심층 면접 대비

[ELTM]

 

1. 전자를 넘겨줘야 하는 세포호흡

호흡을 통해 생성된 에너지는 ATP에 저장돼 생체내의 여러가지 화학반응에 사용된다. ATP 형태로 저장된 에너지는 ATP가 ADP와 인산으로 분해될 때 방출된다. 그리고 각종 생체물질의 합성, 근육수축, 물질의 능동수송, 신경자극 전달 등 생명현상을 유지하는데 사용될 수 있다(2002년 서울대 응용).

1) ATP는 무엇의 약자이며 고에너지 인산결합은 무엇인가?

2) 포도당 한 분자가 완전히 분해될 때 해당과정과 TCA 회로에서의 최종산물은 각각 무엇이며 최종적으로 만들어지는 ATP의 수는 얼마인가?

3) ‘청산가리’라고 불리는 시안화칼륨(KCN)을 먹으면 왜 죽는가?

4) 우리 몸의 세포마다 미토콘드리아의 수는 같은가?

-> 전문가 클리닉

빛에너지를 이용해 유기물을 만드는 동화작용인 광합성과 유기물로부터 에너지를 만드는 이화작용인 호흡은 생명현상을 이해할 때 가장 중심이 됩니다. 이 문제는 호흡과정을 전체적으로 이해하고 있는지를 묻습니다.

포도당을 이산화탄소와 물로 분해하는 세포호흡 과정에서 ATP가 만들어집니다. 화학반응에는 에너지를 방출하는 발열반응과 흡수하는 흡열반응이 있습니다. 발열반응인 세포호흡에서 포도당은 화학적으로 분해되고, 방출되는 에너지는 세포가 일을 할 때 사용할 수 있는 에너지 형태로 저장됩니다. 연소과정에서 에너지가 일시에 모두 방출되지만, 세포호흡에서는 여러 단계를 거쳐 에너지가 방출되며 일부는 열로 빠져나가지만 대부분은 ATP라는 분자 속에 화학에너지로 저장됩니다.

세포호흡을 통한 포도당의 산화는 해당과정, TCA 회로, 전자전달계 등 3단계를 거쳐 일어납니다. 해당과정은 세포질에서 일어나며 포도당이 피루브산으로 분해되면서 약간의 ATP가 생성됩니다. TCA 회로는 미토콘드리아에서 여러 효소들의 작용으로 일어나며 피루브산에서 이산화탄소와 수소가 떨어집니다. 또한 미토콘드리아의 내막에 있는 전자전달계에서는 전자의 이동에 의해 생긴 에너지를 이용해 많은 양의 ATP가 생성됩니다.

여러가지 독극물 중에는 전자전달계를 방해해 에너지를 만들지 못하게 하는 것이 많습니다.

미토콘드리아는 내막에 전자전달계를 가지고 ATP를 생성하는 곳이므로 에너지를 많이 소비하는 세포일수록 미토콘드리아 수가 많아질 것임을 추측할 수 있습니다.

-> 예시답안

1) ATP는 adenosine triphosphate의 약자로, 염기인 아데닌과 오탄당인 리보오스에 인산기 3개가 공유결합된 구조입니다. ATP는 인산기 사이의 결합을 통해서 에너지를 저장하는데 두번째와 세번째의 인산기가 고에너지 인산결합으로 연결돼 있습니다. 이 결합이 끊어지면 많은 에너지가 방출됩니다.

2) 해당과정의 산물은 2개의 NADH₂, 2개의 ATP, 2개의 피루브산이며, TCA회로의 산물은 8개의 NADH₂, 2개의 ATP, 2개의 FADH₂, 6개의 CO₂입니다. 전자전달계를 지나면서 NADH₂에서는 3개의 ATP, FADH₂에서는 2개의 ATP가 생성되므로 1분자의 포도당으로부터는 총 38 ATP가 만들어집니다.

