체들이 분리되어 세포의 반대쪽 끝으로 끌려간다.

 

- 말기

방추사가 분해되고 염색체도 다시 풀린다. 그러면서 인이 다시 생겨난다. 그리고 새로운 핵막이 양 끝의 염색체 주위에 형성되면서 두 개의 딸핵이 만들어진다.

 

3) M기 말: 세포질 분열

- 동물세포

적도판에 분열홈이 생기고 그 홈이 점점 깊어지면서 세포질이 점차 둘로 나뉘게 된다. 그 과정에서 세포질 피층에 있는 미세섬유가 수축환을 만들어 세포를 서서히 조인다.

 

- 식물세포

골지체에서 유래된 소낭들이 극성 방추사를 따라 적도판 근처로 이동한 후 격막 형성체를 만든다. 소낭들이 융합하면서 새로운 세포막이 형성되고 분비된 내용물로 세포판이 만들어진다.

 

 

(3) 막성 소기관의 분배

소포체, 골지체, 핵막 등의 막성 소기관들은 작은 소낭들로 해체되고 방추사가 양쪽 끝으로 균등하게 분배한다. 그리고 말기에 재조립된다.

 

 

(4) 미토콘드리아, 엽록체의 분배

미토콘드리아, 엽록체, 리보솜의 분리 기작은 아직 정확히 밝혀지지 않았으며, 간기에 많이 합성된 후 M기 말기에 세포질이 분열될 때 적당히 분배된다.