이분법

[ binary fission ]

이분법(Binary fission)이란 둘로 나누어진다는 뜻으로, 하나의 세포가 나누어져 2개의 세포로 발생됨을 의미한다. 원핵생물의 분열 및 아메바와 같은 단세포 진핵생물의 무성생식(asexual reproduction) 과정 등이 이분법에 해당된다. 이분법은 성장한 모세포(mother cell)가 유전물질(genetic material)을 복제한 후 나뉘어져 2개의 딸세포(daughter cell)로 만들어지는 과정이다. 원핵생물(prokaryote)에 있어 세포가 성장(growth)하는 과정은 세포의 수적인 증가를 의미한다. 원핵생물 세포들도 한정된 수명을 가지고 있기 때문에 원핵생물 군락이 유지되고 증가하기 위해서는 세포의 분열이 필수적으로 요구된다. 대부분의 원핵생물은 이분법에 의해 증식하고 일부는 예외적으로 출아법으로 증식한다.

복제가 일어나기 전 세균 염색체는 응축된 상태로 존재한다. 대장균(Escherichia coli)의 경우 염색체를 완전히 펼치면 세포 길이의 500배에 달하는데, 이렇게 긴 염색체가 세포 안에 들어가기 위해서는 많이 감기고 접혀 있어야만 한다.¹⁾
복제원점(replication origin)이라고 불리는 세균 염색체의 특정부위에서 염색체 복제가 시작되어 염색체가 계속 복제됨에 따라 2개의 동일한 염색체가 형성된다.
세균 세포의 길이생장이 이루어지고 같은 시기에 2개의 염색체는 각각 반대 방향의 끝 쪽으로 이동한다. 이때 복제원점은 반대 방향의 끝쪽에 위치하게 되는데 몇 가지 단백질들이 복합체를 이룰 것으로 생각된다. 염색체가 이동하는 과정에서는 액틴 유사 단백질 (actin-like protein)의 중합이 관여함이 알려져 있다. 그러나 세균의 염색체가 어떻게 이동하고 어떤 단백질들이 작용하는지에 대해서는 현재까지도 활발히 연구가 진행 중에 있다.¹⁾
2개의 염색체가 양 끝으로 이동된 후 세포벽이 튜불린(tubulin)과 유사한 단백질의 작용으로 안쪽으로 오므라들기 시작한다.
새로운 세포벽의 형성이 완료되고 2개 세포가 격막에 의해 완전히 분리된다.
2개의 딸세포가 분리되고 염색체가 응축된다. 딸세포는 모세포와 동일한 염색체와 플라스미드(plasmid), 리보좀(ribosome)을 가지게 된다.

세균의 분열법

대장균(Escherichia coli)과 같은 막대형 세균(rod shaped bacteria)의 경우 배양에서 세포들은 원 길이의 2배까지 성장하고 이후 가운데 세포벽이 함몰되면서 격막(septum)을 형성하고 세포가 분리된다. 이와 달리 바실러스(Bacillus subtilis) 같은 세균에서는 가운데 세포벽의 수축없이 격막이 형성된다. 출아형 세균도 존재하는데 카울로박터(Caulobacter)의 경우 격막 형성없이 자루모양의 세포에서 출아를 통해 세포가 분리된다.²⁾ 2개의 동일한 세포를 만드는 이분법과는 달리 출아법(budding division)은 모세포가 원래 크기와 형태를 유지한 채 완전히 새로운 딸세포가 형성된다. 출아법은 세포 전체에 걸쳐 일어나기 보다는 한 지점으로부터 새로운 세포벽 물질이 형성된다.

그림 1. 세균의 분열 (제작: 김경동/중앙대)

이분법을 이용하는 생물

대장균(Escherichia coli)과 같은 원핵생물 외에 아메바(Amoeba proteus), 와편모조류(Dinoflagellate), 규조류(Diatom), 유글레나(Euglena proxima)와 같은 몇 가지 진핵생물도 이분법을 통해 무성생식을 한다. 효모 중에서는 분열효모(Schizosaccharomyces pombe)가 이분법을 통해 증식하는데, 분열효모는 고등생물의 체세포 분열 및 세포주기 연구의 모델 시스템으로써 많이 사용된다.¹⁾

이분법을 통해 분열하는 단세포 생물들은 몇 가지 다른 세포분열 기작을 가진다. 세균은 이분법으로 분열하는 동안 복제원점(replication origin)을 세포의 반대편 끝으로 이동시킨다. 이 과정에서 액틴 유사 단백질이 관여함이 알려져 있다. 와편모조류는 이분법을 통한 세포분열동안 핵막이 유지되며, 염색체는 핵막에 결합되어 있다. 특징적으로 미세소관이 세포질로부터 핵공을 통해 핵 안을 통과하는데, 이 미세소관은 핵이 특정한 방향성을 가지고 분열되는 것을 돕는 역할을 한다. 이때 염색체는 핵막에 붙은 채 분리된다. 규조류와 일부 효모 역시 세포분열동안 핵막이 그대로 남아있는데, 핵 안에서 미세소관이 방추체를 형성하여 염색체를 분리한다. 이는 동식물의 유사분열(mitosis) 과정과 유사하다. 단 동식물의 유사분열은 핵막이 분해되고 염색체가 분리된 후 핵막이 재형성된다.¹⁾

그림 2. 분열성 효모의 이분법을 통한 증식dark field- (왼쪽), bright field- (오른쪽) light microscopy (출처: )

집필

김경동/중앙대학교

감수

이준희/부산대학교

참고문헌

1. Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V., and Reece, J.B. 2017. Campbell Biology. 11th edn., Pearson, London, United Kingdom.
2. Madigan, M.T., Bender, K.S., Buckly, D.H., Sattley, W.M., and Stahl, D.A. 2017. Brock Biology of Microorganisms. 15th edn., Pearson London, United Kingdom.

이분법

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목차

세균 이분법의 과정

세균의 분열법

이분법을 이용하는 생물

관련용어

집필

감수

참고문헌