3) 미토콘드리아의 내막에는 NADH 탈수소효소, 시토크롬 산화환원효소 등의 고정된 전자 운반체들과 이동성의 전자운반체들이 모여서 전자전달계를 형성하고 있습니다. NADH₂, FADH₂에서 방출된 고에너지 전자는 전자운반체들을 차례로 거쳐서 최종적으로 산소에 전달됩니다. 그리고 운반체를 거칠 때마다 에너지를 방출하고 이 에너지는 ATP를 생성하는데 사용됩니다.

시안화칼륨은 세번째 전자운반체와 결합함으로써 전자가 산소에 전달되는 것을 막습니다. 즉 운반돼온 전자의 흐름을 막아서 ATP 생성을 못하게 하고 에너지가 고갈돼 생물은 죽게 됩니다.

4) 보통 1개의 세포에는 수십개의 미토콘드리아가 있는데, 에너지를 다량으로 필요로 하는 세포일수록 많이 가지고 있습니다. 많은 물질대사를 필요로 하는 간세포에서는 1천-2천개가 있고, 심장근육 등 일을 많이 하는 조직에도 에너지 소비가 많으므로 미토콘드리아의 수가 많습니다.

2. 숨 막히는 지구

대기오염이란 대기 속의 유해한 물질입자나 기체성분의 양이 증가해 환경과 생물에 나쁜 영향을 주는 현상이다. 대기를 오염시키는 물질로는 공장의 매연(일산화탄소, 이산화황 등), 교통수단의 배기가스(일산화탄소, 탄화수소류, 산화질소류 등) 등이 있다(2002년 단국대).

1) 산성비 생성원리와 그 영향에 대해 말하라.

2) 온실효과의 원리에 대해 말하라.

3) 다이옥신에 대해 아는 바를 말하라.

-> 전문가 클리닉

순수한 물은 pH가 7로 중성이지만, 빗물은 대기 중에 녹아있는 이산화탄소로 인해 탄산용액이 돼 pH가 5.6 정도인 약산입니다. 이보다 더 산성이 되면 산성비라고 부릅니다. 이산화황이나 산화질소류가 주요 원인입니다.

지구온난화의 주원인은 이산화탄소입니다. 탄소가 주성분인 화석연료가 연소할 때 발생합니다.

다이옥신은 대표적인 환경호르몬(내분비계 교란물질)으로 독성이 매우 강합니다. 그러나 어떻게 생기며 인체에 어떤 영향을 미치는지는 완전히 밝혀지지 않았습니다.

-> 예시답안

1) 산성비는 대기오염물질 중 공장 등에서 배출되는 이산화황(S02)이나 자동차 배기가스인 질소산화물이 수분이나 산소와 반응해 묽은 황산이나 묽은 질산이 됐다가 구름에 흡수된 후 내리는 pH 5.6 이하의 비입니다.

산성비는 토양의 미생물을 죽이며 식물의 생장에 필요한 무기염류를 녹여 없앱니다. 또한 대리석이나 금속 건축물을 부식시키며 인체에는 피부염이나 통증을 유발합니다.

2) 대기 중의 특정 기체가 온실의 유리처럼 작용해 지표면의 온도를 올리는 현상이 온실효과입니다. 이는 대기가 태양에서 복사되는 단파장은 거의 모두 통과시키지만, 지표면에서 대기로 방출되는 장파장은 대기 중의 수증기나 이산화탄소, 프레온, 메탄 등에 의해 흡수되기 때문에 발생합니다.

3) 다이옥신은 2개의 벤젠고리가 2개의 산소에 의해 연결된 골격구조를 갖는 화합물(dibenzo-p-dioxin)의 총칭입니다. 다이옥신은 일반적으로 독성이 강하고, 화학적으로 안정해 분해되기 어려울 뿐만 아니라 지용성이라 생체조직 중에 축적되기 쉬운 것으로 알려져 있습니다. 그런데 염소의 치환위치와 수에 따라 독성이 변화합니다. 다이옥신은 고엽제나 도시쓰레기 소각로에서 발생하고, 암을 유발하는 등 인체에 치명적인 해를 끼칩니다.

