감수분열(Meiosis)

 

 

안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.

 

 

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텔로미어란?

염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,

염색체의 손상을 막아주는 역할을 함

 

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텔로머라제란?

텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소

노화를 방지하는 효소

 

 

같은 부모에서 태어난 자녀일지라도 유전적 형질이 다르다

 

같은 부모님 사이에서 태어난 형제나 자매가 어떻게 다르게 생길 수 있나 궁금했던 적 없으신가요? 이번 포스트에서는 이런 일을 가능하게 해주는 '감수분열(Meiosis)' 에 대해 설명드리겠습니다. 

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이전에 체세포분열(Mitosis)에 대해 포스트 한 적이 있는데요. 체세포분열은 우리 몸에서 또 하나의 동일한 세포를 만들어내는 과정입니다. 피부세포나 위세포 등에서 체세포분열이 활발하게 일어나지요.

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체세포분열은 동일한 세포를 만들어내는 것이기 때문에 성장, 상처 회복 등의 과정에서 매우 중요합니다. 이에 대한 자세한 내용은 맨 밑에 링크 걸어둘테니 한번 보시는 것을 추천드립니다. 

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감수분열은 체세포를 만들지 않고, 정자세포(sperm cell)와 난자세포(egg cell)를 만든다.

 

이에 반해 감수분열은 동일한 세포를 만들어내는 과정이 아닌, 우리의 유전적 다양성에 기여하는 과정입니다. 감수분열을 통해서는 체세포를 만들어내지 못하고 그 대신 정자세포와 난자세포를 만드는데요. 이제부터 감수분열 과정에 대해 자세하고 쉽게 설명드리겠습니다.

 

 

● 염색체 개수

 

46개의 염색체를 갖는 체세포와 달리, 정자세포와 난자세포는 23개의 염색체를 갖는다.

 

 

감수분열 내용에 앞서, 신체 내 염색체 개수부터 먼저 설명드리겠습니다. 인체 내의 세포는 보통 46개의 염색체를 갖습니다. 하지만 46개의 염색체를 갖지 않는 세포도 존재하는데요. 감수분열 결과 생기는 정자세포와 난자세포는 각각 23개의 염색체를 갖습니다.

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각각 23개의 염색체를 갖는 정자세포와 난자세포가 만나 46개의 염색체를 갖는 수정란을 형성한다.

 

 

왜 염색체 개수가 다를까요? 정자세포와 난자세포는 이후 만나게되어 수정란을 형성합니다. 수정란이 정상적인 사람으로 자라기 위해서는 46개의 염색체를 가져야하기 때문에, 각각 23개씩 갖는 것이지요. 즉​​ 감수분열 덕에, 정자세포와 난자세포가 만나도 염색체 수가 늘지 않고 46개를 유지할 수 있는 것입니다.

 

 

● 간기(Interphase)

간기(Interphase)에는 세포 성장, DNA 복제, 세포기능 역할을 수행한다.

 

체세포분열과 마찬가지로 감수분열 역시 간기를 거친 후에 분열단계에 들어섭니다. 간기는 세포 성장, DNA 복제 등이 일어나는 매우 중요한 단계인데요. 감수분열에 들어가기 전의 초기세포는 46개의 염색체를 가지고 있고, 감수분열을 시작하기 전인 간기단계에서 염색체를 복제합니다. 

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위 사진은 복제 전, 아래쪽은 복제 후 // 한 개 막대기가 염색분체이고, 복제 이후에는 막대기가 2개가 되었습니다. 즉 염색분체 수가 2배가 된 것이죠. 그에 반해 염색체 수는 동일하게 46개입니다. 가운데 동그라미가 동원체이고 이 개수가 염색체 개수입니다.

 

 

염색체 개수는 염색체 중앙의 동원체 개수로 세게 됩니다. 이 때문에 46개의 염색체가 복제된 이후에도 염색체 수는 여전히 46개인 것이죠. 하지만 염색분체 수는 92개로 2배가 됩니다. 

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염색체 수 = 동원체 수

복제이후 염색체 수는 동일하게 46개, 염색분체 수는 복제 전의 2배인 92개

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● 제1 감수분열

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감수분열 역시 전기, 중기, 후기, 말기 순서를 거치고, 체세포분열과는 다르게 2번 분열합니다.

