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제 27 강 : 정자와 난자의 수정 현상
 정계헌
이학박사 (동물학)
순천향대학교 생명과학부 명예교수
전 한국창조과학회 회장(4대)

  오늘은 정자와 난자가 수정할 때 이들 내에서 일어나는 일들에 대하여 알아보고자 합니다. 내용이 다소 어려울 수 있습니다. 난자에게 도착한 여러 개의 정자 중 제일 먼저 도착한 정자의 머리가 난자를 덮고 있는 젤리에 와 닿으면, 정자의 머리 안에 있는 핵의 상단부를 덮고 있는 첨체(acrosome) 내로 칼슘이온(Ca2+)이 들어갑니다. 그러면, 첨체의 막에 있는 분자통로를 이용하여 수소이온(H+)은 나가고, 동시에 나트륨이온(Na+)은 들어가게 됩니다. 그러면 첨체 내의 산도가 떨어지며, 알칼리화 되는데, 이런 환경에서 첨체 내용물로부터 액틴 단백질의 중합이 일어나서 첨체돌기(acrosomal process)가 만들어집니다. 이 돌기는 정자의 핵을 난자의 내부로 인도할 가느다란 실(thread)이라고 보면 됩니다. 첨체 내부가 알칼리화 되는 것을 기점으로 정자의 꼬리운동이 활발해집니다.

첨체 내로 칼슘이온이 들어간 후 생기는 또 다른 변화는 첨체 내의 분비물들을 방출한다는 것입니다. 이 분비물에는 효소(hyaluronidase)가 들어있어 난자를 둘러싸고 있는 세포들(난구) 사이를 뚫고 들어갈 때 이용됩니다.

그런 한 편으로는 난자의 표면에 있는 결합수와 결합할 부위들을 노출합니다. 이상과 같은 과정을 정자의 첨체반응(acrosomal reaction)이라고 합니다.

대부분의 종에서 수정 중 난자 내로 들어갈 수 있는 정자의 수는 1 개입니다. 그래서, 난자는 제2의 정자 침입을 막기 위하여 신속하고 정확한 조치를 취합니다. 즉, 난자의 표면에 최초의 정자가 다가와 난자를 싸고 있는 막과 결합하면, 즉시 초단위의 사건이 벌어집니다. 다음의 자료는 성게(sea urchin)를 대상으로 실험한 결과들입니다. 첫째 탈분극(depolarization) 현상이 일어납니다. 이는 보통의 난자원형질막 내부가 수정 전에는 음전하(negative electric charge)를 띠다가  정자가 부착하면 2-3초 내에 난자 내로 나트륨이온(Na+)이 유입되어 내부의 전위를 중성 또는 양전위(neutral to positive electric charge)로 바꾸어 놓는 현상입니다. 이를 수정전위(fertilization potential)이라고 합니다. 이러한 기작은 제2의 정자가 침입하지 못하게 하는 긴급조치(fast block to polyspermy)로 하는 것입니다. 정자가 난자의 원형질막에 있는 G-단백질을 자극하면, 이것은 포스포리파제 C를 자극하여 IP3와 다이실글리콜을 생산하는데, IP3는 난자 세포질 내의 소포체를 자극하여, 칼슘이온(Ca2+)을 방출하게 하고, 칼슘이온은 난자세포질 가장자리에 분포한 피질과립(cortical granule)을 터트려, 내부에 있던 여러 내용물들을 방출하게 합니다. 이때가 수정 30초 후입니다. 피질과립이 방출하는 효소 중 하나는 난자와 정자간에 결합하는 결합수를 변경하여 늦게 도착해서 달라붙어 있는 정자들을 이탈시킵니다.

다른 한 효소는 난자의 원형질막과 분자결합을 하고 있는 난황막 사이의 분자결합수를 녹여서, 난자의 원형질막과 난황막이 분리되도록 하여, 난자를 둘러싸는 공간 즉 위란강(perivitelline space)을 만들기 시작합니다.

