유사 분열 : 단계와 그 특성, 기능 및 유기체 - 생물학 - 2024

유사 분열 세포는 유 전적으로 동일한 딸 세포를 생성하는 세포 분열 과정이고; 동일한 염색체 부하를 가진 두 개의 "딸"이 각 세포에 대해 생성됩니다. 이 분열은 진핵 생물의 체세포에서 일어난다.

이 과정은 S (DNA 합성), M (세포 분열), G1 및 G2 (mRNA와 단백질이 생성되는 중간 단계)의 4 단계로 구성되는 진핵 생물의 세포주기 단계 중 하나입니다. . G1, G2 및 S 단계는 함께 인터페이스로 간주됩니다. 핵 및 세포질 분열 (유사 분열 및 세포질 분열)은 세포주기의 마지막 단계를 구성합니다.

유사 분열 개요. 출처 : Viswaprabha

분자 수준에서 유사 분열은 MPF (Maturation Promoting Factor)라고하는 키나제 (단백질)의 활성화와 그에 따른 상당한 수의 세포 구성 단백질의 인산화에 의해 시작됩니다. 후자는 세포가 분열 과정을 수행하는 데 필요한 형태 학적 변화를 나타낼 수 있도록합니다.

유사 분열은 선조 세포와 그 딸이 정확히 동일한 유전 정보를 가지고 있기 때문에 무성 과정입니다. 이 세포는 완전한 염색체 부하 (2n)를 전달하기 때문에 2 배체로 알려져 있습니다.

반면 감수 분열은 유성 생식으로 이어지는 세포 분열 과정입니다. 이 과정에서 이배체 줄기 세포는 염색체를 복제 한 다음 유전 정보를 복제하지 않고 연속으로 두 번 분할합니다. 마지막으로 반수체 (n)라고하는 염색체 부하의 절반만으로 4 개의 딸 세포가 생성됩니다.

유사 분열 개요

단세포 유기체의 유사 분열은 일반적으로 조상과 매우 유사한 딸 세포를 생성합니다. 대조적으로, 다세포 존재가 발달하는 동안이 과정은 (유 전적으로 동일 함에도 불구하고) 몇 가지 다른 특성을 가진 두 개의 세포를 생성 할 수 있습니다.

이 세포 분화는 다세포 유기체를 구성하는 다양한 세포 유형을 발생시킵니다.

유기체가 살아가는 동안 세포주기는 지속적으로 발생하며, 지속적으로 새로운 세포를 형성하며, 이는 차례로 성장하고 유사 분열을 통해 분열 할 준비를합니다.

세포 성장과 분열은 세포 사멸 (프로그래밍 된 세포 사멸)과 같은 메커니즘에 의해 조절되어 균형을 유지하고 과도한 조직 성장을 방지합니다. 이러한 방식으로 신체의 요구 사항과 필요에 따라 결함있는 세포가 새로운 세포로 교체됩니다.

이 프로세스는 얼마나 관련이 있습니까?

번식 능력은 모든 유기체 (단세포에서 다세포에 이르기까지)와이를 구성하는 세포의 가장 중요한 특성 중 하나입니다. 이 품질은 유전 정보의 연속성을 보장합니다.

유사 분열과 감수 분열 과정을 이해하는 것은 유기체의 흥미로운 세포 특성을 이해하는 데 근본적인 역할을했습니다. 예를 들어, 한 개체 내에서 한 세포에서 다른 세포로, 같은 종의 개체간에 염색체 수를 일정하게 유지하는 속성입니다.

우리가 피부에 어떤 종류의 상처 나 상처를 입었을 때, 우리는 손상된 피부가 며칠 만에 어떻게 회복되는지 관찰합니다. 이것은 유사 분열 과정 덕분에 발생합니다.

단계 및 특성

일반적으로 유사 분열은 모든 진핵 세포에서 동일한 과정 (단계)을 따릅니다. 이 단계에서 많은 형태 학적 변화가 세포에서 발생합니다. 그중에는 염색체의 응축, 핵막의 파열, 세포 외 기질 및 다른 세포에서 세포 분리, 세포질의 분열이 있습니다.

