세포분열

세포분열은 무엇이고 왜 필요한가요

세포 분열을 하나의 모세포가 분열해 2개 또는 그 이상의 딸세포로 나뉘는 과정이에요. 주로 세포주기의 한 부분으로 일어나요. 아메바 같은 단세포 생물에서는 세포 분열 한 번이 곧 새 개체를 만드는 번식이고, 다세포 생물에서는 하나의 수정란이 몸 전체가 되는 성장과 낡은 세포를 바꾸는 일을 맡아요.

IBS(기초과학연구원) 글은 사람이 하나의 수정란에서 출발해 약 60조 개 정도의 세포로 이뤄진 몸이 되기까지 치열한 세포분열 과정이 있었다고 설명해요. 같은 기능을 가진 세포가 모여 조직을, 조직이 모여 기관을 이루며 몸이 커져요. 그래도 세포가 사는 전체 기간에서 실제 분열하는 시간은 길지 않아요.

세포분열의 가장 큰 임무는 유전체를 그대로 지키는 일이에요. 분열 전에 염색체 속 유전 정보를 복제하고, 복제한 유전체를 깔끔하게 나눠야 해요. 위키백과는 모든 세포 분열이 DNA 복제 이후에 일어난다고 설명해요.

세포분열은 어떤 순서로 진행되나요

세포는 분열하기 전에 준비 기간을 먼저 거쳐요. IBS 글에 따르면 새로 태어난 세포는 자라는 시기(G1)를 지나 DNA를 복제하고(S단계), 방추사를 만드는 데 필요한 튜블린 단백질을 대량으로 만드는 두 번째 성장기(G2)를 거쳐 비로소 분열(M)에 들어가요. 이 흐름을 세포주기라고 하고 G1-S-G2를 합쳐 간기라고 불러요.

위키백과는 간기가 세포주기 전체의 약 90%를 차지한다고 설명해요. 간기 중에는 계속 분열할지 멈출지 정하는 체크포인트가 있어요. G1기와 S기 사이에서는 세포 크기와 DNA 손상 여부를, G2기에서는 DNA 복제가 잘 끝났는지를, 중기에서는 방추가 염색체에 제대로 붙었는지를 확인해요. 이 체크포인트는 사이클린과 사이클린 의존성 카이네이스라는 단백질이 조절해요.

체세포분열은 다섯 단계로 나뉘어요.

옆으로 밀어 보기

IBS 글은 전기의 염색체가 46개처럼 보이지만 S기에 DNA가 이미 두 배가 되어서 실제로는 92개 분량이라고 설명해요. 이 두 겹 염색체를 이루는 한 가닥 한 가닥을 염색분체라고 불러요.

체세포분열과 감수분열은 어떻게 다른가요

사람 몸의 세포는 두 방식으로 딸세포를 만들어요. IBS 글은 정자와 난자 같은 생식세포는 생식세포분열(감수분열)을 하고 나머지 세포는 체세포분열을 한다고 정리해요.

옆으로 밀어 보기

감수 1분열에서는 상동 염색체 쌍이 갈라지고, 감수 2분열에서는 체세포분열과 비슷하게 복제된 염색분체가 갈라져요. 전기에는 상동 염색체 사이에서 교차가 일어나 부모에게서 받은 유전 물질이 섞여요. 암컷 동물은 4개의 딸세포 중 3개를 극체로 없애고 1개만 난자로 자라는 경우가 많아요.

원핵생물은 방식이 달라요. 박테리아와 고세균은 주로 이분법으로 분열하고 일부는 싹틈으로 분열해요.

세포가 아예 분열을 멈추는 상태도 있어요. 대부분의 사람 세포는 G0기라는 휴지기에 있고, 근육세포나 신경세포처럼 완전히 분화한 세포는 분열하지 않은 채 머물러요.

세포분열은 언제 어떻게 발견되었나요

세포 분열이 1835년 독일 식물학자 후고 폰 몰이 현미경으로 녹조류 Cladophora glomerata에서 처음 관찰했어요. 1943년에는 커트 미셸이 위상차 현미경으로 세포 분열을 처음 촬영했어요.

감수분열은 1876년 독일 생물학자 오스카 헤르트비히가 성게 알에서 처음 발견해 묘사했어요. 1883년 벨기에 동물학자 에두아르 반 베네덴이 회충 알에서 염색체 수준으로 다시 묘사했고, 1890년 아우구스트 바이스만이 생식과 유전에서 감수분열이 갖는 중요성을 설명했어요.

세포주기를 조절하는 장치는 주로 출아 효모와 분열 효모의 온도 감수성 변이주를 이용한 연구로 밝혀졌어요.

세포분열이 의료와 생활에서 어떻게 쓰이나요

암은 비정상적으로 빠르게 분열하는 세포의 문제예요. 국가건강정보포털은 항암화학요법의 원리를 비정상적으로 빠른 세포 분열을 하며 계속 증식하는 암세포를 억제하는 것이라고 설명해요. 약물은 작용 방식에 따라 세포 독성 항암제, 표적 항암제, 면역 항암제로 나뉘어요.

