Ch 1. 에서는 박테리아 와 바이러스의 번식을 알아봤다면 이번챕터에서는 진핵세포의 번식에 대해서 알아보려고 합니다. 이 챕터는 MCAT Biology 문제에서 약 9%의 비율을 차지하고 있습니다.
각각의 세포는 고유한 역할을 가지고 있지만, 그들 모두는 공통적으로 '세포주기'라는 과정을 통해 성장하고, 복제되며, 결국에는 분열합니다. 이번에는 이 과정에 대해서 알아보려고 합니다.
1. 세포주기는 G1(사전합성 간극-Presynthetic gap), S(합성-Synthesis), G2(사후합성 간극-Postsynthetic gap), 그리고 M(분열-Mitosis)의 네 단계를 포함하고, 이 모든 단계들이 모여서 하나의 주기를 이룹니다.
G1, S, 그리고 G2 단계는 합쳐서 Interphase라고 하며, 이 단계에서 DNA는 Chromatin의 형태로 풀어져 있습니다.
- G1 단계에서, 세포는 에너지와 단백질 생성을 위해 세포소기관을 만들며 세포의 크기를 키웁니다. 이 단계에서는 제한점(Restriction Point)이라 불리는 DNA 품질 점검이 있어야 합성 단계로 넘어갈 수 있습니다.
- S 단계에서, DNA가 복제됩니다. 염색질이라고 하는 DNA 가닥 띠(Chromatids)는 중심체에서 연결되어 있습니다.
- G2 단계에서는 세포의 성장과 세포 소기관의 복제가 계속되며 분열을 준비합니다. 이 단계 역시 품질 점검을 거쳐야 분열 단계로 진행됩니다.
- M 단계에서는 분열과 세포질분열이 발생합니다.
- 또한, G0 단계는 세포가 세포주기에서 나와 본연의 기능을 수행하면서 분열 준비를 하지 않는 단계를 말합니다.
2. 분열에는 네 가지 단계가 있습니다:
- 전분열(Prophase)에서, 염색체는 조밀하게 응집하고 핵막이 사라지며, 중심체는 세포의 반대편으로 이동합니다. 이때 세포 소기관으로 이루어진 spindle aparatus는 형성되기 시작하고, 각 염색체의 kinetochore 는 spindle fiber에 의해 접촉됩니다.
- 중분열(Metapahse)에서, 염색체들은 분열판metapahase plate (자평면equatiorial plate)을 따라 일렬로 정렬됩니다.
- 후분열(Anapahse)에서는 쌍둥이 염색체가 분리되어 세포의 반대편으로 당겨집니다.
- 최후분열(Telophase) 에서는 핵막이 변형되고, spindle apparatus는 사라지며, 세포질(cytosol)과 세포 소기관(Organelles)이 세포 운동에 의해 두 딸 세포로 분리됩니다.
3. 세포주기에는 Cyclins과 Cyclin0dependent kinases(CDK)가 있습니다. 이들은 세포주기 동안 증가하고 감소하며, Cyclins은 CDK와 결합하여 전사인자(transcripting factors)를 인산화(phosphorylating)하고 활성화(activating)시킵니다. 이 활성화된 전사인자들은 다음 단계의 세포주기를 위한 작업을 시작합니다.
4. p53는 세포주기의 두 가지 주요 체크포인트 (G1에서 S로, 그리고 G2에서 M으로)에서 역할을 합니다.
5. 암(Cancer)은 세포주기 조절이 이상하게 작동할 때 발생합니다. 이로 인해 손상된 세포가 새로운 세포의 품질이나 양에 상관없이 분열을 계속하게 됩니다. 이 암세포들은 분열을 통해 생산되며, 주변 조직에 침투하거나 다른 곳으로 전이(metastasize)하는 능력을 가질 수 있습니다.
6. 세포는 디플로이드 또는 해플로이드 상태가 될 수 있습니다. 디플로이드 Diploid (2n) 세포는 각 염색체의 두 가지 사본을 가지고 있으며, 해플로이드 Haploid (n) 세포는 한 가지 사본을 가지고 있습니다.
7. 분열을 통해 원래 세포로부터 유전적으로 동일한 두 개의 디플로이드 딸 세포가 생성되며, 이는 체세포(somatic cells)에서 발생합니다.
이런 과정들을 통해 세포는 자신의 유전 정보를 복제하고, 그 정보를 정확하게 새로운 세포에 나누어 줍니다. 이러한 세포주기와 분열은 생명체의 성장, 발달, 및 손상된 세포의 대체에 꼭 필요한 과정입니다.
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