어떤 경우에는 핵 분열과 세포질 분열이 별개의 단계로 간주됩니다 (각각 유사 분열과 세포질 분열).

과정에 대한 더 나은 연구와 이해를 위해 전립 기, 전립 기, 중기, 후기 및 말기라고 불리는 6 단계가 지정되었으며, 세포질 분열은 후기 동안 발생하기 시작하는 여섯 번째 단계로 간주됩니다.

Telophase는 유사 분열의 마지막 단계입니다. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg에서 가져 왔습니다. Wikimedia Commons를 통해

이러한 단계는 19 세기부터 광학 현미경을 통해 연구되어 왔기 때문에 오늘날에는 염색체 응축, 유사 분열 방추의 형성과 같이 세포가 나타내는 형태 학적 특성에 따라 쉽게 인식 할 수 있습니다.

Prophase

Prophase. Wikimedia Commons의 Leomonaci98

Prophase는 세포 분열의 첫 번째 가시적 징후입니다. 이 단계에서 염색체의 출현은 염색질의 점진적 압축으로 인해 구별 가능한 형태로 볼 수 있습니다. 이 염색체의 축합은 MPF 키나제에 의한 Histone H1 분자의 인산화로 시작됩니다.

응축 과정은 수축과 따라서 염색체 크기의 감소로 구성됩니다. 이것은 염색질 섬유의 코일 링으로 인해 발생하여보다 쉽게 ​​치환 가능한 구조 (유사 분열 염색체)를 생성합니다.

세포주기의 S 기간 동안 이전에 복제 된 염색체는 자매 염색 분체라고하는 이중 가닥 모양을 얻습니다.이 가닥은 중심체라고하는 영역을 통해 함께 유지됩니다. 이 단계에서 nucleoli도 사라집니다.

유사 분열 방추 형성

위키 미디어 커먼즈의 실비아 3

전립 기 동안, 일련의 섬유를 구성하는 미 세관과 단백질로 구성된 유사 분열 스핀들이 형성됩니다.

스핀들이 형성됨에 따라 세포 골격의 미세 소관이 분해되어 (구조를 유지하는 단백질을 비활성화함으로써) 상기 유사 분열 스핀들의 형성에 필요한 물질을 제공합니다.

인터페이스에서 복제 된 중심체 (세포주기에서 기능하는 막이없는 소기관)는 스핀들 미세 소관의 조립 단위 역할을합니다. 동물 세포에서 중심체는 중심에 한 쌍의 중심체가 있습니다. 그러나 이것들은 대부분의 식물 세포에는 없습니다.

복제 된 중심체는 서로 분리되기 시작하고 스핀들 미세 소관은 각각에 조립되어 세포의 반대쪽 끝으로 이동하기 시작합니다.

전조가 끝날 무렵, 핵 외피의 파열이 시작되어 별도의 과정에서 발생합니다 : 핵 기공, 핵 층 및 핵 막의 분해. 이 단절은 유사 분열 방추와 염색체가 상호 작용을 시작하도록합니다.

프로 메타 페이즈

레오 모 나치 98

이 단계에서 핵 봉투는 완전히 조각화되어 스핀들의 미세 소관이 염색체와 상호 작용 하여이 영역을 침범합니다. 두 중심체는 분리되어 있으며, 각각은 세포의 반대쪽 끝에있는 유사 분열 방추의 극에 위치합니다.

이제 유사 분열 방추는 미세 소관 (각 중심체에서 세포의 중심을 향해 연장됨), 중심체 및 한 쌍의 asters (각 중심체에서 펼쳐지는 짧은 미 세관의 방사형 분포를 가진 구조)로 구성됩니다.

염색 분체는 각각 중심에 위치한 키 네토 코레 (kinetochore)라고하는 특수 단백질 구조를 개발했습니다. 이 키 네토 코어는 반대 방향에 있으며 키 네토 코레 미세 소관이라고하는 일부 미세 소관이 부착됩니다.

키 네토 코레에 부착 된이 미세 소관은 그들이 연장되는 끝에서 염색체로 이동하기 시작합니다. 일부는 한 극에서, 다른 일부는 반대 극에서. 이것은 안정화되면 염색체가 세포 끝 사이에 위치하게하는 "당겨서 수축"효과를 생성합니다.

