유전자의 역사, 개념

유전자의 역사, 개념

자가 복제가 되는 성질의 분자 조합물이자 부모가 자식에게 특성을 물려주는 현상을 유전이라고 합니다. 생명체가 몸을 구성하기 위해서는 설계 정보가 필요하며 생명체 내에서 이 설계도에 해당하는 것이 유전자입니다. 유전자의 역사, 구조, 기능 등에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

1. 유전자 역사

1-1 멘델의 완두콩 실험

유전자에 대한 개념을 처음 개발한 과학자는 그레고어 멘델입니다. 멘델은 완두콩을 이용한 실험을 통해 멘델의 법칙을 발견함으로써 유전 원리를 처음 과학적으로 밝혀내고 유전자의 존재를 주장했습니다. 멘델은 1865년 발표 이후 큰 반응을 일으키지는 못했으며, 1884년 멘델이 사망한 후 1900년에 코렌스, 체르마크, 드 브리스라는 세명의 과학자가 같은 시기에 멘델의 연구를 다시 발견하여 멘델의 업적은 세상에 아려지게 됩니다. 멘델의 법칙이 알려진 후 과학자들은 실제로 멘델이 예상했던 유전 물질이 무엇인지를 찾아내는 데 집중했습니다. 1903년 서튼은 곤충에서 염색체가 정자와 나자에서 둘로 쪼개졌다 수정될 때 하나로 합쳐지는 현상을 관찰하고 멘델이 추정한 유전 인자가 염색체에 있다는 가설을 내세웠습니다.

1-2 요한센

1909년 요한센이 유전자라는 이름을 처음으로 사용하였습니다. 그리고 개념상으로만 존재하던 유전자는 모건의 초파리 실험에 의해 확실히 염색체에 있다는 것이 확인되었습니다. 1928년 그리피스가 폐렴 쌍 구군을 이용하여 형질전환 실험에서 유전자의 존재를 확인하고, 1943년 에이버리가 DNA를 따로 분리한 형질전환 실험을 하게 됩니다. 이 실험을 통해 에이버리는 DNA가 유전자를 구성하는 물질이라는 것을 주장하지만 다시에는 단백질설이 더 일반적으로 받아들여지고 있었습니다. 1952년 허시와 그 제자 체이스가 박테리오파지를 이용한 실험을 하여 유전자의 본체가 DNA라는 사실을 확정적으로 만들게 됩니다. 표식을 붙인 박테리오 파지의 DNA는 박테리오 파지에서 대장균으로 옮겨갔지만, 표식을 붙인 단백질은 옮겨가지 않았던 것입니다. 이후 1953년 왓슨과 크릭이 DNA의 이중나선 구조를 밝히면서 현재와 같은 유전자의 개념이 확립되었습니다.

2. 유전자 구조

유전자는 DNA 상의 염기 배열 방식으로, DNA의 성분인 네 가지 염기 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)이 DNA에서 어떤 순서로 배열되었는지에 따라 유전 정보를 저장합니다. 유전자란 4종류 알파벳 (A, G, C, T)으로 이루어진 설명분이라고 할 수 있습니다. 유전자의 모든 부분이 곧 유전정보를 담고 있는 것은 아닙니다. 유전자의 4가지 염기 A, G, C, T가 체계적으로 나열되어야 비로소 설계도로서의 의미를 가지게 됩니다. 이렇게 염기들이 체계적으로 나열되어 유의마한 정보를 담고 있는 유전자 부위를 엑손, 그렇지 않고 유의미한 정보가 없는 유전자 부위를 인트론이라고 합니다. 대부분의 진핵생물의 DNA에는 인트론이 존재하고 복잡한 진핵생물일수록 인트론의 수가 많아집니다, 사람의 경우, 약 98%가 인트론이고 유의미한 부위인 엑손은 2%에 불과합니다.

3. 유전자의 기능

생명체는 유전 정보를 토대로 신체를 형성하고 고유의 형질을 발현하는데 유젖자는 이과정에서 특정한 단백질의 합성을 위한 설계도의 기능을 합니다. 유전자는 염기 3개를 한 단위로 하는 코돈이라는 암호 체계를 통해 각각의 아미노산을 지정하며 이 유전자를 기초로 만들어진 아미노산 다발은 복잡한 가공 과정을 거쳐 단백질로 합성되고, 이는 신체의 각 조직과 기관을 구성하는 성분이 됩니다. 이러한 유전자의 발현 과정을 '센트럴 도그마'라고 합니다.
사람에게는 약 2만 개의 유전자가 있는데 이중 어떤 유전자는 눈을 만드는 데 관여하고 또 어떤 유전자는 심장을 만드는데 관여하는 등, 각각의 유전자마다 고유의 역할과 기능이 존재합니다. 여기서 중요한 것은 한 개체의 모든 세포는 모조리 동일한 유전자의 집합을 가지고 있다고 합니다. 각각의 세포는 수많은 유전자들 중 자신의 역할에 맞는 것만을 활성화시키고 그렇지 않은 것들은 불 활성화시키게 되는데, 이과정이 과연 어떻게 가능하지가 유전자 발현에 주된 영향을 끼치는 것으로 보이며, 유전자 중에는 다른 유전자의 발현 여부를 통제하는 조절 유전자라는 것이 있으며 이 조절 유전자가 생성한 단백질에 의해 다른 유전자의 발현이 촉진되거나 방해받는 복잡한 기전이 일어나면서 생물의 특성이 적절한 부위에서 적절한 시기에 나타나도록 통제된다고 합니다. 물론 이 이론만으로는 설명할 수 없는 것이 많으며, 유전자 발현의 조절은 아직 밝혀져야 할 것이 많습니다.