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작성자 이창호
작성일 2005-01-07 (금) 07:58
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ㆍ조회: 1529      
[현대] 유전자 (두산)
유전자 gene 遺傳子

유전형질을 규정하는 인자.

I. 개관

유전인자라고도 한다. 유전에 관여하는 특정 물질의 존재에 대해서는 G.J.멘델이 1866년에 암시하였고 그의 가정에 의하여 멘델의 유전법칙이 성립된다. 유전적인 형질은 야생형(정상형)에 대하여 돌연변이형이 있을 때에 한해서 결정이 가능하기 때문에 유전자도 또 대립형질을 가진 형질에 대해서만 그 존재가 가정된다. 멘델은 그의 유전실험을 통하여 대립형질을 지배하는 데 우성인자나 열성인자가 있다는 것을 분명히 하였다.

1909년 W.L.요한센이 이 인자에 처음으로 유전자라고 명명하였다. 그러나 유전자의 개념은 초파리의 유전에 대하여 많은 연구를 한 T.H.모건에 의해서 확립되었다. 그는 유전현상은 염색체 위에 자리잡고 있는 유전자의 행동에 의해서 설명할 수 있다고 하는 유전자설을 1926년에 제창하였다.

세포분열 때의 염색체의 행동, 염색체의 개체성, 유전자의 연관군과 염색체수의 일치, 전좌(轉座) 등 염색체의 세포학적 현상의 일치는 유전자가 염색체 위에 있을 것이라는 것을 믿게 해주고 있으며 감수분열 때 염색체 사이에서 일어나는 교차현상을 발견한 뒤, 모건은 유전자가 염색체에 선상으로 배열하고 있다는 것을 가정한다면 교차가 일어나는 빈도를 계산하여서 염색체 위의 유전자의 상호거리를 결정할 수 있을 것이라고 제창하였고 A.H.스터터터번트는 1913년에 3점시험에 의하여 염색체지도를 만들었다.

뒤에 초파리 침샘염색체가 발견됨으로써 염색체의 특정부위와 대응하는 형질의 발현이 잘 일치하고 있다는 것이 확인되었으며, 하나의 학설로 정착되었다.

II. 1유전자 1효소설

유전자는 세포의 증식과 더불어 세포로부터 세포로 안정된 상태에서 전해지는 것이지만 때때로 여러 가지 원인에 의해서 유전자에 변화가 일어나게 되고 그 변화에 따라 변이체(돌연변이체)가 태어나게 된다. G.W.비들은 41년 E.L.테이텀과 함께 1유전자1효소설을 제창하여 유전자는 효소라는 단백질 분자의 생성과 관련이 있음을 내세웠다.

즉, 그들은 붉은빵곰팡이를 이용하여 유전자가 효소 생성에 관계하고 있다는 사실을 증명한 것이다. 붉은빵곰팡이의 야생종은 당분과 몇 가지의 무기염류 및 비오틴만을 포함시킨 최소배지에서도 생존에 필요한 양분을 합성하면서 잘 자란다. 그러나 X선조사를 받은 어떤 개체는 최소배지로만은 생존할 수 없고 다른 물질을 배지에 더 추가해 주어야 한다. 이런 변이종을 영양요구주라고 하는데, 최소배지에 아르기닌을 첨가하였을 때 잘 자란다면 이를 특히 아르기닌 요구주라고 한다.

비들 등은 붉은빵곰팡이가 아미노산이나 비타민을 합성하는 데 각 단계마다 각각 특정의 효소가 관계하고 있으며 영양요구주는 하나의 효소의 결여에서 온다는 것과 하나의 효소의 결여는 하나의 유전자의 부족에 기인한다는 것을 생각하여 결국 1유전자 1효소설을 제창하게 된 것이다.

III. 발견

유전자의 본체에 대한 연구는 여러 방면에서 이루어졌으나 그것이 DNA라고 하는 것이 밝혀진 것은 비교적 최근에 일이다. F.그리피스는 28년 폐렴을 일으키는 병원체인 폐렴균의 S형을 장기간 배양하던 중에 병을 일으킬만 한 능력을 상실한 R형이 생긴다는 것을 발견하였다. S형이란 폐렴균의 콜로니가 매끈한 다당류의 껍질을 가진 것으로 사람이나 쥐와 같은 동물의 체내에 들어갈 경우 폐렴을 일으키게 한다. 그리고 R형은 피막을 형성하지 않아 쭈굴쭈굴한 표면을 가지고 있으며 이것은 병을 유발하지 않는다.

