08 유전 정보와 염색체

염색체와 유전자

(1) 염색체

① 세포 안에 있으며, 유전 물질인 DNA가 포함된 구조이다.

② 유전 정보를 저장하고, 세포가 분열할 때 딸세포로 이동해 유전 정보를 전달하는 역할을 한다.

③ 세포가 분열하지 않을 때에는 핵 안에 가는 실 모양으로 풀어져 있다가, 세포가 분열할 때 이동과 분리가 쉽도록 두껍게 응축한다. 핵 안에 가는 실 모양으로 풀어져 있는 상태를 염색사라고 부르기도 한다.

④ 분열 중인 세포에서 광학 현미경으로 보면 두꺼운 끈이나 막대 모양으로 관찰된다.

(2) 염색체의 구조

① 염색체는 DNA와 히스톤 단백질로 이루어진 복합체이다.

② 염색체에서 DNA는 히스톤 단백질을 감아 뉴클레오솜을 형성하며, 하나의 염색체는 많은 수의 뉴클레오솜으로 이루어진다.

③ 동원체는 염색체의 잘록한 부분으로 세포 분열 시 방추사가 부착되는 곳이다.

(3) 유전자, DNA, 염색체, 유전체

(4) 핵형

① 한 생물이 가진 염색체의 수, 모양, 크기 등과 같이 관찰할 수 있는 염색체의 형태적인 특징이다.

② 생물은 종에 따라 핵형이 서로 다르므로 핵형은 생물종의 고유한 특성이다.

③ 같은 종의 생물에서는 성별이 같으면 핵형이 같다.

④ 서로 다른 종의 두 생물은 염색체 수가 같을 수 있지만, 염색체의 모양과 크기에 차이가 있으므로 핵형이 서로 다르다.

⑤ 핵형 분석: 체세포 분열 중기 세포의 염색체 사진을 이용해 분석하며, 핵형을 분석하면 성별과 염색체 수나 구조의 이상을 확인할 수 있다.

(5) 상동 염색체와 대립유전자

① 상동 염색체: 사람의 체세포를 핵형 분석하면 모양과 크기가 같은 염색체가 2개씩 있는 것을 알 수 있는데 이렇게 형태적 특징이 같은 염색체를 상동 염색체라고 한다.

• 하나는 어머니(모계)로부터, 다른 하나는 아버지(부계)로부터 물려받은 것이다.
• 상동 염색체의 같은 위치에는 같은 형질을 결정하는 대립유전자가 있다.

② 대립유전자: 상동 염색체의 같은 위치에 존재하며, 하나의 형질을 결정하는 유전자이다.

• 상동 염색체는 부모로부터 하나씩 물려받으므로 상동 염색체에 있는 대립유전자는 같을 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 예) 사람의 눈꺼풀 모양을 결정하는 쌍꺼풀 대립유전자

③ 핵상: 한 세포에 들어 있는 염색체의 구성 상태로, 염색체의 상대적인 수로 표시한다.

• 많은 생물의 경우 체세포는 모든 염색체가 2개씩 상동 염색체 쌍을 이루고 있으므로 2n으로 표시한다.
• 생식세포는 상동 염색체 중 1개씩만 있어 염색체가 쌍을 이루고 있지 않으므로 n으로 표시한다.
• 사람은 체세포의 핵상과 염색체 수를 2n=46으로 표시하고, 생식세포의 핵상과 염색체 수를 n=23으로 표시한다.

 

(6) 염색 분체의 형성과 분리

① 염색 분체: 세포가 분열할 때 관찰되는 X자 모양의 염색체에서 하나의 염색체를 이루는 두 가닥이다.

② 염색 분체의 형성: 염색 분체는 DNA가 복제되어 형성된다.

• 두 염색 분체의 DNA는 하나가 복제된 것이므로 저장되어 있는 유전 정보가 같다.
• 두 염색 분체는 같은 위치에 동일한 대립유전자가 있으므로 대립유전자 구성이 같다.

③ 염색 분체의 분리: 체세포 분열이 일어날 때 두 염색 분체는 분리되어 서로 다른 딸세포로 이동하며, 이 과정에서 복제된 DNA가 두 딸세포로 나뉘어 들어간다.

 

생식세포의 형성과 유전적 다양성

(1) 생식세포의 형성

① 감수 분열(생식세포 분열): 생식세포를 형성하기 위해 일어나는 세포 분열이다.

• 간기(S기)에 DNA를 복제한 후 체세포 분열과 달리 연속 2회의 분열이 일어나므로 감수 1분열과 감수 2분열로 구분되며, 딸세포 하나가 가지는 유전 물질의 양은 G₁기 세포 하나가 가지는 양의 절반이다.

② 감수 분열 과정

• 감수 1분열: 상동 염색체가 분리되어 핵상이 2n에서 n으로 변하고, 염색체 수가 절반으로 감소한다.

• 감수 2분열: 염색 분체가 분리되어 핵상이 n에서 n으로 유지되며, 염색체 수도 변하지 않는다.

 

(2) 유전적 다양성

① 같은 생물종이라도 한 형질에 대해 개체마다 대립유전자 조합이 달라 표현형이 다양하게 나타나는 것이다. 예) 사람의 다양한 피부색, 고양이의 다양한 털 무늬 등

② 유전적 다양성이 나타나는 까닭: 감수 분열 시 상동 염색체가 무작위로 배열된 후 독립적으로 분리되어 염색체 조합(유전자 조합)이 다양한 생식세포가 형성되기 때문이다.

• 상동 염색체의 무작위 분리 과정

• 상동 염색체의 무작위 분리 예: 어떤 개체의 유전자형이 AaBb이고, A(a)와 B(b)가 서로 다른 염색체에 있는 경우, 감수 분열 결과 염색체 조합(대립유전자 조합)이 각각 AB, Ab, aB, ab인 4종류의 생식세포가 형성될 수 있다.

• x쌍의 상동 염색체를 가진 생물(2n=2x)로부터 염색체 조합(대립유전자 조합)이 서로 다른 2^x종류의 생식세포가 형성될 수 있다.

• 사람(2n=46)은 감수 분열 시 상동 염색체의 무작위 배열과 독립적인 분리에 의해 유전적으로 서로 다른 2²³ 종류의 생식세포가 형성될 수 있다.

③ 유전적 다양성이 높은 종은 다양한 형질의 개체들이 존재하므로 환경이 변했을 때 유리한 형질을 가진 개체가 존재할 가능성이 높아 쉽게 멸종되지 않으며, 환경 변화에 대한 적응력이높다.

참고자료: EBS 수능특강 생명1