생명의 기본 요소: 세포 주기

2020년 2월 10일
번식 과정은 수천 개의 정자가 난자에 먼저 도달하려고 하는 경주로 묘사될 수 있다. 마침내 수정이 되면 한 세포는 생명체로 자라난다. 나머지 세포들이 어떻게 생겨나는지에 관해서는 '세포 주기'를 통해 알아보자.

유전학 및 생명의 기본 요소에 관한 이 글에서는 세포 주기, 즉 세포 재생 메커니즘에 대해 설명해 보려고 한다. 일단, 세포의 임무 중 하나는 세포주를 증식시키고 영속시키는 것이다. 세포 주기에 관해 이야기를 하겠지만, 세포는 그 과정이 끝나면 반드시 시작점으로 되돌아가야 한다. 

우리는 유전자 물질이 세포핵에 모인다는 것을 알고 있다. 세포 생물학은 이 정보가 언제 어떻게 전송되는지를 연구한다. 이 학문은 세포 재생 과정에서 발생하는 단계를 연구할 뿐만 아니라 이 과정이 진행되는 동안 발생하는 변형 또는 돌연변이에 대해서도 분석한다.

그렇다면 세포 주기란 정확히 무엇일까?

세포 주기의 정의

본질적으로, 세포 주기는 세포의 재생으로 이어지는 일련의 순차적인 과정이다. 즉, 그것은 세포가 원본과 같은 두 개의 복사본을 재생산하고 생성할 수 있는 능력이다.

세포 주기 동안 일련의 단계는 2단계로 진행된다. 하나는 우리가 간기(비분할 상태)라고 부르는 단계이고, 다른 하나는 M기(분할 상태)이다. 이 과정은 재생산 후 새로운 세포가 형성되는 순간부터 시작된다. 그다음 두 개의 딸세포가 생길 때 막을 내린다.

인터페이스란?

인터페이스는 세포가 자신을 복제하기 위해 준비하는 기간이다. 이렇게 하려면 세포는 반드시 유전 물질을 복사해야 한다. 즉, 완전한 세트를 각 딸세포에 전달할 수 있도록 염색체가 두 배나 많아야 함을 의미한다.

이 단계는 다시, 아래와 같이  3단계로 나뉜다.

  • G0 / G1: 초기 단계에 해당한다. 세포는 RNA와 단백질을 합성하고 세포 소기관, 특히 중심체를 복제하기 시작한다. 이 시점에서 질량과 크키는 두 배가 된다. 이 단계가 끝나면 이제는 돌이킬 수 없는 “제한점 R”에 다다르게 되며 인터페이스를 더는 중단할 수 없게 된다.
  • S: 유사 분열을 위한 준비 단계이다. 이 시점에서 세포는 DNA와 염색체 단백질, 히스톤을 복제한다. 그러나 여전히 세포 분열은 일어나지 않는다.
  • G2: 이 단계 동안은 모든 것이 분할 단계에 들어갈 준비가 되어 있어야 한다. 세포 주기 제어 메커니즘이 DNA 복제가 올바르게 수행되도록 하는 경과가 선행된다. RNA와 단백질의 합성은 계속해서 핵막을 불안정하게 하고 “무색 방추사”라는 구조를 형성하기 시작한다.

이 시점에서 세포는 다음 단계인 M기로 넘어갈 준비가 되어있다. 

세포 주기: M기

우리가 말했듯이, M기는 세포 분열 자체가 발생하는 단계이다. 세포가 선조와 같은 두 개의 딸세포를 낳는 경우 유사 분열이 될 수 있다. 그러나 감수 분열이면 4개의 생식 세포가 생긴다.

이러한 과정 중의 선택은 세포 주기의 끝을 결정한다. 기본적으로 M기에는 유사 분열과 세포 분열의 두 단계가 포함된다.

유사 분열

이 단계에서는 강조할만한 일련의 특징이 있다.

  • 핵의 분열과 두 딸세포 사이의 염색체 분배가 일어난다.
  • 그것은 유사 분열 전기, 중기, 후기, 말기라는 4가지 기간으로 나누어지는 연속적인 과정이다.
  • 염색체의 균등 분배가 일어나는 동안 유전 물질의 보존을 보장한다.
  • 이 단계의 막바지에 생성된 2개의 세포는 서로 그리고 모체 세포와 유전적으로 동일하다.

세포질 분열

세포 주기는 두 딸세포 사이에서 일어나는 세포질의 물리적 분열 그리고 세포질 분열로 정점에 이르게 된다. 이 단계는 후기 분열과 겹치며, 핵과 세포질의 분열은 실제로 동시에 발생한다.

동물 세포에서 이 과정은 모세포 적도 영역의 교살에 의해 수행된다. 다른 한편, 식물 세포에서는 격막 형성체라고 불리는 분리 격막이 형성되며, 이는 원래 세포를 두 단위로 나눈다.

세포가 감수 분열 경로를 선택하면 어떻게 될까?

실제로 이 과정은 유기체가 생식 세포 생성에 관심이 있는 경우에만 발생한다. 이 세포들은 신체의 정상적인 세포보다 절반의 염색체를 가지고 있다. 왜냐하면 그들은 생식에 관여하는 세포이기 때문이다.

분명히 감수 분열은 유사 분열보다 복잡하다. 그러나 우리는 그것을 4개의 딸세포를 얻기 위해 교대로 일어나는 두 번의 유사 분열로 정의할 수 있다. 이들은 각각 염색체 수의 절반을 가지므로 모체 세포와는 다르다.

이 과정의 중요성은 첫 번째 감수 분열에 있다. 그 과정에서 상동 염색체는 다른 방식으로 서로 교차하므로  결과는 원래 세포의 것과는 약간 달라진다. 이런 식으로 자연은 이론적으로 우리가 진화할 수 있게 하는 유전자 변이를 무작위로 도입한다.

“나는 이 개별적으로 유리한 변형과 차이 그리고 해로운 것들의 파괴를 자연 선택 또는 적자생존이라고 칭한다.”

– 찰스 다윈

세포 주기에 관한 이 글이 흥미로웠기를 바라며, 또한 아이들에게 이 개념을  설명하는 데도 도움이 되었기를 바란다.

  • Pérea Porto, J y Gardei, A. (2017). Definición del ciclo celular [artículo en web]. Recuperado de: www.definicion.de
  • Alberts, B. Biología molecular de la célula. Edición: Omega