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1 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL 적중예감! 미 ( 未 ) 생 ( 生 ) 논술 - 아직생명과학논술을완성하지못한자를위한논술 -

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3 Do Scipedia! 2015 학년도수시 2 차생명과학논술대비 FINAL 미생 ( 未生 ) 논술 CONTENTS CHAPTER 0 적중예감, 그리고수능과논술 CHAPTER 1 생명과학주제톺아보기 (1) CHAPTER 2 생명과학주제톺아보기 (2) CHAPTER 3 생명과학주제톺아보기 (3) CHAPTER 4 생명과학주제톺아보기 (4) CHAPTER 5 생명과학주제톺아보기 (5) CHAPTER 6 생명과학주제톺아보기 (5) CHAPTER 7 실전모의고사 (1) CHAPTER 8 실전모의고사 (2) CHAPTER 9 실전모의고사 (3) CHAPTER 10 실전모의고사 (4) CHAPTER 11 실전모의고사 (5) CHAPTER 12 실전모의고사 (6)... 56

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5 Chapter 학년도수시논술전형대비 FINAL 적중예감 + 수능논술 1 과학논술의해결전략 논술은비판적사고와창의적문제해결능력을기반으로한논리적글쓰기 ( 서술하기 ) 이다. 최근의대학별논술고사는본연의목적과취지를거스르며, 교과과정을벗어난범위에서출제하거나혹은풀이과정과정답이어느정도정해져있는본고사형식의답안을요구하는문항으로일정부분변질된것이사실이다. 그럼에도불구하고정형화된틀을갖춘대학들은여전히수리ㆍ과학적개념및원리그자체가아닌, 그를활용한문제해결능력을평가하는데주안점을두고있으며, 나아가논거의적합성이나추론과정의타당성을평가하는데무게를싣고있다. 그렇다면논술문항을도대체어떻게비판적으로읽고, 창의적으로문제를해결하며, 논리적으로서술할것인가? 물론어렵다. 그러나답은의외로간단할지도모른다. 거꾸로추정해보자. 보통논술문제를어렵게여기는이유는다음세가지중하나이상이잘안될경우이다. 그첫번째는논제분석이안되는경우이다. 이경우는논제와제시문에대한독해력이떨어져논점이나요구사항, 그리고힌트로주어진제시자료를정확히구별하지못한다거나, 몇몇지시어의개념이나의미를이해하지못하여벌어진결과이다. 두번째는교과배경지식의부족에의한것인데, 문제를해결하기위해필요한지식의개념이없거나모호하여답안으로이끌어내지못하는경우이다. 이러한경우제시문과논제의핵심용어나내용을이해하지못할수있으며, 이해되더라도답안을구상하는데있어지식의한계를느끼게된다. 끝으로추론능력의부족을지적할수있다. 개개의과목별수업을통해공부해온우리학생들은교과별로배운내용을통합하는능력이매우취약하다. 더불어결과만을강조하는암기된지식만을취함에따라, 특정주제를다양한관점에서해석하여연관짓는능력이나, 결론을이끌어내는논리적추론 ( 증명등의 ) 능력이결여되어있는것이사실이다. 이같은한계를극복할수있는가장기초적인방법은문제해결을위한체계적방법을고안하여부단히연습하는것이라할수있다. 아래에과학논술문제해결을위한단계별접근법을간략히제안해놓았는데, 이를토대로여러분도자신만의해결전략을터득하여실전에적용해볼수있도록하자. (1) 논제의분석 문제에대한정확한이해를위해서는논제에대한철저한분석이필요하다. 논제에는답안으로작성해야할내용 ( 논점 ) 과요구사항및조건이제시되어있는데, 이는채점요소에도반영되므로매우중요한과정이라할수있다. 특히지칭된과학용어들은추상적이며함축적이므로, 이에대한이해정도는결국논제에숨어있는의미 ( 즉, 출제의도 ) 를얼마나정확하게파악할수있느냐를결정할수도있음에유의해야한다. (2) 제시문의분석 제시문은논제와관련있는내용의자료를제시함으로써출제취지및문제해결을위한실마리 ( 근거 ) 를파악 - 5 -

6 할수있도록해준다. 즉, 논제와아울러출제자의정확한의도를파악할수있는힌트를제공해준다고여기면될것이다. 따라서논제와직간접적으로연관된내용을찾아요약정리를하고, 관련수식및그림, 그래프, 도표등을재해석할수있는분석력이요구된다. (3) 해결전략의구상 논술은논리적서술이중요하다. 논리적서술은근거를통해주장의정당성을확보하는과정이다. 따라서자신의답안을객관적으로증명하기위한근거의확보가중요하다. 근거는제시문의내용이나자신의배경지식을종합하여마련할수있다. 아울러올바른추론의과정을통해근거와주장을매끈하게연결하는과정도필요하다. 1 논점의수와그내용이무엇인지확인하자 ( 논제의분석 ) 2 논점에따른조건을파악하자 ( 문제풀이에필요한내용파악 ) 3 제시문에서제공하는자료나핵심어를확보하자 ( 문제풀이를위한힌트를찾아라 ) 4 논점에따른자신의답안을한문장으로만들어보자 ( 주장 ( 또는결론 ) 만들기 ) 5 주장이나결론을뒷받침할만한가능한근거를만들자 ( 근거확보 ) 6 근거와주장을연결하는설명을하자 ( 해결전략의완성 ) (4) 답안의개요작성 구상한해결전략을설계하는과정또는추론의과정을개략적으로작성하는것이개요작성이다. 간단히정리하면, 먼저논점의내용과수를확인하고그간의유기적연계성을고려하여순서를정한후, 자신이구상한해법 ( 근거와주장 ) 을논점별로정리하는것이다. (5) 답안쓰기및퇴고 개요에따라서답안을쓰고최종적으로답안을수정하는과정이다. 자, 그러면위의해결전략을참조하여다음페이지의예시문제를풀어보도록하자

7 다음제시문을읽고논제에답하시오. < 가 > 우울증은세계적으로가장흔한정신질환중하나로, 10 % 정도의한국인이우울증을앓는것으로알려져있다. 항우울제의개발은우연에의해시작되었는데, 우울증의원인에대해처음단서를제공한것은 1960년대에고혈압치료제로개발된레저핀이라는약물이었다. 레저핀은고혈압치료에는큰효과가있었으나 20 % 정도의환자에게서심각한우울증을유발하는부작용이있었다. 노르에피네프린과세로토닌은신경전달물질의일종인데, 레저핀은시냅스소포에존재하는노르에피네프린과세로토닌수송단백질의기능을억제함으로써부작용을나타냈던것이다. 반면에결핵치료제로개발된일련의약물들은우울증세를호전시키는것으로보고되었는데, 이약물들은시냅스틈에서작용하는노르에피네프린과세로토닌분해효소를억제하는것으로밝혀졌다 년대마법의약으로알려지기도했던프로작은축삭돌기말단에존재하는세로토닌수송단백질의활성을억제시키는대표적인항우울제중하나로, 분비된세로토닌과노르에피네프린의재흡수억제제인이미프라민과함께우울증치료에사용되고있다. < 나 > 뉴런의축삭돌기말단과이웃하는뉴런의수상돌기가연결되는부위를시냅스라고한다. 시냅스를이루고있는뉴런과뉴런사이에는틈이있는데이를시냅스틈이라고한다. 축삭돌기말단까지전도되어온흥분은시냅스틈으로인해더이상다음뉴런으로전도되기어렵기때문에다른방법으로흥분이전달된다. 시냅스를이루는축색돌기끝부분에는시냅스소포라는작은주머니가있는데, 흥분이축삭돌기말단에도달하면시냅스소포에서아세틸콜린을비롯한여러가지신경전달물질이시냅스틈으로분비된다. 시냅스틈으로분비된신경전달물질은확산에의해다음뉴런의세포막으로전달되어탈분극이일어나도록하며, 이때발생한활동전위는다시전도에의해축삭돌기의끝부분으로이동한다. 시냅스틈으로방출된신경전달물질은더이상반응을일으키지않도록특정효소에의해분해되거나, 축삭돌기말단에존재하는수송단백질을통해재흡수됨으로써시냅스틈에서제거된다. 한편, 시냅스소포에도신경전달물질수송단백질이존재하는데, 이를통해빈시냅스소포안으로신경전달물질을채워넣게된다. 향정신성약물중자극제는신경전달과정에서자극을계속유지시켜신경을흥분상태로유지시키며, 억제제는신경전달과정을방해하여자극이전달되지못하게한다. [ 논제 ] 제시문 ( 가 ) 에서예로언급된레저핀과결핵치료제가우울증에어떻게영향을미치는지제시문 ( 나 ) 에근거하여각각추론하고, 항우울제를복용했을경우시냅스다음뉴런의수상돌기에서일어나는결과를예측해보시오. 또한, 제시문에근거하여예상할수있는, 우울증환자의시냅스와일반인의시냅스의기능적차이를두가지이상서술하시오

8 2 적중예감 ; 에볼라쇼크 1. 들어가며... 세계보건기구 (WHO) 가 8월 8일에볼라바이러스에대한 국제적공중보건비상사태 를선포했다. 1976년처음에볼라가발견된이래이토록많은사람이감염된사례는처음이다. WHO가비상사태를선포한건 2009년신종플루사태와지난 5월소아마비의재발이후세번째다. 그동안풍토병 (Endemic) 에그쳤던에볼라가유행병 (Epidemic) 을넘어이제대유행병 (Pandemic) 으로발전할기세다. 이전과전혀다른양상으로진화하고있는에볼라는과연우리나라까지올것인가. 2. 에볼라는 RNA 바이러스 [ 그림 ] 에볼라바이러스의생활사 3. 에볼라발병의기록 에볼라는 1976년중앙아프리카지역에서처음발생하였다. 에볼라 의유래는그해자으르 ( 현콩고민주공화국 ) 의에볼라강주변에서에볼라바이러스와유사한질병증상이보고되었기때문이다. 에볼라바이러스는현재까지발견된것으로수단, 자이르, 레스턴, 코트디부아르, 번디분교다섯종류가있다. 이중가장높은치사율을 - 8 -

9 기록한종은자이르로지난 30 년간평균 80% 이상의치사율을보였다. 4. 에볼라쇼크의주범은과일박쥐? 이번에볼라쇼크의가장유력한용의자는과일박쥐 (fruit bats) 다. 미국콜로라도주립대생물학과데이비드헤이만교수와뉴욕시민환경연합케빈올리발연구팀은학술지 바이러스 (Viruses) 4월 17일자에 과일박쥐가에볼라바이러스보균자 (reservoir) 일가능성이높다 고밝혔다. 침팬지와고릴라, 원숭이도에볼라바이러스를가지고있는데왜연구진은과일박쥐를지목했을까. 영장류는에볼라의최종숙주 (Dead-End-Hosts) 에가깝다. 인간보다는덜하지만치사율이높다. 반면과일박쥐는거의죽지않는다. 바이러스를가지고있지만자신은발병하지않고다른종에옮기기만하는병원균중간보유체다. 박쥐는에볼라뿐아니라수많은사람을죽였던마르부르크, 헨드라, 매냉글, 니파, 사스등위험한바이러스를가지고있다. 특히과일박쥐과 (Pteropodidae) 에속한 44속 173종은유독영장류에게전염력이높다. 과일이라는먹이를공유하기때문이다. 헤이만연구팀은과일박쥐무리가새끼를출산했을때특히바이러스가창궐한다는사실을알아냈다. 새끼에게줄먹이를구하는과정에서영장류와자주접촉하기때문이다. 에볼라의가까운친척인마르부르크바이러스도정확히과일박쥐의출산주기 ( 반년 ) 에맞춰증감했다. 더구나서아프리카사람들은과일박쥐를조리하지않고먹는문화까지있었다. 5. 에볼라를퇴치할방법은없는가? 세계보건기구 (WHO) 가에볼라비상사태를선언하면서미국정부는동물실험중이던에볼라치료제 지맵 (ZMapp) 을최근아프리카에공급하기시작했다. 또 DNA백신의임상시험을 9월부터진행하겠다고발표했다. 그동안치료제 백신개발에번번이실패했던에볼라바이러스. 이번엔과학자들이 식물 과 플라스미드 라는두가지무기를갖고새로운도전을시작했다. (1) 식물공장에서만든에볼라치료제 이번에볼라사태는바이오분야에서 식물공장시대 를여는중요한전기가될것이다. 미국캘리포니아주 - 9 -

