생명의 연속성은 생식에 의존한다. 이 과정을 통해 부모세포는 자신과 닮은 새로운 세대의 세포 또는 다세포 개체를 생성해낸다. 세포분열은 세대 사이의 다리 역할을 한다.
세포의 분열방식은 생활사에 따라 다르다
세포분열은 생물의 번식, 성장 및 회복에 필요하다.
무성생식은 새로운 개체를 만드는 가장 빠르고 효율적인 방법으로 부모와 유전적으로 동일한 새로운 개체, 즉 클론을 만들어낸다. 무성생식의 자손은 부모의 클론이고 유전적으로 부모와 동일하다. 모든 유전적 변이는 돌연변이의 결과이다.
유성생식(sexual reproduction)에서 각각의 부모로부터 만들어진 두 반수체(haploid) 배우자가 수정에서 결합하여 유전적으로 유일한 2배체 접합자(diploid zygote)를 형성한다. 단상(haplontic)체(diplontic) 그리고 세대교번처럼 다양한 형태의 유성생활사가 있다.
2배체 세포는 염색체의 상동염색체를 가진다. 유성생식을 하는 생물의 일부 세포는 2배체 세포에서 반수체 배우자를 만드는 과정인 감수분열을 한다. 각 반수체 딸세포는 부모의 상동염색체 쌍 중 하나만을 가진다.
이분법과 유사분열은 유전적으로 동일한 세포를 생성한다
세포분열은 반드시 분열신호에 의해 시작된다. 세포가 분열하기 전에 유전물질인 DNA는 완전히 복제되고 분리되어야 한다. 그다음의 세포질분열이 세포질을 두 세포로 분할한다.
원핵생물에서 대부분의 세포 내 DNA는 원형 염색체를 이루고 있는 하나의 분자로 되어 있다. 원핵생물은 이분법으로 번식한다. 원핵생물의 세포분열은 완전한 단세포생물의 증식으로 이어진다. 세포는 커지고 DNA를 복제한 다음 이분법이라는 과정에 의해 새로운 두 세포로 세포질과 DNA를 분리한다.
진핵세포의 세포주기 대부분은 간기가 차지하며, 간기는 SI, G1기, G2기로 나누어진다. DNA는 S기 동안에 복제되고, 이후 유사분열(mitosis, MI)와 세포질분열이 일어난다.
유사분열에서 하나의 핵은 유전적으로 동일한 2개의 핵으로 나누어지며, 이들은 모세포의 핵과도 동일하다.
유사분열 시 자매염색분체라 부르는 복제된 염색체는 중심절에 함께 묶여 있다. 각 자매염색분체는 하나의 이중나선 DNA 분자이다. 유사분열 동안에 자매염색분체는 적도판에 정렬하고 방추사에 부착된다.
유사분열은 전기(prophase), 전중기(prometaphase), 중기(metaphase), 후기 (anaphase) 그리고 말기(telophase)라는 몇몇 시기로 나누어진다.
핵분열 후 세포질분열이 일어난다. 동물세포의 세포질은 액틴 미세섬유로 이루어진 수축환에 의해 나누어진다. 식물세포의 세포질분열은 세포판을 형성하기 위해 융합하는 소낭에 의해 일어난다.
세포분열은 정확히 조절된다
사이클린(cyclin)과 Cdk 복합체(Cdk complex)의 상호작용이 세포주기에서 확인점의 통과를 조절한다. 성장인자와 같은 외부신호가 세포의 분열주기 개시를 자극한다. 이들 분자는 다시 세포 외부의 신호에 의해 조절될 것이다. 생물학자들은 암세포에서 발견되는 세포주기의 지속이 이들 조절단백질의 이상에 의해 일어난다는 것을 발견하였다.
감수분열은 핵 염색체 함량을 반감하고 다양성을 생성한다.
감수분열은 두 번의 핵분열, 즉 제1감수분열(meiosis 1)과 제2감수분열(meiosis II)로 이루어지고 총괄적으로 염색체 수를 2배체에서 반수로 감소시킨다. 이는 반수체 세포가 각 상동염색체 쌍 중 하나를 갖도록 하고 유전적으로 다양한 4개의 반수체 세포를 만든다.
제1감수분열에서 두 염색분체로 이루어진 전체 염색체가 극으로 이동한다. 제2감수분열에서 자매염색분체가 분리된다.
전기에서 상동염색체는 접합(synapsis)을 하여 4분염색체(tetrad)를 형성한다. 염색분체는 교차점(chiasmata)이라 부르는 결합을 형성하고, 그리고 유전물질은 교차(crossing over)에 의해 상동염색체 사이에서 교환된다.
전기에서 교차와 후기에서 상동염색체의 독립분리는 배우자를 유전적으로 다양하게 만든다.
감수분열의 실수는 배우자와 자손에서 염색체 수의 이상을 초래한다. 복잡한 감수분열의 과정에서 가끔씩 실수가 발생하는데 예를 들어 상동 염생체 쌍이 후기 1이나 후기2에서 분리되지 않기도 한다. 감수분열 실수로 형성된 배우자는 비정상적인 염색체를 갖게 되고, 이들이 수정하면 자손에서의 결과는 심각하다.
예정세포사는 살아 있는 생물의 필수과정이다
세포는 괴사(necrosis)로 죽거나 또는 핵 DNA의 조각화를 포함하는 유전적으로 예정된 일련의 과정인 예정세포사, 즉 세포자살(apoptosis)에 의해 스스로 죽는다.
세포자살은 외부 및 내부 신호에 의해 조절된다. 이 신호는 카스파제(caspase)라 부르는 단백질분해효소를 활성화시킨다. 개체가 세포를 더 이상 필요로 하지 않는 경우, 세포가 오래 살수록 암으로 이어져 더 많은 유전적 손상을 입은 경우에 세포자살을 시작한다.