생명과학 기초 - 유전자, DNA, 염색체

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

여러분 위 그림에서 나오는 이중나선 모형을 보신적 있으신가요?

교과서에서 봤을 수도 있고, TV광고나 영화에서 보셨을 수도 있습니다.

위 모형은 유전 물질인 DNA의 모형입니다.

중학교 3학년 과정부터 배우기 시작하는 '생명과학'은 기초 개념이 매우 중요합니다.

생소한 단어들이 많이 등장하고 그에 따른 개념을 확실하게 이해하지 않으면 세포 분열 과정이나 유전의 원리가 전혀 이해가 되지 않게되거든요. 또한 고등학교에 진학해서도 더욱 심화된 내용을 공부하기 때문에 기초 개념 이해가 필수입니다.

먼저 생명과학에서 사용되는 용어들을 중심으로 기초를 다져봅시다.

■ 유전 [遺傳, heredity]

- 부모가 가지고 있는 특성이 자식에게 전해지는 현상

- 한자 뜻: 남기다 遺, 전하다 傳

여러분도 아빠나 엄마의 신체 부분 중에 닮은 곳이 있지요? ^^

부모님의 신체적 특성이 여러분에게 '유전'된 것이랍니다.

■ 유전 형질 [遺傳 形質, genetic character]

- 어떤 생물이 가지고 있는 모양이나 속성

- 한자 뜻: 형태 形, 바탕 質

눈동자(홍채) 색깔, 보조개, 쌍꺼풀, 머리카락 색깔 같이 유전자에 의해서 나타나는 모양, 성질 등을 '유전형질'이라고 합니다.

■ 유전자 [遺傳子, gene]

-  '유전 형질'을 만들어내는 유전 정보의 단위

부모의 유전자가 자식으로 전해지기 때문에 유전이 일어납니다.

다양한 유전자들은 DNA의 특정 부분에 각각 위치하고 있습니다.

■ DNA [deoxyribonucleic acid]

- 핵산(세포 핵에 있는 산)의 일종으로 다양한 유전자의 본체를 이루는 화학 물질

- 세포 핵 안에 존재함

- 2개의 염기 물질이 쌍으로 붙어 있는 이중 나선 형태

지금까지 설명한 단어들을 사용해서 한 줄로 정리를 하자면,

유전자는 DNA의 한 부분으로 유전 형질을 결정한다.

라고 쓸 수 있겠네요 ^^

 

그림으로 한 번 살펴볼게요.

▲ 홍채 색깔, 쌍커풀, 머리카락 색깔 등은 '유전 형질'이고, 이 것을 결정하는 것이 '유전자'입니다.

유전자는 DNA의 특정 부분에 각각 위치해 있습니다.

여기까지 이해가 되셨나요? 그럼 다음으로 넘어가 볼게요!

■ 염색사 [染色絲, chromatin thread]

- 한자 뜻: 물들 染, 색깔 色, 실 絲 (여러분이 흔히 알고있는 '염색'이란 뜻이에요)

세포 안에 있는 DNA를 일렬로 늘어놓으면 길이가 약 2m정도나 된다고 해요. 엄청 길죠?

핵의 크기는 지름이 약 5마이크로미터(10,000분의 1미터) 밖에 안되는데 이렇게 긴 DNA가 어떻게 들어가 있을까요?

DNA가 '히스톤 단백질'이라는 물질과 함께 꼬여서 '압축'이 되기 때문입니다.

이렇게 히스톤 단백질과 DNA가 꼬여서 핵 안에 실처럼 풀어져 있는 것을 '염색사'라고 합니다.

아래 그림으로 이해해 봅시다.

평소 세포 핵 안에는 염색사가 풀어진 상태로 유지되며 유전자가 가진 정보에 따라 유전 형질을 나타내기 위해 열심히 일을 합니다. 그런데 세포가 성장하여 분열시기가 되면 염색사가 꼬여서 뭉쳐 덩어리처럼 형성이 되는데요, 이것을 바로 염색체라고 합니다.

▲ 세포의 평소 상태인 '간기'의 세포 모습을 보면 핵안에 염색사가 어지럽게 풀어져 있습니다. 이렇게 세포가 성장을 하다가 분열해야 하는 시기가 되면 염색사가 뭉쳐 염색체가 형성됩니다.