3. 물보다 진한 피

채혈된 혈액을 방치하면 두층으로 분리되는데 위층을 혈장, 아래층을 혈구라고 부른다. 혈장성분에서 응고인자의 하나인 피브리노겐을 제거한 것을 혈청이라 한다. 혈장에는 알부민이나 글로불린 등의 단백질, 여러가지 호르몬, 혈소판 등이 함유돼 있다. 혈소판에는 출혈을 방지하는 작용이 있어서 이것이 감소되면 출혈이 일어나기 쉽다.

한편 혈구에는 적혈구나 백혈구 등이 포함돼 있다. 적혈구는 산소를 운반하는 작용을 하며, 부족하면 산소부족으로 인해 빈혈이 발생한다. 백혈구는 질환이 생겼을 때 저항한다.

1) 혈액의 기능은 무엇인가?

2) 나눠진 두층 중에서 붉은색은 어느층이며 왜 붉은색인가?

3) 상처 난 곳에서 피가 굳는데 관여하는 단백질과 작용을 말하고, 혈액응고를 방지할 수 있는 여러가지 방법에 대해 설명하라.

4) 혈액형이 B(BB)형이며 Rh+(DD)형인 남성과 O형이며 Rh-(dd)형인 여성 간에 태어난 아기는 어떤 응집원을 가지게 되는지 말하라(괄호 속은 유전자형).

5) 4)번 문제의 남성과 여성 간에 태어날 아기에게 문제가 생길 수

있는 것은 어떤 경우인가? 방지할 방법은 무엇인가?

-> 전문가 클리닉

혈액의 기능과 성분, 혈액형에 대해 전반적으로 다룬 문제입니다. 혈액응고는 효소의 작용이고, 혈액의 응집반응은 항원-항체 반응이라는 것을 짚고 넘어가시기 바랍니다. 응고가 효소의 작용이기 때문에 효소의 작용을 방해하면 응고를 방지할 수 있습니다.

혈액형은 ABO식과 Rh식이 있습니다. 적혈구의 세포막에 붙어 있는 탄수화물의 종류에 따라 응집원(항원)이 결정되고 혈액형이 나뉩니다. 예를 들어 A형은 적혈구 표면에 응집원 A를 가지고 있어서 응집소(항체) β를 가진 B형과 섞이면 항원-항체 반응을 일으켜서 응집됩니다. Rh형은 붉은털 원숭이의 혈액을 토끼에 주사해 얻은 토끼의 혈청을 사람의 혈액형과 섞었을 때 혈구가 응집하는 경우에 Rh+, 응집하지 않는 경우에는 Rh-입니다. 즉 응집원이 있으면 (+) 이고 없으면 (-)가 됩니다.

5)번 문제는 적아세포증에 관한 것입니다. 첫번째 임신에서 Rh+인 태아의 적혈구가 태반을 통해서 모체에 들어가면 외부물질로 인식해 그에 대한 항체가 형성됩니다. 두번째 임신부터는 모체 내의 Rh+ 항체가 태반을 통해 태아에게 전달돼 태아의 적혈구를 파괴하고 태아를 사산시킵니다. 예방법은 첫번째 아기의 적혈구가 모체로 들어 왔을 때 그것을 없애도록 미리 Rh+에 대한 항체를 투여하는 것입니다.

-> 예시답안

1) 혈액의 기능은 다음과 같습니다. 첫번째는 물질운반기능으로 폐에서 받은 산소를 온몸에 공급하고 이산화탄소를 몸 밖으로 내보냅니다. 두번째는 체온조절기능으로 외부온도의 변화에 대해 수축이완작용으로 체온을 일정하게 유지시킵니다. 세번째는 면역기능으로 외부물질의 침입에 방어하며, 네번째는 응고기능으로 상처가 났을 경우 엉겨 붙어 출혈을 멈추게 합니다.

2) 붉은색을 띠는 것은 적혈구가 가라앉은 아래층입니다. 적혈구 속에는 산소를 운반하는 헤모글로빈이라는 혈색소 단백질이 있는데, 철(Fe) 원자를 가지고 있어 붉게 보입니다.

3) 상처가 나서 혈액이 노출되면 혈소판이 파괴되면서 트롬보키나아제가 Ca2+와 함께 프로트롬빈을 트롬빈으로 만들고, 트롬빈은 피브리노겐을 피브린으로 만듭니다. 결국 피브린이 혈구와 엉켜서 혈액이 응고됩니다.

