세포 분열은 모든 유기체의 성장 생활과 재현을 허용하는 과정입니다. 원핵 생물과 진핵 생물에서 세포 분열의 결과는 원래 세포와 동일한 유전 정보를 가진 딸 세포입니다. 이것은 분열 전에 DNA에 포함 된 정보가 복제되기 때문에 발생합니다.
원핵 생물에서 분열은 이분법에 의해 발생합니다. 대부분의 원핵 생물의 게놈은 원형 DNA 분자입니다. 이 유기체에는 핵이 없지만 DNA는 핵체라고 불리는 조밀 한 형태로 주변을 둘러싼 세포질과 다릅니다.
출처 : Retama
진핵 생물에서 분열은 유사 분열과 감수 분열을 통해 발생합니다. 진핵 생물 게놈은 핵 내에 조직 된 다량의 DNA로 구성됩니다. 이 조직은 DNA를 단백질로 포장하여 수백 또는 수천 개의 유전자를 포함하는 염색체를 형성합니다.
단세포와 후생 동물 모두 매우 다양한 진핵 생물은 유사 분열과 감수 분열을 번갈아 가며 살아가는 수명주기를 가지고 있습니다. 이러한주기는 a) 배우자 감수 분열 (동물, 일부 곰팡이 및 조류), b) 접합 감수 분열 (일부 곰팡이 및 원생 동물); 및 c) 배우자 및 접합체 감수 분열 (식물)의 교대.
종류
세포 분열은 이원 분열, 유사 분열 또는 감수 분열에 의해 발생할 수 있습니다. 이러한 유형의 세포 분열에 관련된 각 프로세스는 아래에 설명되어 있습니다.
이분법
원핵 분열, 이원 분열은 무성 생식의 한 형태입니다.
이원 분열은 두 개의 딸 세포를 생성하는 세포의 분열로 구성되며, 각각은 원래 세포의 DNA와 동일한 사본을 가지고 있습니다.
원핵 세포가 분열되기 전에 DNA 복제가 발생하며 복제 기점이라고하는 이중 가닥 DNA의 특정 부위에서 시작됩니다. 복제 효소는 원점에서 양방향으로 이동하여 이중 가닥 DNA의 각 가닥을 하나씩 생성합니다.
DNA 복제 후 세포는 늘어나고 DNA는 세포 내에서 분리됩니다. 즉시 새로운 원형질막이 세포 중앙에서 자라기 시작하여 중격을 형성합니다.
이 과정은 Archaea를 포함한 원핵 생물에서 진화 적으로 고도로 보존 된 FtsZ 단백질에 의해 촉진됩니다. 마지막으로 세포가 분할됩니다.
세포주기와 유사 분열
진핵 세포가 두 개의 연속적인 세포 분열 사이에서 거치는 단계를 세포주기라고합니다. 세포주기의 기간은 세포 유형에 따라 몇 분에서 몇 달까지 다양합니다.
세포주기는 두 단계, 즉 M 단계와 인터페이스로 나뉩니다. M 단계에서는 유사 분열과 세포질 분열이라는 두 가지 과정이 발생합니다. 유사 분열은 핵 분열로 구성됩니다. 원래 핵에 존재하는 동일한 수와 유형의 염색체가 딸 핵에서 발견됩니다. 다세포 유기체의 체세포는 유사 분열에 의해 분열됩니다.
Cytokinesis는 딸 세포를 형성하기 위해 세포질의 분열로 구성됩니다.
인터페이스에는 세 단계가 있습니다. 1) G1, 세포가 성장하고이 단계에서 대부분의 시간을 보냅니다. 2) S, 게놈 복제; 및 3) G2, 미토콘드리아 및 기타 세포 기관의 복제, 염색체의 축합, 미 세관의 조립 등이 있습니다.