중기

유사 분열 중기 동안 세포의 적도 판에 정렬 된 염색체

중기에서 중심체는 세포의 반대쪽 끝에 위치합니다. 스핀들은 염색체가있는 중앙에 명확한 구조를 보여줍니다. 이 염색체의 중심은 섬유에 부착되어 중기 판이라고하는 가상의 평면에 정렬됩니다.

염색 분체 키 네토 코어는 키 네토 코레 미세 소관에 부착 된 상태로 유지됩니다. 키 네토 코어에 부착되지 않고 스핀들의 반대 극에서 확장되는 미세 소관은 이제 서로 상호 작용합니다. 이 시점에서 asters의 미세 소관은 원형질막과 접촉합니다.

미세 소관의 이러한 성장과 상호 작용은 유사 분열 스핀들의 구조를 완성하여 "새장"모양을 제공합니다.

형태 학적으로이 단계는 변화가 가장 적은 단계이므로 휴식 단계로 간주되었습니다. 그러나 쉽게 눈에 띄지는 않지만 유사 분열의 가장 긴 단계 인 것 외에도 많은 중요한 과정이 발생합니다.

아나 페이즈

출처 : Leomonaci98, Wikimedia Commons

anaphase 동안 각 염색체 쌍은 분리되기 시작합니다 (함께 유지하는 단백질의 비활성화로 인해). 분리 된 염색체는 세포의 반대쪽 끝으로 이동합니다.

이 이동 운동은 키 네토 코레의 미세 소관이 단축되어 각 염색체가 중심에서 이동하도록하는 "당김"효과를 생성하기 때문입니다. 염색체에서 중심체의 위치에 따라 V 또는 J와 같은 특정 모양을 취할 수 있습니다.

키 네토 코레에 부착되지 않은 미세 소관은 튜 불린 (단백질)의 부착과 그 위로 이동하는 운동 단백질의 작용에 의해 성장하고 길어 지므로 이들 사이의 접촉이 중단됩니다. 그들이 서로 멀어짐에 따라 스핀들의 극도 마찬가지로 셀이 길어집니다.

이 단계의 끝에서 염색체 그룹은 유사 분열 방추의 반대쪽 끝에 위치하여 세포의 각 끝에 완전하고 동등한 염색체 세트를 남깁니다.

텔로 페이즈

텔로 페이즈. 레오 모 나치 98

말기 단계는 핵 분열의 마지막 단계입니다. kinetochore의 미세 소관은 분해되는 반면 극성 미세 소관은 더 길어집니다.

핵막은 세포질의 소포와 같은 전구 세포의 핵 외피를 사용하여 각 염색체 세트 주위에 형성되기 시작합니다.

이 단계에서 세포 극에있는 염색체는 히스톤 분자 (H1)의 탈 인산화로 인해 완전히 탈축됩니다. 핵막 요소의 형성은 여러 메커니즘에 의해 지시됩니다.

anaphase 동안, prophase의 많은 인산화 단백질이 탈 인산화되기 시작했습니다. 이것은 telophase가 시작될 때 핵 소포가 염색체의 표면과 결합하여 재 조립되기 시작합니다.

다른 한편으로 핵 기공은 재 조립되어 핵 단백질의 펌핑을 허용합니다. 핵층의 단백질은 탈 인산화되어 다시 결합하여 핵층의 형성을 완료합니다.

마지막으로 염색체가 완전히 탈축 된 후 RNA 합성이 다시 시작되어 핵을 다시 형성하여 딸 세포의 새로운 간기 핵 형성을 완료합니다.

세포질 분열

세포질 분열은 핵 분열과는 별개의 사건으로 간주되며, 일반적으로 전형적인 세포에서 세포질 분열 과정은 후기부터 시작하여 각 유사 분열을 수반합니다. 여러 연구에 따르면 일부 배아에서는 세포질 분열 전에 여러 핵 분열이 발생합니다.

이 과정은 중기 판의 평면에 표시된 홈 또는 틈새의 출현으로 시작되어 염색체 그룹 사이에서 분열이 발생합니다. 분열 부위는 유사 분열 방추, 특히 asters의 미세 소관으로 표시됩니다.

