202104 생명과학2 01

과학/생명과학 1 & 2
2023. 4. 12. 03:41

2021년 4월 생명과학2 부터 차근차근 정리하도록 하겠습니다.

정답. ⑤
A는 중심체, B는 골지체, C는 리소좀이다.

골지체는 여러 시스터나가 겹쳐진 구조이다.
리소좀은 가수 분해 효소가 있어 세포내 소화를 담당한다.

▣ 리소좀은 많은 진핵세포들이 모든 종류의 고분자들을 소화(가수분해)하기 위해 가수분해효소가 들어 있는 막으로 된 소낭이다. 리소좀 효소들은 리소좀 내의 산성 환경에서 가장 잘 작용한다. 리소좀이 망가져서 열리거나 그것의 내용물이 새어나오면, 빠져나온 효소들은 별로 활성을 띠지 못하는데 이는 세포질이 중성 pH를 갖기 때문이다. 그러나 효소들이 많은 수의 리소좀으로부터 과도하게 방출되면 자신을 소화하여 세포를 파괴할 수 있다.

정답. ⑤
(가)는 표피 조직계, (나)는 기본 조직계, (다)는 관다발 조직계이다.

기본 조직계에는 유조직이 있고,
관다발 조직계를 통해 물과 양분이 이동한다.

▣ 식물의 조직계
표피 조직계: 식물체 내부를 보호하고 수분 출입을 조절한다.
관다발 조직계: 물과 무기 양분의 이동 통로인 물관부와 동화 양분의 이동 통로인 체관부로 구성되며, 형성층이 포함되는 경우도 있다.
기본 조직계: 표피 조직계와 관다발 조직계를 제외한 나머지 부분으로 물질대사가 왕성한 유조직(광합성과 호흡, 물질 저장)과 식물체를 지지하는 기계 조직으로 구성된다.

정답. ②
㉠은 DNA, ㉡은 녹말, ㉢은 인지질이다.

DNA와 녹말의 구성 성분에 모두 당이 포함되고,
DNA와 인지질의 구성 원소에 모두 인(P)이 포함된다.

ㄱ. ㉠은DNA이다.
ㄴ. DNA의 기본 단위는 뉴클레오타이드이고, 녹말은 단당류인 포도당으로 구성된다.

저장용 다당류
저장용 다당류에는 식물성과 동물성이 있는데 먼저 식물성부터 알아봅시다. 식물의 당 저장 방식은 녹말이고, 녹말은 한 종류의 단당류로 구성된 다당류의 한 종류로써 동종다당류라고 불립니다. 녹말에는 다음의 2가지가 존재합니다.

아밀로오스 : alpha 포도당만으로 이루어져 있으며, alpha-1,4 글리코시드 결합만으로 연결되어 있습니다. 따라서 분자에 곁가지가 없으며 나선형의 strain 구조를 가집니다. 나선형으로 꼬여있기 때문에 분자 구조 자체가 빈틈이 많이 있습니다. 베네딕트 환원 반응은 일어나지 않고, 요오드-요오드화(KI-I) 칼륨 반응은 일어납니다. 이것은 요오드-요오드화 반응에서 아밀로오스 구조 특성상 용액이 잘 스며들기 때문이고 따라서 청남색으로 관찰됩니다.

아밀로펙틴 : alpha-1,4 글리코시드 결합 / alpha-1,6 글리코시드 결합이 복합적으로 구성되어 있으며 곁가지가 있고, 직선형 구조를 가집니다. 아밀로오스와 다르게 분자 자체에 빈틈이 많이 없고, 따라서 요오드-요오드화 용액이 잘 스며들지 않아 요오드-요오드화 반응이 잘 일어나지 않고 적갈색으로 관찰됩니다.

여기서 주목해야할 것이 아밀로펙틴의 환원 말단은 1번 탄소이고 분자 전체에 1개뿐입니다. 환원 말단은 알데히드기이고 결합이 잘 분리되는 부분입니다. (환원 말단은 본인은 산화가 많이 진행된 상태라는 의미로 분해) 비환원 말단은 환원 말단 1개를 제외한 분자 전체의 모든 말단(4번 탄소)이고 결합이 잘 분리되지 않습니다. 또한 아밀로오스는 수용성입니다.