유사 분열의 단계
유사 분열은 G2 단계의 끝에서 시작되며, 전단계, 전단계, 중기, 후기 및 말기의 다섯 단계로 나뉩니다. 그들은 모두 지속적으로 발생합니다.
Prophase
Prophase. Wikimedia Commons의 Leomonaci98
이 단계에서 유사 분열 방추 또는 유사 분열 장치의 조립이 주요 이벤트입니다. 전단계는 염색질의 압축으로 시작하여 염색체를 형성합니다.
각 염색체에는 동일한 DNA를 가진 자매 염색체 쌍이 있으며 중심체 근처에 단단히 결합되어 있습니다. 코 헤신이라는 단백질 복합체가이 결합에 참여합니다.
각 centromere는 microtubules에 결합하는 단백질의 복합체 인 kinetochore에 부착됩니다. 이러한 미세 소관은 염색체의 각 사본이 딸 세포로 전달되도록합니다. 미세 소관은 세포의 각 끝에서 방출되어 유사 분열 장치를 형성합니다.
동물 세포에서 전립 기 전에 중심체 중복이 발생하는데, 이는 미세 소관의 주요 조직 센터이자 부모와 자식 중심이 만나는 장소입니다. 각 중심체는 세포의 반대 극에 도달하여 유사 분열 장치라고하는 미세 소관의 다리를 형성합니다.
최근에 진화 한 식물에서는 동물 세포와 달리 중심체가 없으며 미세 소관의 기원이 불분명합니다. 녹조류와 같은 오래된 진화 기원의 광합성 세포에는 중심체가 있습니다.
프로 메타 페이즈
레오 모 나치 98
유사 분열은 염색체의 분리와 핵 기공 복합체 및 핵 리의 핵 외피 분포를 보장해야합니다. 핵 봉투 (EN)가 사라지는 지 여부와 EN의 고밀도화 정도에 따라 유사 분열은 닫힌 상태에서 완전히 열린 상태까지 다양합니다.
예를 들어, S. cerevisae에서는 유사 분열이 닫히고 A. nidulans에서는 반 개방형이며 인간에서는 개방형입니다.
폐쇄 형 유사 분열에서 스핀들의 극체는 핵 외피 내에서 발견되어 핵 및 세포질 미세 소관의 핵 형성 지점을 구성합니다. 세포질 미세 소관은 세포 피질 및 염색체의 키 네토 코어와 상호 작용합니다.
반 개방 유사 분열에서는 EN이 부분적으로 분해되기 때문에 핵 공간은 중심체와 EN의 두 개 구멍을 통해 핵 형성된 미 세관에 의해 침범되어 EN으로 둘러싸인 다발을 형성합니다.
개방형 유사 분열에서는 EN의 완전한 분해가 발생하고 유사 분열 장치가 완료되고 염색체가 세포 중앙으로 이동하기 시작합니다.
중기
유사 분열 중기 동안 세포의 적도 판에 정렬 된 염색체
중기에서 염색체는 세포의 적도에 정렬됩니다. 스핀들의 축에 수직 인 가상의 평면은 세포의 내주를 통과하며 중기 판이라고합니다.
포유류 세포에서 유사 분열 장치는 중앙 유사 분열 방추와 한 쌍의 과꽃으로 구성됩니다. 유사 분열 방추는 세포의 적도에서 나뉘어 두 개의 반대쪽 반쪽을 형성하는 양측 대칭 미 세관 다발로 구성됩니다. Asters는 스핀들의 각 극에서 미세 소관 그룹으로 구성됩니다.
유사 분열 장치에는 세 그룹의 미세 소관이 있습니다. 1) 별을 형성하는 아스트랄은 중심체에서 시작하여 세포 피질로 방사합니다. 2) 키 네토 코레를 통해 염색체에 부착 된 키 네토 코레; 및 3) 극성, 반대 극에서 미세 소관과 맞물립니다.
위에서 설명한 모든 미세 소관에서 (-) 끝은 중심체를 향합니다.
