경상대학교 농업생명과학대학 축산학과 동물유전공학연구실 동물유전학 강의자료 제3장 염색체와 세포분열 경상대학교 농업생명과학대학 축산학과 동물유전공학연구실

염색체(Chromosome) 세포내에서의 위치 : 세포핵 내 세포주기에 따른 구조 구성물질 : 핵산과 단백질이 결합된 핵단백질 간기초기 : 염색질(Chromatin) 간기중기 : 염색사(Chromonema) 구성물질 : 핵산과 단백질이 결합된 핵단백질 (nucleoprotein)의 복합 구조물 - DNA(산성) + Histone (염기성 단백질) 기능 : 유전자를 포함(유전형질 발현의 중추기능 수행)

염색체의 구성 2nm 11nm 30nm 700nm 1,400nm 굵은 염색체 가닥 염색체팔의 형성 뉴클레오솜이 코일 모양으로 감겨 30nm폭의 섬유형성 DNA이중나선 염색체 가닥 형성 을 위해 꼬이고 엉키면서 더욱 응집 DNA가 히스톤 단백질과 결합하여 뉴클레오솜을 형성 700nm 1,400nm 고리안의 고리모양으로 응집된 모습 굵은 염색체 가닥 염색체팔의 형성

세포분열 중기단계 염색체의 구조 Telomeres (말단) Heterochromatin(이질염색질) 치밀하게 응축된 연색질 동원체 주위에 위치 염색질 중 약 10% 차지 Euchromatin(진정염색질) 너슨한 염색질 약 10%는 활성염색질(active chromatin) Centromere(동원체)

염색체의 분류 Metacentric chromosome(중심염색체) V자형, 염색체 중심에 동원체 위치, 염색체 양쪽 완의 길이 같음 Submetacentric chromosome(아중심염색체) L자형, 완의 길이 다름, 동원체가 한쪽으로 치우쳐 위치 Acrocentric chromosome(정점염색체) 막대기 모양, 동원체가 한쪽 끝 가까이에 위치 Telocentric chromosome(말단염색체) 한쪽완이 거의 없음, 동원체가 끝에 위치 단완 장완

핵형도(idiogram) 유사분열 중기 염색체의 상동염색체를 찾아 짝을 맞추고 큰 것부터 번호를 부여 1 2 3 4 5 염색체다형현상 (chromosome polymorphism) 이나 염색체이상 aberration)규명의 기준 상염색체 (autosome) 1 2 3 4 5 6 7 성염색체 8 9 10 11 12 X Y 13 14 15 16 17 18 돼지의 핵형도 : 18쌍의 상염색체와 1쌍의 성염색체로 구성

돼지염색체의 형광현미경 사진

유전자형과 표현형 유전자형(genotype) 표형형(phenotye) 유전자(gene) 좌위(locus) 대립유전자(allele) 동형접합형(homozygous) 이형접합형(heterozygous)

축종별 염색체의 수 소 (cattle, Bos taurus) : 60 개(30쌍) 돼지 (pig, Sus scrofa) : 38 개(19쌍) 양 (sheep, Ovis aries) : 54 개(27쌍) 염소 (goat, Capra bircus) : 60 개(30쌍) 토끼 (rabbit, Oryctolapus cuniculus) : 44개(22쌍) 개 (dog, Canis familiaris) : 78개(39쌍)

세포분열(cell division) 무사분열(amitosis) 유사분열(mitosis) 체세포분열(somatic cell division) 생식세포분열(germ cell division)

세포주기(cell cycle) A T C M P 간기(interphase) 분열기(mitotic stage) 세포주기 중지(특정 세포로 고정) 신경세포 등 A T C M 세포분열을 계속(더 많은 딸세포 생성) P 간기(interphase) G1기(DNA합성전기) S기(DNA합성기) G2기(DNA합성후기) 분열기(mitotic stage) 전기(prophase, P) 중기(metaphase, M) 후기(anaphase, A) 말기(telophase, T) 세포질분열(cytokinesis) 분열기 G2기 G1기 간기 S기

유사분열(mitosis, somatic cell division) 간기(interphase) : 연속적인 유사분열 사이의 단계임 - 세포주기중 가장 많은 시간 차지 - 활동이 왕성하며, 필요물질의 합성 및 성장 DNA합성전기(presynthetic gap, G1) 유사분열 직후의 단계 각종 단백질합성(효소,구조 및 조절단백질 등) DNA합성기(synthetic gap, S) 핵내의 모든 DNA복제 DNA의 양이 4N수준까지 증가(자매염색분체 형성) DNA합성후기(postsynthetic gap, G2) 유사분열 준비 단계 핵분열에 필요한 RNA 및 단백질 합성 방추체단백질의 조립

