7장. 세포의 번식(1)

우리가 앞서 배웠던 세포는 증식, 분열, 생장을 통해서 자신보다 높은 단계의 단위체를 형성하고 생물체의 크기를 키워나간다. 단세포 생물은 증식을 통해 자신의 크기를 키워나가고 다세포 생물은 생장과 생식을 통해 크기를 키워나간다. 그렇다면, 다세포 생물은 왜 생장과 생식을 통해 자신의 크기를 키워나가는지 이번 장에서 알아보자. 우리가 흔히 알고 있는 것처럼 생장은 세포 분열을 통해 세포의 개수를 늘려 부피를 키운다. 이 과정에서 우리는 의문을 품을 수 있다. 왜 세포는 분열을 하는 것일까? 그 이유는 체적과 표면적의 관계로 해석하면 쉽다. 체적(부피)이 커지는 속도를 표면적이 커지는 속도가 따라가지 못한다. 부피가 커지는만큼 핵으로 이동하는 물질의 출입이 어려워져 핵이 물질을 통제하는 능력이 떨어진다. 이 때문에 세포는 분열을 하고, 자신과 같은 크기의 세포를 늘려가며, 커지는 생물의 부피를 조절할 수 있다.

세포의 분열 과정에서 세포는 자신의 핵에 존재하는 유전물질인 DNA를 복제하여 자신과 똑같은 세포를 만들어낸다.

 

 그럼 핵은 어떻게 DNA를 복제하고 어떤 과정을 거치며, 어떻게 전달이 될까? 부모 세포(모세포)는 자신과 닮은 새로운 세포 또는 다세포 개체를 생성한다. 이를 우리는 딸세포라고 부른다. 이 딸세포가 제대로 작동하려면 모세포의 DNA 물질 그리고 충분한 세포질을 얻어야만 한다. 만약 딸세포가 모세포로부터 DNA 및 세포질과 같은 물질들을 제대로 생산할 정보를 못 받는다면 잘 자라지 못하거나 기능에 이상이 올 거다. 한 세포에 존재하는 DNA는 핵막에 둘러싸여 있기에 분열을 위해 단순히 둘로 쪼개질 수 없다. 세포도 물론 세포질을 두 딸세포로 나뉘지만 이것은 체세포 분열, 감수분열 과정을 통해 DNA가 복제, 정리정돈 그리고 포장 과정을 거친 뒤에 일어난다. 체세포 분열은  핵분열 메커니즘의 하나로 다세포 진핵세포의 체세포에서 일어난다. 체세포 분열을 통해 생장, 죽거나 낡은 세포의 교체 그리고 조직의 수선 등이 일어날 수 있다. 많은 종류의 식물, 동물, 균류 그리고 단세포 원생생물 등이 또한 체세포 분열을 통해 자기 자신을 복제하는 무성생식을 하기도 한다. 감수분열은 또 다른 핵분열 메커니즘으로 정자나 난자와 같은 배우자나 포자를 만드는 유성생식 과정 동안에만 작동한다. 복잡한 구조의 동물에서 배우자는 생식세포로부터 형성된다. 체세포 분열과 감수분열은 많은 공통점과 차이점이 있다. 이는 앞으로 계속 설명을 해주겠다.

 

모든 진핵세포는 단백질과 결부된 특정 숫자의 DNA 분자를 지닌다. 이런 단백질을 우리는 염색체라고 부른다. 이 염색체는 유전물질인 DNA와 히스톤 단백질로 구성이 되는데, 염색체는 세포의 핵 분열기 전에 복제된다. 원본과 복제된 염색체는 핵분열 말기 단계까지 염색분체라고 하는 상태로 붙어 있다. 간기라고 하는 핵분열 전 단계까지 DNA는 염색사 즉 실 형태로 풀어져있다. 이러한 실 형태의 염색사는 실모양의 유전물질인 DNA에 히스톤 단백질이 얽혀 뉴클레오솜이라 부르는 상태로 이루어져 있다.

 

그럼 이 세포의 분열은 어떤 단계로 구성되어 있을까? 세포의 주기는 크게 체세포 분열, 세포질 분열, 간기로 나뉜다. 먼저 간기부터 설명하겠다. 간기 동안 세포는 자신의 내용물을 증가시키게 되는데 대략 세포질의 양이 두 배로 증가하고 DNA도 복제한다. 세포에서 대부분의 시간을 간기 상태로 보내고, 생물학자들은 이 간기를 총 세 단계로 구분 지었다. 세포가 성장하고 단백질 효소를 합성하는 G1기, DNA의 합성 및 복제가 이뤄지는 S기, 세포분열에 필요한 단백질과 같은 물질을 합성하는 G2기. 간기가 지나면 아주 짧지만 염색체로 응축되어 체세포 분열을 준비하는 분열기에 진입한다. 이 분열기 동안 전기, 중기, 후기, 말기 의 기간을 거쳐 세포는 핵분열을 하고 세포질을 분열시킨다.