유사 분열과 감수 분열: 단계와 차이점

세포는 끊임없이 분열하지 않습니다. 세포의 주기는 세포가 생성되어 자체적으로 분열할 때까지의 시간이며, 두 개의 불균등한 부분으로 구성됩니다: 긴 간기(준비)와 짧은 분열기.

간기는 세 기간으로 나뉩니다:

• G1, 합성 전기 - 세포가 성장하고, 단백질을 합성하며, 세포질과 소기관의 부피를 늘립니다.
• S, 합성기 - DNA 복제가 일어납니다. 각 염색체는 두 번째 염색 분체를 만듭니다.
• G2, 합성 후기 - 세포는 에너지를 저장하고, 중심체를 두 배로 늘리며, 분열사를 형성할 단백질을 준비합니다.

가장 중요한 것은 DNA 복제는 분열이 시작되기 전, 간기에 일어난다는 것입니다. 유사 분열과 감수 분열 모두 이미 복제된 물질, 즉 2n4c 상태에서 시작합니다. 간기 자체는 유사 분열이나 감수 분열의 단계로 간주되지 않습니다.

간기 동안 염색체는 현미경으로도 보이지 않습니다. 염색체는 풀려 있으며 핵 내부에 염색질 형태로 존재합니다. 핵, 염색체, 그리고 분열사 실이 성장하는 세포 중심의 구조는 식물 및 동물 세포 구조에 대한 자료에서 자세히 설명되어 있습니다.

2n4c와 같은 표기에서 문자 n은 염색체 수를, 문자 c는 DNA 양(더 정확히는 염색 분체 수)을 나타냅니다. 반수체 세트는 n, 이배체 세트는 2n입니다. 2n2c는 '각 염색 분체가 하나인 염색체 이배체 세트'로 읽고, 2n4c는 '각 염색체가 두 개의 염색 분체로 이루어진 염색체 이배체 세트'로 읽습니다.

가장 흔한 실수는 염색 분체 수를 기준으로 염색체 수를 세는 것입니다. 복제 후 염색체는 두 개의 막대처럼 보이지만, 두 염색 분체가 하나의 중심체에 붙어 있으므로 하나의 염색체입니다. 염색체 수는 중심체 수와 같습니다.

사람은 2n = 46입니다. 즉, G1 기간 동안 세포에는 46개의 염색체와 46개의 DNA 분자(2n2c)가 있습니다. S 기간 후에도 염색체 수는 여전히 46개이지만, DNA 분자는 92개(2n4c)가 됩니다. 유사 분열 후기, 중심체가 분리되어 염색체 수가 92개가 되는 시점에야 각 극으로 46개씩 이동합니다.

유사 분열의 네 단계를 각 단계별 염색체 및 DNA 수와 함께 아래 그림에서 살펴보겠습니다. 여기서는 가장 자주 틀리는 세 가지 질문에 대해 알아보겠습니다.

후기에는 왜 갑자기 4n4c가 되는가. 세포가 온전할 때는 각 딸세포보다 두 배 많은 염색체를 가집니다. 중심체가 분리되어 각 염색 분체가 독립적인 염색체가 되기 때문입니다. 하지만 염색체 수는 세포 전체(4n4c)와 극(2n2c) 모두로 계산할 수 있습니다. 문제에서 무엇을 묻는지 항상 확인하세요.

중기에는 왜 염색체를 세는가. 이때 염색체가 가장 많이 나선화되어 일렬로 배열되므로 관찰하고 셀 수 있습니다. 따라서 핵형은 중기판을 기준으로 연구합니다.

분열은 어떻게 끝나는가. 세포질 분열을 세포질 분열이라고 하며, 식물 세포와 동물 세포에서 다르게 일어납니다. 식물 세포는 세포벽이 단단하여 세포가 반으로 줄어들지 못하기 때문에 중앙에서 바깥쪽으로 세포판이 자라면서 분열합니다.

감수 분열은 단 한 번의 DNA 복제 후 연속적으로 두 번의 분열이 일어나는 과정입니다. 첫 번째 분열을 환원 분열이라고 하는데, 이때 염색체 수가 절반으로 줄어듭니다. 단계별 순서와 염색체 수는 아래 그림을 참조하세요.

