세포주기

세포주기

 

세포분열이 한 번 일어나면 한 개의 부모세포로부터 두 개의 딸세포 또는 자손세포가 생긴다. 두 개의 딸세포는 각각 (1) 완전한 유전자 세트, (2) 1쌍의 중심립(동물세포의 경우), (3) 서로 공정하게 분배된 미토콘드리아(식물의 경우는 엽록체도 해당), 리보솜, 기타 골지체와 같은 소기관들을 받는다. 리보솜은 핵내 유전자의 산물(rRNA와 리보솜 단백질)로부터 합성될 수 있다. 그러나 어떤 리보솜 단백질도 기존의 리보솜 없이도 합성될 수 없다. 세포에는 매우 많은 리보솜과 미토콘드리아가 있어서 각 딸세포가 그중의 일부를 받는데는 보통 문제가 없다. 그러나 각 딸세포가 게놈을 이루는 모든 종류의 유전자를 받는데는 가장 큰 정확성이 필요하다.

분열을 하기 전에 세포는 몇 종류의 일을 수행해야만 한다. 단백질과 다른 거대분자들의 합성이 이루어지는 성장기가 우선 필요하다. 이 시기를 G1이라고 한다. G1 시기가 끝나면 세포는 대략 2배의 "정상" 크기가 된다. 아이와 G1 시기가 성공적으로 끝나면 염색체의 복제가 그 다음 순서로 일어난다. S기라고 하는 이 시기는 통상 7~8시간 정도 걸린다. 특정 종류의 세포에서 활동적인 유전자는 먼저 복제되는 경향이 있고, 활동하지 않는 유전자는 후에 복제된다. 각 염색체를 구성하는 DNA 분자는 원핵생물과 그 플라스미드에서 이루어지는 방식과 같이 복제된다. 그러나 두 종류의 DNA 중합효소가 그 일을 하기 위해 필요하다. 하나는 선도사슬(leading strand)에 작용하며, 다른 것은 지연사슬(lagging strand)에 작용한다. DNA 중합효소는 원핵생물에서와 거의 같은 속도(~50염기쌍/초)로 반응을 진행한다. 그러나 대장균(E. coli) 염색체에는 하나의 복제 "원점”(origin)”이 있는데 비하여, 진핵세포 염색체에는 수백 개의 복제원점이 있으며 각 원점이 DNA 복제를 시작하는 부위가 된다. 사람염색체에서는 평균적으로 150 × 10 염기쌍의 DNA가 복제되는데, 이때 여러 개의 원점은 필수적이다. 한 쌍의 DNA 중합효소가 50염기쌍 / 초의 속도로 반응을 진행한다면 복제를 완결하는데 한 달이 소요될 것이다.

 

수백 개의 원점에서는 복제가 한 시간 정도에 이루어진다. 복제가 거의 끝나갈 무렵에는 새롭게 복제된 거품모양의 DNA 조각들이 만나고 합쳐져서, 결국 2개의 새로운 분자를 구성한다. S기의 존재는 방사성 티미딘을 세포에 처리함으로써 입증할 수 있다. 방사성 표지물은 S기 동안 티미딘이 새롭게 합성되는 DNA로 통합되어 가면서 세포로 흡수된다. 방사능 패턴은 세포가 유사분열을 시작하기까지는 확산된 상태로 존재한다. 염색체가 보이면서 염색체의 방사능이 나타난다(그림 8.13). S기가 끝나면서 G2라고 하는 간단한 시기가 뒤따르며, 그리고 나서 유사분열이 일어난다. 세포주기의 G1, S, G2시기를 묶어서 간기(interphase)라고 한다. 여러 차례 세포는 일시적 또는 영구적으로 세포주기를 벗어난다. G1 시기에 세포주기에서 빠져 나가 GO 라고 지칭된 단계로 들어간다. GO 상태의 세포는 종종 “비활동상태”로 불리우지만, 세포 자체보다는 세포주기를 연구하는 과학자들이 흥미를 갖는다. 여러 유형의 GO세포는 결코 비활동상태가 아니다.

그들은 그들에게 필요한 기능을 바쁘게 수행한다. 이러한 기능의 예로는 분비, 수축, 병원체 공격 등을 들 수 있다. 이 세포들은 때때로 궁극적으로 분화된 것으로 묘사된다. 이때 이 세포들은 결코 세포주기로 되돌아 들어가지 않으며, 대신에 생물체에서 죽을때까지 그들의 역할을 수행한다. 다른 세포들에서는 실제로 후에 세포주기로 다시 들어갈 수 있는 시기를 나타낸다. 사람 혈액 안에 있는 대부분의 림프구는 GO 상태이다. 그러나 항원의 침입과 같은 적절한 자극이 주어지면 이 세포들은 세포주기로 다시 들어간다(G1). 그리고 S기와 유사분열이 교대로 나타나는 새로운 주기를 진행한다.