1. 개요
體細胞分裂 / Mitosis체세포분열은 한 개의 체세포가 두 개의 딸세포로 분열하는 것을 의미한다. 체세포분열을 진행하는 세포들은 이미 분화가 완료되고 G1-S 검문지점(G1-S Checkpoint. Restriction의 기능을 하므로 R지점이라고도 한다.)에서 걸려 G0기(휴지기)로 빠진 세포들(신경세포, 혈구세포, 근육세포 등) 또는 대부분의 생식세포를 제외한 모든 세포들이다.(정모 세포는 생식 세포지만 체세포 분열을 한다.) 자세한 내용은 세포주기조절계 참고.
체세포분열 시의 세포주기는 G1기 - S기 - G2기 - M기로 나눌 수 있다. G1기, S기, G2기를 합쳐 간기라고 한다.[1] 체세포분열은 돌연변이가 일어나지 않는 이상은 핵형이 동일한 두 개의 세포로 나뉜다는 특징이 있다. 또한 세포의 주기 중 간기와 분열기를 비교하자면, 간기가 대부분의 시간을 차지한다. 분열기는 간기에 비해서 매우 빠르게 진행되는데, '이럴 경우 어떻게 세포 관찰로 분열기를 관찰하는가?' 라는 질문에 대한 답변은 그냥 세포가 무지막지하게 많으니까 하나는 무조건 걸린다.(...)[2]
다세포[3]생물의 경우 체세포분열을 통해 발생, 생장, 재생의 역할을 하며, 단세포생물의 경우 체세포분열을 통해 번식의 역할을 한다. 그리고 이 체세포분열 과정에서 분열을 통제하는, 일종의 브레이크 역할을 하는 '기' 또는 G0기가 중간중간에 존재하는데, 이 조절 기능이 고장나서 체세포 분열을 이어가면 안되는 세포가 무한하게 체세포 분열을 이어가면 암세포가 된다. 그에 대한 메커니즘은 암 문서에 기재되어 있으니 참고 바람.
CDK-사이클린 복합체로 인해 세포 주기가 진행된다.
2. 세포 분열 과정
2.1. 간기(Interphase)
G1기와 G2기의 G는 "Gap Phase"를 뜻한다.[4] G1기와 G2기에선 세포의 생장이 일어난다. S기는 염색사의 복제가 시작된다. 세포의 크기가 커지고 핵막이 뚜렷하게 나타난다2.1.1. G0기
휴지기, 대부분의 세포들이 이 상태에 빠진다. 이 상태의 세포는 분열을 하지 않지만 특정한 신호로 인해 G0기에서 벗어나서 분열을 시작할 수 있다. 신경 세포(뉴런), 근육 세포 등, 완전히 분화된 세포는 항상 G0기에 머무른다. 이런 세포들은 재생이 불가능하지만 분열을 하지 않으므로 암세포로 변할 위험이 없다.세포 분열 통제에도 사용되며 현재 단계가 완전히 완료되기 전까지 다음 단계로 진행할 수 없도록 하는 브레이크 역할을 가진다. 만약 이게 문제가 생겨서 현재 단계가 채 끝나기 전에 다음 단계로 진행되면 분열 과정이 꼬여서 세포가 고장난 상태로 분열하게 되고 이 세포가 무한정으로 분열하면 암세포가 된다.
2.1.2. G1기
G1기에선 세포의 생장중에서도 세포의 소기관 수가 증가하는 생장을 한다. 일반적으로 체세포 분열주기 중 제일 길다. 이때 소기관 수도 증가하고, 단백질의 합성도 일어난다.[5]2.1.3. S기
S는 Synthesis를 의미한다. S기에선 DNA의 복제가 일어나 양이 2배가 된다. 이때 염색분체수가 2배 늘어나지만 염색체 수는 변하지 않는다. 주의할 점은, S기에서도 세포생장이 일어나긴 일어난다.2.1.4. G2기
G2기에선 세포의 생장 중에서도 분열과 관련된 생장이 일어난다. 이 시기를 '분열을 위한 준비'라고 하기도 한다. 이땐 중심체가 1개에서 2개로 늘어나며, 방추사(Spindle Fiber) 형성에 필요한 단백질이 합성된다.[6]2.2. 분열기(M기)
M기의 M은 mitotic phase를 뜻한다. 분열기는 크게 핵 분열과 세포질 분열로 나눌 수 있다. 핵 분열과 세포질 분열은 순차적으로 일어난다. 체세포분열의 특징은 이 M기가 한 번만 일어난단 것이고, S기를 통해 복제된 염색체가 동량 분열되는 것이므로 모세포와 딸세포간의 핵상이 2n으로 동일하다.M기가 시작됨에 따라 핵 속에서 핵막과 인이 사라진다.
2.2.1. 전기(Prophase)
- 염색사가 염색체로 응축되고, 핵막과 인이 사라진다.
