학문
냉철한라마35
중심원체와 방사추사 세포 분열 시 염색체 이동시키는 원리가 궁금해요
세포 분열 중기 및 후기에 복제된 염색체가 정확히 반으로 나뉘어 양 극으로 이동할 때 방출되는 방사추사와 미세관의 역할이 궁금합니다. 중심체가 어떻게 모터 단백질을 이용해 염색체를 견인하는지 생물학적 기작이 알고 싶어요.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 질문해주신 세포분열에서 복제된 염색체가 정확하게 양쪽 딸세포로 나뉘어 이동하는 과정에는 중심체, 방추사, 미세소관, 동원체, 운동단백질 등이 함께 작용하는데요, 세포분열이 시작되면 중심체가 복제되어 서로 반대쪽으로 이동하고, 중심체 주변에서 미세소관이 뻗어나오면서 방추사가 형성됩니다. 이렇게 만들어진 방추사는 염색체를 양쪽에서 잡아당길 수 있는 구조를 갖추게 됩니다. 중기에는 방추사의 미세소관이 염색체의 동원체에 부착합니다. 하나의 염색체를 이루는 두 자매염색분체의 동원체에는 서로 반대쪽 중심체에서 나온 미세소관이 연결되는데요, 따라서 염색체는 양쪽 극에서 동시에 힘을 받게 되고 세포 중앙에 배열됩니다. 이 과정에서 세포는 모든 염색체가 양쪽 극에 제대로 연결되었는지를 확인하는 검사를 수행하는데요, 잘못 연결된 염색체가 있다면 다음 단계로 진행하지 않아 염색체가 한쪽 딸세포에 잘못 몰리는 것을 막습니다.
후기가 시작되면 자매염색분체를 서로 붙잡고 있던 단백질이 분해되면서 두 염색분체가 서로 분리되며, 이후 각각의 염색체가 반대쪽 극으로 이동합니다. 여기서 중요한 점은 중심체가 염색체를 직접 잡아당기는 것이 아니라는 것인데요, 중심체는 미세소관이 형성되고 배열되는 중심 역할을 하며, 실제 염색체 이동에는 미세소관과 동원체, 운동단백질이 함께 관여합니다. 운동단백질은 세포가 사용하는 에너지 물질인 에이티피를 이용하여 미세소관을 따라 이동하면서 염색체의 위치를 조절하거나 방추사의 구조에 힘을 가하며, 염색체에 연결된 미세소관이 점차 짧아지는 과정도 염색체를 세포 극 쪽으로 이동시키는 중요한 힘을 제공합니다. 동시에 양쪽 극에서 뻗어 나온 미세소관들이 서로 밀어내면서 방추체의 양극이 멀어지는 데에도 도움을 줍니다. 감사합니다.
채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
중심원체의 동원체에 방추사 미세관이 결합해 염색체를 양쪽 극에 정렬합니다. 후기에 코헤신이 절단되면 자매염색분체가 분리되고, 미세관의 짧아짐과 키네신, 다이닌 같은 모터단백질 작용으로 양 극으로 이동합니다. 중심체는 방추사를 조직합니다.
세포 분열 중 염색체 이동은 중심체, 방추사(미세관), 그리고 모터 단백질의 협동 작용으로 일어납니다.
중심체는 그 이름 그대로 세관 형성 중심 역할을 하며 동원체, 극성, 성상체 미세관을 뻗어냅니다.
그리고 동원체 미세관이 염색체의 동원체 단백질에 결합하여 양쪽에서 당기는 장력 평형으로 적도판에 정렬시킵니다.
후기가 되면 결합 단백질인 코헤신이 세파레이스 효소에 의해 절단되어 자매 염색분체가 분리됩니다.
동원체 미세관의 플러스 말단이 분해되며 짧아지는 힘으로 염색체를 끌어당기고, 동원체의 디네인 및 키네신 단백질이 ATP를 소비하며 중심체 방향으로 직접 걸어갑니다.
이후 키네신-5가 교차된 극성 미세관을 서로 밀어내어 세포 양 극의 거리를 벌립니다.
마지막으로 세포막에 고정된 디네인이 성상체 미세관을 당겨 중심체를 양 끝으로 확실히 고정합니다.
안녕하세요, 냉철한라마35님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 세포 분열 시 염색체가 양극으로 정확히 나뉘는 원리는 중심체에서 뻗어 나온 방추사가 동원체에 결합한 뒤, 미세관의 탈중합과 모터 단백질의 견인 작용을 통해 미세관 길이를 줄이며 끌어당기기 때문이랍니다.
■ 동원체 결합과 미세관 탈중합을 통한 견인
질문에서 언급하신 중심원체와 방사추사는 현대 생명과학에서 각각 동원체와 방추사 미세관을 뜻합니다. 분열 중인 염색체의 중심절에는 단백질 복합체인 동원체가 형성되며, 양극 중심체에서 자라난 방추사 미세관이 여기에 단단히 결합해 중기에 정렬을 마치는데요. 후기가 시작되면 동원체에 부착된 모터 단백질과 효소들이 미세관 끝의 튜불린 단백질을 신속히 해체하기 시작합니다. 마치 팩맨처럼 미세관 레일을 갉아먹으며 중심체 방향으로 나아가는데요. 미세관 자체가 빠르게 분해되어 길이가 짧아지면서 줄을 감아들이듯 결합된 염색분체를 양극으로 강력하게 끌어당깁니다.
■ 극성 미세관과 성상체의 양극 확장 작용
염색체 견인과 더불어 세포 양극 자체의 거리를 벌려주는 역학적 힘도 동시에 작동합니다. 양쪽 중심체에서 뻗어나와 중앙에서 서로 엇갈린 극성 미세관 사이에서는 키네신 모터 단백질이 미세관을 반대 방향으로 밀어내며 세포를 길쭉하게 늘리는데요. 이와 함께 세포막 가장자리로 뻗은 성상체 미세관은 세포벽 안쪽에 고정된 다이닌 모터 단백질에 의해 밧줄처럼 바깥으로 당겨집니다. 염색체를 끄는 힘과 양극을 벌리는 힘이 완벽히 조화를 이루어 한 치의 오차도 없이 유전 정보를 나누거든요.
정리하자면,
세포 분열 시 염색체 이동은 방추사가 동원체에 결합해 미세관 탈중합과 모터 단백질로 줄을 줄이며 염색체를 견인하고, 극성 미세관과 성상체가 양극을 밀고 당겨 거리를 벌려줌으로써 유전 물질을 정확하게 양분하는 정교한 생체 기작이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