식물 세포에서 중심체가 없으면 방추는 동물 세포의 방추와 유사합니다. 스핀들은 극성이 반대 인 두 개의 절반으로 구성됩니다. 끝 (+)은 적도 판에 있습니다.
아나 페이즈
출처 : Leomonaci98, Wikimedia Commons
Anaphase는 초기와 후기로 나뉩니다. 초기 후기에는 자매 염색체 분리가 발생합니다.
이 분리는 결합을 유지하는 단백질이 절단되기 때문에 발생하며 동역학의 미세 소관이 짧아지기 때문입니다. 한 쌍의 자매 염색체가 분리되면 염색체라고합니다.
염색체가 극쪽으로 이동하는 동안 동역학은 (+) 끝이 해리됨에 따라 동일한 동역학의 미세 소관을 따라 이동합니다. 이 때문에 유사 분열 중 염색체의 이동은 운동 단백질을 필요로하지 않는 수동적 과정입니다.
후기 후기에는 극이 더 많이 분리됩니다. 동일한 중첩 영역에서 극성 미세 소관의 (+) 끝에 부착 된 KRP 단백질은 인접한 역 평행 극성 미세 소관의 (+) 끝쪽으로 이동합니다. 따라서 KRP는 인접한 극성 미세 소관을 (-) 끝쪽으로 밀어 넣습니다.
식물 세포에서는 염색체가 분리 된 후 서로 맞물 리거나 겹쳐진 미세 소관이있는 공간이 스핀들 중앙에 남아 있습니다. 이 구조는 fragmoplast라고 불리는 cytokinetic 장치의 시작을 허용합니다.
텔로 페이즈
텔로 페이즈. 레오 모 나치 98
텔로 페이즈에서는 다양한 이벤트가 발생합니다. 염색체는 극점에 도달합니다. kinetochore가 사라집니다. 극성 미세 소관은 계속해서 늘어나 세포질 분열을위한 세포를 준비합니다. 핵 외피는 어머니 외피의 파편으로 재구성됩니다. 핵소체가 다시 나타납니다. 염색체가 탈축됩니다.
세포질 분열
세포질 분열은 세포가 분열하는 세포주기의 단계입니다. 동물 세포에서 세포 형성은 액틴 필라멘트의 수축 벨트를 통해 발생합니다. 이 필라멘트는 서로 지나가고 스트랩의 직경이 감소하고 세포의 둘레에 분열 홈이 형성됩니다.
수축이 계속됨에 따라 고랑이 깊어지고 중간체를 포함하는 세포 간 다리가 형성됩니다. 세포 간 다리의 중앙 영역에는 일렉트론 스 매트릭스로 덮여있는 미세 소관 다발이 있습니다.
유사 분열 후 자매 세포 사이의 세포 간 가교의 파괴는 분리를 통해 발생합니다. 이탈에는 세 가지 유형이 있습니다. 1) 기계적 파괴 메커니즘; 2) 내부 소포에 의한 충전 메커니즘; 3) 분열을위한 원형질막의 수축.
식물 세포에서는 막 구성 요소가 그 안에 모이고 세포 판이 형성됩니다. 이 플라크는 원형질막의 표면에 도달 할 때까지 성장하여 그와 융합하여 세포를 둘로 나눕니다. 그런 다음 셀룰로오스가 새로운 원형질막에 침착되어 새로운 세포벽을 형성합니다.
감수 분열
감수 분열은 염색체 수를 반으로 줄이는 세포 분열의 한 유형입니다. 따라서 이배체 세포는 4 개의 반수체 딸 세포로 나뉩니다. 감수 분열은 생식 세포에서 발생하고 배우자를 발생시킵니다.
감수 분열의 단계는 핵과 세포질의 두 부분, 즉 감수 분열 I과 감수 분열 II로 구성됩니다. 감수 분열 I 동안 각 상동 염색체 쌍의 구성원이 분리됩니다. 감수 분열 II 동안 자매 염색체가 분리되고 4 개의 반수체 세포가 생성됩니다.
