핵분열(생물학)

Fission (biology)
"이열 핵분열"은 여기서 방향을 바꾼다.원자핵의 이항 핵분열은 핵분열을 참조하십시오.

핵분열은 생물학에서 하나의 실체를 둘 이상의 부분으로 나누고, 그 실체를 원체와 유사한 분리된 실체로 재생하는 것이다.핵분열을 경험하는 물체는 대개 세포이지만, 이 용어는 또한 생물, 신체, 개체군 또는 종들이 어떻게 분리된 부분으로 분할되는지를 나타낼 수도 있다.[1][2][3]핵분열은 하나의 유기체가 두 부분을 생산하는 이항 핵분열일 수도 있고, 하나의 실체가 여러 부분을 생산하는 다중 핵분열일 수도 있다.

이항 핵분열

바실리의 세포 성장(긴장)과 이항 핵분열 도표.파란색과 빨간색 선은 각각 오래된 박테리아 세포벽과 새로 생성된 박테리아 세포벽을 나타낸다. (1) 박테리아 몸의 중심에서 자라는 생장. 예: 바실러스 미분비, 대장균, 기타. (2) 비정형 성장. 예: 코리네박테륨 디프테리아.이것은 박테리아 증식이다.

고고학과 박테리아 영역의 유기체는 이항분열로 번식한다.무성 생식과 세포 분열의 이러한 형태는 진핵 유기체(예: 미토콘드리아) 내의 일부 유기체에 의해서도 사용된다.이항 핵분열은 세포들을 두 부분으로 나누어서 살아있는 원핵세포(또는 오르가넬)의 번식을 초래하는데, 각각은 원핵세포의 크기로 성장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

원핵생물의 핵분열

단일 DNA 분자는 먼저 복제한 다음 각각의 복제본을 세포막의 다른 부분에 부착한다.세포가 분리되기 시작하면 복제된 염색체와 원래 염색체가 분리된다.이 무성생식법의 결과는 모든 세포가 유전적으로 동일하다는 것인데, 이는 동일한 유전적 물질(임의 돌연변이를 막음)을 가지고 있다는 것을 의미한다.진핵세포가 사용하는 유사분열과 감수분열의 과정과 달리, 이항분열은 세포에 스핀들 기구가 형성되지 않고 일어난다.유사분열에서처럼(그리고 감수분열에서와는 달리) 부모의 정체성도 상실된다.

FtsZ 의존성 핵분열 과정

원핵생물에서의 이항 핵분열

FtsZ는 eukaryotes에서 유사분열 시 사용되는 미세관 사이토스켈레톤(microtubule cytoskeleton)의 구성 요소인 β-tubulin에 동질적이다.[4]FtsZ는 박테리아에서 미래 분열의 현장에 국지화한 최초의 단백질로 생각되며, FtsZ 결합 단백질에 의해 고정된 Z 링으로 조립되어 두 딸 세포 사이의 분열면을 정의한다.[5][4]MinC와 MinD는 FtsZ 링의 형성을 차단하는 분할 억제제로 함께 기능한다.MinE는 MinCD 활성 중간 셀을 정지시켜 FtsZ가 이항 핵분열을 대신할 수 있게 한다.[6]

구체적으로는 다음과 같은 단계가 발생한다.

  1. 이항 핵분열 전 박테리아는 DNA가 단단하게 코팅된 경우다.
  2. 그 박테리아의 DNA는 코팅이 벗겨지고 복제되었다.
  3. DNA는 분열에 대비하기 위해 크기를 증가시키면서 박테리아의 분리된 극지방으로 당겨진다.
  4. 새로운 세포벽의 성장은 박테리아(FtsZ 중합과 "Z-링" 형성에 의해 촉발됨)를 분리하기 시작한다.[7]
  5. 새로운 세포벽(세움)이 완전히 발달하여 박테리아가 완전히 분열된다.
  6. 새로운 딸 세포는 DNA 막대, 리보솜, 플라스미드를 단단히 코칭하여 만들었다; 이것들은 이제 완전히 새로운 유기체들이다.

L형 박테리아라고 불리는 세포벽을 생성하지 않기 위해 만들어진 박테리아에 대한 연구는 FtsZ가 작용하기 위해 세포벽을 필요로 한다는 것을 보여준다.세포벽이 자연적으로 자라지 않는 박테리아가 어떻게 분열하는지는 거의 알려져 있지 않지만, 그것은 압출과 분리의 L형식의 싹트기 같은 분열 과정을 닮았다고 생각된다.[8][9]

FtsZ 의존성 핵분열 속도

이항 핵분열은 종마다 속도가 다르지만 일반적으로 빠르다.대장균의 경우, 세포는 일반적으로 약 20분마다 37°C에서 나눈다.[10]새로운 세포들은 차례로 스스로 이항 핵분열을 겪을 것이기 때문에, 이항 핵분열이 필요한 시간 또한 박테리아 배양체가 포함하는 세포의 수를 두 배로 늘려야 하는 시간이다.따라서 이 기간을 2배 시간이라고 할 수 있다.대장균을 제외한 어떤 종은 두 배가 더 빠르거나 느릴 수 있다: 미코박테리움 결핵의 일부 종은 두 배가 되는 거의 100시간을 가질 수도 있다.[11]박테리아의 성장은 영양소 이용 가능성과 이용 가능한 공간을 포함한 요인에 의해 제한되기 때문에 이항분열은 박테리아 배양균이 성장 정지 단계에 들어가면 훨씬 낮은 속도로 발생한다.