또, S형이라도 이를 죽인 뒤 주사하면 발병하지 않는다. 그러나 죽인 피막의 균(S형)과 피막이 없는 균(R형)을 섞어서 쥐에 주사하면 그 쥐는 발병하고 쥐에서 피막이 있는 세균(S형)이 발견된다. 이 실험은 피막이 있는 세균의 DNA가 피막이 없는 세균 안에 들어가 피막을 만들고 독성을 가지게 한 것이라 하겠다. 이는 살아 있는 R형이 주입한 죽은 S형에 영향을 받아 R형에서 S형으로 변하게 되었고, 결국 병을 일으키게 한 것이다. 다음에 그리피스는 적은 분량의 R형이 들어 있는 시험관에 죽은 S형의 추출액을 넣었을 경우에도 R형에서 S형으로의 변화가 일어난다는 것을 발견하였다. 이와 같이 변하는 것을 형질전환(形質轉換)이라고 한다.

O.T.애버리는 43년 S형으로부터 DNA를 순수분리하고 이를 R형인 폐렴균이 들어 있는 배양액에 넣었을 때 역시 R형이 S형으로 전환하는 것을 관찰하였다. 또, 그는 DNA분자가 자기증식을 하여 그 특징을 다음 대에 물려준다는 것을 밝혔다. 이 실험결과는 유전물질이 바로 DNA라는 것을 뒷받침해 주는 것이다. 이와 같이 그동안 막연히 또는 추상적인 의미로서의 유전자가 구체적인 화학물질인 DNA로 밝혀진 것은 유전학 연구에 큰 발돋움이 될 수 있었다. 유전자의 본체가 DNA라는 것은 박테리오파지나 세균의 염색체로도 증명되었다.

즉, 세균에 감염되는 파지는 몸이 DNA와 그것을 둘러싸는 단백질로 된 막으로 이루어져 있는데 이것이 세균내로 침입할 때에는 피막을 벗어놓고 DNA만 들어간다. 세균의 체내로 들어간 박테리오파지의 DNA는 똑같은 형질을 가진 수많은 파지로 증식한 다음 박테리아의 세포막을 찢고 밖으로 나온다. 이것으로 보아 세균 체내의 파지 DNA는 새로운 DNA를 만들고 단백질로 된 피막까지도 만들어서 완전한 것이 된다. 이 현상 역시 DNA가 유전물질이라는 것을 가리켜 주는 것이다.

IV. 분류

유전자가 세포내에 위치하는 장소에 따라 핵내유전자 ·염색체유전자 ·염색체외유전자 ·세포질유전자 ·엽록체유전자 ·미토콘드리아유전자 등으로 분류된다. 핵내유전자와 염색체유전자, 염색체외유전자와 세포질유전자는 같은 뜻으로 쓰인다. 엽록체유전자와 미토콘드리아유전자는 모두 세포질유전자에 포함된다. 이러한 유전자 사이에는 그 구조나 기능에 관해서 본질적인 차이는 없다. 그러나 염색체와 세포소기관 DNA의 사이에는 다음대로의 전달양식에 차이가 있다. 핵내유전자는 멘델의 유전법칙에 따라 유전하지만 세포질유전자의 전달은 이것에 따르지 않는다(세포질유전).

V. 작용

유전자의 본체가 DNA라는 것이 여러 실험에 의해서 밝혀졌다. DNA의 분자구조는 53년 J.D.웟슨과 F.H.C.크릭에 의해서 밝혀졌다. 즉, DNA의 구성요소는 인산, 오탄당(디옥시리보오스)및 질소를 함유하는 염기성 고리화합물의 3가지가 결합해서 된 뉴클레오티드이다. 질소염기성분은 퓨린 유도체인 아데닌(A)과 구아닌(G), 그리고 피리미딘의 유도체인 티민(T)과 시토신(C)의 4가지가 있다.