정상 세포는 분열 횟수에 한계가 있어요. 위키백과는 사람 세포가 평균 52번 분열하면 더 이상 분열하지 않는데 이를 헤이플릭 한계라고 부른다고 설명해요. 분열할 때마다 염색체 끝을 보호하는 텔로미어가 짧아지고, 암세포는 텔로미어를 다시 합성해서 무한히 분열할 수 있어요.

IBS 글도 같은 이야기를 전해요. 체세포는 분열을 거듭할수록 염색체 끝(텔로미어)이 닳지만 생식세포는 분열을 거듭해도 닳지 않아요. 이 차이가 몸의 세포와 생식세포의 역할이 다른 이유 중 하나예요.

세포 분열의 오류는 질병으로 이어져요. 감수분열에서 염색체가 정상적으로 나뉘지 않으면(비분리) 염색체 수가 비정상인 생식세포가 생겨요. 이 생식자가 수정되면 대부분 발생에 문제가 생겨 유산되거나 발달 장애를 갖고 태어나요. 21번 염색체가 하나 더 있는 다운 증후군이 대표적이에요.

식물에서는 체세포분열 덕분에 꺾꽂이로 새 개체를 키울 수 있어요.

세포분열과 관련된 윤리·규제에는 무엇이 있나요

세포분열이 사람의 생명이 시작되는 단계와 연결되기 때문에 한국은 「생명윤리 및 안전에 관한 법률」로 이 영역을 규제해요. 이 법은 배아를 인간의 수정란 및 수정된 때부터 모든 기관이 형성되기 전까지 분열된 세포군으로 정의해요. 체세포복제배아는 핵이 제거된 난자에 체세포 핵을 이식해 만든 세포군이고, 단성생식배아는 난자가 수정 없이 세포분열해 발생하도록 해서 만든 세포군이에요.

법은 몇 가지를 분명히 금지해요. 체세포복제배아와 단성생식배아를 인간이나 동물의 자궁에 착상시키거나 착상된 상태를 유지하거나 출산해서는 안 되고(인간복제의 금지), 인간 배아를 동물 자궁에 착상시키거나 동물 배아를 인간 자궁에 착상시키는 것도 안 돼요. 임신 외의 목적으로 배아를 만드는 것도 원칙적으로 금지돼요. 특정 성을 고르려고 난자와 정자를 선별해 수정시키거나, 죽은 사람의 난자·정자로 수정하는 일도 안 돼요.

또 배아줄기세포주를 지속적으로 증식하고 여러 세포로 분화할 수 있는 세포주로 정의하고, 배아·잔여배아 연구는 등록한 기관에서 하게 해요.

세포분열과 헷갈리기 쉬운 말에는 무엇이 있나요

• 모세포와 딸세포: 분열 전 세포가 모세포, 분열해서 생긴 세포가 딸세포예요. IBS 글은 세포분열이 반복되면 '아들세포'가 자라 '엄마세포'가 되어 분열한다는 표현이 부자연스러워서 딸세포라 부른다고 설명해요.
• 염색체와 염색분체: 염색체는 히스톤 단백질을 감싸며 감긴 DNA 가닥이고, 복제되어 두 겹이 된 염색체의 한 가닥이 염색분체예요.
• 상동 염색체: 아버지와 어머니에게 받은 모양이 같은 염색체 한 쌍으로, 사람은 22쌍이에요.
• 무사분열: 방추 없이 핵이 바로 쪼개지는 분열인데, 위키백과는 과학적 증거가 부족해 존재하지 않는 개념으로 여겨진다고 설명해요.
• 유사분열: 체세포분열의 다른 이름으로, 염색체와 방추체가 나타나는 세포 분열을 가리켜요.
• 세포주기: 분열로 생긴 세포가 다시 분열하기까지의 과정으로, G1·S·G2·M으로 나뉘어요.

세포분열과 관련된 주요 수치를 한눈에 보면

옆으로 밀어 보기

세포분열에 대해 흔히 하는 오해는 무엇인가요

• 세포는 늘 분열하고 있다: 세포가 사는 동안 분열 기간은 짧고, 대부분의 사람 세포는 분열하지 않는 G0기에 있어요.
• 감수분열은 체세포분열의 변형일 뿐이다: 분열이 두 번이고 딸세포 염색체 수가 절반이며 교차로 유전 정보가 섞이는 점이 달라요.
• 모든 세포 분열은 같은 방식이다: 박테리아는 이분법, 진핵생물은 체세포분열과 감수분열로 나뉘어요.
• 분열은 무한히 반복된다: 정상 세포는 평균 52번 정도에서 멈추고, 암세포가 이 한계를 넘어서요.