글리코겐 : 글리코겐은 동물의 당 저장 형태이며 근육에서 주로 에너지를 저장하는 데에 사용됩니다. alpha-1,4 글리코시드 결합으로 주 사슬을 구성하고 alpha-1,6 글리코시드 결합으로 곁가지들을 구성합니다. 단세포에서 주로 글리코겐의 형태로 당을 저장하고 있는데, 만약 당을 글리코겐이 아닌 포도당 단위체로 저장한다면 수용성이므로 물에 녹아 단세포 내 농도가 높아지고, 삼투 평형에 의해 물이 내부로 들어와 세포가 파괴되게 됩니다. 따라서 글리코겐으로 저장하면 (1) "불용성"이라 삼투 평형에 의해 세포가 파괴되지도 않고 (2) 녹지않고 저장도 가능하기 때문에 이러한 방식을 사용하는 것입니다.

글리코겐에 대해 조금만 더 이야기해보자면, 글리코겐은 간에서도 사용되고 근육에서도 사용되나, 둘의 차이점은 간은 양방향으로써 전달이 되는 것이지만 근육은 근육 자체에서 글리코겐을 소모해버리기 때문에 근육으로의 단방향으로 글리코겐이 전달됩니다. 간은 신체 전체에 사용되는 글리코겐을 담당하지만 저장량 자체는 골격근이 더 많습니다.

저장되었던 글리코겐이 다시 에너지로 사용될 때에는 비환원 말단쪽에서부터 포도당들이 하나씩 떨어져 나오며 사용됩니다. 이 때 비환원 말단에만 작용하는 분해효소(glycogen phosphorylase, 가인산분해)가 동시에 여러 비환원 말단 쪽에서 반응을 일으켜 분해하는 것입니다. 여기서 glycogen phosphorylase는 에프네프린과 글루카곤이 활성화시키고, 이 때 분해가 효소의 이름만 보아도 알 수 있듯 가수분해가 아닌 가인산분해임을 알아두어야 합니다.

이외에도 동물의 침이나 소장에서 분비되는 alpha-아밀라아제, glycosidase도 글리코겐이나 녹말을 분해할 수 있습니다. 소화시켜야 하니까 당연합니다.

구조용 다당류
구조용 다당류들은 말 그대로 생물 내에서 구조를 유지하기 위해 형태를 이루고 있는 다당류이고, 공통적으로 삼투에 저항하기 위해 구성된다는 특성이 있습니다.

셀룰로오스 : 셀룰로오스는 단당류들이 beta-1,4 결합을 통해 연결되어 있습니다. 여러 다당류 사슬들이 겹겹이 탈수축합 반응을 통해 층상구조로 연결되어 있습니다. 셀룰로오스 분해효소인 beta-cellulase에 의해 분해됩니다.

키틴 : 키틴은 앞에서도 여러 번 언급했지만 절지동물의 외골격과 균계의 세포벽을 구성하고 있는 물질이며, N-아세틸글루코사민이 단위체가 되고 역시 beta-1,4 결합으로 이루어져 있습니다. 셀룰로오스와 구별되는 특징은 다층이 아닌 단층으로써 세포벽을 구성하고 있다는 점이 되겠습니다.

정답. ⑤

그림 (가)는 α-포도당 단위체가 α-1,4 글리코시드 결합으로 형성되는 중합체로 식물의 저장 다당류인 아밀로오스이다. 아밀로오스는 녹말의 가장 간단한 형태로, α-1,,6 글리코시드 결합에 의해 가지를 형성하는 아밀로펙틴과는 달리 가지가 없다.

그림 (나)는 N-아세틸글루코사민 단위체가 β-1,4 글리코시드 결합으로 형성되는 선형의 중합체인 키틴이다. 키틴은 곤충류 및 갑각류와 같은 절지동물의 외골격과 균류의 세포벽 성분의 주요 구조 다당류이다.