이때 피질과립이 분비한 내용물 중 점액다당류(mucopolysaccharide)는 난황막의 투과력을 변경시켜, 외부로부터 물이 들어올 수 있도록 하여, 결국 원형질과 난황막 사이에는 큰 간격이 생기는데, 이때 피질과립이 분비한 단백질 중 구조단백질(structural protein)은 밖에 있는 난황막에 가서 달라붙어 막을 튼튼하게 합니다. 이렇게 두껍게 된 난황막을 수정막(fertilization membrane)이라고 합니다. 이 수정막이 만들어지는 시간은 수정 후 약 60초 후입니다. 수정막이 완성되면 난자의 원형질막 전위가 수정 이전의 상태로 되돌아갑니다. 제2의 정자침입을 막는 긴급한 임무를 완성되었기 때문입니다. 즉, 전위가 수정 전과 같이 바뀌어도 두껍게 만들어진 수정막 때문에 어느 정자도 이를 뚫고 들어 갈 수가 없도록 되었기 때문입니다.

피질과립이 분비한 또 다른 단백질은 뒤에 사용할 초자막(hyaline layer)을 만듭니다. 피질과립으로부터 나온 물질들이 이토록 엄청난 일들을 합니다.

IP3에 의해 생산된 위에 언급한 다이아실글리콜은 단백질 카이네이즈 C를 활성화하여, 난자원형질막에 있는 분자펌프를 작동시켜, 밖으로부터는 나트륨이온이 들어오고, 안으로부터는 수소이온(H+)이 나가게 됩니다. 이렇게 되면 난자 내부의 산도는 떨어지고, 알칼리화가 됩니다. 난자의 세포질이 알칼리화 되면, 소포체가 생성한 칼슘이온과 더불어 난자를 활성화(activation)시킵니다. 즉, 생명발생의 단계를 밟기 시작하는 것입니다. 이 복잡한 과정이 수정 후 불과 1-5분 내에 일어납니다.

이런 다음 2-12분 내에 정자의 핵에 있는 염색질이 풀어지며, 이 핵은 난자의 중앙으로 이동합니다.  수정 5-10분 후에 하나의 정자가 난자의 표면에 확실이 결합할 때까지도 2차 감수분열 중기에 머물러 있던 난자의 핵은 감수분열을 마저 끝내고, 정자의 핵이 향하고 있는 중앙으로 이동을 합니다. 그래서, 두 핵은 서로 만나서 막과 막이 융합하고, 부성유전자와 모성유전자가 하나의 핵막 안에서 발현의 순서를 기다리게 됩니다. 이 때 세포질은 유전자의 명령에 따라 단백질을 합성하기 시작합니다. 그러므로, 단백질의 원료인 아미노산의 운송이 활발해집니다.

한편, 핵 안에서는 수정 20-40분 후에 핵산(DNA)이 만들어지기 시작합니다. 벌써 유전자의 발현 순서가 결정된 것입니다. 수정 후 60-80분이 되면 유사분열을 시작합니다. 수정 85-95분 후에는 드디어 수정란이 분열되어 세포가 두개가 됩니다. 이때가 바로 위에서 언급한 것과 같이 피질과립이 분비한 단백질이 초자막을 만들어 흩어지기 쉬운 동글동글한 세포들을 함께 둘러싸서 하나의 생명체로 발생하도록 하는 임무를 시작할 때인 것입니다.

난자는 난할을 계속하면서 자궁 쪽으로 이동하여 자궁에 도착했을 때는 세포수가 늘어난 포배상태입니다. 자궁 내로 이동된 수정란은 난막을 벗어버리고(부화), 착상할 수 있는 상태가 됩니다.

나팔관에서 수정된 난자가 자궁내의 착상하는 부위까지 이동하는 거리는 약 10 cm 입니다. 꼬리도 없는 수정란은 이 거리를 만 5일 즉, 120시간 동안 수란관의 놀라운 도움으로 이동하여 착상할 자궁에 도착합니다. 수정란이 자궁벽에 완전히 묻히는 시기는 수정 9일 째입니다. 말하자면 자궁 내에 도착한지 4일 후입니다. 이렇게 새 생명은 시작됩니다.

[기도] 하나님, 수정과정을 보며 다시 한번 창조주 하나님을 찬양합니다. 아멘.


 
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