혈액응고를 방지하려면 각 단계 중 하나를 억제하면 됩니다. 저온처리로 트롬보키나아제나 트롬빈 등의 효소작용을 억제할 수 있고, 시트르산나트륨이나 옥살산나트륨을 처리하면 Ca2+를 제거해 응고를 방지할 수 있습니다. 헤파린이나 히루딘을 첨가해 트롬빈의 생성과 작용을 억제하거나 유리막대로 저어줘 피브린을 제거하는 방법을 통해 응고를 방지할 수 있습니다.

4) 태어난 아기의 혈액형은 B(BO)형이 될 것이므로 응집원 B를 가집니다. 또한 Rh+이므로 응집원 D를 가집니다.

5) Rh+인 첫번째 아기를 분만 중 태반의 상처 등 어떤 기작으로 인해 태아의 Rh+형 적혈구가 모체의 혈액 내에 투입되면 산모는 Rh-이므로 응집원 D에 대한 항체를 형성하게 됩니다. 이렇게 만들어진 산모의 항체가 태반을 통해 Rh+형의 두번째 태아에게 흘러가면 Rh+적혈구와 응집반응을 일으켜 태아에게 심한 황달, 빈혈 등의 증상을 일으키며 심한 경우 목숨을 잃게도 됩니다.

이것을 예방하는 것은 첫번째 아기의 출산 직후에 산모에게 Rh+에 대한 항체를 투여해 흘러들어온 태아의 Rh+적혈구를 자체적으로 제거할 수 있게 만듭니다.

4. 염기의 쌍쌍파티-DNA와 게놈

DNA를 구성하는 4가지 염기에는 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 시토신(C)이 있다. A와 T, G와 C가 서로 상보적인 결합으로 짝을 이뤄 이중나선 구조를 이룬다. 이 염기들의 순서가 형질을 결정하는 유전정보다.

1) 염기, DNA, 사람의 염색체와 게놈의 상관관계를 설명하라.

2) 각각 20쌍의 염기로 구성된 DNA가 두종류 있다. 1번 DNA는 염기의 조성비가 (A+T)/(G+C)=1.5이며, 2번 DNA는 (A+T)/(G+C)=3이다. 각 DNA에서 아데닌(A)의 수를 구하라. 또한 이중가닥의 DNA를 단일가닥으로 만들기 위해 열을 가할 때 온도는 두 종류 DNA 중에서 어떤 것이 더 높을까?

3) 하나의 세포에 들어 있는 사람의 DNA에는 30억개의 염기쌍이 들어 있고, 염기쌍 사이의 거리는 3.4Å(1Å=10 ^-10m)이다. DNA를 반지름이 약 10Å인 긴 원통으로 가정하고 하나의 세포에 들어 있는 사람의 DNA를 구로 만들어 세포핵 속에 채워 넣는다면, 세포핵의 반지름은 최소한 얼마가 돼야 하겠는가? (서울대 지필고사 응용)

4) 염기 3개가 하나의 아미노산을 지정한다. 인간 몸의 단백질이 평균 3백개의 아미노산으로 이뤄져 있다면 하나의 단백질을 암호화하기 위해 필요한 염기수는 몇개인가? 30억개나 되는 염기쌍이 인간의 게놈을 구성하는데, 인간 유전자의 수를 3만개라고 가정한다면 유전자는 전체 DNA 염기서열 중 대략 몇 %에 해당하며, 왜 이렇게 되는가?

-> 전문가 클리닉

DNA의 구조와 샤가프의 법칙, 게놈의 구조에 관한 문제들로 상당히 자주 출제됩니다. DNA는 염기, 당, 인산으로 이뤄진 뉴클레오티드가 길게 연결된 것이며, 염기끼리 마주보며 수소결합을 하고 있어 이중나선구조를 이룹니다. 예를 들어 한쪽 가닥에 아데닌이 있으면 다른 가닥에는 티민이 있고, 시토신이 있으면 구아닌이 쌍을 이룹니다. 이때 아데닌과 티민은 수소결합 2개, 구아닌과 시토신은 3개로 결합하므로 구아닌/시토신 결합이 더 강함을 알 수 있습니다. 염기들의 상보적인 결합 때문에 DNA에서 A와 T, G와 C의 개수는 같습니다. 이것이 샤가프의 법칙입니다.

