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( 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