유전학, 세포학, 발생학, 분자생물학, 생리학의 정의

현대 생물학의 기초 중 유전학과 세포설, 발생생물학에 대해 작성해 보겠다.

유전학의 정의
유전자는 모든 생명체에서 유전의 기본 단위이다. 유전자는 유전의 단위이며, 특정 방식으로 생명체의 형태 또는 기능에 영향을 미치는 DNA상의 특정 영역이다. 세균에서 동물에 이르기까지 모든 생명체는 DNA를 복제하고, RNA로 전사하고, 단백질로 번역하는 동일한 메커니즘을 사용한다. 세포는 DNA의 정보를 RNA로 전사하고, 리보솜은 RNA로 전사된 정보를 단백질로 알려진 일련의 아미노산 서열로 번역한다. RNA 코돈으로부터 아미노산으로의 유전 암호는 대부분의 생명체에서 동일하다. 예를 들어, 사람의 인슐린을 암호화하는 DNA 염기서열을 식물과 같은 다른 생명체에 삽입하면 인슐린을 생성시킬 수 있다.

유전학은 유전자, 유전 및 생명체의 변이에 관해 연구하는 학문이다. 유전자는 단백질의 합성을 위해 세포가 필요로 하는 정보를 암호화하며, 이는 결국 생명체의 최종 표현형에 영향을 미치는 중심적인 역할을 한다. 유전학은 특정 유전자의 기능을 조사하거나 유전자 상호작용을 분석하는 데 사용되는 연구 도구를 제공한다. 생명체 내에서 유전 정보는 물리적으로 염색체 내에 존재하며, 특히 DNA상의 특정 부위에 유전 정보가 저장되어 있다.

세포설

세포생물학은 세포 수준에서 세포의 내부 행동, 다른 세포와의 상호 작용, 환경과의 상호작용과 같은 세포의 구조적, 생리학적 특성에 대해 연구하는 학문이다. 세포생물학은 세균과 같은 단세포 생물뿐만 아니라 사람과 같은 특화된 세포에 대해 현미경 및 분자 수준에서 연구가 이루어진다. 세포의 구조와 기능을 이해하는 것은 모든 생물학 분야의 기본이다. 세포 유형 간의 유사점과 차이점은 특히 분자생물학과 관련이 있다.

DNA는 진핵생물에서는 선형 염색체로, 원핵생물에서는 원형 염색체로 존재한다. 염색체는 DNA와 히스톤 단백질로 구성되어 있다. 세포 내의 염색체 세트와 미토콘드리아, 엽록체 또는 다른 장소에서 발견되는 유전 정보는 세포의 게놈으로 알려져 있다. 진핵생물에서 DNA는 세포핵에 국한되어 있거나 미토콘드리아와 엽록체에 소량으로 존재한다. 원핵생물에서 DNA는 세포질에 핵양체라고 불리는 불규칙한 형태로 존재한다. 유전체의 유전 정보는 유전자 내에 존재하며, 생명체에서 이러한 정보의 완전한 통합을 유전자형이라고 부른다.

세포설에 따르면 세포는 생명체의 기본 단위이며, 모든 생명체는 하나 이상의 세포로 구성되며, 모든 세포는 세포 분열을 통해 기존의 세포로부터 생성된다고 설명한다. 다세포 생물에서 모든 세포는 궁극적으로 단일 세포인 수정란으로부터 유래한다. 세포는 또한 많은 병리학적 과정에서 기본 단위로 간주한다. 세포에서는 물질대사가 일어나며, 물질대사 중에 에너지 흡수 또는 에너지 방출이 일어난다. 세포는 세포 분열 동안 세포에서 세포로 전달되는 유전 정보(DNA)를 가지고 있다. 생명의 기원에 대한 연구는 최초의 세포 기원을 밝히기 위한 시도이다.

발생생물학
발생은 동물의 정자와 난자가 수정된 후 배를 형성하고 생장하여 새로운 개체가 되는 과정이다. 발생의 과정은 초기 발생과 후기 발생으로 나뉘는데, 최초의 난할에서 배엽이 형성되는 때까지를 초기 발생이라 하고 형성되는 때부터 새로운 개체가 되는 때까지를 후기 발생이라 한다.

초기 발생 – 수정된 수정란은 난할 과정을 통해 포배기와 낭배기의 배아가 된다. 낭배기에 이르면 외배엽과 내배엽이 구분되어 세포 분화가 결정된다.
후기 발생 – 외배엽이나 내배엽에서 중배엽이 분화된 후에 배아는 신경관, 소화가, 체절과 같이 특별한 기능을 갖는 기관을 형성하기 시작한다.
출생과 생장 – 기관과 형태의 형성이 완료되면 부화하거나 출산하여 새로운 개체가 된다. 어린 개체는 생장 과정을 통해 성체가 되며, 곤충과 같은 생물은 생장 과정에서 유충과 성충의 모습이 다른 변태를 하기도 한다.

발생생물학은 생명체가 발생하고 생장하는 과정에 대해 연구하는 학문이다. 발생학으로부터 유래된 발생생물학은 세포 생장, 세포 분화 및 세포의 형태형성에 대한 유전적인 조절에 대해 연구하는데, 세포는 점차 조직, 기관으로 발달해 나간다. 발생생물학에서 주로 사용되는 모델 생물로는 선형동물인 예쁜꼬마선충 속하는 노랑초파리, 잉엇과에 속하는 제브라피시 속하는 생쥐 속하는 애기장대 등이 있다. 모델 생물은 특정 생물학적 현상을 이해하기 위해 광범위하게 연구되는 생물 종으로, 모델 생물에서의 발견이 다른 생물의 작용에서도 적용할 수 있을 것이라는 기대를 제공한다.

분자생물학은 분자 수준에서 생물학을 연구하는 학문이다. 분자생물학은 생물학의 다른 분야, 특히 유전학 및 생화학과 연구 분야가 중첩된다. 분자생물학은 DNA, RNA, 단백질 합성의 상호 관계와 그러한 상호 작용이 어떻게 조절되는지를 포함하여 세포 내 다양한 시스템의 상호 작용에 대해 연구하는 학문이다.

생리학은 신경계, 면역계, 내분비계, 호흡계, 순환계가 어떻게 작용하고, 상호 작용하는지를 연구한다. 이러한 기관계에 대한 연구는 신경학 및 면역학과 같은 의학적으로 지향하는 분야로 연결된다.

생리학은 생명체의 기계적, 물리적, 생화학적 과정을 전반적으로 연구하는 학문이다. "기능하기 위한 구조"에 대한 문제는 생물학의 핵심 주제이다. 생리학에 대한 연구는 전통적으로 식물생리학과 동물생리학으로 나뉘어 왔으나, 어떤 생물체가 연구되더라도 생리학의 기본 원리는 보편적이다. 예를 들어, 효모 세포의 생리학에 대해 알게 된 것은 사람의 세포에도 적용될 수 있다. 동물생리학은 인체생리학의 도구와 방법을 사람이 아닌 동물 종으로 확장한다. 식물생리학 연구에서도 동물생리학의 방법을 적용할 수 있다.