10 샌디에이고소재의작은바이오제약사가만든에볼라치료제, 지맵 (ZMapp) 때문이다. 지맵은에볼라바이러스를공격하는단일클론항체 3개를혼합해만든일종의칵테일치료제다. 물론지맵이정말에볼라치료제가될지는아직미지수다. 지맵을투여받은미국인두명이빠르게낫고있지만, 아직부작용이검증되지않았다. 원숭이실험에서만치료효과가확인됐을뿐이다. 다만분명히주목할만한점이있다. 지맵은 식물공장 에서만든다. 그동안의약품생산과정에서식물은주목받지못했다. 인간에게필요한단백질항체를직접생산하지못하기때문이다. 그래서지금까지는동물에바이러스를주입했을때나오는항체를의약품으로가공해사용했다. 하지만지맵이등장하면서상황이반전됐다. 식물공장에서도항체의약품을만들수있다는게증명됐기때문이다. 식물공장은동물공장보다장점이많다. 일단비용이싸다. 또실험과정에서사람에게바이러스가전염될우려가없어안전하다. 수송이나보관도편리하다. 다만식물세포로생산한항체에는자일로오스같은식물에만있는당이붙어있어사람에게사용하기어려웠는데, 지맵은이문제를해결했다. 본격적인식물공장시대를열어젖힌것이다. 지맵을만들기위해과학자들은먼저쥐를바이러스에감염시킨다. 쥐에게서얻은항체유전자를박테리아에넣은뒤담배세포속으로집어넣는다. 에볼라항체를생산한담뱃잎을갈아서항체를추출하면끝이다. 지맵은이런방법으로생산한 3가지서로다른항체를섞었다. 1개는에볼라에감염된세포를죽이고, 나머지 2개는바이러스의복제및증식을억제한다. (2) 플라스미드로만든에볼라백신 에볼라에걸렸다면지맵같은치료제가필요하다. 에볼라를예방하기위한방법은백신이다. 백신을통해면역력을갖춘사람은아무리에볼라가공격해도끄덕하지않는다. 그렇다면에볼라백신을빨리만들어주사하면되지않는가. 그게그렇게쉽지않다. 일반적으로많이쓰이는생백신은에볼라나에이즈같은치명적질병에는섣불리사용하기어렵다. 좀더안전한백신이없을까. 과학자들은처음에바이러스형백신을생각했다. 인체에무해한바이러스에에볼라의유전자일부를넣어우리몸에넣는것이다. 바이러스가인체세포를이용해우리몸안에서에볼라의당단백질을만들면우리몸은그것을공격하는항체를만들고그과정에서면역력이생긴다. 그러나막상해보니바이러스가인간의세포에잘들어가지않았다. 번번이실패한과학자들은두번째대안을생각해냈다. 이번에 9월부터미국국립보건원 (NIH) 이임상시험에들어가는 DNA형백신, 다른말로플라스미드백신이다. 플라스미드는고리모양으로생긴 DNA인데다른세포속에들어가단백질을만드는데탁월한능력이있다. 방법은바이러스와비슷하다. 에볼라바이러스의유전자를플라스미드에끼워넣어세포속으로집어넣으면, 플라스미드는끊임없이당단백질을만들어낸다. 인체는이것을보고항체를만들어면역력을키운다. 바이러스에비해에볼라단백질을잘만들어내는것이플라스미드의장점이다. 또에볼라의유전자를조각내어넣기때문에안전하다. DNA형백신은 아프리카맞춤형 이기도하다. 아프리카는세계에서가장뜨겁고, 가난한지역이다. 바이러스형백신은운반체인바이러스의껍질이지질과단백질로돼있어열에취약하다. 백신을효과적으로쓰기위해서아프리카오지까지냉장고를들고가야되는셈이다. 반면 DNA형백신은 50 이상에서도구조를유지할수있어더위에강하다. DNA형백신은값도싸다. 에볼라에위협받는사람대부분이아프리카의가난한원주민인걸생각하면큰장점이다. 백신으로에볼라를미리예방할수있다면인간은에볼라를완전히정복할수있다. 에볼라백신은일반백신과다르다우리가어릴때보건소에서맞은예방접종은대부분 생 ( 生 ) 백신 이다. 홍역, 볼거리, 풍진, 수두같은바이러스를독성만약화시켜산채로몸에집어넣은것이다. 바이러스를열이나포르말린으로죽여서몸에집어넣는 사 ( 死 ) 백신 보다효율이좋아지금도많이쓰이고있다. 하지만생백신에도약점이있다. 에볼라나천연두처럼치사율이높은바이러스를다룰때, 자칫잘못해서환자의면역계가백신을이겨내지못하면끔찍한사태를불러올수있다. 효율도높으면서독성을완전히제거한백신은없을까. 이런고민끝에나온백신이본문에언급된유전자재조합백신 ( 바이러스형, DNA형 ) 이다. 1990년대후반부터에볼라바이러스유전자의일부를잘라서세포속에직접넣는연구가활발히진행됐고, 이번에임상시험까지하게됐다

11 에볼라치료제 지맵 의생산원리및과정 ➊ 에볼라당단백질을세부분으로쪼개쥐에주입한다. ➋ 쥐의 B세포가반응해항체를생산한다. ➌ B세포를암세포와융합시켜잡종세포를얻는다. 잡종세포는각당단백질에특이적으로반응하는항체를생산한다 ( 단일클론항체 ). ➍ 잡종세포의항체유전자를플라스미드에끼워넣는다. ➎ 재조합플라스미드를아그로박테리움이라는세균속으로옮긴다. ➏ 식물을수조에넣고, 수조를진공상태로만들면아그로박테리움이담배의세포안으로이동한다. ➐ 아그로박테리움은담배세포속에서에볼라항체를생산한다. ❽ 담뱃잎을갈아정제해에볼라항체를얻는다

12 에볼라예방주사, 플라스미드백신의생산원리및과정

13 3 수능으로논술따라잡기 (1) (1) 수능문항으로감 ( 感 ) 잡기 그림은건강한사람의신장에서오줌이생성되는과정을나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? (2012년 9월고1 전국연합학력평가 ) 보기ㄱ. 혈액에서혈구를제외한모든성분은 A 과정으로이동된다. ㄴ. A 과정을통해이동한포도당은 B 과정을통해 100 % 흡수된다. ㄷ. C 과정을통해이동한노폐물은오줌으로배설된다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 4 [ 출제의도 ] 배설기관의구조와기능이해하기 [ 해설 ] A는여과과정이며사구체에서보먼주머니로혈구, 단백질, 지방을제외한혈장성분 ( 물, 포도당, 아미노산, 무기염류, 요소등 ) 의일부가여과된다. 여과된포도당은세뇨관에서모세혈관으로 100% 흡수 (B) 되며, 모세혈관에서세뇨관으로분비 (C) 된노폐물은오줌으로배설된다. 그림은세포막의구조를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? (2012년 11월고1 전국연합학력평가 ) 보기ㄱ. A 부위는친수성이다. ㄴ. B는단백질이다. ㄷ. 세포막은선택적으로물질의출입을조절한다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 4 [ 출제의도 ] 세포막의구조와기능이해하기 [ 해설 ] 세포막은인지질과단백질로구성되어있으며, 인지질의 A 부위는소수성이고, B는단백질이다

14 (2) 논술문항따라잡기 다음제시문을읽고논제에답하시오. (2012 년건국대기출문제응용 ) < 가 > 혈액은사구체를통해신장으로들어간다. 혈액속의혈구, 단백질, 지방등을제외한분자크기가작은혈액성분들은혈압차에의해사구체의모세혈관으로부터보먼주머니로빠져나가는데이를여과라하고이때여과된액체를원뇨라고한다. 보먼주머니로여과된원뇨의성분중우리몸에필요한성분들은세뇨관을통해다시흡수되는데이를재흡수라고한다. 한편사구체에서여과를거쳤다고하더라도아직혈액내에는노폐물과불필요한무기염류들이많이포함되어있다. 이런물질들은모세혈관에서세뇨관쪽으로다시내보내지는데이과정을분비라고한다. 이러한재흡수와분비과정에는 ATP 를소비하는능동수송체단백질이관여한다. < 나 > 1928년플레밍 (Alexander Fleming) 은세균의생장을멈추게한곰팡이에서페니실린이라는항생제를발견하였다. 2차세계대전동안페니실린은감염으로인한사상자수를감소시키는데매우중요한역할을하였다. 페니실린은환자들에게투여후 3 4시간내에약 80 % 가오줌으로배설된다. 따라서유효한혈중농도를유지하기위해서는페니실린을지속적으로반복투여해야했다. 하지만당시곰팡이에서분리하는것이페니실린을생산하는유일한방법이었기때문에페니실린의공급이매우부족했다. 프로베네시드 (probenecid) 라는합성화합물은이러한페니실린의공급부족에대한해법으로개발되었다. 프로베네시드를페니실린과동시에투여하면신장의분비과정에서서로경쟁하게되어페니실린의체내혈중농도를오랫동안유지시킨다. [ 논제 ] 오른쪽그림은페니실린을단독으로투여할때혈중농도의변화에따른신장의배설속도와여과속도를측정한실험결과를나타낸것이다. 그림에서배설속도와여과속도의차이는무엇을의미하는지설명하시오. 페니실린의혈중농도와배설속도의관계를나타내는그래프가 A 지점에서꺾인이유를신장의배설과정과관련하여설명하시오. 그리고프로베네시드를페니실린과함께투여하였을경우페니실린의혈중농도와배설속도사이의관계를나타내는그래프가어떻게달라지는지를예상하고이유를설명하시오

15 (3) 예시답안으로확인하기 제시문 < 가 > 를참고하면, 신장을통해배설되는페니실린의양은사구체로부터여과되는양과세뇨관에서일어나는재흡수및분비량에의해결정된다. 배설량 여과량 재흡수량 분비량세뇨관에서모세혈관으로재흡수되는물질은보통물을포함한영양소 ( 포도당, 아미노산, 무기염류등 ) 들이대부분으로, 페니실린은이에해당하지않을것이다. 따라서페니실린의배설량은여과량과분비량에의해결정될것이므로, 페니실린의배설속도 ( 단위시간당페니실린의배설량 ) 와여과속도 ( 단위시간당페니실린의여과량 ) 의차이는분비속도 ( 단위시간당분비량 ) 를의미함을알수있다. 페니실린배설량 여과량 분비량한편페니실린의배설속도는페니실린의혈중농도가커짐에따라일정하게증가하는데, mg ml를넘어서면 (A지점) 그증가율이감소하는경향을보인다. 이는분비에관여하는능동수송체단백질의수적제한에기인한것이다. 모세혈관으로부터세뇨관으로물질을분비할경우에는 ATP를소모하며물질을운반하는능동수송체단백질이필요한데, 이들은일정한수를유지하고있기때문에물질을이동시킬수있는양에한계를가지고있다. 즉페니실린의농도가일정수준이상으로증가한다하더라도능동수송에의해분비될수있는양에는영향을미치지못한다. 그결과, 페니실린의농도가 mg ml에미치지못할때에는페니실린이증가함에따라단위시간당분비량도증가하게되므로, 단위시간당배설량이여과량보다가파르게상승한것이다. 또한 mg ml 이상일경우에는단위시간당분비량은더이상증가하지못하고일정하게유지될것이므로, 단위시간당배설량의변화는여과량의증가율과같아지는것이다. 만약이능동수송체단백질을통해페니실린과경쟁적으로분비될수있는프로베네시드를투여한다면, 페니실린의여과량에는큰변화가없을것이나분비량은상대적으로감소할것이다. 이때페니실린과프로베네시드의능동수송체단백질에대한친화도가동일하고, 페니실린을단독으로투여할때와비교하여전체투여량은같게하고페니실린과프로베네시드를같은비율로혼합투여할경우에는다음과같이페니실린의배설속도에변화를보일것이다. 페니실린과프로베네시드를 1:1로혼합투여할경우의페니실린배설속도

