생명과학 강의노트

 

사람은 정교한 건축물

 

 

부모의 염색체와 수정란이 진행시키는 놀라운 발생프로그램으로 빚어진 우리 몸을 살펴본다.

큰 덩치의 몸체 곳곳은 고속도로와 샛길로 연결된 하나의 시스템이다.

모든 세포들이 연결되어 있는 까닭에 무의식 중에라도 한 곳에서 어떤 성분이 부족해지면 순식간에 필요한 물질이 공급된다.

이렇게 최적을 향한 항상성의 원리가 항상 작동 중이다.

 

이 단원에서는 순환계, 호흡계, 소화계, 배설계 등을 일별해봄으로써 우리 몸속에서 작동하는 각 장기들의 통합적인 조절능력을 파악한다.

혈액, 심장, 위, 소화효소, 신장, 간, 폐, 쓸개 등 우리 몸을 이루는 요소요소들은 모두가 진화의 산물이다.

이들을 살펴보는 것만으로도 그간 인간이 겪어온 환경적응의 역정과 인간이 갈구하는 몸체의 최고 효율에 맞닥뜨리게 될 것이다.

 

 

몸의 구성과 항상성

  

몸은 배설계, 생식계, 순환계, 면역계, 근육계, 신경계 등 여러 기관계organsystem들의 집합체이다.

서로 다른 기능을 가진다하더라도, 이 기관계들은 매우 긴밀한 조절체계를 통해 연결된다.

 

배설계를 중심으로 ‘세포-조직-기관-기관계-개체’에 이르는 몸의 구성단계를 보여준다.

 

기관을 구성하는 조직은 같은 종류의 세포들로 구성되어 있으며 특정한 기능을 수행한다.

조직은 크게 표피조직, 근육조직, 결합조직, 그리고 신경조직으로 구분된다.

같은 종류의 세포들은 하나의 조직을 구성하며 세포는 몸의 기능이나 구조의 가장 작은 단위라 할 수 있다.

이를테면, 신경조직은 신경세포가 모여 이루어진 것이다.

이와 같이 몸은 세포-조직-기관-기관계의 순으로 몸을 이루는 구성단위를 가진다.

 

 

 

몸의 내부 환경과 항상성

순환계, 소화계, 호흡계, 배설계 등의 기관계들이 서로 연결되어 있으며,

항상 일정한 상태를 유지하기 위해 서로 통합되어 조절된다.

 

여러 기관계들이 서로 긴밀한 연락을 취하며 우리 몸이 안정된 상태를 유지하는 특성은 ‘항상성homeostasis'이라 한다.

몸의 내부와 외부에서 다양한 환경 변화에도 불구하고 몸은 일정한 내부 환경을 유지하려는 것이다.

예를 들어 설정된 온도센서의 경우에서 볼 수 있듯이 온도가 설정된 온도보다 높아지면 센서가 인식을 하여 온도를 낮추는 일을 지시하고 반대로 온도가 낮아지면 온도를 높이듯이,

우리 몸도 대부분의 경우 음성되먹임조절negative feedback control을 통해 핵심적인 항상성을 작동시킨다.

실제로 우리 몸에서 온도센서는 뇌의 시상하부에 있는데,

땀샘을 자극하여 땀을 흘리게 함으로써 체온을 낮추거나, 반대로 온도가 낮아지면 시상하부의 센서가 피부 안쪽의 근육을 수축시켜 몸을 떨게 함으로써 열을 발생시킨다.

음성되먹임조절은 이와 같이 진행되던 방향과는 반대 방향으로 그 기능을 촉진함으로써 생체의 균형을 잡는다.

 

 

 

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 단 한 권의 생명과학 교과서

 

 

 

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by minyoung

사람, 몸, 생명과학, 기관계, 항상성, 생명과학강의노트

생명과학강의노트- 생식

 

 

생식은 지구상에서 생명을 존속시킨다.

생식의 과정을 통과함으로써 부모로부터 물려받은 DNA를 간직한 자손은 생겨난다.

남녀 배우체가 만나 접합자가 되고 또 성체가 되면서 자손을 발생시키는 방식은 유성생식을 하는 모든 생명체에서 다 동일하다.

한 쌍의 염색체가 나누어지는 감수분열은 태어난 자손들에게 다양성을 제공한다.

세상에 동일한 형질의 생명체가 없는 까닭은 이 때문이다.

사람의 생식과정을 통해 유성생식의 기본원리를 이해하고 복제 줄기세포를 둘러싼 시론 등 사회적 논점들을 이해하는 것이 이 단원의 핵심이다.

 

 

감수분열과 생명의 다양성

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

감수분열의 모식도_2n의 세포가 DNA양을 두 배로 늘린 후 두 번의 분열을 통해 생식세포(1n)을 만든다.

이 과정에서 두 쌍의 상동염색체가 가까기 있으면서 DNA를 교환하는 교차가 일어나면서 다양한 염색체 조합이 발생한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

교차(cross-over)_제1감수분열 전기에 나타나는 상동 염색체 교환으로 일어나는 유전자 재조합의 일종이다.

근접하게 위치한 상동염색체들 사이에 무작위로 DNA조각이 다른 염색체로 옮겨간다.

이를 통해 자식의 형질이 부모와 달라진다.

 

 

 

감수분열meiosis은 체세포의 염색체 수가 반으로 줄어들기 시작하면서 생식세포를 만드는 과정을 말한다.

