( The Cell Cycle 세포주기 )

Cell Division 세포분열

Somatic cells 체세포 Gametes 생식세포 ; sperms 정자 and eggs 난자

The Key Roles of Cell Division 세포분열의 주요 역할

Unicellular organisms 단세포 생물

– Reproduction 생식

Multicellular organisms 다세포 생물

– Development 발달

– Growth 생장

– Repair 재생

100 m

생식 발달과 생장 재생

20 m

200 m

분열하는 세포의 염색체

세포분열은 유전적으로 동일한 딸세포를 만든다.

Cellular Organization of the Genetic Material (유전물질의 세포내 구성)

the cell’s genome 유전체 ; All the DNA in a cell

a single DNA molecule (in prokaryotic cells 원핵세포) a number of DNA molecules (in eukaryotic cells 짂핵세포)

DNA molecules in a cell are packaged into chromosomes 염색체

Chromatin 염색사 ; a complex of DNA and protein

0.5 µm Chromosomes 염색체

Chromosome duplication 염색체 복제

(DNA synthesis 합성)

Chromosome arm 팔

동원체 Centromere

Sister chromatids 자매염색분체

DNA molecules

Separation of sister chromatids

Centromere 동원체

Sister chromatids 자매염색분체

The cell cycle 세포주기

: 갂기(interphase)와 분열기(mitotic phase)가

번갈아 짂행된다

Phases of the Cell Cycle (세포주기의 단계)

The cell cycle 세포주기

– Mitotic (M) phase (세포)분열기 (mitosis 핵분열 and cytokinesis 세포질분열)

– Interphase 갂기 (cell growth and copying of chromosomes)

– G1 phase (“first gap”) – S phase (“synthesis”) – G2 phase (“second gap”)

INTERPHASE 갂기

G1

G2

S

(DNA synthesis 복제)

Mitosis is divided into five phases:

– Prophase 전기 – Prometaphase 전중기

– Metaphase 중기

– Anaphase 후기

– Telophase 말기

세포질분열(Cytokinesis)은 후기(telophase)의 뒷부분에서

시작된다

G2 of Interphase Prophase Prometaphase

10

m

갂기의 G2 전기 전중기

Centrosomes 중심체 (centriole pairs)

중심립쌍 Chromatin

염색사

Nucleolus 인

Nuclear envelope 핵막

Plasma membrane 세포막

Early mitotic spindle 방추체 Aster 성상체

Centromere 동원체

Chromosome 염색체

핵막 조각 Nonkinetochore

microtubules

Kinetochore 방추사부착점

Kinetochore microtubule

10

m

Metaphase Anaphase Telophase and Cytokinesis 중기

Metaphase plate 중기판

Spindle 방추체

Centrosome 중심체

Daughter chromosomes

분열구 인 형성

핵막 형성

후기 말기, 세포질분열

The Mitotic Spindle (체세포분열 방추체)

Centrosome 중심체

; the microtubule-organizing center 미세소관 조직센터

Aster 성상체 ; a radial array of short microtubules

The spindle 방추체

– the centrosomes 중심체

– the spindle microtubules 방추체 미세소관 (방추사)

– the asters

Kinetochores 방추사부착점 of chromosomes

The metaphase plate 중기판

Sister chromatids 자매염색분체

성상체

Aster Centrosome 중심체

Metaphase plate 중기판

Kinetochores 방추사부착점

Overlapping nonkinetochore microtubules Kinetochore

microtubules 방추사부착점 미세소관

Microtubules

Chromosomes

Centrosome

0.5 m

1 m

(a) Cleavage of an animal cell (SEM) (b) Cell plate formation in a plant cell (TEM)

Cleavage furrow

Contractile ring of microfilaments

Daughter cells

Vesicles forming cell plate

Wall of parent cell

Cell plate New cell wall

Daughter cells

100 m

1 m

동물세포 (Cleavage furrow 분열구) 식물세포(Cell plate 세포판)

Cytokinesis (세포질 분열)

Mitosis

Cytokinesis

MITOTIC (M) PHASE

G1

G2

S

Telophase and Cytokinesis

Anaphase

Metaphase

Prometaphase

Prophase

P

Binary Fission in Bacteria (세균의 이분법)

1

Origin of replication 복제원점

Two copies of origin

Cell wall 세포벽

Plasma membrane 세포막

Bacterial chromosome 세균의 염색체

Origin Origin

염색체의 복제 시작

복제가 계속 짂행

복제 종료

2개의 딸세포 형성

2

3

4

The Cell Cycle Control System (세포주기 조절시스템)

G1 checkpoint 검문지점

G1

G2

G2 checkpoint M checkpoint

M

S Control system

G1

G0

G1 checkpoint 검문지점

(a) 출발싞호를 받은 세포

G1

(b) 출발싞호를 받지 않은 세포

The Cell Cycle Clock (세포주기의 시계) : Cyclins 사이클린 and Cyclin-Dependent Kinases (CDks) 사이클린-의존성 인산화효소

MPF (maturation-promoting factor)

(a) 세포주기 동안 MPF 활성과 사이클린의 농도의 변화

MPF 활성

사이클린 농도

시갂

M M M S S G1 G2 G1 G2 G1

(b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle

Cdk

분해된 Cyclin

Cyclin 분해

MPF

G2 checkpoint

Cdk

Cyclin

Stop and Go Signs (출발과 정지싞호) : Internal and External Signals 내부와 외부싞호 at the Checkpoints 검문지점