16 4 수능으로논술따라잡기 (2) (1) 수능문항으로감 ( 感 ) 잡기 그림은인접한두뉴런을, 그래프는뉴런의 B 지점에세기가다른자극 Ⅰ ~ Ⅲ을동일한시간동안각 1회씩주었을때 C 지점에서의막전위변화를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? (2012년 11월고2 전국연합학력평가 ) 보기ㄱ. 자극 I의세기는역치보다작다. ㄴ. 자극 Ⅱ를주었을때 A 지점에서활동전위가발생한다. ㄷ. 자극 Ⅲ보다세기가큰자극을주면 h값이커진다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 1 [ 출제의도 ] 자극의전도와전달적용하기 [ 해설 ] ㄴ. 자극 Ⅱ를주었을때 A 지점에서활동전위가발생하지않는다. ㄷ. 자극 Ⅲ보다세기가큰자극을주어도 h값은변하지않는다

17 (2) 논술문항따라잡기 다음제시문을읽고논제에답하시오. (2012 학년도고려대기출문제응용 ) < 제시문 > 시냅스전달 은시냅스를통하여한뉴런에서다음뉴런으로흥분이전달되는과정이다. 시냅스전달의특성에관한논의는오랫동안지속되었다. 시냅스전달이빠르게일어난다는사실을근거로시냅스에전류가직접흐른다고보는 전기적시냅스가설 과전기적신호가축색말단에서화학적신경전달물질을분비시켜시냅스전달이일어나는것이라는 화학적시냅스가설 이대립하였다. 두뉴런간직접전류를통과시키는전기적시냅스도소수존재하지만, 인간신경계의대부분은화학적시냅스로이루어져있다. 근육의수축을조절하는운동뉴런과근육세포사이의시냅스는아세틸콜린을신경전달물질로이용하는대표적인화학적시냅스이다. [ 논제 ] 시냅스전달을알아보기위하여아래 < 그림 1> 과같이뉴런 1의축색말단과그신호를전달받는뉴런 2로부터막전위를측정하였다. 뉴런 1의축색말단에자극용전극을넣어인위적으로전류를주입하여탈분극을유도했을때 < 그림 2> 와같은막전위변화가나타났다. 이러한실험결과를바탕으로주어진두뉴런사이시냅스전달의특성을제시문을근거로추론하시오. 또한만약뉴런 1이아닌뉴런 2의수상돌기부위에전류를주입할경우막전위변화는어떨지를예상하여자신의논거를보완하시오. < 그림 1> < 그림 2>

18 (3) 예시답안으로확인하기 뉴런 1에전기자극을주어뉴런 1과뉴런 2의막전위변화를측정한결과 ( 그림 2) 를살펴보면, 뉴런 1의축색말단에서는즉각적으로높은막전위 ( 혹은활동전위 ) 가형성된반면, 뉴런2의수상돌기는보다느리게반응하며낮은막전위가형성되었다. 이러한실험결과의차이는두지점간거리차에기인한것이라기보다는, 뉴런내부에서의흥분전도과정과두뉴런사이의시냅스에서일어나는흥분전달과정의차이에기인한것이라할수있다. < 그림 2> 를자세히살펴보면뉴런 1에가한전기자극의시간간격이뉴런 1의축색말단에서일어난막전위변화시간과일치하는것을알수있는데, 이로부터뉴런내에서일어나는자극의전기적전도는매우빠르게진행됨을알수있다. 만약시냅스틈에서도이러한전기적신호전달과정이적용된것이라면, 뉴런 2의수상돌기에서도즉각적인막전위변화가측정되었어야한다. 그러나실제결과는이러한예상과는다르게, 소폭의막전위변화가꽤긴시간이지난후에서야측정되었다. 이는시냅스에서의흥분전달과정이화학적신경전달물질 ( 아세틸콜린 ) 에의한것임을반증하는결과라할수있다. 결론적으로뉴런사이에존재하는시냅스에서는뉴런 1의축색말단에서전기자극을통해분비된신경전달물질이분비된후, 시냅스틈을거쳐확산된후뉴런 2의수상돌기를자극하여막전위변화를일으킨것이다. 뉴런 2의수상돌기에전기자극을줄경우에는같은뉴런내부의다른지점에서는즉각적으로높은막전위가형성될것이나, 뉴런 1에는아무런변화가나타나지않을것이다 ( 그림 3). 왜냐하면, 신경전달물질을분비하는소포체는축색말단에존재하기때문에뉴런 2의수상돌기로부뉴런 2의막전위터는신경전달물질을분비할수없고, 그결과뉴런 1의축색말단까지뉴런 1의막전위화학적시냅스에의한흥분전달이이루어질수없기때문이다. 만약전기적시냅스가설이옳다면뉴런 1에서도막전위의변화는일어났어야뉴런 2로의전류주입할것이다. 이러한예상결과는시냅스에의한흥분전달과정이화학적전달과정임을재차확인해줄수있는증거가된다. < 그림 3>

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21 2015학년도 2015수시학년도논술전형고려대대비논술 FINAL Chapter 생명과학주제톺아보기 (1) 1 다세포생물의대사효율 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 모든생명체는하나이상의세포로이루어져있으며, 세포는물질대사능력을가지고있는생명의특성을지닌가장작은단위체이다. 세포는세포막에의해둘러싸여있으며세포막을통해물질을세포내부로유입하고, 대사과정에서생긴노폐물을세포외부로유출한다. 생명현상의기반인세포의물질대사는세포내외부로의물질이동및세포내물질의확산에영향을받는다. < 나 > 일반적으로다세포생물체의경우몸의크기를키우기위해세포의크기를키우는대신세포의수를늘이는방법을택한다. 대부분의세포들은맨눈으로볼수없을정도로작지만, 하나의세포로이루어진개구리의알은맨눈으로관찰이가능하다. 수정된개구리알이난할을시작하면초기에는난자본래의부피증가없이세포의숫자만늘어나게된다. [ 논제 ] 제시문에서알수있는것처럼, 대부분의세포는맨눈으로볼수있을정도의크기로성장하지않는다. 대신세포는일정한크기가되면세포분열을함으로써각세포의기능에맞는적절한크기를유지한다. 이처럼세포가분열을통해작은크기를유지하는이유는작은세포가물질대사에더효율적이기때문이다. 작은세포가물질대사에효율적인이유를제시문을참고하여설명하시오

22 2 생체물질의구조와성질 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 물은극성을갖는분자이기때문에극성의분자나이온들은물에녹아서잘섞이지만, 무극성의분자들은물에녹지않아섞이지못하고분리되어자기들끼리뭉친다. 극성또는이온화부위와무극성부위를동시에가지고있는양쪽성분자들은극성물질과무극성물질의경계에존재하여양쪽의성질을모두만족시킬수가있다 ( 양쪽성분자의예 : 인지질 ). < 나 > 대부분의생체현상들은단백질과같은거대생체분자들사이또는이들거대생체분자와작은생체분자사이의결합현상에의하여조절된다. 이러한결합현상은비공유성상호작용 ( 인력 ) 의정도에따라서다양한친화도또는특이성을가지게된다. 생체내에서의비공유성상호작용은수용액상에서일어나므로소수성인력, 반데르발스 (Van der Waals) 인력, 수소결합, 그리고이온성인력이매우중요한역할을하게된다. < 다 > 아미노산은기본적으로탄소원자에아미노기, 카복시기, 수소원자, 곁사슬이결합되어있는유기분자이다. 서로다른곁사슬을가진아미노산들이펩타이드결합에의하여다양한배열로중합되면거대분자인단백질이생성된다. 단백질은분자내의펩타이드및곁사슬의물리-화학적성질 ( 크기, 모양, 극성또는무극성등 ) 에따라수용액또는세포막에서독특한구조를가지게된다. 한편뉴클레오타이드는염기, 당, 인산이 1:1:1로결합되어있는유기분자이다, 염기는질소원자를함유한탄화수소고리로이루어지며, 서로다른 5가지의염기 (A, T, G, C, U) 를지닌뉴클레오타이드간인산에스터결합을통해 DNA나 RNA와같은핵산을구성한다. [ 논제 ] 거대생체분자인단백질과핵산이보여주는다양하고특이적인비공유성상호작용이가능하도록생물들이선택한전략과비공유성상호작용에의하여나타나는단백질, DNA, RNA의구조에대해논하시오

23 3 ATP 의효용성 다음제시문을읽고각논제에답하시오. 세포호흡은유기물을산화하여에너지를얻는과정이라할수있으며생물은여기에서얻어진에너지를여러가지생명활동에이용한다. 즉, 소화과정을거쳐최종적으로흡수된포도당은세포내에서여러단계의반응을거쳐산소를소모하여이산화탄소와물로산화분해된다. 각각의반응은여러가지효소들의작용으로이루어지며, 이과정에서생성되는에너지는직접이용되지못하고일단 ATP라는물질에저장한후이용한다. 대부분의생물은포도당과같은탄수화물이나지방, 단백질등의영양소를 ATP를생산하는데이용한다. ATP에저장된에너지는우리의일상생활에서운동을하고소리를내며, 무엇인가를생각하고신체를이루는물질의합성등모든세포활동에필요하다. 인체내에서생명활동에필요한에너지는 ATP가 ADP로되는과정에서발생하는에너지다. 가수분해반응식 에너지방출량 (kj/mol) ATP H O ADP P i 36.8 ADP H O AMP P i 36.0 AMP H O A P i 12.6 ATP: Adenosine triphosphate ADP: Adenosine diphosphate AMP: Adenosine monophosphate P i : Orthophosphate [ 논제 ] 생체내의여러가지물질중에서 ATP가주요한에너지저장매체로사용될수있는이유에대해논하시오