유사 분열의 각 단계는 prophase, prometaphase, metaphase, anaphase 및 telophase로 나뉩니다.
감수 분열 I
-Prophase I. 염색체가 응축되고 스핀들이 형성되기 시작합니다. DNA가 두 배가되었습니다. 각 염색체는 중심체에 부착 된 자매 염색체로 구성됩니다. 상동 염색체는 시냅스 동안 쌍을 이루어 교차를 허용하며 이는 다른 배우자를 생성하는 데 중요합니다.
-중기 I. 한 쌍의 상동 염색체가 중기 플레이트를 따라 정렬됩니다. chiasm은 쌍을 함께 유지하는 데 도움이됩니다. 각 극에서 동역학의 미세 소관은 상동 염색체의 중심에 결합합니다.
-Anaphase I. kinetochore의 미세 소관이 단축되고 상동 쌍이 분리됩니다. 하나의 중복 상 동체는 셀의 한 극으로 이동하고 다른 중복 상 동체는 극의 다른 쪽로 이동합니다.
-Telophase I. 분리 된 동족체는 세포의 각 극에서 그룹을 형성합니다. 핵 봉투가 재구성됩니다. 세포질 분열이 발생합니다. 생성 된 세포는 원래 세포의 염색체 수의 절반을 갖습니다.
감수 분열 II
-Prophase II. 각 세포에 새로운 스핀들이 형성되고 세포막이 사라집니다.
-중기 II. 스핀들 형성이 완료되었습니다. 염색체에는 중기 플레이트를 따라 정렬 된 중심체에서 결합 된 자매 염색체가 있습니다. 반대 극에서 시작하는 동역학의 미세 소관은 중심체에 결합합니다.
-아나 페이즈 II. Microtubules 단축, centromeres 분열, 자매 염색체 분리 및 반대 극으로 이동합니다.
-Telophase II. 핵 외피는 4 개의 염색체 그룹 주위에 형성됩니다. 4 개의 반수체 세포가 형성됩니다.
중요성
몇 가지 예는 다양한 유형의 세포 분열의 중요성을 보여줍니다.
-유사 분열. 세포주기에는 돌이킬 수없는 지점 (DNA 복제, 자매 염색 분체 분리)과 체크 포인트 (G1 / S)가 있습니다. p53 단백질은 G1 체크 포인트의 핵심입니다. 이 단백질은 DNA 손상을 감지하고 세포 분열을 중단하며 손상을 복구하는 효소의 활동을 자극합니다.
인간 암의 50 % 이상에서 p53 단백질에는 특정 DNA 서열에 결합하는 능력을 무효화하는 돌연변이가 있습니다. p53의 돌연변이는 담배 연기의 벤조피렌과 같은 발암 물질에 의해 발생할 수 있습니다.
-감수 분열. 그것은 성적 생식과 관련이 있습니다. 진화론 적 관점에서 유성 생식은 DNA를 복구하는 과정으로 발생했다고 믿어집니다. 따라서 염색체 손상은 상동 염색체의 정보를 기반으로 복구 할 수 있습니다.
이배체 상태는 고대 유기체에서 일시적인 것으로 여겨지지만 게놈이 커짐에 따라 더 관련성이 높아졌습니다. 이 유기체에서 성 생식은 보완, DNA 복구 및 유전 적 변이의 기능을 가지고 있습니다.
참고 문헌
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. 세포의 분자 생물학. 갈랜드 사이언스, 뉴욕.
- Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. 성적 재생산의 진화 : DNA 복구, 보완 및 변이의 중요성. 미국 자연 주의자, 117, 537-549.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. 세포 및 분자 생물학. Medica Panamericana, Buenos Aires.
- Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Biology. 고등 교육, 보스턴.
- Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. 생물학. 미국 톰슨.