감수분열: 생식세포 분열을 통한 유전양상

생식세포 분열

유사분열은 신체의 거의 모든 세포 분열의 기전입니다. 세포가 발달하는 동안 새로운 세포를 추가하고 평생 동안 낡고 닳은 세포를 대체합니다. 유사분열의 목표는 유전적으로 어머니와 동일한 딸 세포를 생산하는 것입니다. 단 하나의 염색체도 완전히 다른 것은 거의 없습니다. 반면에 감수분열은 인체에서 한 가지 목적으로만 사용됩니다. 이는 다시 말해, 배우자 생산, 즉 정자와 난자를 생산하는 것을 말합니다. 생식세포 분열의 목표는 처음 시작하는 세포의 정확히 절반의 염색체를 가진 딸 세포를 만드는 것입니다. 다시 말해서, 인간의 감수 분열은 염색체가 두 세트인 이배체 세포에서 단일 염색체 세트를 가진 반수체 세포가 되는 분열 과정입니다. 인간의 감수 분열에서 만들어진 반수체 세포는 정자와 난자입니다. 정자와 난자가 수정에 합류하면 두 개의 반수체 염색체 세트가 완전한 이배체 세트, 즉 새로운 게놈을 형성하게 됩니다.

 

감수분열의 단계

여러 면에서 감수분열은 유사분열과 매우 유사합니다. 세포는 체세포 분열과 유사한 단계를 거치며 유사한 방법을 사용하여 염색체를 구성하고 분리합니다. 그러나 감수 분열에서 세포는 더 복잡한 작업을 수행합니다. 유사분열에서와 같이 자매 염색분체(복제된 염색체의 두 반쪽)를 분리해야 합니다. 이는 상동 염색체의 분리를 말합니다. 유사하지만 동일하지 않은 염색체 쌍은 유기체가 두 부모로부터 받는 것입니다. 이러한 목표는 2단계 분할 프로세스를 사용하여 감수분열에 적용됩니다. 상동체 쌍은 첫 번째 감수분열이라고 하는 세포 분열의 첫 번째 분열기 동안 분리가 됩니다. 자매 염색분체는 두 번째 감수 분열이라고 하는 두 번째 분열기 동안 분리됩니다. 세포 분열은 감수 분열 동안 두 번 발생하기 때문에 하나의 시작 세포에서 4개의 배우자(난자 또는 정자)를 생성할 수 있습니다. 각 분열 단계에서 세포는 4단계(전기, 중기, 후기, 말기)를 거칩니다. 첫 번째 감수 분열 단계에 들어가기 전에 세포는 먼저 간기를 거쳐야 합니다. 유사 분열에서와 같이 세포는 간기라는 시기 동안 자랍니다. 합성기 동안 모든 염색체를 복제하고, 간기 동안 분열 준비를 마치게 됩니다.

 

1단계

이 단계 동안 유사분열과의 차이가 나타나기 시작합니다. 유사분열에서와 같이 염색체가 응축되기 시작하지만 첫 번째 감수분열에서는 짝을 이루기도 합니다. 각 염색체는 두 개의 전체 길이를 따라 해당 위치에서 일치하도록 상동체 파트너와 조심스럽게 정렬됩니다. 디옥시리보핵산은 각 상동체의 동일한 지점에서 절단되고 십자형 패턴으로 다시 연결되어 상동체가 디옥시리보핵산의 일부를 교환합니다. 상동 염색체가 특정 부분을 교환하는 이 과정을 교차라고 합니다. 이는 상동체를 함께 유지하는 시냅톤 복합체라고 하는 단백질 구조의 도움을 받습니다. 염색체는 실제로 교차하는 동안 다른 하나의 위에 위치하게 됩니다. 교차를 키아즈마타라고 부르며 , 상동체가 함께 연결된 십자형 구조로 볼 수 있습니다. 키아즈마타는 시냅스 복합체가 분해된 후에도 상동체를 서로 연결하도록 유지하므로 각 상동성 쌍에는 적어도 하나가 필요합니다. 다중 크로스오버에 일반적입니다. 각 동족체 쌍에 대해 발생합니다. 교차가 발생하는 지점은 다소 무작위로, 대립 유전자의 고유한 조합으로 새로운 재혼합 염색체를 형성합니다. 교차 후, 방추는 염색체에 부착하여 염색체를 세포의 중심(중기판)으로 이동시킵니다. 이는 유사분열과 비슷해 보일 수 있지만, 차이점이 있습니다. 각 염색체는 방추의 한 극에서 미세소관에 부착되고, 한 쌍의 두 상동체는 반대 극에서 미세소관에 결합합니다. 따라서 첫 번째 중기 동안 개별 염색체가 아닌 상동쌍이 분리를 위해 중기판에 정렬됩니다. 상동쌍이 중기판에 정렬될 때 각 쌍의 방향은 무작위입니다. 이는 상동체의 다른 세트와 배우자 형성을 허용합니다.

 

첫 번째 후기

이 단계에서는 상동체가 분리되어 세포의 반대쪽 끝으로 떨어져 이동합니다. 그러나 각 염색체의 자매 염색분체는 서로 붙어 있고 분리되지 않습니다. 마지막으로, 첫 번째 감수분열에서 염색체는 세포의 반대극에 도착합니다. 일부 유기체에서는 핵막이 재형성되고 염색체가 응축되지 않지만 다른 유기체에서는 세포가 곧 또 다른 분열 단계인 두 번째 감수 분열을 거치기 때문에 이 단계를 건너뜁니다. 세포질 분열(Cytokinesis)은 일반적으로 첫 번째 감수분열과 동시에 발생하여 두 개의 반수체 딸 세포를 형성합니다.