24 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 2. 생명과학주제톺아보기 (2) 1 생체대사의특이성 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 제시문 > 우리는생존과건강유지를위해서음식물을섭취한다. 생물학에서는생명유지를위해서물질을합성하거나 분해시켜이용하는과정을물질대사라고하는데, 여기에는항상에너지의흡수와방출이따른다. 우리몸이필요 로하는에너지의절반이상을공급하는탄수화물이체내에서완전히산화되면 1g당약 4kcal의열량을낸다. 음식물에들어있는지질 ( 脂質 ) 의 90% 이상을차지하는지방은다른영양소보다두배이상의열량 (9kcal/g) 을 낸다. 몸속에서다양한기능을수행하는단백질도체내에서산화되어 1g당약 4kcal의에너지를내지만, 체내에 충분한양의탄수화물이나지방이존재하면에너지원으로는거의사용되지않는다. 탄수화물과지방은탄소 (C), 수소 (H), 산소 (O) 의세가지원소로구성되어있으며단백질은추가적으로질소 (N) 와황 (S) 을함유하고있다. 우리나라에서버려지는음식물쓰레기가연간약 500만톤에달하고, 이에대한손실비용도약 20조원이라고 한다. 더욱이처리되지않고방출되는음식물쓰레기는하천과바다의부영양화 나지하수오염등수질환경을위협하고있다. 따라서일상생활에서발생하는 [ 표 ] 음식물쓰레기의성분조성 음식물쓰레기의양을최소화하고, 불가피하게발생하는음식물쓰레기를효율적으로처리할수있는경제성과실용성을갖춘기술의개발이절실하게요구되고있다. 이러한현실적요구에부응하여음식물쓰레기를연료로사용한증기터빈을구동하고, 발전기를통해증기터빈의역학에너지를전기에너지로변환하는발전장치를제작하였다. 발전용연료로서의활용가능성을확인하기위하여오른쪽 [ 표 ] 와같은성분조성을가진건조된음식물쓰레기를완전연소시킨결과 1g당 5.2kcal의열량을얻었다. 성분탄수화물단백질지방무기고형분기타 비율 (%) [ 논제 ] [ 표 ] 와동일한성분조성을가진음식물 1g이우리몸안에서완전히분해되었을때에예상되는최대에너지생성량과발전장치에서측정된값 (5.2kcal/g) 을비교분석한다음, 그결과를해석하시오

25 2 광합성에대한이해 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 광합성은빛에너지를흡수하여물을분해하면서여러가지물질을생성하는명반응과, 명반응의산물을이용하여 CO 를포도당으로합성하는암반응의두단계반응을통해이루어진다. 명반응은물의광분해반응과광인산화반응을통해 ATP와 NADPH를생성하는단계로, 엽록체내부의그라나에서이루어진다. 그라나를구성하는틸라코이드막에는엽록소를포함한광합성색소들과전자수용체로이루어진두개의광계가존재하는데, 이들은빛을포획하여전자 (e ) 를고에너지상태로들뜨게만들며동시에물의분해를촉진한다. 한편고에너지의들뜬전자는전자전달계를거치는과정에서광인산화반응을통해여분의에너지를이용하여 ATP를합성하고, 물분해과정에서나온 H 과함께최종적으로 NADPH를생성한다. 물의광분해 H O h H e O 광인산화 ADP P NADP H e ATP NADPH H 암반응은엽록체기질인스트로마에서이루어지며, 명반응과정에서생성된 ATP와 NADPH를이용하여이산화탄소를환원시켜포도당을합성하는반응으로빛이없는상태에서도진행된다. ( 그라나 ) ( 스트로마 ) [ 그림 1] 녹색식물의엽록체내에서일어나는광합성의전과정 < 나 > 생태계생산자로서광합성생물은생명체의주에너지원이라할수있는포도당을합성하여제공하는역할을한다. 보통녹색식물의광합성은명반응과암반응이구분되어순차적으로일어나며, 반응진행장소역시분리되어있어엽록체의각기다른부분에서일어난다. 하지만녹조류와같은일부광합성미생물의경우에는이두과정의분리없이광합성의전과정이엽록체의한부분에서동시에이뤄진다는점에서큰차이를보인다. 최근과학자들은몇몇조류로부터 수소생성효소 (hydrogenase) 라는독특한 Fe Ni 단백질복합체를분리하여그구조를밝히는데성공하였다. 이효소는명반응의산물인양성자 (H ) 를수소 (H ) 로바꾸는역할을하는데, 이과정은산소의농도가높아지면산소의방해를받아곧멈춰버린다

26 [ 논제 ] 예지는머지않아도래할수소 (H ) 에너지시대를맞이하여효율적으로수소를생산할수있는방법에대해고민해보았다. 그러던중제시문의내용을활용하면생물학적원리와방법을이용해수소 (H ) 를대량생산하는것이가능하리라는결론을내렸다. 예지가내린결론을뒷받침할수있는구체적인수소생산원리및방법에대해제안하고, 이방법을통해수소를생산할경우나타날수있는문제점에대하여논하시오

27 3 세포호흡의효율 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 유기호흡과정은크게해당과정, TCA 회로, 전자전달계의 3단계로진행된다. 세포로흡수된포도당은세포질에서해당과정을거쳐피루브산으로분해되며이과정에서약간의 ATP가생성된다. 해당과정에서생성된피루브산은산소가충분히있으면미토콘드리아내로들어가미토콘드리아의기질에서 TCA회로를거치게되고이과정에서이산화탄소와수소의이탈이일어난다. 이탈된수소는 NAD나 FAD와같은전자전달물질에수용된후미토콘드리아내막의전자전달계를거쳐산소에전자를전달한다. 전자전달계에서는전자의이동에의해생긴에너지를이용하여많은양의 ATP를생성한다. < 나 > 산소공급이차단된경우많은세포들은해당과정을계속실행할수있으며, 발효에의해제한된양의 ATP를생성한다. 이과정은해당과정과함께세포질에서일어난다. 발효는해당과정에의해형성된 NADH2를피루브산을환원하는데이용하거나발효의대사물질의하나로이용하여결과적으로 NAD+ 가생성된다. NAD+ 는해당과정의중간반응을위해요구되므로그것이해당과정을통해더많은포도당을운반할수있게한다. 또한발효의전체과정을통해생성되는 ATP 양은적으나, 발효는지속적으로 ATP를생성하기위한해당과정을가능하게한다. 다만세포호흡에의해획득되는아주많은양의 ATP는아니지만기질수준인산화로부터획득할수있을만큼의 ATP가생성된다. 발효를할수있는세포가무산소상태가될때해당과정의속도는 10배이상또는그이상으로빨라진다. 그래서포도당분자당 ATP 분자로환산한효율이산소호흡과비교해서크게감소될지라도 ATP 생성의실제속도가유지된다. [ 문제 ] 효모가포도당을에너지원으로이용하는관점에서위에서제시된유기호흡및무기호흡이모두가능하다. 두호흡중효모증식에유리한것은무엇인지유추하고, 사람이효모를이용하여효율적인바이오에너지를얻기위해위의호흡과정에관여할수있는행위는어떤것이있을수있는지제시하고이를 ATP의생산효율성과연관하여논하시오

28 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 3. 생명과학주제톺아보기 (3) 1 감수분열의의의 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 사람의체세포에는 46개의염색체가들어있고이염색체수는다음세대에서도계속일정하게유지된다. 이것은감수분열이라는과정을통해염색체수가체세포의반으로감소된생식세포를만들기때문에가능하다. 감수분열은아래의 [ 그림 1] 에서나타낸바와같이감수제1분열과감수제2분열로구분되어분열과정이 2회연속해서일어난다. 감수제1분열전기에는상동염색체끼리접합하여 2가염색체를형성하고, 중기와말기를거치는동안 2가염색체는무작위적으로양극으로분리, 이동하여분열결과염색체수가반감된다. 감수제2분열은간기없이시작되며, 염색체의행동이체세포분열과정과거의비슷하다. [ 그림 1] [ 논제 ] 암ㆍ수배우자의수정을통해생식을하는이배체 (2n) 생물의체세포가가지는염색체의수가 4개라고한다. 두배우자로부터태어난자손의염색체핵상및 DNA 상대량에대해논하고, 이러한사실로부터감수분열의의의에대해유전물질총량의보존및유전적다양성의관점에서논하시오

29 2 유전법칙의이해 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 1860년대아우구스티누스회수도사였던그레고르멘델은완두콩을이용한교배실험을통해특정형질에대하여두개의대립인자가존재하며, 생식세포가만들어질때각각의대립인자쌍이나누어지므로생식세포는각각하나의대립인자만을가지게된다는것을증명하였다. 멘델은두개의대립인자중한대립인자가특성을결정하는경우그대립인자를우성대립인자라고하였고, 반대로개체의특성에영향을미치지못하는나머지대립인자를열성대립인자라고하였다. 또한멘델은생식세포가만들어지는과정중에서여러가지대립인자의쌍이독립적으로분리된다는것을완두콩의교배실험을통해증명하였다. < 나 > 다음은유전현상을연구하기위해초파리와분꽃을이용하한교배실험의결과이다. [ 실험 1] 에서자손 F 비율은 붉은색눈 정상날개 : 자홍색눈 흔적날개 =1:1 이었고, [ 실험 2] 에서자손 F 의비율은 붉은색분꽃 : 분홍색분꽃 : 흰색분꽃 =1:2:1 의비율로나타났다. [ 논제 ] 제시문 ( 나 ) 에서 [ 실험 1] 과 [ 실험 2] 의교배결과는멘델의유전법칙으로설명되지않는유전현상이다. 각실험의결과가멘델의유전법칙중어떤법칙에어긋나며, 왜그러한교배결과가나타나는지설명하시오

30 3 유전물질의특이성 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 모든생명체의유전자는당, 인산, 염기로구성된 DNA로이루어져있다. DNA는두개의평행한사슬을가지고있는사다리모양의분자로서당과인산기가수직방향으로번갈아나타난다. 양사슬의각당에는염기가곁가지로부착되어있으며, 이들염기간의수소결합이이루어져사다리의발판형태를띤다. 염기는 [ 그림 ] 과같이 4개의분자, 즉아데닌 (A), 구아닌 (G), 시토신 (C), 티민 (T), 중어느한가지가될수있다. 염기쌍의결합은두가지방법이있다. 아데닌과티민사이와구아닌과시토신사이의수소결합이그것이다. 살아있는세포에서 DNA 사다리는이중나선을형성하며, 사슬을따라염기가붙어있는순서는유전적정보를암호화하여저장하는역할을한다. [ 그림 ] < 나 > 염색체를구성하는이중가닥 DNA를 95 에서충분히가열하면단일가닥으로분리된다. 그후천천히온도를낮추면 DNA는단일가닥에서이중가닥의 DNA를재형성하게된다. 이과정에서단일가닥의양이전체 DNA 양의 50% 가되는온도를 이라고정의한다. [ 논제 ] 온천에서분리된세균의염색체 DNA를추출하여충분히가열한후, 온도의변화에따른단일가닥 DNA의양을측정하여오른쪽그림과같은그래프를작성하였다. 이를이용하여분리된세균의 ( 으로표시 ) 값을결정하였다. 동시에대조군으로서일반적인호수에서식하면서염색체의길이가동일한유사박테리아의 ( 로표시 ) 값을측정하였다. 대조군에비해온천에서분리된세균의 값이높은이유를추론하시오. ( 모든실험조건은동일하다.) 림 단일가닥의 DNA 양 (%) 호수에서서식하는유사세균의 DNA 온천에서분리된 T 세균의 DNA m2 T m 온도 ( C)

31 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 4. 생명과학주제톺아보기 (4) 1 DNA 복제와텔로미어 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > DNA 복제가되기위해서는먼저모분자를구성하고있는두가닥의수소결합이끊어지면서나선이풀어져야한다. 복제가시작되는지점인복제원점에헬리케이스라는효소가부착하여모가닥의 2중나선이풀어진다. 2중나선구조가풀어지기시작하면 DNA 부분이 Y자형으로나타나게되는데이부위를복제분기점이라고한다. DNA 중합효소는뉴클레오타이드의 3 말단에만뉴클레오타이드를첨가할수있기때문에복제원점과복제분기점에서만들어질새로운 DNA 가닥을합성하기위해서는미리만들어진단일사슬 RNA가필요하다. 이단일사슬 RNA는 RNA 프라이머라고하는데, 프라이메이스에의해합성된다. RNA 프라이머가만들어진후, DNA 중합효소가 RNA 프라이머의 3 말단에주형 DNA 가닥의염기와상보적인염기를가지고있는새로운 DNA 뉴클레오타이드를부착한다. 이처럼새로만들어지는 DNA 가닥이 3 말단에새로운뉴클레오타이드를첨가하는방식으로이루어지기때문에DNA 복제는 5 3 방향으로만일어나게된다. 따라서 DNA 가닥이복제원점을중심으로지퍼처럼열리기때문에새로생기는가닥중한가닥에서는복제분기점을향하여 5 3 방향으로연속적으로합성되나다른가닥에서는 DNA 2중나선의두가닥이조금씩풀릴때마다복제분기점에서부터새로운 DNA 가닥이만들어지게되어짧고분리된 DNA 가닥이합성된후 DNA 연결효소에의해연결된다. 이짧은 DNA 가닥을발견자의이름을따서오카자키절편이라고한다. 주형 DNA를따라연속적으로합성되는 DNA 가닥을선도가닥이라고하며, 오카자키절편과같이비연속적으로합성되는가닥을지연가닥이라고한다. 복제가진행되다가 RNA 프라이머를만나면 DNA 중합효소에의해서 RNA 프라이머가제거되고 DNA 뉴클레오타이드가대신부착되며, DNA 연결효소에의해서복제된새로운DNA 가닥과연결시키면새로운 DNA 가닥이완성된다