※ 왜 분열할 때 염색사는 염색체로 뭉치는 것일까?

세포가 분열한다는 것은 간단하게 말해서 1개의 세포가 똑같은 유전물질을 가진 세포 2개로 '복제되어 잘리는' 것입니다. 간기의 세포 모습처럼 염색사가 어지럽게 풀어져 있다면 정확하게 분열하여 잘리기 힘들겠지요. 안전하고 효율적으로 세포 분열을 하기 위해서 염색사가 덩어리로 꼬이고 뭉쳐서 염색체를 형성하는 것입니다. 덩어리가 되면 간단하게 떼어내기가 쉽겠죠. 그렇기 때문에 염색체는 평소의 세포에서는 관찰할 수 없고, 세포 분열기에만 관찰할 수 있습니다.

■ 염색체 [染色體, chromosome]

- 세포가 분열할 때 염색사가 꼬이고 뭉쳐서 나타나는 막대 모양의 구조물

- 유전 물질을 전달하는 물질

- 하나의 세포에 들어 있는 염색체 수와 모양은 생물의 종류에 따라 다름

- 같은 종류의 생물은 염색체 수와 모양이 같음

▲ 세포 분열이 일어나기 전의 염색체 모습입니다. 원래 1가닥 인데, 분열을 위해 유전 물질이 복제되어 X자 형태로 2가닥의 모습을 보이고 있습니다. 이 중 1가닥을 '염색분체'라고 하며, 2가닥의 염색분체가 붙어있는 부분을 '동원체'라고 합니다.

자, 그럼 아래 그림을 보면서 위에서 공부한 내용을 한 번 더 정리해봅시다.

■ 상동 염색체 [相同 染色體, homologous chromosome]

- 한자 뜻: 서로 相, 같다 同

- 세포에 들어 있는 모양과 크기가 같은 염색체 쌍. (2개가 1세트)

- 부계(아빠)와 모계(엄마)로부터 각각 하나씩 물려받은 것

사람 염색체의 개수는 46개 입니다.

이 중에서 23개는 아빠한테 받은거구요, 23개는 엄마한테 받은겁니다.

즉 정자에 들어있는 염색체 수가 23개 이고, 난자에 들어있는 염색체 수도 23개라는 것이죠.

세포에 들어있는 염색체가 2개인 생물이 있다고 가정하고 아래 그림을 봅시다.

파란색은 아빠에게 받은 염색체, 빨간색은 엄마에게 받은 염색체 입니다.

이 두 개가 쌍을 이루어 세포 핵 안에 들어있습니다.

자, 그림처럼 분열이 일어났습니다.

분열 결과 2개의 세포가 형성 되었는데요, 분열 전 세포와 염색체 구성이 같죠?

한 세대가 지나도 염색체 수가 변하지 않았습니다. 생식과 유전이 정상적으로 잘 일어난 것이죠.

만약 이런식으로 되지 않는다면 염색체 수가 변하기 때문에 정상적인 생식과 유전이 일어나지 못합니다.

■ 대립 유전자 [對立 遺傳子, chromosome]

- 상동 염색체의 같은 위치에 있는 하나의 유전 형질을 결정하는 유전자

예를 들어 눈동자 색깔을 결정하는 유전자, 머리카락 색깔을 결정하는 유전자, 쌍꺼풀을 결정하는 유전자 등, 대립유전자는 각각 상동 염색체의 같은 부위에 존재합니다. 아래 간단한 그림으로 이해해보시죠.

▣ 기초를 튼튼히!

지금까지 중학교 생명과학에서 나오는 용어를 중심으로 생명과학 기초 개념을 학습했습니다.

이 개념을 가지고 세포 분열의 과정과 유전에 대해서 배우게 될 것입니다. 기초가 약하면 앞으로 배우는 생명과학 분야는 '지겨운 암기과목'이 되기 쉽습니다. 기초 개념을 반복하고 모르는 용어가 나왔을 때는 인터넷이나 교과서를 찾아서 꼭 이해하고 넘어가도록 하세요.

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