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돌연변이는 DNA 서열의 갑작스러운 변화로, 생물의 진화와 질병의 원인이 됩니다. 자연 발생하거나 방사선, 화학물질에 의해 유발되며, 대부분 무해하지만 일부는 치명적입니다. 이 포스팅에서는 돌연변이의 주요 종류와 세포, 개체, 진화에 미치는 영향을 체계적으로 분석합니다.
돌연변이의 기본 개념과 발생 원인
돌연변이(mutation)는 DNA 복제 오류나 외부 요인으로 염기서열이 바뀌는 현상입니다. 자연 돌연변이율은 세포당 10억 염기당 1회 정도로 낮지만, 자외선, X선, 발암물질이 이를 증가시킵니다. 세포는 DNA 복구 시스템으로 99% 이상을 고치지만, 남은 변화가 돌연변이로 고정됩니다.
돌연변이는 점돌연변이(point mutation), 삽입/결실(indel), 염색체 돌연변이로 나뉩니다. 유발 요인으로는 자발적 오류(타우토머화), 유전독소(mutagen), 바이러스 삽입 등이 있습니다. 이러한 변화는 생식세포에서 발생 시 후손에게 유전됩니다.
점돌연변이: 염기 치환의 세부 유형
점돌연변이는 단일 염기 하나가 바뀌는 가장 흔한 형태입니다. 전환(transition)은 A↔G, C↔T처럼 동류(퓨린-퓨린, 피리미딘-피리미딘) 치환으로, 역전환(transversion)은 A↔C처럼 이종 치환입니다. 침묵(silent) 돌연변이는 코돈의 3염기가 변해도 같은 아미노산을 지정해 무해합니다. 예: CUU(류신)→CUC(류신).
미스센스(missense) 돌연변이는 아미노산이 바뀌어 단백질 기능을 약화시킵니다. 낫세포빈혈은 헴글로빈 β체의 글루탐산→발린 치환으로 적혈구가 낫 모양이 됩니다. 논센스(nonsense)는 조기 종결 코돈(UAA 등)을 만들어 단백질이 짧아집니다. 두성근위축증은 이런 예입니다.
격자이동(Frameshift) 돌연변이와 삽입/결실
격자이동은 염기 3개가 아닌 1 또는 2개가 삽입/결실되어 읽기 틀이 어긋납니다. 이후 모든 코돈이 바뀌어 완전히 다른 단백질이 생성되며, 대부분 기능 상실로 이어집니다. 테일러 증후군은 결실로 콜라겐 유전자가 파괴됩니다.
대형 삽입/결실은 여러 염기가 빠지거나 추가되어 유전자 전체를 망가뜨립니다. 트랜스포존(점프 유전자) 삽입은 유전자를 끊거나 발현을 방해합니다. 인간 게놈의 45%가 이런 반복서열입니다.
염색체 돌연변이: 대규모 구조 변화
염색체 돌연변이는 결실(deletion), 중복(duplication), 역위(inversion), 전좌(translocation)로 나뉩니다. 결실은 염색체 일부가 사라져 유전자 불균형을 일으킵니다. 크라이 두 펠터 증후군은 5번 염색체 단편 결실로 고양이 울음 소리를 냅니다.
중복은 유전자 사본이 늘어 과발현되며, 진화의 원동력입니다. 전좌는 염색체가 서로 교환되어 암 유발 oncogene 활성화(필라델피아 염색체)를 초래합니다. 역위는 유전자 순서를 뒤집어 스플라이싱 오류를 만듭니다. 다운증후군(21번 삼염색체)은 비분리 오류로 발생합니다.
돌연변이의 영향: 해롭거나 유익하거나
대부분 돌연변이는 중립적이지만, 70%는 해롭습니다. 암은 돌연변이 누적으로 발생하며, p53 종양 억제 유전자의 50%가 변이입니다. 유전병처럼 겪염색체 열성 돌연변이는 보인자 상태로 잠복합니다.
유익한 돌연변이는 적응력을 줍니다. 낙농 민족의 유당분해 효소 유전자 변이는 유제품 소화 능력을 부여했습니다. 말라리아 내성 겸상적혈구 빈혈은 heterozygote 우위입니다. 진화적으로 새로운 종 분화의 기반입니다.
돌연변이 복구 메커니즘과 응용
세포는 mismatch repair, base excision repair, nucleotide excision repair로 돌연변이를 고칩니다. xeroderma pigmentosum 환자는 NER 결함으로 자외선 민감합니다. CRISPR은 인위적 돌연변이 유발로 유전자 치료합니다.
농업에서는 돌연변이 육종으로 고수확 작물을 개발했습니다. 방사선 조사로 쌀 품종이 개선되었습니다. 미래에는 정밀 유전자 편집으로 유익 돌연변이만 선택할 수 있습니다.
돌연변이는 파괴자이자 창조자입니다. 생물의 다양성과 진화를 이끌지만, 질병의 뿌리이기도 합니다. 이 균형 이해가 의학 혁신의 열쇠입니다. 추가 질문 환영합니다!