표시된 틈새에서 일련의 마이크로 필라멘트가 세포막의 세포질 측면을 향하는 고리를 형성하는 것으로 발견되며, 주로 액틴과 미오신으로 구성됩니다. 이 단백질은 서로 상호 작용하여 고리가 홈 주위에서 수축하도록합니다.

이 수축은 예를 들어 근육 조직에서와 같은 방식으로 서로 상호 작용할 때 이러한 단백질의 필라멘트가 미끄러짐에 의해 생성됩니다.

고리의 수축이 깊어지면서 최종적으로 전구 세포를 분할하는 "클램핑"효과를 발휘하여 성장중인 세포질 내용물과 함께 딸 세포를 분리 할 수 ​​있습니다.

식물 세포의 세포질 분열

식물 세포는 세포벽을 가지고 있으므로 세포질 분열 과정은 이전에 설명한 것과 다르며 텔로 기에서 시작됩니다.

새로운 세포벽의 형성은 잔여 방추의 미세 소관이 조립 될 때 시작되어 fragmoplast를 구성합니다. 이 원통형 구조는 끝이 연결되고 양극이 적도면의 전자 판에 내장 된 두 세트의 미 세관으로 구성됩니다.

세포벽 전구체로 가득 찬 Golgi 장치의 작은 소포는 fragmoplast의 미세 소관을 통해 적도 영역으로 이동하여 결합하여 세포 판을 형성합니다. 소포의 내용물은 성장함에 따라이 판으로 분비됩니다.

이 플라크는 성장하여 세포 주변을 따라 원형질막과 합쳐집니다. 이것은 플레이트의 주변에서 fragmoplast의 미세 소관이 지속적으로 재 배열되어 더 많은 소포 가이 평면으로 이동하여 내용물을 비울 수 있기 때문에 발생합니다.

이러한 방식으로 딸 세포의 세포질 분리가 발생합니다. 마지막으로, 세포 판의 내용물과 내부의 셀룰로오스 마이크로 섬유는 새로운 세포벽의 형성이 완료되도록합니다.

풍모

유사 분열은 세포 분열의 메커니즘이며 진핵 세포의 세포주기 단계 중 하나입니다. 간단히 말해서이 과정의 주요 기능은 두 개의 딸 세포에서 세포를 번식하는 것이라고 말할 수 있습니다.

단세포 유기체의 경우 세포 분열은 새로운 개체의 생성을 의미하는 반면 다세포 유기체의 경우이 과정은 전체 유기체의 성장 및 올바른 기능의 일부입니다 (세포 분열은 조직의 발달과 구조 유지를 생성합니다).

유사 분열 과정은 신체의 요구 사항에 따라 활성화됩니다. 예를 들어, 포유류에서는 적혈구 (적혈구)가 분열되기 시작하여 신체가 더 나은 산소 흡수를 필요로 할 때 더 많은 세포를 형성합니다. 마찬가지로 백혈구 (백혈구)는 감염과 싸워야 할 때 번식합니다.

반대로 일부 특수 동물 세포는 유사 분열 과정이 거의 없거나 매우 느립니다. 이것의 예는 신경 세포와 근육 세포입니다).

일반적으로 그들은 신체의 결합 및 구조 조직의 일부이며 세포에 결함이 있거나 열화되어 교체가 필요한 경우에만 복제가 필요한 세포입니다.

세포 성장 및 분열 조절.

세포 분열 및 성장 조절 시스템은 단세포 생물보다 다세포 생물에서 훨씬 더 복잡합니다. 후자의 경우 재생산은 기본적으로 자원의 가용성에 의해 제한됩니다.

동물 세포에서 분열은이 과정을 활성화하는 양성 신호가있을 때까지 정지됩니다. 이 활성화는 인접한 세포에서 화학 신호의 형태로 발생합니다. 이것은 조직의 무한한 성장과 유기체의 생명에 심각한 해를 끼칠 수있는 결함있는 세포의 번식을 방지합니다.