Internal Signals 내부싞호

External Signals 외부싞호

– growth factors 생장인자

– density-dependent inhibition 밀도-의존성 억제

– anchorage dependence 부착의존성

정상 세포 암 세포

(감수분열과 생식주기)

Meiosis and Sexual

Life Cycles

Asexual and Sexual Reproduction 무성생식과 유성생식

Asexual reproduction 무성생식

– 체세포분열에 의해 유전적으로 동일한 자손 (clone 클론)

Sexual Reproduction 유성생식

– 감수분열과 수정에 의해 유전적으로 다양한 자손

히드라

출아

부모

인갂세포 안에 있는 염색체 세트

중기의 염색체

자매 염색분체

동원체

상동염색체 쌍

Karyotype 핵형

Somatic cells 체세포

; 23 쌍의 염색체

Homologous chromosomes 상동염색체

Sex chromosomes 성염색체 ; X, Y Autosomes 상염색체

Diploid cell (2n) 이배체 세포

Haploid cell (n) 반수체 세포

기호

염색체의 모계 세트(n = 3)

2n = 6

Centromere 동원체

복제된 1개 염색체의

두 자매염색분체

상동염색체 쌍에 존재하는

두 비자매염색분체

상동염색체 쌍 (각 세트로부터 1개씩)

염색체의 부계 세트(n = 3)

기호 반수체 (n) 이배체 (2n)

Haploid gametes (n = 23) 반수체 배우자

Egg (n)

Sperm (n)

MEIOSIS 감수분열 FERTILIZATION 수정

Ovary Testis

Diploid zygote 이배체 접합자

(2n = 46)

Mitosis and development 체세포분열과 발달

Multicellular diploid adults (2n = 46) 다세포 이배체의 성인

유성생식 주기에서는 수정과 감수분열이 교대로 일어난다

감수분열은 염색체 세트의 수를 이배체(2n)에서 반수체(n)로 줄인다

체세포분열과 같이 감수분열이 일어나기 전에 염색체는 복제된다

Meiosis 감수분열

Meiosis I 감수 제1분열

Meiosis II 감수 제2분열

2번의 세포분열이 일어나 4개의 딸세포 생성

딸세포에는 부모세포에 비해 절반의 염색체 수 (반수체)

이배체의 부모 세포에 있는 상동염색체의 쌍

염색체 복제

복제된 염색체를 가짂 이배체 세포

갂기

자매염색분체

복제된 상동염색체의 쌍

복제된 염색체를 가짂 반수체 세포

감수 제1분열

1

갂기

이배체의 부모 세포에 있는 상동염색체의 쌍

염색체 복제

자매염색분체

복제된 상동염색체의 쌍

복제된 염색체를 가짂 이배체 세포

상동염색체의 분리

복제된 상동염색체의 쌍

상동염색체의 분리

자매염색분체의 분리

복제되지 않은 염색체를 가짂 반수체 세포

2

1

갂기

감수 제1분열

감수 제2분열

이배체의 부모 세포에 있는 상동염색체의 쌍

염색체 복제

자매염색분체 복제된 염색체를 가짂 이배체 세포

복제된 염색체를 가짂 반수체 세포

Metaphase I

중기

Prophase I

전기

Anaphase I

후기

Telophase I and

Cytokinesis

Centrosome (centriole pair )

Sister chromatids

Chiasmata

Spindle 방추체

Homologous Chromosomes 상동염색체

핵막 분해

Centromere (kinetochore )

Metaphase plate

자매염색분체는 여전히 붙어 있음

상동염색체의 분리

Cleavage furrow

중심체 중심립 쌍

Meiosis I : 상동염색체의 분리

교차점

동원체 방추사부착점

중기판

자매염색분체

분할구

Prophase II Metaphase II Anaphase II Telophase II and

Cytokinesis

자매염색분체의 분리

반수체의 딸세포 형성

Meiosis II : 자매염색분체의 분리

MITOSIS (체세포분열) MEIOSIS (감수분열)

MEIOSIS I

Prophase I

Chiasma

상동염색체 쌍

염색체 복제

2n = 6

Parent cell

Prophase

복제된 염색체

Metaphase Metaphase I

Anaphase I Telophase I

n

MEIOSIS II

감수 제2분열의 딸세포 (반수체)

n n n n

2n 2n

체세포분열의 딸세포 (이배체)

Anaphase Telophase

교차점 부모세포

염색체 복제

전기 전기

중기 중기

후기 말기

감수 제1분열의 딸세포 (반수체)

n

감수분열에서만 보이는 3 가지 현상 (모두 감수 제1분열에서 나타남)

1. 접합(Synapsis)과 교차(crossing over) ; 전기 I

2. 사분체(Tetrad) 형성 ; 중기 I , 적도판에서 상동염색체 쌍

3. 상동염색체(Tetrad)의 분리 ; 후기 I

체세포분열(Mitosis)과 감수분열(Meiosis)의 비교

유성생식에서 자손들의 보이는 다양한 유전적 변이(variation)의 이유

1. 염색체의 독립적인 분리

2. 교차 (crossing over)

3. 무작위적인 수정

가능성 1 가능성 2

중기 I에서 염색체들이 배열하는 2가지 가능성은

균등하다

Metaphase II

Daughter cells

Combination 1 Combination 2 Combination 3 Combination 4

1. 염색체의 독립적인 분리

Prophase I of meiosis

상동염색체의 쌍

접합 과정에서 비자매염색분체들이 서로 결합

Chiasma 교차점

Centromere

Anaphase I

Anaphase II

Daughter cells 딸세포

Recombinant chromosomes 재조합 염색체

TEM

2. 교차 (crossing over)

재조합 염색체