32 < 나 > 2009년노벨생리의학상은텔로미어와텔로머레이스효소의기능을규명한세명의미국과학자블랙번, 그라이더, 쇼스택에게돌아갔다. 세포는분열전에염색체를복제한다. 염색체의끝은텔로미어로구성되며, 세포가분열할때마다각텔로미어의끝은조금씩없어져서텔로미어가거의소실되면결국세포는분열을멈추고죽게된다. 따라서사람몸의세포들은텔로미어라는내재된시계에의해약 50회정도의세포분열후소명을마치는것이다. 그리고, 텔로머레이스는염색체말단에서소실된텔로미어를복원하는역전사효소이다. 세포분열과정중염색체는텔로미어가짧아진두염색체로복제된후텔로머레이스의기능에의해각염색체의텔로미어가복원된다. 이후세포는둘로나누어진다. 텔로머레이스는대부분의체세포에서양이매우적고활성이낮으나, 조혈간세포나암세포등에서는매우많은양이관찰되고활성도높다. [ 논제 ] 진핵세포는텔로미어를통해 DNA 복제시발생할수있는유전체의손실을방지한다. 진핵세포가유전체를복제할때유전체말단의손실이일어나는이유를설명하고, 이로부터텔로미어의기능에대해논하시오

33 2 유전자발현의조절 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 유전자는특정단백질을만드는데에대한지시를내린다. 그러나유전물질인 DNA로부터직접단백질이생성되는것은아니다. DNA에담겨있는유전정보는 RNA라는중계자에의해단백질합성과정으로전달된다. 유전자에저장된정보로부터단백질을합성하여형질이나타나는과정을유전자발현이라고하며, 이과정에서유전정보가 DNA에서 RNA로, RNA에서단백질로발현되는흐름을생명의중심원리라고한다. [ 그림 1] 생명의중심원리 < 나 > 생물체는다양한방법으로유전자의발현을조절한다. 1960년대초반프랑스의생화학자자콥과모노는대장균에서젖당분해에관여하는효소를연구하던중에유전자의발현조절과정을발견하였다. 대장균은평상시에는젖당 ( 락토오스 ) 을분해하는효소를만들지않으나, 젖당이외의다른에너지원이없으면대장균은젖당을분해하는효소를만들어낸다. 이때, 만들어진효소들 ( 효소 A, B, C) 은하나의조절부위에의해조절되며이러한복합체를젖당오페론이라고부른다.([ 그림2]) 젖당 ( 락토오스 ) 이없을때의젖당오페론조절과정 젖당 ( 락토오스 ) 이공급될때의젖당오페론조절과정 [ 그림 2]

34 < 다 > 젖당오페론에서세가지효소에대한유전정보를가지고있는유전자를구조유전자라하며, 이유전자는근처에위치한작동유전자에의하여발현이조절된다. 젖당이세포속에없으면, 조절유전자의산물인억제단백질 ( 억제자 ) 이작동유전자에결합하여구조유전자의전사를억제한다. 젖당이세포속에많이존재하게되면젖당이억제단백질과결합, 억제단백질의구조를변형시켜작동유전자와결합하는것을방해하고, 작동유전자가활성화되어구조유전자의전사가시작된다. 작동유전자옆에위치한프로모터는 RNA 중합효소와결합하는부위로구조유전자의전사를조절한다.([ 그림2]) [ 논제 ] 제시문 < 나 > 는젖당이존재할때세가지효소의전사가일어남을설명하고있다. 그러나자외선이나화학물질등은유전자의돌연변이를유발하며이변이가일어나면젖당이없어도위효소들의전사가일어나는변형대장균이만들어질수있다. (1) 어떠한돌연변이가생겼을때이러한현상이나타날수있는지논술하시오. 또한 (2) 생명공학기술을이용하여원하는시기에대장균으로부터인슐린을대량으로생산할수있는방법에대해논술하시오

35 3 돌연변이와이상형질 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 사람의혈액을원심분리하면맑은액체성분인혈장과고형성분인혈구로나누어진다. 혈구는적혈구, 백혈구, 혈소판으로구성되며, 적혈구는핵이없는세포로지름이약 8 m 이며, 산소를운반하는붉은색의헤모글로빈 (Hb) 이들어있다. 모세혈관의지름은 8~20 m 으로매우가는것은적혈구 1개가겨우통과할정도이다. < 나 > 유전자를구성하는 DNA 염기서열은여러가지요인에의해 1개이상의염기가다른염기로바뀌는경우가있다. 정상헤모글로빈 β사슬의 6번째아미노산은글루탐산 (Glu) 인데이것이발린 (Val) 으로치환되면겸상적혈구가나타나게된다. < 다 > 단백질은고유한 3차원구조로접히는 (Folding) 폴리펩티드사슬을말한다. 단백질이자연상태에서접히는구조는단백질의이폴리펩티드를이루는아미노산들의서열 (sequence) 에의해결정된다. 생화학자들은단백질의구조를 4개의단계로나누어설명한다. 특정폴리펩티드의아미노산이다른아미노산으로치환되면바뀐아미노산이가지는곁사슬 (side chain 또는 R-그룹 ) 의성질에따라서단백질의구조에영향을주기도한다. [ 논제 ] 어느등산가는평지에서는아무런증상을느끼지못하다가에베레스트산을등반하는도중극심한어지럼증을느꼈다. 이때등산가의체내에서일어나고있는변화를유전자상의돌연변이, 단백질의구조, 적혈구의구조, 어지럼증을느끼는생리적이유, 평지에서는증상이없다가높은고도에서증상이나타나는이유등의내용이포함되도록제시문 < 가 >, < 나 > 와 < 다 > 를참고하여설명하시오

36 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 5. 생명과학주제톺아보기 (5) 1 활성산소의유해성 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 폐에서기체교환을마친혈액은온몸에퍼져있는모세혈관에이르러조직세포와기체교환을한다. 즉, 분압의차이에따라산소는모세혈관에서조직세포로확산되고, 이산화탄소는조직세포에서모세혈관으로확산된다. 그런데산소는물에잘녹지않기때문에혈액에는산소를운반하는헤모글로빈이라는단백질이있다. 헤모글로빈은 4개의단위체로이루어져있으며, 각단위체는철이온이중심에붙어있는헴그룹을가지고있다 ( 아래그림참조 ). 헴에있는철이온은산소 (O ) 와결합하게된다. 대부분의생물과마찬가지로사람도철성분을직접만들어낼수없기때문에음식물이나보조제의형태로섭취하여야한다. 폐와조직세포에서일어나는기체교환, 즉외호흡과내호흡은우리몸을이루는조직세포에산소를공급하기위한작용이다. 조직세포에공급된산소는음식물로부터얻은영양소를산화하여에너지를얻는데이용된다. 세포에서이루어지는이러한영양소의산화작용을세포호흡이라고한다. 세포호흡에참여한산소는대부분물로환원되지만, 일부는초과산화이온 (O ), 과산화수소 (H O ), 수산화라디칼 ( OH) 과같은활성산소가된다. 활성산소는체내로침입하는유해인자를제거하는데에도움을주기도하지만, 활성산소가세포내에과다하게있게되면 DNA와단백질등중요한세포구성물질이손상을입게된다. 인체에는초과산화이온과과산화수소를제거할수있는효소들이존재한다. 그러나수산화라디칼은효소의공격을받지않고짧은수명에도불구하고거의모든분자들을공격하여곤경에빠뜨린다. < 나 > 우리몸속에존재하는철성분의양은약 g에불과하지만, 이 g의철성분이없으면생명을유지할수없다. 몸속의철성분은보통이온으로존재하며, 흡수된철성분은트랜스페린이라는단백질에의해몸구석구석으로운반되어진다. 원소상태의철 (Fe) 이 2개또는 3개의전자를잃으면 Fe 나 Fe 상태가될수있다. 체내에존재하는철성분은일반적으로단백질, 효소, 그리고유기화합물등과결합한복합체형태로존재하고, 복합체를형성하지않고있는 Fe 는체내의과산화수소 (H O ) 와반응하여수산화라디칼 ( OH) 을형성한다. 이라디칼은다른물질과반응하려는경향이매우크며, 주변의물질로부터전자를강제로빼앗아자신은환원되고, 반응하는상대물질은산화된다

37 [ 논제 ] 일반적으로체내에철성분이필요이상으로과다하게존재하게되면몸에해롭다고한다. 과다한철성분이몸에해로운영향을끼치는과정과그로부터생길수있는문제점들, 그리고이를해결할수있는접근방법들을제시문의내용에근거하여논리적으로설명하시오

38 2 면역반응과독 (Toxin) 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 독사 X는강력한독을가지고있다고알려져있다. 뱀독에든독성물질이무엇인지알아내기위해다음과같은실험을수행하였다. 뱀독을 90 에서 10분간처리하였더니독성이없어졌다. 뱀독에염산을처리하였더니독성이없어졌다. 뱀독에트립신을처리하였더니독성이없어졌다. < 나 > 독사 X에게물린사람에게는해독제를주사하면효과가있다고한다. 해독제를만드는방법은다음과같다. 1 소량의뱀독을말에게주사한다. 2 적당한시간이지나면말의피를뽑은후혈장을분리한다. 3 만들어진혈장의구성성분중한종류를분리해서, 뱀에게물린사람에게주사한다. [ 논제 1] 독성을나타내는뱀독의주요성분이무엇인지추정하고, 제시문 < 나 > 의해독제가독사에게물린사람을해독시킬수있는원리에대해설명하시오. [ 논제 2] 뱀독의독소역할을규명해보니, 독소가횡격막근육세포의시냅스접합부위 ( 틈또는간극 ) 에존재하는아세틸콜린수용체에특이하게결합하는것으로밝혀졌다. 이결합으로인해뱀독이사람을죽일수도있는데, 그이유를유추하시오

39 3 신경세포와약물 다음제시문을읽고논제에답하시오. < 가 > 휴지상태인신경세포의세포막안과밖에미세전극을꽂아세포막내외의전위차를측정하면 60 ~ -90mV 의값을얻을수있고, 이신경세포내외의주요이온농도는아래와같다. 이온종류 세포안의농도 (mm) 세포밖의농도 (mm) Na 5~ K Cl 5~ < 나 > 벤조디아제핀 (Benzodiazepine) 은향정신성의약품으로불안, 불면증, 흥분, 발작, 경련등의의학적치료와마취목적등에다양하게사용된다. 벤조디아제핀은첫개발이후여러변종약물이개발되었다. 예를들어, 효능이짧거나즉각적인벤조디아제핀은불면증치료에사용되며, 효능이긴벤조디아제핀은항불안제로사용된다. 아래그림과같이벤조디아제핀은 GABA(γ-aminobutyric acid, 감마-아미노부티르산 ) 라는신경전달물질의수용체에작용하여그작용을증가시키는것으로알려져있다. [ 논제 ] 신경안정제약물벤조디아제핀이처리된신경세포의활동전위발생은처리전과비교하여어떤변화가일어날것인지설명하시오