세포 증식을 제어하는 ​​메커니즘 중 하나는 세포가 상당한 손상을 주거나 바이러스에 감염되면 세포가 죽는 (자멸을 활성화하는 특정 단백질의 생성으로 인해) 세포 사멸입니다.

성장 인자 (예 : 단백질)의 억제를 통한 세포 발달의 조절도 있습니다. 따라서 세포는 세포주기의 M 단계로 진행하지 않고 계면에 남아 있습니다.

그것을 수행하는 유기체

유사 분열 과정은 무성 생식 과정으로 사용되는 효모와 같은 단세포 유기체에서 식물과 동물과 같은 복잡한 다세포 유기체에 이르기까지 대부분의 진핵 세포에서 발생합니다.

일반적으로 세포주기는 모든 진핵 세포에서 동일하지만 단세포 생물과 다세포 생물 사이에는 눈에 띄는 차이가 있습니다. 전자에서는 세포의 성장과 분열이 자연 선택에 의해 선호됩니다. 다세포 유기체에서 증식은 엄격한 제어 메커니즘에 의해 제한됩니다.

단세포 유기체에서는 세포주기가 지속적으로 작동하고 딸 세포 가이주기를 계속하기 위해 신속하게 유사 분열에 착수하기 때문에 번식이 가속화됩니다. 다세포 유기체의 세포는 성장하고 분열하는 데 상당히 오래 걸립니다.

이 과정의 일부 단계에서와 같이 식물과 동물 세포의 유사 분열 과정 사이에도 약간의 차이가 있지만, 원칙적으로 메커니즘은 이러한 유기체에서 유사한 방식으로 작동합니다.

원핵 세포의 세포 분열

원핵 세포

원핵 세포는 일반적으로 진핵 세포보다 빠른 속도로 성장하고 분열합니다.

원핵 세포 (일반적으로 단세포 또는 일부 경우 다세포)를 가진 유기체에는 핵 내에서 유전 물질을 분리하는 핵막이 없기 때문에 핵체라고하는 영역의 세포에 분산되어 있습니다. 이 세포는 원형 주 염색체를 가지고 있습니다.

따라서 이러한 유기체의 세포 분열은 진핵 세포에서보다 훨씬 직접적이며 설명 된 메커니즘 (유사 분열)이 없습니다. 그들에서 복제는 이원 분열이라는 과정에 의해 수행되며, DNA 복제는 원형 염색체의 특정 부위 (복제 기원 또는 OriC)에서 시작됩니다.

그런 다음 복제가 발생함에 따라 세포의 반대쪽으로 이동하는 두 개의 기원이 형성되고 세포는 크기의 두 배로 늘어납니다. 복제가 끝나면 세포막은 세포질로 성장하여 전구 세포를 동일한 유전 물질을 가진 두 딸로 나눕니다.

유사 분열의 진화

진핵 세포의 진화는 게놈의 복잡성을 증가 시켰습니다. 여기에는보다 정교한 분할 메커니즘의 개발이 포함되었습니다.

유사 분열 이전에 무엇이 있었습니까?

박테리아 분열이 유사 분열의 선행 메커니즘이라고 제안하는 가설이 있습니다. 진핵 세포에서 튜 불린 및 액틴과 함께 이원 분열과 관련된 단백질 (염색체를 딸의 원형질막의 특정 부위에 고정시키는 단백질 일 수 있음)간에 특정 관계가 발견되었습니다.

일부 연구는 현대 단세포 원생 생물의 분열에있어 특정한 특이성을 지적합니다. 그들에서 핵막은 유사 분열 동안 손상되지 않습니다. 복제 된 염색체는 세포 분열 중에 핵이 늘어나 기 시작할 때 분리되어이 막의 특정 부위에 고정되어 있습니다.

이것은 복제 된 염색체가 세포막의 특정 위치에 부착되는 이원 분열 과정과 일치를 보여줍니다. 그런 다음 가설은 세포 분열 중에 이러한 특성을 나타내는 원생 생물이 조상 원핵 세포의 이러한 특성을 유지할 수 있었음을 시사합니다.

현재 다세포 유기체의 진핵 세포에서 세포 분열 과정에서 핵막이 분해되어야하는 이유에 대한 설명은 아직 개발되지 않았습니다.

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