 

 

​감수분열은 체세포분열과 마찬가지로 전기(prophase), 중기(metaphase), 후기(anaphase), 말기(telophase)를 거칩니다. 하지만 체세포분열과 다르게 염색체 수가 절반인 23개로 줄어야하므로, 분열을 2번 거쳐야 합니다. 즉 2번의 전기, 중기, 후기, 말기를 거치는 것이죠. 그래서 감수분열은 제1 감수분열, 제2 감수분열로 나뉩니다.

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제1감수분열 전기에는 염색체가 두꺼워지고, 방추사가 형성됩니다(위쪽 사진). 상동염색체는 거의 같은 크기를 가지며, 같은 형질을 암호화하는 유전자가 같은 위치에 존재합니다. (아래쪽 사진)

 

 

​제1 감수분열 전기에서는 염색체가 뭉치고 두꺼워집니다. 그리고 상동염색체들이 쌍을 이루어 배열하게 되는데요. 여기서 상동염색체는 거의 똑같은 크기를 가지며, 같은 형질을 암호화하는 유전자를 갖는 염색체 쌍을 의미합니다.

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제1 감수분열 전기에는 '교차'가 일어납니다. 이를 통해 유전적 다양성을 만드는데 기여합니다.

 

형질을 결정하는 유전자는 각 염색체의 같은 위치에 위치하는데요. 제1 감수분열 전기 때 이 유전자의 유전정보들이 서로 전달되고 교환되는 '교차'가 일어납니다. 상동염색체들이 짝을 이뤄 배열하게되면, 두 염색체들이 서로 만나 교차가 일어나는 것이죠.

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'교차'과정을 통해 형성된 재조합 유전자(서로 섞인 것을 볼 수 있습니다.) ​

 

교차는 재조합 유전자라고 부르는 구조를 만들고, 이는 유전적 다양성을 만드는데 기여합니다. 맨 처음에 같은 부모님 사이에서 태어난 자녀들이 서로 다르게 생긴 이유에 대해 언급했는데, 그 이유가 이 교차 때문인 것입니다. 

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제1 감수분열 중기에는 상동염색체가 쌍을 이뤄 중앙에 배열한다.

 

제1 감수분열 중기에서는 상동염색체 쌍이 짝을 지어 세포 중앙에 놓이게 됩니다. 이는 체세포분열과 다른데요. 체세포분열에서는 짝을 이뤄 중앙에 놓이는 것이 아닌, 염색체 하나씩 세포 중앙에 줄을 섰기 때문이죠. 

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제1감수분열 후기에는 방추사에 의해 염색체들이 양 옆으로 끌려간다.

 

​제1 감수분열 후기에서는 중앙에 있던 염색체들이 방추사라고 불리는 실 구조에 의해 양 옆으로 끌려갑니다.

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제1 감수분열 말기에는 두 개의 핵을 만들게 된다. 이후 세포질 분열까지 일어나 새로운 세포 2개로 분열된다.

 

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제1 감수분열 말기에는 두 개의 핵을 만들게 됩니다. 두 개의 새로운 새포를 만드는 것으로 제1 감수분열이 끝나는 것이죠. 물론 세포질이 나눠지는 세포질 분열까지 일어납니다. 하지만 여기서 분열이 끝나는 것이 아니고 제2 감수분열로 이어지게 됩니다. 

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● 제2 감수분열

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제2 감수분열 전기에서는 제1 감수분열 전기와 마찬가지로 염색체가 두꺼워지고 방추사가 형성된다. 하지만 '교차'는 일어나지 않는다. ​

 

 

​제2 감수분열 첫번째 단계는 제1 감수분열과 마찬가지로 전기입니다. 제2 감수분열 전기에서는 교차가 일어났던 제1 감수분열 전기와는 다르게 큰 변화가 나타나지는 않습니다. 왜냐하면 상동염색체가 짝을 이루지 않기 때문이죠. 제1 감수분열 전기와 마찬가지로 염색체와 방추사를 형성하지만, 교차는 일어나지 않습니다. 

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제2 감수분열 중기에는 염색체가 일렬로 배열한다. 상동염색체가 쌍으로 배열한 제1 감수분열 중기와는 차이가 있다.

 

제2 감수분열 중기에서는 세포 중앙에 염색체가 일렬로 배열합니다. 상동염색체가 쌍으로 배열한 제1 감수분열 중기와는 다르게, 제2 감수분열 중기에서는 염색체가 하나씩 한줄로 배열합니다. 