DNA분자는 뉴클레오티드가 아래위로 연결된 이중나선 구조로 되어 있고 이중나선을 이루는 두 가닥의 사슬의 안쪽에 염기성분이 자리잡으며 상대방 사슬의 염기와 수소결합을 형성한다. 수소결합을 한 질소염기들은 그 상대방의 질소염기의 종류가 이미 정해져 있다. 즉, A는 T와, 그리고 G는 C와 상보적인 관계로 결합한다. 만일 질소염기 사이의 수소결합이 끊어지면 두 가닥의 사슬은 유리되고 서로 갈라지지만 뉴클레오티드들은 DNA사슬을 형성하고 있는 개개의 뉴클레오티드의 질소염기를 찾아 짝이 맞는 것끼리 서로 다시 수소결합을 하여 결국 2개의 꼭 같은 DNA의 이중나선구조를 형성하게 된다. 이것을 DNA의 복제라고 한다.

세포가 분열하여 새로운 세포를 만들 때마다 DNA들은 이와 같은 복제방법에 의해서 자기증식을 하고 이것들이 새 세포에 똑 같이 나누어 들어가기 때문에 어느 세포나 그 세포가 가진 DNA의 종류와 수는 꼭 같은 것이다. DNA가 주형(鑄型)이 되어 mRNA가 합성되고 mRNA의 질소염기의 배열순서에 맞는 단백질이 형성된다. 따라서 DNA를 구성하는 질소염기 가운데 한개의 염기라도 빠지거나 늘거나, 아니면 다른 것으로 바꾸어지면 mRNA의 질소염기의 배열에도 변화가 생기고, 따라서 단백질을 구성하는 아미노산의 종류가 달라지기 때문에 종전과는 다른 단백질이 형성된다. 이렇게 됨으로써 결국 돌연변이 현상이 나타나는데 이것은 바로 유전자의 변이가 일어난 것을 말한다. 어버이가 가지고 있는 무수한 형질은 유전정보로 유전자를 통하여 그대로 자식에게 전해진다.

한편, 생물로 체내에서 수없는 생화학반응을 일으켜서 생명을 유지하고 증식한다. 하나하나의 형질은 이들의 생화학반응의 결과 나타나는 것인데 이 반응의 대부분은 각각 특이적으로 작용하는 효소단백질에 의하여 촉매된다. 이 때문에 자식이 어버이와 같은 효소를 가지고 있으면 어버이와 같은 형질이 발현되는 것이 된다. 유전정보의 대부분은 이와 같은 단백질의 구조를 지시하는 처방선이며 이와 같은 단백질의 구조를 지시하는 정보의 단위가 바로 유전자이다.

유전자의 본체가 DNA이고 DNA는 결국 그 생물 특유의 형질을 지배하고 폴리펩티드를 합성하는 근본이 된다는 것이 밝혀짐에 따라 DNA의 조작에 의한 특정 단백질의 양산을 가능하게 하는 소위 유전공학적 응용분야가 발달하게 되었다. 어느 특정 단백질을 합성하는 데 근본이 되는 DNA부분을 잘라내서 세균이 가지고 있는 핵외염색체인 플라스미드를 빼내서 그 곳에 끼워 다시 세균으로 되돌려 보내면 세균의 증식과 더불어 플라스미드에 끼워 넣은 DNA에 의하여 그것이 지배하는 특정 단백질을 다량으로 생산하게 된다.

이와 같이 유전자의 조작에 의한 재조립의 기술은 장차 인류복지를 위하여 새로운 전기를 마련하게 되었다. 이와 같은 기술의 개발 가능성은 바로 그 동안의 유전자에 대한 획기적인 연구의 결과에 의한다. 유전자의 이용을 위한 꾸준한 연구의 결과는 장래 질병의 퇴치, 식량의 증산, 새로운 에너지 자원의 개발, 환경오염물질의 제거 등 오늘날의 문제를 해결하는 데 기여할 것이다.

출전 : [두산세계대백과 Encyber Deluxe], ㈜두산, 2002
   
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