40 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 6. 생명과학주제톺아보기 (6) 1 항상성유지의원리 다음제시문을읽고논제에답하시오. < 가 > 생명체가생명활동을유지하기위해서는많은화학반응들이일어나야하고, 화학반응이일어나기위해서는일정한크기이상의에너지가필요하다. 효소는이때필요한에너지를크게낮추어반응이쉽게일어나도록해준다. 일반적으로화학반응은온도가올라갈수록반응속도가증가하지만, 효소반응은일정온도이상이되면반응속도가오히려급격히떨어진다. 이것은효소의주성분이단백질이기때문이다. 단백질은 20가지의아미노산이긴사슬모양으로연결된고분자화합물이며, 단백질의특성은일차적으로아미노산의종류와배열순서에따라결정된다. 효소를구성하는단백질은입체구조를가지고있어그입체구조에맞는특정기질에대해서만작용한다. < 나 > 사람몸무게의약 66% 를차지하는물은혈액이나조직액과같은체액의주성분이며, 세포를구성하는원형질의주성분이다. 물은용매로작용하여생물체내의단당류, 아미노산, 무기염류등의저분자물질을쉽게용해시켜양분을포함한각종물질의흡수와이동을용이하게해준다. 그외에도물은원형질내에서일어나는각종화학반응의매체가되며탈수 축합이나가수분해등의화학반응에관계하여물질대사를유지시킨다. 그리고물은다른액체물질에비해녹는점과끓는점이높고, 비열이크기때문에체온을유지하는데유리하다. < 다 > 열사병은고온조건에서에너지소비량이많은활동을할때발생하는데, 체온발산이제대로되지않아체온조절중추의능력이상실되었을때그증세가나타난다. 흔히더운날씨에 더위먹었다 라고말하는일사병도일종의열사병이다. 열사병의주요증상으로는두통, 어지러움, 구역질과함께체온이 40 이상으로오르면서땀이나지않는것등이있으며, 심해지면혼수상태에빠지게된다. 열사병증세를보이는환자는우선시원한곳으로옮기고찬물에적신수건을덮어주거나얼음찜질을해체온을낮춘뒤빨리병원으로옮겨야한다. 이러한응급처치를하지않으면인체가회복불가능한손상을입어사망하는경우도있다. [ 논제 ] 제시문 < 다 > 의밑줄친문장에언급된 회복불가능한손상 의원인을제시문의내용에근거하여설명하시오

41 2 진화의원동력 다음제시문을읽고논제에답하시오. < 가 > 바이러스는 1892년러시아의이바노프스키가담배모자이크병의병원균을조사하던중에처음으로발견되었다. 바이러스는다른생명체들처럼세포로되어있지않고대부분의경우핵산과단백질만으로이루어진간단한형태를가진다. 바이러스는 DNA 또는 RNA 중에한종류의핵산만을유전체로가진다. 바이러스의단백질은주로바이러스의복제와입자형성을위하여사용되며면역반응에중요한항원으로작용하기도한다. 돌연변이가발생하는속도는바이러스의종류마다다른데어떤바이러스는시간이지남에따라매우빠르게돌연변이를일으켜서항원으로작용하는단백질이자주바뀌기도한다. 바이러스입자는대부분의경우크기가 200 나노미터이하로매우작으며입자의바깥층을이루는단백질껍질은매우견고하다. < 나 > 세포막을구성하고있는주성분은단백질과인지질이다. 세포막의수용체성분으로주로쓰이는당단백질은당 ( 탄수화물 ) 과단백질이결합된것이다 ( 그림 ). 생물계에는세포막이라는장벽을깨고침입하는바이러스가존재한다. 예를들어, 인플루엔자바이러스는숙주세포막의당단백질에존재하는당 ( 탄수화물 ) 을수용체로인식하여숙주세포안으로침투한다. 당 ( 탄수화물 ) 당단백질 당지질 세포밖 단백질 단백질 인지질 세포안 < 그림. 세포막의모식도 > [ 논제 ] 감기바이러스에감염된지역에는감염된사람들과감염이되지않는사람들이공존한다. 이러한예를토대로 ABO식혈액형과관련된다음가상의이야기를생각해보자. 옛날에어떤지역에서 A형숙주에감염되는병이발생하였다. 그결과 A형전원이그리고 AB형의절반이사망하였다. 병은자연히사라지고여러세대가지난후, 이번에는 B형에감염되는병이발생하여 B형전원과 AB형절반이사망하였다. 다시여러세대가지난후생존한사람들의혈액형종류에대하여추론하고, ABO식혈액형의존재가치에대해서논하시오

42 3 질소의순환 다음제시문을읽고문제에답하시오. < 가 > 생태계에서생산자는무기물을받아들여탄수화물, 단백질, 지질, 핵산과같은고분자유기물을합성하고이유기물은먹이사슬을따라이동한다. 그리고생물을구성하는물질은생물이죽으면분해자에의해분해되어결국무기환경으로되돌아간다. 이처럼생태계에서생물은무기환경과끊임없이물질을주고받기때문에생물과무기환경사이에서는물, 탄소, 질소, 인과같은물질의순환이이루어진다. 대기를구성하는요소들중질소는약 78% 를차지한다. 그러나대기중의질소 (N ) 는매우안정된물질로쉽게다른물질과화학반응을일으키지않으므로동 식물은이를직접이용하지못한다. 따라서동물과식물은생육을위하여물질의합성에필수적으로요구되는질소성분을획득하는나름의방법을가지고있다. < 나 > 그림은세화분 A~C에성분과질량이같은토양을담은후, A는그대로두고 B에는콩을, C에는씨감자를심은것을, 그래프는일정기간이지난후 ( 콩깍지가생기고토양속에감자가생긴시점 ), 화분 A~C의토양과 B 와 C의식물체에존재하는상대질소량을나타낸것이다. 제시문을근거로물음에답하시오 ( 단, 화분 A~C의제시된조건이외의모든생육조건은동일하며, 별도의비료나영양분을주지않았다 ). [ 논제 ] 화분 C 보다화분 B에토양및식물체에존재하는상대질소량이많은이유를질소의순환과정에근거하여설명하시오. 또한유기농법의한방법으로감자를재배할때감자의수확을늘리기위해콩을같이키우는혼작법을이용하기도하는데, 그이유를위실험결과를근거로설명하시오

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45 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 7. 생명과학실전모의고사 (1) 다음제시문을읽고논제에답하시오. < 가 > 세포막은인지질의이중층으로이루어져있다. 이지질층에는단백질과소량의탄수화물이존재하는데, 단백질은지질층에묻혀있거나관통하고있으며지질층을떠다닐수있는구조를하고있다 ( 그림 1). 이러한세포막의구조를유동모자이크모델이라하며세포막을통한물질출입을설명하는데매우적합하다. 인지질은친수성머리부분과소수성꼬리부분으로구분되어있으며, 다시소수성꼬리부분은하나의포화지방산과하나의불포화지방산으로구성되어있다. [ 그림 2] 는인지질의구조를나타낸것이다. [ 그림 1] 세포막의구조 [ 그림 2] 인지질의구조 < 나 > 최근천문학자들과생명과학자들에게주목을받고있는공통의관심사는단연외계생명체의발견을위한외계행성의탐사연구이다. 외계행성, 특히암석으로구성된지구형행성이속속발견되면서이런행성에서생명의징후를포착하려는것이이들의주연구대상이되고있다. 얼마전 (2012년 6월 ) 에는몇몇과학전문매체들을통해토성의위성인타이탄에서막대한양의탄화수소가발견되었음을보도한바있다. 원시지구와유사한환경을지닌타이탄에서원시생명체를구성할수있는유기화합물이존재할지도모른다는점에서비상한관심을끌고있는것이다. 그러한유기화합물이존재한다면지구에서처럼막성구조물로둘러싸인지구형생명체가출현했을지도모르기때문이다. 만약원시적이나마세포의체계를갖춘생명체가존재한다면살아있는상태를유지하기위해생명활동에필수적인물질을끊임없이외부와주고받아야한다. 이러한역할을담당하는것이세포막인데, 세포막은세포의경계로써주위환경으로부터세포를보호하는기능을가지고있지만모든물질의출입을완전히막지는않는다. 세포막은물질을선택적으로통과시켜세포내의물질조성을일정하게유지시키는데, 세포막의이런성질을선택적투과성이라한다. 세포막을통한물질이동에는농도기울기에의해물질이동이이루어지는수동수송과, 에너지를사용하여농도기울기와는상관없이때로는농도기울기에역행하여물질이동이이루어지는능동수송이있다. 이러한선택적물질수송은세포막을구성하는인지질의특성과단백질의종류와관련이있다. 세포막단백질은세포의대사를원활하게조절하기위하여세포내부또는외부로물질을통과시키는수송단백질 ( 통로단백질과운반단백질 ) 일수도있고, 외부로부터온신호를인식하여세포내부로전달하는수용단백질일수도있다. 또한그외의여러기능을담당하는단백질들이세포막에존재한다

46 < 다 > 세포막단백질의구조와기능에대해많은관심을가지고있는생명과학자들이인공세포막을만들어보기위해인지질을사용하여물속에서이중막을만들었다. 이이중막은극성인물을잘통과시키지못하므로물을잘통과시킬수있도록단백질을이중막에넣어주었다. 만들어진인공세포막의물질이동특성을살펴보기위해일정량의 KCl, 글루탐산나트륨, 포도당, 과당이각각들어있는용액에인공세포막을넣어주었다. 수용액에서 KCl과글루탐산나트륨은이온화되며, 포도당과과당은동일한화학식 (C H O ) 을갖지만그분자구조는서로다르다. 한편, 포도당이중합체로전환되면물에대한용해도는감소한다. [ 문제 1] 아래의 < 그림 3> 는인지질을구성하는지방산의물리적성질을나타낸것이다. 세포막을구성하는인지질이수용성환경에서이중층을형성하며실온에서유동성을유지할수있는이유에대해인지질의구조적특성을중심으로논하시오. < 그림 3. 인지질을구성하는지방산의구조와물성 > [ 문제 2] 외계행성 X의탐사임무를마친예지 1호는지구생명체의세포막구조물과유사한유기화합물을채취하여귀환하였다. 이유기물의성분및결합구조는인지질과유사하며, 지구생명체의세포막처럼이중층을이루고있었다. 이에흥미를느낀과학자들은지구생명체의세포막과외계행성 X에서채취해온이중막의투과성비교실험수행하여다음그래프와같은결과를얻었다. 제시문 < 가 > 와 < 나 > 를참고하여각물질별로투과성을비교하고, 그러한결과가나타나게된이유에대해추론하시오

47 [ 문제 3] 제시문 < 다 > 의인공세포막안으로 K+, 글루탐산, 포도당만을선택적으로통과시킬수있는막단백질을설계하려고한다. 어떤물리, 화학적특성을고려하여막단백질을설계해야하는지설명하시오. [ 문제 4] 제시문 < 다 > 의인공세포막안에더많은양의포도당이들어가저장되도록하려한다. 이때삼투압의증가로인하여인공세포막이파괴되지않으면서다량의포도당을인공세포막내에축적시킬수있는방법을추론하시오

