통합과학 중3 생식과 발생, 유전과 진화 심화

염색체와 DNA

염색체의 구조(DNA·히스톤)와 유전자의 위치, 체세포 분열·감수 분열에서 염색체 수 변화를 이해한다.

염색체는 긴 DNA가 단백질(히스톤)에 감겨 차곡차곡 응축된 구조이고, 유전자는 그 DNA에서 특정 형질에 대한 정보를 담은 부분입니다.

아주 긴 실(DNA)을 실패(히스톤)에 감아 뭉쳐 놓은 실뭉치가 염색체입니다. 그 실 위의 군데군데 표시된 구간이 유전자입니다. 세포가 나뉘기 직전에만 실을 단단히 감아 두는 이유는, 그래야 엉키지 않고 정확히 나눠 줄 수 있기 때문입니다.

쉽게 말하면

생식과 유전에서 '유전자가 염색체 위에 있다'고 했습니다. 그 말의 속을 열어 봅시다.

포함 관계가 먼저입니다. 세포핵 안에 염색체가 있고, 염색체는 DNA와 히스톤 단백질로 이루어져 있으며, 유전자는 그 DNA의 특정 구간입니다. 즉 염색체 하나에는 아주 긴 DNA 한 가닥이 들어 있고, 그 DNA 위에 유전자가 수없이 늘어서 있습니다. 크기 순서를 헷갈리지 마세요 — 염색체가 가장 크고, 그 안에 DNA, DNA의 일부가 유전자입니다.

평소 세포에서는 DNA가 가늘게 풀려 있어 현미경으로 보아도 뚜렷한 모양이 없습니다. 그런데 세포가 분열하기 직전이 되면 DNA가 히스톤에 감기고 또 감겨 굵고 짧은 막대 모양으로 응축됩니다. 이 상태여야 세포가 나뉠 때 엉키거나 끊어지지 않고 정확히 반씩 나눠 줄 수 있습니다. 우리가 그림에서 보는 X자 모양의 염색체는 바로 이 분열 직전의 모습입니다.

사람의 체세포에는 염색체가 46개, 즉 23쌍 있습니다. 쌍을 이루는 두 염색체를 상동 염색체라고 하는데, 하나는 아버지에게서 하나는 어머니에게서 온 것입니다. 모양과 크기가 같고 같은 형질에 대한 유전자가 같은 자리에 있지만, 그 내용은 다를 수 있습니다(예: 하나는 둥근 형질, 다른 하나는 주름진 형질). 23쌍 중 22쌍은 남녀 공통인 상염색체이고, 나머지 한 쌍이 성을 결정하는 성염색체입니다. 생식세포에는 각 쌍에서 하나씩만 들어가므로 염색체가 23개입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

왜 분열할 때만 염색체가 보이나요

긴 실을 그대로 잡아당겨 옮기면 엉키고 끊어집니다. 세포는 나누기 직전에 DNA를 단단히 감아 짧고 굵게 만든 뒤 옮깁니다. 분열이 끝나면 다시 풀어 놓습니다 — 풀려 있어야 유전 정보를 읽어서 쓸 수 있기 때문입니다.
예시 2

핵형 분석

분열 중인 세포의 염색체를 사진으로 찍어 크기와 모양대로 짝을 지어 늘어놓는 것을 핵형 분석이라고 합니다. 염색체의 수나 모양에 이상이 있는지 확인할 수 있고, 성염색체 한 쌍을 보면 성별도 알 수 있습니다.
예시 3

생식세포에는 상동 염색체가 없다

체세포에는 23쌍(46개)이 있지만 생식세포에는 각 쌍에서 하나씩만 들어가 23개가 됩니다. 그래서 생식세포 안에는 짝이 되는 상동 염색체가 존재하지 않습니다. 수정으로 정자와 난자가 만나야 비로소 다시 23쌍이 완성됩니다.

자주 하는 오해

복제된 염색 분체 두 개를 염색체 두 개로 세기

이렇게 생각하기 쉬움X자 모양이니까 막대가 두 개 보인다. 그러면 염색체도 두 개다

실제로는복제되어 가운데가 붙어 있는 두 염색 분체는 여전히 염색체 '한 개'입니다.

염색체의 개수는 가운데 잘록한 부분(동원체)의 개수로 셉니다. 두 염색 분체는 복제로 만들어진 똑같은 복사본이 아직 붙어 있는 상태라서, 유전 정보로 보면 하나입니다. 이 둘이 갈라져 각각 다른 세포로 들어가야 비로소 별개의 염색체가 됩니다. 이걸 두 개로 세면 체세포 분열 중에 염색체 수가 늘었다가 줄어드는 이상한 결론이 나옵니다 — 실제로는 분열 내내 46개 그대로입니다.

염색체·DNA·유전자를 나란한 세 가지로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움핵 안에 염색체도 있고, DNA도 있고, 유전자도 따로따로 들어 있다

실제로는셋은 나란한 것이 아니라 포함 관계입니다. 염색체 안에 DNA가 있고, DNA의 특정 구간이 유전자입니다.

이 관계를 세워 두지 않으면 '염색체 수는 46개인데 유전자는 왜 수만 개인가' 같은 질문에서 막힙니다. 염색체 하나에 아주 긴 DNA 한 가닥이 들어 있고, 그 위에 유전자가 수백에서 수천 개씩 줄지어 있기 때문에 개수가 전혀 다른 것입니다. 크기로는 염색체 > DNA > 유전자, 개수로는 그 반대라고 정리하면 헷갈리지 않습니다.

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자주 묻는 질문

Q1상동 염색체와 염색 분체는 어떻게 다른가요?

상동 염색체는 아버지와 어머니에게서 각각 온 '짝'으로, 모양은 같지만 유전 정보의 내용은 다를 수 있습니다. 염색 분체는 하나의 염색체가 복제되어 만들어진 '똑같은 복사본'이라 유전 정보가 완전히 같습니다. 출처가 다르냐(상동 염색체), 복제본이냐(염색 분체)로 구분하세요.

Q2염색체 수가 많으면 더 고등한 생물인가요?

아닙니다. 염색체 수는 생물마다 다르지만 그 수가 복잡함이나 우수함을 나타내지는 않습니다. 사람보다 염색체 수가 많은 생물도 있습니다. 중요한 것은 개수가 아니라 그 안에 담긴 유전 정보의 내용입니다.

Q3모든 세포가 같은 DNA를 가지는데 왜 세포마다 모양이 다른가요?

가진 정보는 같아도 세포마다 실제로 '읽어서 쓰는' 유전자가 다르기 때문입니다. 같은 요리책을 갖고 있어도 어떤 요리를 만드느냐에 따라 결과가 달라지는 것과 같습니다.

교육과정 2022 개정 · 중3 통합과학 · 생식과 발생, 유전과 진화 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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