이를 요약해보면, 우선 2n의 염색체가 일단 두 배로 증가(염색체의 수는 변화하지 않고, DNA양만 두 배로 증가)한 후 2회에 걸친 분열(제1감수분열, 제2감수분열)을 통해 4개의 1n 생식세포를 만든다.

제1감수분열을 통해 DNA양이 두 배로 늘어난 2n의 상동염색체가 서로 근접하여 위치한다.

이때의 모습을 사분체tetrad라 부르며 염색분체chromatid 네 개가 함께하는 모습을 보인다.

이 사분체의 구조는 교차cross-over라는 과정을 통하여 한 염색체에 있는 DNA의 일부분이 다른 염색체의 유전자와 자리를 바꾸게 된다.

이 과정은 무작위로 이루어지는 것이어서, 얼마나 또는 어떤 유전자들에서 교차가 벌어질지 예상할 수는 없다.

교차가 마쳐진 이 상동염색체들은 제1감수분열을 지속하여 DNA양이 두 배로 늘어난-즉 두 개의 염색분체를 가지고 있는- 염색체를 각각 가지는 두 개의 세포로 분열된다.

이제 제2감수분열을 거치며 DNA양이 두 배로 늘어난 1n의 세포에서 각각의 염색분체가 갈라지면서 하나의 염색분체로 이루어진 1n의 생식세포가 만들어진다.

결과적으로 감수분열을 거치며 하나의 2n 체세포가 4개의 1n 생식세포를 만든다.

 

 

생명에게 감사하는 자연과학자가 쓴,

 

단 한 권의 생명과학 교과서 ;

 

21세기 생명과학의 새로운 길라잡이

 

 

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생식, 생명과학, 교차, 염색체, 감수분열, 생명과학강의노트

생명과학강의노트- 유전

 

 

 

부모의 형질이 자식에게 전달되는 과정을 유전이라 한다.

유전은 생식을 통해 이루어지며, 아비父의 염색체와 어미母의 염색체가 만나 자식에게서 새로운 조합의 염색체를 탄생시킨다.

생명체의 형질을 결정하는 단백질은 아비와 어미의 유전자 사이의 상호관계로 만들어지는 것이다.

 

같은 부모로부터 생긴 자식들의 형질이 서로 다르고 매우 복잡한 과정을 거쳐 결정되고 있음을 시사한다.

형질은 반드시 유전자에 의해 결정되는 것이 아니며, 환경도 그에 중요하게 관여한다.

이 단원에서는 유전의 규칙성과 비규칙성을 살펴보면서, 다양한 형태의 유전 방식이 존재함을 파악한다.

 

 

성의 결정

 

성의 결정에는 X와 Y의 성 염색체 한 쌍이 관여한다.

사람의 경우 46개 염색체 중 남녀가 모두 22쌍의 상염색체(성염색체가 아닌 일반염색체)를 가지고 있고, 여기에 여성의 경우 성을 결정하는 성염색체 X도 쌍을 이루어 XX로 존재한다.

따라서 여성의 경우엔 46개의 모든 염색체가 상동염색체로 존재한다.

반면 남자는 X염색체와는 완전하게 다르며 그보다 더 작은 크기인 Y염색체를 동반하여 XY염색체 쌍을 가진다.

그러하여 Y염색체를 가지면 남성, 그렇지 않으면 여성이 된다.

여성 XX의 경우 감수분열을 통해 생식세포(난자)를 형성할 때 이 쌍이 분리되어 모든 난자는 X염색체를 갖게 된다.

하지만 남자 XY의 경우에는 생식세포(정자)를 만들 때 어던 정자는 X를 어떤 것은 Y를 갖게 된다.

Y염색체를 가진 정자는 X염색체를 가진 정자보다 가벼워서(Y는 X보다 작다) 운동력이 좋고 난자에 먼저 접근하여 수정할 확률이 높다.

따라서 114:100의 비율로 남아가 태어날 확률이 더 높다.

하지만 남아의 경우에는 유산 빈도가 높아 결과적으로 남녀가 비슷한 비율로 태어나게 된다.

 

 

 

성에 따른 유전sex-linked inheritance

 

남자 대머리는 자주 보여도 여자가 대머리인 경우는 거의 없다.

 

왜냐하면 대머리를 유발하는 유전자가 X염색체에 위치하기 때문이다.

대머리를 유발하는 열성유전자는 짝으로 존재해야만 대머리가 되기 때문에 XX염색체를 가진 여성에게 유전적으로 발생할 확률은 매우 낮다.

반대로 이 열성 유전자가 남자의 X에 존재하게 되면 짝을 이루는 유전자가 없어져서(Y에는 이 대머리 유전자가 없다) 그대로 대머리가 된다.

이와 같이 열성유전자 형태로 X염색체에 위치하고 있으면서 남자에게만 주로 발생하는 병으로 혈우병과 색맹 등이 있다.

 

그러면 Y염색체에 존재하는 유전자에 의하여 결정되는 형질은 어떨까?

이 역시 YY쌍으로 존재할 수 없기 때문에 여기에 존재하는 유전자에 이상이 생기면 치명적일 수밖에 없을 것이다.

최근 어느 연구결과에 의하면 Y염색체는 자체적으로 잘못된 것을 수선할 수 있는 기능을 가지고 있을 가능성이 제시되고 있다.

이것이 사실이라면 Y염색체 이상 증세로부터 남자를 보호하려는 신의 섭리라 생각해 볼 수도 있을 것이다.

 

 

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유전자, 생명과학, 유전, 염색체, X, Y, XY, XX, 성염색체, 생명과학강의노트