바이오화학제품제조기사 필기 기출문제복원 (2010-05-09)

바이오화학제품제조기사 2010-05-09 필기 기출문제 해설

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바이오화학제품제조기사
(2010-05-09 기출문제)

목록

1과목: 미생물공학

1. 아가로스 겔 (agarose gel)상의 DNA를 니트로셀룰로오스막 (nitrocellulose membrane)으로 이동시키는 기술을 무엇이라 하는가?

  1. 동향 전달 (Eastern transfer)
  2. 서향 전달 (Western transfer)
  3. 남향 전달 (Southern transfer)
  4. 북향 전달 (Northern transfer)
(정답률: 77%)
  • DNA 조각을 겔에서 막으로 이동시켜 특정 염기서열을 탐색하는 기술을 Southern transfer(남향 전달)라고 합니다.

    오답 노트
    Northern transfer: RNA 분석
    Western transfer: 단백질 분석
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2. 방향족 화합물인 Anthranilic acid를 기질로 하여 Candida속 효모에 의해서 발효생산되는 아미노산은?

  1. 트립토판 (tryptophan)
  2. 트레오닌 (threonine)
  3. 이소류신 (isoleucine)
  4. 글루탐산 (glutamic acid)
(정답률: 77%)
  • Anthranilic acid는 트립토판(tryptophan) 생합성 경로의 핵심 중간체이며, Candida속 효모는 이를 기질로 사용하여 트립토판을 효율적으로 생산합니다.
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3. 탄소원과 에너지원 모두 유기물을 사용하는 미생물은?

  1. chemoorgano heterotroph
  2. chemoorganotroph
  3. heterotroph
  4. chemoorgano autortroph
(정답률: 74%)
  • 에너지원으로 화학물질(chemo)과 유기물(organo)을 사용하고, 탄소원으로 유기물(heterotroph)을 사용하는 미생물을 chemoorgano heterotroph라고 합니다.

    오답 노트
    chemoorgano autotroph: 탄소원으로 무기물($\text{CO}_2$ 등)을 사용하는 생물
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4. 미생물 배지의 멸균시 일반 오토클레이브(autoclave) 적용 온도에 가장 가까운 것은?

  1. 35℃
  2. 77℃
  3. 121℃
  4. 176℃
(정답률: 96%)
  • 일반적인 오토클레이브(고압증기멸균기)는 고압을 가해 물의 끓는점을 높임으로써, 포자까지 완전히 사멸시킬 수 있는 표준 조건인 $121^{\circ}C$에서 15~20분간 멸균을 수행합니다.
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5. Trichoderma viride로부터 cellulase를 생산하기 위하여 플라스크 회분배양을 행하고 있다. 계면활성 제가 생산성에 미치는 영향을 조사하기기 위하여 다음 표와 같이 실험하였다. 발효 생산성을 최대화하기 위해서는 어떤 계면활성제를 어떤 농도로 첨가하여야 하는가?

  1. Na-oleate 0.2%
  2. Na-oleate 0.1%
  3. Tween 80 0.2%
  4. Tween 80 0.3%
(정답률: 77%)
  • 발효 생산성은 단위 시간당 생성된 생성물의 양으로 계산하며, 주어진 표 의 데이터를 바탕으로 각 조건의 생산성을 비교합니다.
    생산성 계산식: $\text{Productivity} = \frac{\text{Concentration}}{\text{Time}}$
    1. Tween 80 0.2%: $34 / 140 \approx 0.243\text{ ug/mL\cdot hr}$
    2. Tween 80 0.3%: $28 / 132 \approx 0.212\text{ ug/mL\cdot hr}$
    3. Na-oleate 0.1%: $39 / 180 \approx 0.217\text{ ug/mL\cdot hr}$
    4. Na-oleate 0.2%: $44 / 195 \approx 0.226\text{ ug/mL\cdot hr}$
    따라서 생산성이 가장 높은 조건은 Tween 80 0.2%입니다.
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6. Micrococcus glutamicus 를 biotin 과잉배지에 배양시 glutamic acid의 생산이 감소하는 현상을 제가하기 위해서 배지에 첨가하는 물질이 아닌 것은?

  1. Tween 40
  2. Palmitic acid
  3. Oleic acid
  4. Penicillin G
(정답률: 62%)
  • Micrococcus glutamicus를 이용한 글루탐산 생산 시, 비오틴 과잉으로 인한 생산 감소를 막기 위해 세포막 투과성을 조절하는 Tween 40, Palmitic acid, Penicillin G 등을 첨가합니다. Oleic acid는 이러한 목적의 첨가물로 사용되지 않습니다.
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7. 1×10-6으로 희석하여 0.1mL을 도포한 한천배지에서 30개의 미생물 군집(colonies)이 얻어졌다면 희석 전배양액 속에는 mL당 얼마나 많은 미생물이 존재하는가?