4)번 문제에서는 인간을 포함한 진핵생물의 염색체 속의 유전자가 어떤 구조인지 묻습니다. 염기 3개가 한조를 이뤄 하나의 아미노산을 암호화하는 것을 트리플렛 코돈이라고 합니다. 또한 게놈은 아미노산을 암호화하는 부분으로만 이뤄져 있지 않습니다. 적어도 게놈에는 조절 부위와 인트론이라는 부분이 있습니다. 특히 유전자의 발현을 조절하는 프로모터라는 부분이 있는데 특정 유전자를 작동시키기 위해 필요한 여러 단백질이 붙는 자리라고 볼 수 있습니다. 또한 핵이 없는 원핵생물과는 달리 진핵생물에는 인트론과 엑손이 있습니다. 인트론은 mRNA 상에서 제거되고 그후 아미노산을 암호화하고 있는 엑손이 단백질을 발현합니다. 따라서 꼭 필요한 염기보다 더 많은 수의 염기를 가지고 있습니다.

-> 예시답안

1) DNA는 뉴클레오티드의 중합체이고, 뉴클레오티드는 염기, 당, 인산으로 구성되며, 염기에는 아데닌, 구아닌, 티민, 시토신의 4종류가 있습니다. 또한 DNA와 히스톤 같은 단순 단백질이 결합해 염색체를 이룹니다. 사람의 경우에는 22쌍의 상염색체와 X 혹은 Y의 성염색체를 합해서 23쌍의 염색체를 가집니다. 게놈은 생물체가 가지고 있는 유전정보의 총합이므로 23쌍의 염색체 세트가 인간의 게놈입니다.

2) 1번 DNA 경우 염기쌍의 비율이 1.5이고 전체 염기쌍이 20쌍이므로 (A+T)가 12쌍, (G+C)가 8쌍입니다. 따라서 아데닌의 수는 12개가 됩니다. 2번의 경우도 같은 식으로 구하면 (A+T)의 수는 15쌍이 되며 아데닌의 수는 15개입니다. 아데닌과 티민은 이중결합을 하고 구아닌과 시토신은 삼중결합을 하고 있습니다. 따라서 구아닌과 시토신의 삼중결합을 끊는데 에너지가 많이 소모되므로 1번 DNA에서 온도가 더 높이 측정됩니다.

3) DNA를 한 줄로 연결했을 때의 길이는 염기쌍 사이의 거리에 염기쌍의 수를 곱한 값이므로 약 1m(3.4×10^-10m×3×10⁹)가 됩니다. 그리고 DNA 원통의 부피는 π×10^-18m³ (1m×π×(10×10^-10m)²)이고, 구의 부피인 4/3πr³과 같다고 놓으면 원통의 반지름은 대략 1μm(1×10^-6m)가 됩니다. 따라서 세포핵의 반지름은 최소한 1μm는 넘어야 합니다.

4) 염기 3개가 하나의 아미노산을 암호화하는데 아미노산 3백개가 단백질 하나를 구성하고 마지막에는 정지코돈이 필요하므로 하나의 단백질에 필요한 염기수는 9백3개(3×300+3)입니다. 유전자가 3만개라면 대략적인 염기수 1천개(9백3개)에 3만을 곱해 3천만개의 염기가 필요하다는 것을 계산해낼 수 있습니다. 그러나 이는 실제 게놈 30억쌍 중에서 1%에 불과합니다. 아미노산을 암호화하고 있는 부분 이외의 다른 것들이 많이 존재한다는 의미로 해석됩니다. 하나의 유전자를 발현하기 위해서는 그 유전자 앞부분에 조절부위가 필요하고, 실제로 아미노산을 암호화하지 않는 부분인 인트론이 존재합니다.