왜 이때 염색체 수가 줄어드는가. 후기 I에서 염색 분체가 분리되지 않고 전체 염색체가 이동하기 때문에, 각 극에는 두 개의 염색 분체를 가진 반수체 염색체 세트(n2c)가 모입니다. 염색 분체가 하나인 염색체는 두 번째 분열 후에야 형성됩니다.

상동 염색체 접합과 교차가 왜 필요한가. 가까이 다가온 상동 염색체 쌍(이가 염색체)은 두 개의 염색체와 네 개의 염색 분체로 구성됩니다. 비자매 염색 분체 간의 부분 교환은 모계 및 부계 유전자를 하나의 염색체 내에서 재조합하여 유전적 변이를 일으킵니다.

결정에 영향을 미치는 우연. 각 상동 염색체 쌍은 다른 쌍과 독립적으로 극으로 향합니다. 사람의 경우, 교차 없이도 2²³ ≈ 840만 가지의 조합이 가능합니다.

두 분열 사이에는 짧은 중기 간기가 있지만, 합성기가 없으므로 DNA가 두 번째로 복제되지 않습니다.

감수 분열의 두 번째 분열을 동일 분열이라고 하며, 반수체 세포에서 유사 분열의 규칙에 따라 진행됩니다. 단계별 염색체 수는 아래 그림을 참조하세요.

여기서 이해해야 할 중요한 점. 적도면에는 이가 염색체가 아닌 개별 염색체가 배열됩니다. 상동 염색체는 이전 분열에서 이미 분리되었기 때문에 짝을 이룰 상대가 없습니다. 이번에는 중심체가 분리되어 자매 염색 분체가 이동합니다.

왜 네 개의 딸세포가 모두 다른가. 먼저 교차를 통해 두 상동 염색체의 비자매 염색 분체 간에 부분이 교환되었고, 그 후 상동 염색체가 무작위 조합으로 세포로 분리되었습니다. 따라서 감수 분열은 복제본이 아닌 매번 새로운 유전자 조합을 생성하며, 이것이 자손의 다양성을 유지하는 기반이 됩니다.

«특정 단계에서 염색체와 DNA 분자 수는 얼마인가»와 같은 문제는 두 가지 규칙만 기억하면 기계적으로 풀 수 있습니다. DNA 양은 S 기간에만 증가하고, 염색체 수는 염색 분체가 분리되는 곳에서만 변합니다. 각 단계별 염색체 수는 아래와 같습니다.

두 분열에는 공통점이 많습니다. 둘 다 간기에서 DNA 복제 후 일어나고, 둘 다 같은 이름의 단계를 가지며, 둘 다 분열사를 사용하고 세포질 분열로 끝납니다. 따라서 답변할 때는 먼저 유사점을 언급하고, 표의 항목별로 차이점을 설명하는 것이 좋습니다.

유사 분열의 의미는 정확성입니다. 딸세포는 모세포와 정확히 동일한 염색체 및 유전자 구성을 받기 때문에 유사 분열은 다음을 보장합니다:

• 유기체의 성장 및 세포 수 증가;
• 조직의 재생 및 손상 치유 (재생);
• 수정 후 난할;
• 아메바 분열부터 식물 영양 번식까지의 무성 생식 및 영양 번식.

감수 분열의 의미는 두 가지입니다.

첫째: 종의 염색체 수의 일정성. 만약 생식 세포가 이배체라면, 각 수정 시마다 염색체 수가 두 배가 될 것입니다. 감수 분열은 염색체 수를 절반으로 줄여, 배우자(n + n)가 융합될 때 수정란은 다시 이배체 수(2n)를 얻습니다.

둘째: 조합적 변이. 새로운 유전자 조합은 세 번 발생합니다: 전기 I의 교차, 후기 I의 상동 염색체의 무작위 독립 분리, 그리고 수정 시 배우자의 무작위 만남. 독립적인 분리만으로도 사람은 2의 23승, 즉 8백만 개 이상의 다양한 염색체 구성을 가진 배우자를 생성할 수 있습니다. 이 다양성이 자연 선택의 재료가 됩니다.

동물에서는 생식샘에서 생식 세포를 형성할 때 감수 분열이 일어나고, 식물에서는 포자를 형성할 때 일어납니다.