생명과학1 유전 킬러 정복하기 - 1편

유전은 많은 사람이 고전하는 대표적인 파트인데, 개념을 착실하게 잡아두면 어렵지 않습니다

이번 시간에는 개념을 익히고 난이도 중상의 문제를 아주 빠르게 푸는 방법에 대해 알아보겠습니다.

염색체, DNA, 유전자의 관계 분열 중인 세포를 현미경으로 관찰하면 막대 모양으로 나타나는 염색체와 실 모양의 구조물인 염색사를 관찰할 수 있다. 염색체는 그림 Ⅳ-2와 같이 DNA와 히스톤 단백질로 이루어져 있으며, DNA는 히스톤 단백질을 감아 뉴클레오솜을 형성한다. 염색체는 세포가 분열할 때 DNA가 복제된 후 응축되어 형성되며, 세포 분열 시 방추사가 붙는 잘록한 부분인 동원체가 있다. 세포 분열 시 관찰되는 염색체는 유전 물질인 DNA가 복제되어 유전 정보가 똑같은 2개의 염색 분체로 이루어져 있다. 사람의 유전 정보는 DNA에 존재하는데, 생물의 형질을 결정하는 유전 정보가 있는 특정 부분을 유전자라고 한다. 길이가 긴 DNA가 작은 핵 속에 엉키지 않고 안정된 상태로 존재할 수 있는 것은 DNA가 뉴클레오솜 형태로 존재하기 때문이다. 한편, 하나의 생명체를 형성하고 유지하기 위해 필요한 모든 유전자와 유전자 이외의 부분을 포함하는 모든 DNA 염기 서열을 유전체라고 한다.

대립유전자 사람의 체세포에는 아버지와 어머니로부터 받은 염색체가 쌍으로 존재하므로 하나의 형질에 대하여 유전자가 2개씩 존재한다. 즉, 상동 염색체의 같은 위치에 존재하는 유전자는 같은 형질을 결정하는데, 이러한 유전자를 대립유전자라고 한다. 대립 유전자는 한 가지 형질을 결정하며, 대립유전자의 조합에 따라 표현형이 다르게 나타난다. 예를 들어 귓불 모양을 결정하는 대립유전자는 분리형과 부착형이 있으며, 상동 염색체에 어떤 대립유전자가 있느냐에 따라 그림 Ⅳ-3과 같이 귓불 모양이 달라진다

세포 주기와 체세포 분열 세포는 생장하고 분열하여 딸세포가 만들어지는 과정을 반복하는데, 이것을 세포 주기라고 한다. 세포 주기는 간기와 분열기로 구분되며, 그림 Ⅳ-4와 같이 간기는 DNA를 복제하기 전 성장기인 G_1기, DNA 복제가 일어나는 S기, 세포 분열을 준비하는 G_2기로 구분된다. 분열기(M이기) 때는 DNA를 둘로 나누는 핵분열과 세포질을 나누는 세포질 분열.

간기 때 DNA가 복제되었기 때문에 분열기의 전기 때 나타나는 염색체는 유전 정보가 같은 2개의 염색 분체로 되어 있고, 후기 때 이 염색체의 염색 분체가 각각 분리되어 세포의 양극으로 이동한다. 그 결과 모세포와 딸세포의 염색체 수는 변하지 않고, 모세포의 유전 정보가 그대로 딸세포로 전달된다.

모든 생물은 생식 활동으로 자기 종족을 유지하고 있다. 자손을 생산하는 방법에는 생식세포의 수정 없이 개체가 증식하는 무성 생식과 암컷과 수컷에서 생성된 생식세포의 결합으로 새로운 개체를 만드는 유성 생식이 있다. 사람의 염색체 구성은 생식세포가 수정하면서 형성된 염색체 조합으로 결정된다. 생식세포가 생성되는 생식세포 분열은 분열 결과 염색체 수가 절반으로 줄어들기 때문에 감수 분열이라고도 한다. 감수 분열은 그림 Ⅳ-6과 같이 체세포 분열과는 달리 연속해서 2회 분열이 일어나므로 감수 1 분열과 감수 2 분열로 구분된다. 감수 2 분열 은 감수 1 분열이 끝난 후 간기 없이 진행되므로 DNA가 복제되지 않는다. 감수 1 분열 전기 때에는 그림 Ⅳ-7과 같은 상동 염색체끼리 접합하여 4개의 염색 분체로 이루어진 2가 염색체가 나타난다. 감수 1 분열 후기 때 2가 염색체는 2개의 염색체로 나누어져 각각 양극으로 이동한다. 따라서 감수 1분 열이 끝나면 각 딸세포의 염색체 수는 모세포의 절반으로 줄어든다. 감수 2 분열 때에는 체세포 분열과 마찬가지로 염색 분체가 나누어지기 때 문에 각 딸세포의 염색체 수는 변하지 않는다. 결과적으로 감수 1 분열과 감수 2 분열이 모두 끝나면 모세포(2n)의 절반에 해당하는 염색체 수(n)를 갖는 4개의 딸세포가 형성된다.

체세포 분열과 감수 분열은 분열 장소와 분열 횟수 등이 다르다. 특히 감수 분열은 염색체 수가 절반으로 줄어드는 과정으로, 체세포 분열과는 염색체의 분리 과정에 차이가 있다. 그림 Ⅳ-8과 같이 체세포 분열에서는 염색체를 이루고 있는 염색 분체가 분리되어 딸세포로 들어가므로 염색체 수가 변하지 않는다(2n → 2n). DNA양은 세포 분열 전에 복제를 통해 2배로 증가했다가 세포 분열을 거치면서 다시 반으로 감소하므로 딸세포의 DNA양은 모세포와 같다. 감수 분열에서는 상동 염색체가 분리되어 딸세포로 들어가므로 염색체 수가 절반으로 줄어든다(2n → n). DNA양은 세포 분열 전에 복제를 통해 2배로 증가했다가 감수 1분 열과 감수 2 분열이 일어날 때 각각 반으로 감소하므로 딸세포의 DNA양은 모세포의 절반이 된다

같은 원리로 세포 1개당 23쌍의 염색체를 가진 사람이 만들 수 있는 생식세포는 약 830 만(≒  2^2^3)가지이고, 이들의 결합으로 생기는 자손은 약 70 조(≒  2^2^3  \  2^2^3) 가지나 된다. 상동 염색체가 무작위로 분리됨으로써 유전적으로 다양한 생식세포가 만들어지고, 이 생식세포의 수정으로 태어나는 자손의 유전적 다양성이 증가하게 된다. 유전적 다양성이 증가하면 어떤 자손은 다른 자손보다 특정한 환경에 더 잘 적응 할 수 있다

시간 관계상 이 문제 파훼법은 다음 포스팅에서 다루겠습니다

감사합니다