48 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 8. 생명과학실전모의고사 (2) 다음제시문을읽고논제에답하시오. < 가 > 세포막은세포의내부로부터외부환경을분리하는기능을하고있으며세포막을통하여많은물질들의선택적인이동이이루어진다. 일반적으로물과같은작은분자들은높은농도로부터낮은농도로확산하므로외부에너지를사용하지않고쉽게세포막을통과할수있다. 이에반하여당이나아미노산, 이온등과같은물질들은세포막투과가어려워여러가지단백질의도움을받아세포막을투과한다. 이러한단백질에는나트륨이나칼륨과같은필요한물질만정확하게맞추어세포막을통과하도록하는통로단백질 (channel protein) 이나투과물질에결합하여세포막의투과를촉진하는운반단백질 (carrier proteins) 등이있다. 이처럼수송에관여하는단백질을통한물질의세포막투과도기본적으로는농도차에의한이동이지만경우에따라서는에너지를소비하여농도차를거스르는방향으로이동이가능하기도하다. 이러한세포막의기능을통하여생리활성물질의농도가균형적으로유지되며, 특히농도차에의한물의이동은인체의균형을이루는데필수적인요소이다. < 나 > 장내의작용이영양소의흡수에중요한역할을한다면콩팥은노폐물을걸러내는기관으로작용한다. 거를필요가있는혈액으로가득한미세혈관으로부터혈액이콩팥으로들어가면포도당이나다른영양분들, 이온, 물과같이재흡수가되어사용될수있는물질들은콩팥의상피세포를통하여장내에서처럼몸안으로재수송이일어난다. 이러한과정을통하여남겨진물질들은수송을담당하는단백질이없는독성산물이나노폐물등이며콩팥이기능을다하지못하여혈액속에노폐물들이쌓일경우인체에치명적인장애를가져올수있다. < 다 > 식사를통해섭취된분자량이큰음식물은작은창자내의효소들에의해영양성분 ( 단당류, 지방산및아미노산 ) 으로분해된다. 이러한영양소들은장내로흡수가되어다시혈류속으로이동되는과정을통하여에너지원으로사용되어질수있다. 장의상피조직층은이러한물질의수송에중요한역할을하는데특히포도당의경우상피세포내로의이동은외부의에너지를필요로한다. 포도당의장내흡수를촉진하는작용은나트륨펌프에서일어난다. 일반적으로나트륨의양이세포내에비하여세포외에다량으로존재하기때문에, 이러한농도차에의한나트륨의이동시에상피세포에존재하는포도당펌프가나트륨펌프와결합하여포도

49 당이세포내로수송된다. 포도당을수송시킨나트륨은다시나트륨을세포밖으로밀어내는또다른펌프의 작용으로상피세포의안과밖을항상일정한농도로유지하게한다. [ 문제 1] 일반적으로삼투현상자체는 ATP를필요로하지않는다. 하지만실제로콩팥에서일어나는물의재흡수에는많은 ATP가요구된다. 그이유가무엇인지논하시오. [ 문제 2] 콩팥의기능장애를가진환자를치료하는대표적인방법으로혈액투석이사용되고있다. 투석은환자의혈액을몸밖으로끄집어낸다음인공적인기구를이용하여노폐물이많은혈액을건강한혈액으로바꾸어준다. 투석을위한장치를디자인하려할경우투석장치의기본적인구조와고려해야할조건, 파생될수있는문제점및그이유등을위의제시문들에근거하여설명하시오. [ 문제 3] 비브리오콜레라균에의하여감염이되는콜레라는아직도개발도상국들의주된보건문제이며세계보건기구의관리하에있는 3대전염성질병중의하나이다. 콜레라의대표적인증상은환자들의설사로인한탈수증세로, 이는콜레라의높은치사율의주된원인으로알려져있다. 콜레라의병원균이장내의상피세포에문제를일으킨다고가정하자. 위의제시문들을이용하여콜레라환자들이탈수를일으키는메커니즘을제시하고이를구체적으로설명한다음, 탈수를치료하기위하여효과적으로물을공급하는치료법을제안하시오

50 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 9. 생명과학실전모의고사 (3) 아래제시문은광합성및이와관련된식량문제및지구온난화문제에관한글이다. 이를읽고다음질문들에답하시오. < 가 > 1. 지구상의모든생명체는궁극적으로태양으로부터에너지를얻는다. 태양빛은식물세포에존재하는엽록체에의해흡수되어유기화합물을생산하는데쓰인다. 엽록체는빛에너지를화학에너지의형태로전환함으로써당과기타유기분자들을만들게되는데, 이를광합성이라부른다. 이를요약하면, 다음과같은화학식으로나타낼수있다. CO H O 빛에너지 C H O H O O 즉, 광합성이란대기중의이산화탄소와뿌리로부터흡수된물을빛에너지를이용하여포도당으로전환시키는과정이며, 이때부산물로산소가발생하게된다. 2. 광합성은빛을필요로하는명반응과빛을필요로하지않는암반응의두단계로나뉘어질수있다. 명반응은엽록체의틸라코이드막에서일어나며, 빛이물분자를분해하고이에의해전자와 ATP가생성되는과정이다. 암반응은명반응으로부터전달된전자와 ATP로부터포도당등의유기분자를합성하는과정이며빛의존재와상관없이일어난다. 3. 식물이명반응에서이용하는빛은가시광선영역의특정파장인데, 이빛은틸라코이드막의색소에의해흡수된다. 틸라코이드막의여러색소들중엽록소 a 와 1차전자수용체가반응중심 (reaction center) 을형성하며, 다른색소들은빛을흡수하여에너지를반응중심에이르게하는집광안테나의역할을하게된다. 이반응중심과집광안테나를합쳐서광계라부른다. 현재명반응에는두개의광계가존재하는것으로알려져있으며, 이둘은그최대흡수파장이다르다. 4. 암반응은명반응으로부터전달된 ATP와전자를이용하여대기중의이산화탄소를유기분자로전환시키는과정이다. 암반응에서이산화탄소는 Rubisco라는효소의활성에의해 5탄당에결합 ( 고정 ) 되어 6탄당을만들고이내두개의 3탄당으로쪼개진다. 이렇게생성된 3탄당들가운데일부가다시 5탄당을생성해내어새로운이산화탄소를고정할준비를하고나머지는포도당등여러다른유기분자의합성에이용된다. 이러한탄소고정의일련의순환반응을캘빈회로라고한다. < 나 > 광합성의암반응에관여하는 Rubisco 효소는이산화탄소를 5탄당에결합시켜유기화합물로고정하는활성이있는한편, 이산화탄소대신산소분자와결합하여 5탄당을오히려분해하는활성을띄기도한다. 이두번째의반응을광호흡이라하는데, 이러한과정이새로운유기분자를만들어내는것이아니라 5탄당을이산화탄소로분해하고오히려에너지를소모하기때문에그렇게부른다. 광합성으로만들어진유기분자의최대 50% 정도까지가광호흡으로소모되는것으로계산된다. 흥미롭게도, 몇몇식물들에서는광호흡으로인한손실을최소화하기위한특별한장치가구비되어있는것이발견된다. 그러나광호흡이전혀일어나지않는식물체는없으며이러한광호흡이진화과정에서완전히사라지지않고남아있다는것은광호흡에관련하여우리가아직까지미처이해하지못하고있는어떤고유의기능이있을가능성을시사한다. < 다 > 전세계곡물생산량이갈수록줄고있어머지않아지구촌은 30 년이상이어지는대규모식량난을겪게

51 될것이라는주장이제기됐다. 다음달발표예정인 FAO 보고서에따르면, 올해예상되는전세계곡물생산량은 20억톤으로 2004년 26억8천만톤, 지난해 23억8천만톤에이어지속적인감소추세를보이고있다. 미국농무부 (USDA) 역시올해생산량이 19억8천만톤으로전세계수요보다 5천8백만톤이모자랄것으로예상했다. 오랜경작으로토지생산성이떨어지고, 도시화탓에농지로전환할땅마저별로남아있지못한상황이이러한추세의원인으로지적되고있다. 미국환경운동단체인지구정책연구소의레스터브라운소장은 인구증가로곡물수요는점점늘어나고있으나곡물생산량을늘릴수있는추진력은잃었다 고분석했다. 식량부족문제로세계식량회의가처음만들어진 70년대에는공급부족이 3번뿐이었던데비해, 최근 7년동안에는 6번이나공급부족사태가발생했다. 브라운소장은 지구온난화와물부족, 토지침식등은식량위기를더욱부채질할것 이라며 더멀리볼것도없이우리세대를위해서식량문제를환기해야할것 이라고말했다. [ 문제 1] 해캄은녹조식물로서광합성능력이있는미생물이다. 세균에는산소를필요로하는호기성세균과산소를필요로하지않는혐기성세균이있다. 이러한해캄과호기성세균을하나의용기에넣어배양하는데, 해캄에빛을줄때에다음그림과같이프리즘을통과한빛을비추어주었다. 일정시간이지난후에다시관찰하여보니호기성세균이해캄의특정부위에몰려서자라고있음을알수있었다. 이로부터어떤사실들을추론할수있는지에대해서설명하시오. [ 문제 2] 조류 ( 藻類 ) 는식물의뿌리와줄기구조를갖지않는광독립영양생물을총칭하는이름이다. 대부분의조류는바다에서식한다. 보통바다에서식하는조류는수심이깊어짐에따라녹조류, 갈조류, 홍조류등의순서로분포하게되는데, 그이유에대해추론하시오. [ 문제 3] 어떤과학자가두개의다른파장대의빛을이용하여식물의산소발생률을측정하였다. 두파장의빛을각각식물에비추었을때의산소발생량의합은두파장의빛을동일한세기로함께비추었을때의산소발생량보다작았다. 이때다른조건은모두동일하였다. 이것으로부터광합성의명반응과정에대해추론할수있는것은무엇인가? [ 문제 4] 현재지구상에는인류가살아가기에충분한양의식량을생산해내기위한여러가지접근방법이고안또는시도되고있는데, 그중하나는식물의생산성을높이는것이다. 동일한양의태양에너지를이용하여식물이보다많은양의유기물을생산할수있도록할수있는방법과그에따른문제점에대해서구체적으로설명하시오

52 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 10. 생명과학실전모의고사 (4) 다음제시문을읽고문제에답하시오. < 가 > 세포는생물을구성하는구조적기본단위이면서생명활동이일어나는기능적기본단위이다. 전자현미경으로세포의미세구조를관찰하면여러가지세포소기관들을볼수있는데주요소기관들의기능은다음과같다. 리보솜, 소포체, 골지체등은물질의합성과이동및분비에관여하는데, 리보솜에서합성된단백질은세포질에서쓰이거나소포체의내부로들어가필요한곳으로수송되거나골지체로보내져세포밖으로분비된다. 세포의중앙에는막으로둘러싸인둥근모양의핵이있다. 핵에는유전물질인 DNA가들어있고, 핵속에존재하는인에서는리보솜이만들어진다. 엽록체와미토콘드리아는에너지대사에관여하는데, 식물세포에만있는엽록체에서는태양에서오는빛에너지를화학에너지로전환하여포도당과같은유기물로저장하고, 미토콘드리아에서는포도당과같은유기물을분해하여생명활동에필요한에너지를방출하는세포호흡이일어난다. < 나 > 산소가없는상태에서포도당을분해하여젖산을만드는과정을젖산발효라고한다. 사람의근육세포는과도한운동으로공급되는산소의양이부족할때젖산발효를하고젖산발효가일어나면젖산이근육세포에축적되어근육이피로해진다. 젖산발효가심해지면혈액내에젖산이축적되어혈액의산염기평형이깨진다. 특히산소와에너지소비량이많은중추신경계나근육, 심장, 내분비기관등은과도한젖산발효에의해근육장애, 두통, 발달장애, 학습장애, 발작등을일으킬수있다. 정상적인상황일때젖산은혈액을통하여간으로운반되며, 간세포에서피루브산으로전환된다. < 다 > 아래는정신발달장애와근육장애를겪고있고가벼운운동만으로도혈액의 ph가정상보다낮아지는유전병환자의가계도이다. 이환자들의근육세포에서는 NADH/NAD + 와 FADH 2 /FAD의비율이정상인에비해매우높게측정되었다. [ 문제 1] 산소는미토콘드리아에서포도당을분해하는데사용되며근육세포에는특히미토콘드리아가많이들어있다. 근육세포에젖산이많이축적되면쥐가발생한다. 다음의두물음에답하시오. (1) 심한운동을하는경우근육세포에서일어나는젖산발효가근육의수축기능유지에어떻게기여하는지서술하시오. (2) 낫모양적혈구빈혈증환자는정상인에비해운동량이현저히적을것으로예상된다. 낫모양적혈구빈혈증환자와건강한사람의근육운동의차이점에대해간단히설명하시오