전기(prophase) 염색체 응집 (coiling process) 분리된 염색분체 보임 성상체와 유사분열 방추체 형성 시작 핵막의 분해 인의 소실 동원체가 동원체 방추사에 부착 염색체가 중기판으로 이동

중기(metaphase) 방추체의 완전형성 중기판에 따라 형성된 동원체를 따라 염색체가 배열 동원체의 분열 개시

후기(anaphase) 동원체의 분열 자매염색분체가 분리되어 딸 염색체로 됨 딸 염섹체가 양극으로 이동 동원체방추사는 짧아지지만 방추체 전체는 신장됨

말기(telophase) 염색체가 풀리기 시작 핵막의 재형성 인의 재출현 방추체의 소멸 통상 세포질 분열이 일어남

세포질 분열(cytokinesis) 동물세포 식물세포 세포막과 연결된 미세한 필라멘트가 세포주위에 띠 형성 (cleavage furrow형성 --> 안쪽의 actine 섬유의 수축) 미세필라멘트가 수축하여 딸세포를 분리시킴 식물세포 작은 막성 소낭이 중기판의 위치에서 융합하여 세포판 형성 세포판이 확장하여 딸세포를 분리 세포판의 내부에 세포막 형성 세포판의 양쪽에 세포벽이 형성됨

유사분열의 장점 단세포 생물 다세포 생물 무성생식의 방법임(자신의 사본을 생성) 새로운 세포를 형성하고 생장한다 오래되고 마모된 세포를 교체 새로운 세포는 세포특수화를 통해 세포분화에 기여 손상된 세포교체로 상처를 치유 손실된 몸의 일부를 재생시킬 수 도 있음(식물)

감수분열(Meiosis) 감수분열의 역할 정자형성(spermatogenesis), 난자형성(oogenesis) 성숙분열(maturation division), 감수분열(reduction division), 환원분열(meiosis) 1개의 2배체 세포 ----> 4개의 반수체 세포 생성 감수분열의 역할 2배체(diploid) 염색체를 반수체(haploid) 염색체로 감소(정자와 난자를 형성) 염색체 수를 세대를 거치는 동안 일정하게 유지시킴 유성생식으로 생성된 각 자손이 두벌의 유전정보를 받도록함 (상동염색체를 가짐)

전기 I(prophase I) 세사기(leptotene):최초로 염색체의 응집을 볼 수 있음 접합기(zygotene):상동염색체가 쌍을 이룸 태사기(pachytene):쌍을 이룬 염색체가 더욱 응축하며 교차(crossing over) 과정을 통하여 염색체의 일부분을 서로 교환(2개의 염색분체 구분) 복사기(diplotene):쌍을 이룬 염색체가 분리되기 시작, 교차결과 생성된 키아스마(chiasma)가 보임 이동기(diakinesis):상동염색체가 거의 완전히 분리

태사기의 교차(crossing over)

중기 I, 후기 I 염색체가 중기판으로 이동 동원체에 동원체방추사 부착 (한쪽 극에서 나온 방추사만 동원체에 부착) 상동염색체가 양극이로 이동 (동원체 분리가 없이 자매염색분체를 그대로 가지고 있는 상태임) 딸세포의 염색체 수는 절반으로 감소

말기 I, 간기, 전기 II 간기 중에 DNA 복제가 없음 핵이 재배열 됨 염색체가 풀어지고 중심립이 복제 세포질 분열 염색체가 응집(2개의 염색분체, 동원체에 의해 서로 부착되어 있음) 동원판은 양극에서 나온 방추사에 부착되어 중기판으로 서서히 이동

중기 II, 후기 II 동원체가 나누어지고 염색분체가 분리 염색체가 중기판에 배열 (분리된 염색체는 교차에 의해 거의 재배열 된 상태임) 염색체가 중기판에 배열 분리되기를 기다림

말기 II 간기에 들어가며, G1기에 머무르게 됨 염색체가 풀리고 난자와 정자로 발달하는 과정에도 핵막이 다시 형성 세포의 활동은 계속되나 수정될 때까지 DNA 복제는 유보 염색체가 풀리고 핵막이 다시 형성

유사분열과 감수분열 비교