그림 (다)는 β-포도당 단위체가 β-1,4 글리코시드 결합으로 형성되는 선형의 중합체인 셀룰로오스이다. 셀룰로오스에는 가지가 전혀 없으며, 여러 개의 –OH가 존재하기 때문에 평행으로 놓여 있는 다른 셀룰로오스분자의 -OH기와 수소결합을 형성할 수 있다. 그러므로 평행한 셀룰로오스 분자들이 다발을 형성하여 미세원섬유를 형성한다. 이러한 특징 때문에 식물의 세포벽에서 구조적 지지를 위해 사용되며, 높은 인장력을 형성한다.

그림 (라)는 동물의 저장 다당류 형태인 글리코겐이다. 글리코겐은 α-포도당 단위체가 α-1,4 글리코시드 결합으로 형성된 선형 중합체 사슬에 α-1,6 글리코시드 결합으로 가지가 더해진 중합체인데, 글리코겐은 아밀로펙틴보다 더 많은 가지를 가지고 있다.

① (가), (다), (라)는 포도당이 단위체이다.
(나)는 키틴으로 N-아세틸글루코사민이 단위체이다.

④ 요오드 반응으로 검출할 수 있는 물질은 α-1,4 글리코시드 결합을 포함하는 녹말이다. 따라서, 녹말의 한 형태인 아밀로오스(가)와 글리코겐(라)이 요오드 반응으로 검출될 수 있다.
(다)는 β-1,4 글리코시드 결합으로 형성되는 중합체인 셀룰로오스이므로 요오드 반응으로 검출되지 못한다.

정답. ④
시트르산 회로의 5번째 반응에서 숙시닐 CoA가 숙신산으로 전환될 때 기질수준 인산화에 의해 GTP가 생성된다. 따라서 사람의 간세포의 시트르산회로(TCA 회로)에서 (라)가 생성된다는 설명은 옳다.

뉴클레오타이드는 질소성염기, 5탄당, 하나 이상의 인산기로 구성되는데, 질소성염기로 두 개의 고리를 가지는 퓨린(아데닌, 구아닌)이나 한 개의 고리를 가지는 피리미딘(티민, 시토신, 우라실) 중 어느 하나를 가진다.

RNA를 구성하는 뉴클레오타이드는 2번과 3번 탄소에 –OH를 가지는 리보오스를 5탄당으로 가지고, DNA를 구성하는 뉴클레오타이드는 2번 탄소에 –H를 가지는 데옥시리보오스를 5탄당으로 가진다. 한편, 2번과 3번 탄소에 모두 –H를 가지는 5탄당은 디데옥시리보오스라 하는데, 이것은 핵산의 단위체로 이용되지는 않는다.

RNA 단위체로는 질소성염기에 따라 서로 다른 4종류(ATP, GTP, UTP, CTP)가 이용되고, DNA 단위체로도 질소성염기에 따라 서로 다른 4종류(dATP, dGTP, dTTP, dCTP)가 이용된다.

(가) 디데옥시뉴클레오타이드 삼인산 (ddATP)
(나) dATP
(다) dGTP
(라) GTP

① 생체 반응에서 주요 에너지원은 ATP이다. (가)는 ddATP이므로, ‘생체 반응에서 주요 에너지원은 (가)이다.’라는 설명은 옳지 않다.
② DNA 2중가닥에서 dATP의 염기(아데닌)는 dTTP의 염기(티민)와 2개의 수소결합을 통해 염기쌍을 형성한다.
③ (다)는 dGTP이다. 그런데 아데닐산 고리화효소에 의해 cAMP로 변환되는 뉴클레오타이드는 ATP이다. 따라서 (다)는 아데닐산 고리화효소에 의해 cAMP로 변환된다는 설명은 옳지 않다.
⑤ 피리미딘 염기는 시토신(C)과 티민(T)이다. (가)~(라)는 모두 질소성염기로 퓨린인 아데닌(A)이나 구아닌(G)을 가진다. 따라서, 모두 피리미딘 염기를 가진 뉴클레오타이드라는 설명은 옳지 않다.