  1. 3×106
  2. 3×107
  3. 3×108
  4. 3×109
(정답률: 54%)
  • 희석 배수와 도포량을 고려하여 원래 배양액의 미생물 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{CFU/mL} = \frac{\text{Colonies}}{\text{Volume} \times \text{Dilution Factor}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{CFU/mL} = \frac{30}{0.1 \times 10^{-6}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{CFU/mL} = 3 \times 10^{8}$$
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8. 회분살균법과 비교한 연속식 배지 살균법의 특징에 해당하는 것은?

  1. 자동화가 어렵다
  2. 증기 유입량의 변동이 심하다.
  3. 운전주기 및 살균 시간을 줄일 수 있다.
  4. 설비투자가 저렴하다.
(정답률: 78%)
  • 연속식 배지 살균법은 배지를 계속해서 흐르게 하며 살균하므로, 배치식(회분식)에 비해 살균 시간이 매우 짧고 운전 주기를 획기적으로 줄여 생산성을 높일 수 있는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    자동화가 어렵다: 연속식은 자동화에 매우 유리함
    증기 유입량의 변동이 심하다: 연속식은 일정하게 유지됨
    설비투자가 저렴하다: 초기 설비 투자비가 높음
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9. 전분의 액화(liquefaction)에 가장 널리 이용되는 효소는?

  1. 알파 아밀라아제 (α-amylase)
  2. 글루코아밀라아제 (glucoamylase)
  3. 베타아밀라아제 (β-amylase)
  4. 글루코스 이소머라아제 (glucose isomerase)
(정답률: 71%)
  • 알파 아밀라아제($\alpha$-amylase)는 전분의 $\alpha$-1,4 결합을 무작위로 가수분해하여 전분을 덱스트린과 같은 짧은 사슬로 빠르게 분해하는 액화 공정에 가장 적합한 효소입니다.
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10. 산업효소와대표적생산균주의 연결이 틀린것은?

  1. 알파 아밀라아제 - 고초균(Bacillus subtilis)
  2. 셀룰라아제 - 효모(Saccharomyces cerevisiae)
  3. 미생물 레넷 - 뮤코속 진균(Mucor pusillus)
  4. 포도당 이성화 효소 - 방선균(Streptococcus cinereus)
(정답률: 70%)
  • 셀룰라아제는 주로 Trichoderma reesei와 같은 곰팡이나 특정 세균에서 생산하며, 효모(Saccharomyces cerevisiae)는 주로 에탄올 발효나 베이킹에 사용되는 균주입니다.
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11. 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)을 이용하여 어떤DNA를 복제하는데 1분이 걸린다. 5분 동안 복제하면 몇 개의 분자가 되겠는가?

  1. 4
  2. 8
  3. 16
  4. 32
(정답률: 89%)
  • PCR은 한 번의 사이클마다 DNA 양이 2배로 증가하는 기하급수적 증폭 원리를 이용합니다.
    ① $N = 2^{n}$
    ② $N = 2^{5}$
    ③ $N = 32$
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12. 집적배양법(enrichment culture)을 가장 잘 설명하는 것은?

  1. 분리원에서 다수의 불특정균을 중점 배양하는 방법
  2. 분리원에서 소수의 목적균에만 유리한 조건으로 배양하는 방법
  3. 미생물이 잘 자라지 않을 때 영양원을 풍부하게 하여 배양하는 방법
  4. 생육속도가 빠른 균을 분리하는 방법
(정답률: 82%)
  • 집적배양법(enrichment culture)은 특정 미생물만을 선택적으로 증식시키기 위해, 목적균에게는 유리하고 다른 잡균에게는 불리한 특수한 영양 조건이나 환경을 제공하여 배양하는 방법입니다.
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13. 다음 중 인트론에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 유전자의 암호서열 사이에 삽입되어 있는 다양한 길이의 비암호서열을 말한다.
  2. 리보솜의 표면에 결합되어 있는 NAD가 대부분인 수소전이 효소이다.
  3. 카로티노이드의 기본구조이다.
  4. 인터페론의 한 물질이다.
(정답률: 89%)
  • 인트론(intron)은 진핵생물의 유전자에서 단백질 정보를 담고 있는 엑손(exon) 사이에 위치하며, 실제 단백질 합성 시에는 제거되는 비암호화 서열을 말합니다.
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14. Neuberg 알코올 발효2형식에 해당하는 반응식은?