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제2 감수분열 후기에는 방추사에 의해 '염색분체'가 양 옆으로 끌려간다.

 

 

제2 감수분열 후기에서는 방추사에 의해 '염색분체'가 끌려갑니다. '염색체'가 끌려가는 제1 감수분열 후기와는 차이가 있죠. (제1 감수분열 후기에서는 염색분체 2개가 붙어있는 형태인 염색체가 끌려갑니다.)

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제2 감수분열 말기에는 핵이 생성되고, 이후 세포질 분열까지 일어나면서 1개였던 초기세포에서 4개의 딸세포로 분열이 완료된다.

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제2 감수분열 말기에는 핵이 다시 생성되고 2개의 세포로 나눠지게 됩니다. 물론 세포질 분열까지 이뤄진 것이죠. 제1 감수분열과 제2 감수분열 결과 1개였던 세포가 4개로 분열된 것 입니다. 

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● 감수분열의 결과

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감수분열 결과 남성은 정자세포, 여성은 난자세포가 형성된다.

 

이러한 감수분열을 통해 남성의 몸에서는 정자세포가, 여성의 몸에서는 난자세포가 생성됩니다. 염색체의 무작위 배열, 그리고 교차까지 거치면서 정자와 난자는 유전적 다양성을 가지게 됩니다. 

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감수분열 결과 46개 염색체를 갖는 초기세포에서 23개의 염색체를 갖는 딸세포 4개로 분열된다. 분열된 세포들끼리와 초기세포는 유전적 형질이 모두 다르다. 이를 통해 유전적 다양성을 확보한다.

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예를 들어, 남성에게서 생성된 4개의 정자세포는 모두 서로 다른 유전 정보를 갖게 됩니다. 이렇게 생성된 정자세포는 분열을 시작하던 초기 세포와도 유전적 형질이 다릅니다. 왜냐하면 초기세포는 46개의 염색체를 가지고 있었는데, 분열을 끝낸 세포는 23개만을 갖게 되니까요. 

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즉, 생성된 생식세포는 처음 세포와도 똑같지 않고, 분열을 끝낸 세포들과도 서로 똑같지 않은 것 입니다. 이러한 과정이 유전적 다양성을 만드는 것이죠. 같은 부모를 가진 형제, 자매가 서로 달리 보일 수 있는 이유는 각자가 서로 형질이 다른 단 하나뿐인 난자와 정자가 만나 태어나고 성장했기 때문입니다. 

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감수분열 중 염색체분리가 제대로 일어나지 않으면 염색체 비분리(nondisjunction)이 발생한다. ​

 

마지막으로 생각해 볼 수 있는 한가지. 감수분열 과정 중 염색체가 제대로 분리되지 않은 상태로 자녀에게 전달되는 경우가 발생할 수 있는데요. 이를 '염색체 비분리' 라고 합니다. 한 세포에 너무 많은 수의 염색체가 가거나 너무 적은 수의 염색체가 가는 경우를 의미하는 것이죠. 이는 다운증후군, 클라인펠터 증후군과 같은 유전병을 유발하는 원인이 됩니다.

 

● 마무리

​이번 포스트에서는 이전에 포스트한 체세포분열에 이어 감수분열에 대해 설명드렸습니다. 체세포분열과 감수분열을 비교하는 것은 이후 생명과학 이해에 많은 도움이 될 것이니 여러번 보시는 것을 추천드립니다. 

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이 블로그에서 중점적으로 다루는 텔로머라제(Telomerase)는 텔로미어(Telomere)의 길이를 유지, 연장시켜주는 효소인데요. 세포가 분열할 때마다 텔로미어의 길이가 짧아지고, 더 이상 분열할 수 없을 정도로 짧아지면 분열을 멈춥니다. 세포의 노화가 시작되는 것이죠.

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텔로머라제는 이를 방지해 세포 노화를 억제하는 역할을 합니다. 최근 논문들에서는 텔로머라제가 텔로미어 길이 연장 뿐 아니라 다양한 면역 반응에도 관여한다고 하는데요.

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텔로머라제에 대한 자세한 내용은 '관련 논문 카테고리'에 올릴 예정이니, 한 번 보시길 바랍니다.

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글 마지막 부분에 ​전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.

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*영상 출처

 채널명: Amoeba Sisters

동영상제목: 감수 분열(업데이트)

 

 

영상 전체 보기

 

 

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