(가)는 6개의 탄소로 이루어져 있는 6탄당임에도 오각형 고리를 형성하고 있으므로, 과당임을 알 수 있다. 과당은 선형구조일 때, 카르보닐기(CO)를 탄소골격 내에 갖는 케토오스이다.
(나)는 6개의 탄소로 이루어져 있는 6탄당이고 육각형 고리를 형성하는 것으로 보아 포도당임을 알 수 있다. 포도당은 선형구조일 때, 카르보닐기를 탄소골격 끝에 갖는 알도오스이다.
(다)는 RNA의 구성요소인 리보오스라는 것을 알 수 있다.
(라)는 5개의 탄소로 이루어져 있으므로 5탄당이며, 카르보닐기를 탄소 골격 내에 갖는 케토오스라는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 (라)는 광합성의 중간산물인 리불로오스라는 것을 알 수 있다.

정답. ③
설탕은 단당류인 포도당과 과당이 글리코시드결합으로 연결된 이당류이다. 따라서 설탕이 수크레이즈에 의해 가수분해 되면 과당(가)과 포도당(나)이 생성된다는 설명은 옳다.

① 글리코겐은 동물의 저장성 다당류로, 포도당 단위체로 이루어져 있다. 글리코겐은 많은 곁가지를 가지는 분자인데, 포도당 단위체가 α-1,4 글리코시드 결합을 통해 길게 연결되고 있고, α-1,6 글리코시드 결합을 통해 곁가지를 형성하고 있다. 따라서 (가) 과당은 글리코겐을 구성하는 단위체라는 설명은 옳지 않다.

② (나)는 포도당이다. 포도당은 cAMP 합성을 억제함으로써 이화물질 활성화 단백질(CAP)이 활성화되지 못하게 하는데, 그 결과 젖당 오페론의 전사는 감소한다. 따라서, (나)는 대장균에서 젖당 오페론의 전사를 촉진한다는 설명은 옳지 않다.
대장균에서 젖당 오페론의 전사를 촉진하는 당은 lac 억제자에 결합함으로써 lac 억제자를 불활성화시키는 역할을 하는 유도자인 알로락토오스(allolactose)이다.

④ (다)는 리보오스이다. 광합성의 캘빈회로에서 루비스코의 기질이 되는 물질인 RuBP는 리불로오스인 (라)가 인산화된 것이다. 따라서 루비스코의 기질인 RuBP는 (다) 리보오스가 인산화된 것이라는 설명은 옳지 않다.

⑤ (라)는 리불로오스이다. ATP의 구성 성분으로 사용되는 당은 리보오스이다. 따라서, 주어진 설명은 옳지 않다.

정답 ③

(가) ATP (나) dATP (다) cAMP

ㄷ. 문제에서 주어진 그림을 살펴보면, (가)~(다)를 구성하고 있는 질소성 염기는 모두 5각형 고리와 6각형 고리가 합쳐진 이중 고리 형태인 것을 확인할 수 있다. 이중 고리 형태인 질소성 염기는 퓨린이므로, (가)~(다)는 모두 퓨린 계열의 염기를 갖는다는 설명은 옳다

ㄱ. (가)의 당의 2’ 위치에 –OH가 붙어있는 리보오스로 구성되어 있고 인산기 3개가 결합되어 있으므로 ATP에 해당한다. ATP는 RNA의 구성 성분이므로 (가)가 DNA의 구성 성분이라는 설명은 옳지 않다.

ㄴ. 문제에서 주어진 그림을 통해 (나)는 dATP라는 것을 알 수 있다. 미토콘드리아에서 화학 삼투 인산화로 생성되는 물질은 ATP(가)이므로, (나)는 미토콘드리아에서 화학 삼투 인산화로 생성된다는 설명은 옳지 않다.