53 [ 문제 2] 제시된가계도를이용해이질병이어떤유전방식 ( 상염색체유전, 성염색체유전, 또는그외의유전방식 ) 으로유전되는지논리적으로서술하고이질병을일으키는유전자 ( 들 ) 의위치를추론하시오. [ 문제 3] 위의유전병을일으키는유전변이가어떻게비정상적인 NADH/NAD + 와 FADH 2 /FAD 비율을야기할수있는지그원인을추론하고, 이유전변이가일어난유전자 ( 들 ) 에서발현되는단백질의이름과역할을논리적으로서술하시오

54 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 11. 생명과학실전모의고사 (5) 다음제시문을읽고각논제에답하시오. < 가 > 인슐린 (Insulin) 은우리몸의물질대사체계에중요한역할을하는호르몬중하나이다. 이자의랑게르한스섬베타세포에서분비되며, 혈액속의포도당수치인혈당량을일정하게유지시키는역할을한다. 혈당량이일정이상으로높아지면인슐린이분비되며, 혈액내의포도당을세포내로유입해다시다당류 ( 글리코겐 ) 의형태로저장하는작용을촉진시킨다. 이러한인슐린의분비에이상이있는사람의경우에는포도당을오줌으로배출하는당뇨병에걸리기쉽다. 인슐린이혈당량을낮추는작용은 2가지로이루어진다. 먼저, 간세포에서포도당을글리코겐으로저장시키는작용이있다. 그리고혈액내의포도당을세포내로이동시켜포도당의산화를촉진시키는작용이있다. 또한인슐린은생화학역사에있어서매우중요한분자이기도하다. 맨처음 1차구조식이발견된단백질이다. 1921년, 캐나다토론토대학의프레더릭밴팅과찰스베스트박사에의하여최초로이자에서채취하여인슐린의결정을얻어냈다. 그후 1955년, 프레더릭생어박사가처음으로생거법을사용하여소의인슐린구조를밝혀내었다. 소의인슐린의경우 2개의폴리펩타이드로이루어졌는데, 21개의아미노산으로이루어진폴리펩타이드 A와 30개의아미노산으로이루어진폴리펩타이드 B가공유결합 ( 이황화결합 ) 으로서로연결되어기능을수행한다. 다른포유류동물들의인슐린도매우유사한단백질 1차, 2차구조를지니고있다. < 나 > 인슐린폴리펩티드 A에는 4개의시스테인아미노산이있으며, 위치는각각폴리펩타이드 A의 6번째 (A6), 7번째 (A7), 11번째 (A11), 20번째 (A20) 아미노산이다. 인슐린폴리펩타이드 B에는 2개의시스테인아미노산이있으며, 위치는 7번째 (B7), 19번째 (B19) 아미노산이다. 시스테인아미노산의구조는오른쪽그림과같다. < 다 > 당뇨병환자의인슐린유전자를분석한결과시스테인아미노산에해당하는 DNA 염기서열에서돌연변이를발견하였다. 따라서인슐린호르몬에서시스테인아미노산의기능을알아보기위해폴리펩티드 A에존재하는 4개의시스테인을모두다른아미노산으로치환했을때인슐린의안정성이현저히감소하였다. [ 문제 1] 인슐린호르몬에서시스테인아미노산의기능이중요한이유를설명하시오. [ 문제 2] 인슐린폴리펩타이드 A에있는 4개의시스테인을다른아미노산으로각각치환하여인슐린의활성을측정하였다. A6 또는 A11을다른아미노산으로치환하면정상적인인슐린의 90% 활성을, A7 또는 A20을다른아미노산으로치환한경우는정상적인인슐린의 50% 활성을나타내었다. 이번에는 A6와 A11을모두다른아미노산으로치환하더라도 90% 활성을나타낸반면, A7과 A20을모두다른아미노산으로치환하면전혀활성을나타내지못하였다. 이실험결과를토대로폴리펩타이드 A에있는각각의시스테인아미노산이인슐린의안정성에어떻게기여하고있는지설명하시오. 그리고아미노산치환의결과가서로다른이유를설명하시오

55 [ 문제 3] 아래그림은정상적인사람이식사후에시간이경과함에따라혈중포도당농도의변화를그래프로나타낸것이다. 인슐린유전자의돌연변이에의해폴리펩티드 A의 7번째시스테인에변이가일어난환자의경우식사후에혈중포도당농도가어떻게변화할지그림으로나타내고 ( 아래그래프를답안지에옮겨그리고그위에그림으로나타냄 ), 그이유를설명하시오. [ 문제 4] 진핵생물은세포의환경조건에반응하여다양한방법으로유전자발현을선택적으로조절한다. 진핵생물의유전자발현은불필요하게에너지를낭비하지않기위하여첫번째단계인전사단계에서주된조절이일어난다. 진핵생물의유전자발현을전사, 합성한 mrna의스플라이싱, 핵에서세포질로 mrna 수송, 세포질에서 mrna 번역의 4단계로구분할때, 인슐린호르몬발현은 4단계중어느단계에서주로조절이일어날지근거를제시하여설명하시오 ( 문제 (3) 에나타낸식사후혈중포도당농도변화그래프참조 )

56 2015 학년도수시논술전형대비 FINAL Chapter 12. 생명과학실전모의고사 (6) 다음제시문을읽고각문제에답하시오. < 가 > 단백질의생성은 DNA로부터시작된다. 아데닌 (A) 과티민 (T), 구아닌 (G) 와사이토신 (C) 사이에상보적인결합을통해이중나선구조를갖는 DNA의한쪽사슬가닥이주형이되어 DNA의유전정보가 mrna로전사된다. 이때전사조절인자는유전자주위의서열들은인식하고순차적으로결합하여 RNA 중합효소가결합할수있는부위를만들며, 여기에 RNA 중합효소가결합하여전사를시작한다. DNA 아데닌 (A), 티민 (T), 사이토신 (C), 구아닌 (G) 는 mrna의우라실 (U), 아데닌 (A), 구아닌 (G), 사이토신 (C) 과각각상보적으로결합하여전사가이루어진다. 전사는 DNA 주형의 3 에서 5 방향으로진행되고, 전사되는 mrna는 5 에서 3 으로합성되며, DNA에는종결을알려주는염기서열이있어합성중단시기를알려준다. 전사된 mrna가리보솜에전해지면이곳에서그정보에맞게아미노산들을결합시켜단백질을합성하는데, 이과정을유전암호의번역 (translation) 이라고한다. mrna는개시코돈 AUG( 메티오닌 ) 를시작으로하여 3개의염기가한조가되어아미노산을지정하는데하나의아미노산과대응되는 3개의 mrna 염기서열을코돈 (codon) 이라고한다.( 표 1) 이를구체적으로설명하면, 핵에서전사된 mrna는핵막의구멍 ( 핵공 ) 을통해세포질로나와리보솜과결합하고 ( 폴리리보솜구성 ) 아미노산을운반해온 trna의안티코돈이 mrna의코돈에상보적으로결합하면서 trna에의해운반된아미노산들이펩티드결합을통해긴사슬형태의단백질이합성된다. < 나 > 단백질은 300여개이상의아미노산이탈수축합 ( 펩타이드결함 ) 을통해만들어진다. 아미노산은탄소를중심으로아미노기, 카르복시가, 수소, 그리고하나또는그이상의원자로구성된치환기 (R그룹-곁사슬) 로구성된다.( 그림1) 아미노산에연결된치환기는전하의종류에따라극성아미노산과비극성아미노산으로나눌수있다.( 표 2)

57 세포의 DNA로부터정해진순서를따라규칙적으로아미노산이배열되어각단백질독특한선형의아미노산서열이만들어지게되는데이를단백질의 1차구조라고한다. 이때폴리펩타이드사슬을따라짧고규칙적으로반복되는아미노산사이의상호작용 ( 치환기사이의전기력, 수소결합, 분산력, 이황화결합등 ) 에의해나선형 ( -나선구조) 혹은병풍 ( -병풍구조) 구조가생성되는데이를단백질의 2차구조라고한다. 그런데구부러짐이가능한아미노산들이아미노산사이의상호작용에의해 2차구조의폴리펩타이드사슬을일정한방향으로꼬이거나접히게하는데이를단백질의 3차구조라고하며, 보통구형이나섬유형의모양을갖는다. 마지막으로둘혹은그이상의폴리펩타이드사슬이아미노산사이의상호작용에의해결합하고있는복잡한형태갖는데이를단백질의 4차구조라고한다.( 그림 2) 아미노산의상호작용에의해만들어지는단백질의독특한입체구조는체내특이성을가능하게하여, 호르몬을통한항상성유지및항체를통한방어그리고효소를통한물질대사에중요한역할을한다

58 < 다 > 생명공학기술중하나인유전자재조합기술은어떤생물의유용한유전자 (DNA 조각 ) 를다른생물의 DNA 에끼워넣어재조합 DNA를만들고, 이를통해유용한물질을대량생산하는기술이다.( 그림 3) 보통대장균을이용한인슐린, 인터페론, 생장호르몬등을제조할때주로사용한다. [ 그림 3] 유전자재조합기술 대장균을이용한인슐린의생산 [ 문제 1] 코돈을구성하는세가지염기중에서세번째염기에서발생한염기의변화가첫번째또는두번째염기에서발생한염기의변화보다생물체에덜치명적인경우가많다. 그이유가무엇인지 [ 표 1] 에제시된유전암호표를이용하여추론하시오. [ 문제 2] 동물 Y의세포에존재하는효소 X를대량생산하기위해제시문 ( 다 ) 의유전자재조합기술을사용하였다. 아래염기서열은효소 X를만들기위해사용된유전자 DNA 중간부분의일부염기서열이다. 이 DNA 부분으로부터전사, 번역되어만들어지는폴리펩티드의아미노산서열을제시문 ( 가 ) 를활용하여설명하시오. 5 - GTGACTAAATAATCACTC 3 [ 문제 3] 아래 [ 표 3] 은효소 X를생산하는과정에서밑줄친부분 (a~c) 의폴리펩티드에각각돌연변이가일어났을때효소 X가정상적으로기능을하는지나타낸표이다. 제시문 ( 가 ), ( 나 ) 를참고하여 [ 표 3] 과같은결과가나오게된이유를설명하고, 돌연변이 a와 c에의해생성된효소가어떠한차이를보이는지서술하시오. 5 - GTGACTAAATAATCACT C 3 a b c 돌연변이 a G에서 C으로돌연변이 b A에서 T으로돌연변이 c T에서 C으로돌연변이 기질과의반응정상적으로반응함거의반응하지않음거의반응하지않음 표 3. 효소 X 의돌연변이 [ 문제 4] 생산된효소 X가세균에의해변질되는것을막기위해고온에서보관하는방법과냉장보관하는방법을고려할수있다. 제시문 ( 나 ) 를활용하여두가지방법중효소 X를보관하기위해가장적절한방법을고르고그이유를구체적으로서술하시오

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