- 한 염색체는 각각 두 개의 크기와 모양이 같은 염색분체 (sister chromatid)로 이루어져 있으며, 동원체(centromere)로 이어져 있다.
- 중심체(동물 세포)가 서로 멀어지면서 방추사가 형성된다. 식물의 경우엔 중심체의 역할을 극모가 대신한다.
- 핵 분열기 중 가장 시간이 길다.
2.2.2. 전중기
- 전중기(prometaphase)는 전기의 일부로 편입되는 경우도 있으며, 각국의 교육과정에 따라 다르다.
- 핵 외피가 완전히 부숴지고, 유사분열방추(mitotic spindle)가 염색체의 동원체 (centromere)에 부착된다. 이 때, 붙어있는 분열방추의 끝을 kinetochore이라 한다. 모든 염색체가 분열방추에 부착되었을 때, 세포는 다음 단계로 넘어간다.
2.2.3. 중기(Metaphase)
- 염색체가 세포 중앙의 적도면에 배열된다.
- 방추사가 염색체에 부착된다.
- 염색체를 현미경으로 관찰하기 가장 편리한 시기이다.
- 염색체들은 중기판(metaphase plate)을 기준으로 나란히 정돈된다. 그리고, 후기 촉진 복합체 APC/C (anaphase promoting complex/cyclosome)와 E3 ubiquitin ligase가 활성화되면서 separase를 작동시킨다.
- 핵 분열기 중 가장 시간이 짧다.
2.2.4. 후기(Anaphase)
- 하나의 염색체를 이루던 염색 분체(sister chromatid)가 서로 분리된다.
- 분리된 각각의 염색 분체는 방추사가 짧아지면서 세포의 양극으로 이동한다.
- 또한, APC/C가 사이클린(cyclin B)을 분해하고 CDK1을 방출한다.
2.2.5. 말기(Telophase)
- 염색체는 염색사로 풀어지고, 핵막과 인이 나타나 2개의 딸핵이 만들어진다. 이제 2개의 딸핵 각각에서 또 체세포분열이 위와 같은 과정을 거쳐서 일어난다.
- 방추사가 사라지고, 세포질 분열이 시작된다.
- 동물의 경우 세포막 함입(cleavage furrow)으로, 2개의 딸핵 사이에 세포막이 함입되면서 둘로 쪼개어지며, 식물의 경우 세포판 (cell plate) 형성으로 2개의 딸핵 사이에 소포 수송을 통해 세포판이 형성되고, 이후에 세포벽이 형성되면서 2개의 식물세포가 형성된다.
- 가장 짧은 시간안에 이루어진다(대개 몇분안에).
3. 감수분열과의 차이점
모세포 1개가 DNA 복제를 1회 했을 때의 기준이다.| 구분 | 체세포분열 | 감수분열 |
| 세포분열 횟수 (회) | 1 | 2 |
| 딸세포의 수 (개) | 2 | 4 |
| 딸세포의 상대적인 DNA 양 변화 | 변화 없음 | 절반 |
| 2가 염색체[7] 형성 유무 | X | O |
| 상동 염색체 분리 유무 | X | O |
| 딸세포의 핵상 | 2n | n |
가장 먼저, 유전물질의 양이다. 체세포 분열에서는 유전물질이 복제된 다음(간기) 분열이 진행되기 때문에 유전물질의 손실이 없다. 그러나, 감수분열에서는 2번에 걸쳐 분열이 일어나므로 유전물질이 절반으로 줄어드는데, 이에 관련된 자세한 매커니즘은 감수분열 참조.
감수분열의 경우 세포와 세포가 합쳐져서(수정) 생식세포가 발생한다. 결론적으로 유전물질의 손실이 없다. 그러나 체세포 분열은 우리 몸이 생장하면서 나타나는 현상이기 때문에 유전물질은 보존되어야만 한다.
두 번째는 분열횟수와 발생하는 세포의 개수인데, 여기서 체세포분열은 한 번 분열하고, 세포도 2개 생긴다. 그러나, 감수분열의 경우 2번 분열되며 각각 감수 1분열과 감수 2분열로 나누어 서술되어었다.
4. 관련 문서
5. 인용출처
Reference:- LIFE 8판 원서
- Starr Biology (Basic concepts) 6판 번역서 (역자: 홍영남)
- 비상교육 생명과학 I
- 더텍스트 융합과학
[1] 중학교 교과과정이나 고등학교 융합과학에선 세분화시키지 않고 간기 - 전기 - 중기 - 후기 - 말기로만 구분한다.[2] 간기가 세포 주기의 약 90%를 차지한다.[3] 다세포생물은 생식세포로 번식한다.[4] 생장을 뜻하는 Growth를 겸하여 뜻한다.[5] 평가원의 보기 지문 중에선 G1기에 대해 다른 언급을 하지 않고 '세포의 질량이 증가한다'는 언질을 주었다. 이를 간파하지 못한 학생들은...[6] '방추사가 합성된다'라는 지문은 옳지 않다.[7] 4분 염색체라고도 한다.