고고학에서

Crenarchaeota는 세포벽도 FtsZ 메커니즘도 가지고 있지 않다.그들은 진핵성 ESCRT-III 시스템(Cdv라고도 알려져 있음)의 원시 버전을 이용하여 특히 곧 딸세포 두 개 가운데로 들어와 막을 분리하도록 조작한다.[12][9]에우리아카게오타는 박테리아처럼 FtsZ를 사용한다.[4][13]

오르가넬의 핵분열

진핵 세포의 일부 장기들은 이항 분열을 이용하여 번식한다.미토콘드리아 핵분열은 세포가 적극적으로 유사분열을 거치지 않을 때에도 세포 내에서 빈번하게 일어나며, 세포의 신진대사를 조절하는 데 필요하다.[14]모든 엽록체와 박테리아의 내시성에서 파생된 오르간세포인 일부 미토크로니트리아(동물은 아님)도 FtsZ를 박테리아와 같은 방식으로 사용한다.[4][15]

이항 핵분열 유형

유기체의 이항 핵분열은 불규칙, 종단, 횡단, 사선, 즉 왼쪽 사선 및 오른쪽 사선의 네 가지 방법으로 발생할 수 있다.

  1. 불규칙:이 핵분열에서 사이토키네시스(cytokinesis)는 어떤 평면을 따라 일어날 수 있지만 항상 카리오키네시스(핵분열)의 평면에 수직이다. 예를 들어 아메바(amereba)와 같은.
  2. 세로:여기서 사이토키네시스(cytokinesis)는 세로축을 따라 일어난다. 예를 들어 유글레나 같은 플라겔라테스(plagellates)에서 말이다.
  3. 가로:여기서 사이토키네시스(cytokinesis)는 가로축을 따라 일어난다. 예를 들어 파라메치움 같은 갈리아 원생동물에서 말이다.
  4. 경사:이런 형태의 이항 핵분열 시토키네시스에서는 비스듬히 일어난다.세라티움 예

이항 핵분열은 "두 개로 나누기"를 의미한다.그것은 무성 생식의 가장 간단하고 흔한 방법이다.

다분열

원자의 핵분열

세포 수준에서 다발성 핵분열은 포로조아나 조류와 같은 많은 원생동물에서 발생한다.모세포의 핵은 아미토시스(amitosis)에 의해 여러 번 분열되어 여러 개의 핵이 생성된다.세포질은 그 후 분리되어 여러 개의 딸 세포를 만든다.[16][17][18]

어떤 기생충의 단세포 유기체는 하나의 모세포로부터 수많은 딸세포를 생산하기 위해 다중 핵분열과 같은 과정을 거친다.인간 기생충인 발포시스트균의 분리가 4일에서 6일 사이에 그러한 과정을 시작하는 것으로 관찰되었다.[19]물고기 기생충 Trypanosoma borreelli의 세포도 이항과 다중 핵분열에 모두 참여하는 것이 관찰되었다.[20]

아피콤플렉스의 핵분열

아피콤플렉스에서는 기생 원생들의 망상, 다중 핵분열, 또는 정신분열증이 메로고니, 산모조니, 생식조니로 나타난다.메로곤이는 같은 세포막 안에서 기원을 이루는 여러 딸세포인 메로조아에서,[21][22] 산포곤이는 소로조아에서, 생식곤은 미세가메테에서 발생한다.

녹조 핵분열

녹조는 두 개 이상의 딸세포로 나눌 수 있다.딸세포의 정확한 수는 조류 종에 따라 달라지며 온도와 빛의 영향이다.[23]

박테리아의 다중 핵분열

대부분의 박테리아 종은 주로 2진 생식을 한다.일부 종과 박테리아 집단도 다발성 핵분열을 겪을 수 있으며, 때로는 포자의 생성으로 시작하거나 끝날 수도 있다.[24]기니피그의 공생종인 메타박테리움 폴리스포라 종은 각 구획에 여러 개의 내포체를 생산하는 것으로 밝혀졌다.[25]일부 시아노박테리아 종도 다발성 핵분열을 통해 번식하는 것으로 밝혀졌다.[26]

플라스마 절개술

일부 원생동물들은 플라스미컬레이션이라고 불리는 또 다른 핵분열 메커니즘에 의해 번식한다.이런 종류의 핵분열에서 다핵산 성인 부모는 두 개의 다핵산(또는 코세포) 딸 세포를 형성하기 위해 사이토카인증을 겪는다.그렇게 생산된 딸세포는 더 많은 유사분열을 겪는다.

오팔리나, 펠로믹사는 이렇게 번식한다.

클론 단편화

주요 기사:조각화(재생산)

다세포 또는 식민지 유기체에서의 분열은 무성의 생식이나 복제의 한 형태로, 유기체가 산산조각으로 갈라진다.이 조각들은 각각 원래의 유기체의 복제품인 성숙하고 완전히 성장한 개인으로 발전한다.echinoderms에서, 이 번식 방법은 보통 fissiparity로 알려져 있다.[27]

인구분열

개인 단일 집단을 별개의 부분으로 나누는 것은 핵분열로 간주될 수 있다.인구는 이주나 지리적인 고립을 포함한 다양한 이유로 핵분열 과정을 겪을 수 있다.핵분열은 새로 고립되고 작은 집단에 유전적 분산을 초래하기 때문에, 인구분열은 분화의 전조가 된다.[28][29]

참고 항목

참조

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