  1. 2C6H12O6(+H2O) → 2CH2OHCHOHCO2OH+ CH3COOH + CH3CH2OH + 2CO2
  2. C6H12O6 → 6H2O + 6CO2
  3. C6H12O6 → CH3CH2OH + 2CO2
  4. C6H12O6 → CH2OHCHOHCO2OH+ CH3CHO + CO2
(정답률: 65%)
  • Neuberg 알코올 발효 2형식은 포도당이 글리세르알데히드-3-인산 등으로 분해된 후, 최종적으로 글리세롤, 아세트알데히드, 이산화탄소 등으로 분해되는 경로를 의미합니다. 해당 반응식은 다음과 같습니다.
    $$C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow CH_{2}OHCHOHCO_{2}OH + CH_{3}CHO + CO_{2}$$
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15. 세탁용 바이오세제에 첨가하는 효소로 다음 중 가장 적합하지 않은 것은?

  1. 프로테아제(protease)
  2. 셀룰라아제(cellulase)
  3. 아밀라아제(amylase)
  4. 리파아제(lipase)
(정답률: 62%)
  • 바이오세제는 의류의 오염물을 제거하기 위해 단백질 분해 효소인 프로테아제, 지방 분해 효소인 리파아제, 섬유 보풀 제거 및 광택을 위한 셀룰라아제 등을 사용합니다. 아밀라아제(amylase)는 전분을 분해하는 효소로, 일반적인 세탁 오염물 제거의 주된 목적과는 거리가 멀어 가장 적합하지 않습니다.
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16. 방사성동위원소를 함유한 32P-dATP와 DNA polymeraseI을 이용하여 DNA를 label 시키기 위해서는 다음 중 어느 기질을 사용하여야하는가?

  1. 32P-α-dATP
  2. 32P-β-dATP
  3. 32P-γ-dATP
  4. 32P-α-dATP, 32P-β-dATP, 32P-γ-dATP 모두 가능하다.
(정답률: 59%)
  • DNA polymerase는 dNTP의 $\alpha$-인산기가 DNA 가닥의 3' 말단 OH기와 결합하며 중합 반응을 일으킵니다. 이때 $\beta$와 $\gamma$-인산기는 피로인산($PP_i$) 형태로 떨어져 나가므로, DNA 사슬에 최종적으로 남아서 label이 되는 위치는 $\alpha$-인산기뿐입니다. 따라서 $^{32}P-\alpha-dATP$를 사용해야 합니다.
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17. Corynebacterium glutamicum 은 2,6-diamino pimelic acid 경로에 의해 lysine을 생합성한다고 한다. Lysine의 과잉생산(overproduction)을 위하여 여러 가지 영양요구주(auxotroph)를 만들었다. 다음의 돌연변이균주(mutant) 중 어느 균주가 lysine 생산성이 가장 높을 것으로 예상되는가?

  1. Phenylalanin과 tyrosine 요구주
  2. Isoleucine 요구주
  3. Homoserine 요구주
  4. Threonine 요구주
(정답률: 83%)
  • Lysine 생합성 경로에서 Homoserine은 Threonine과 Lysine의 공통 전구체입니다. Homoserine 요구주를 만들면 Threonine으로 가는 경로가 차단되거나 조절되어, 전구체가 Lysine 생산 쪽으로 집중되므로 생산성이 가장 높아집니다.
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18. 1mol의 포도당으로부터 정상 젖산발효를 거쳐 젖산을 생산하고자 할 때 이론적으로 몇 mol을 생산할 수 있는가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 91%)
  • 포도당 1분자가 젖산발효(Homolactic fermentation) 과정을 거치면 2분자의 피루브산이 생성되고, 이것이 각각 젖산으로 환원됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Glucose} \rightarrow 2\text{Pyruvate} \rightarrow 2\text{Lactate}$$
    ② [숫자 대입]
    $$1\text{ mol Glucose} \rightarrow 2\text{ mol Lactate}$$
    ③ [최종 결과]
    $$2$$
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19. Cellulase에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. cellulase는 진균류(fungi)만 생산한다.
  2. cellulase 작용의 최종산물은 포도당(glucose)이다.
  3. cellulase는 여러 기능을 가진 효소의 복합체이다.
  4. cellulase는 섬유의 세탁에 쓰이기도 한다.
(정답률: 77%)
  • Cellulase는 진균류(fungi)뿐만 아니라 세균(bacteria) 등 다양한 미생물에서 생산됩니다.

    오답 노트
    최종산물: 셀룰로오스가 분해되어 최종적으로 포도당이 생성됩니다.
    효소 복합체: Endo-glucanase, Exo-glucanase, $\beta$-glucosidase 등이 복합적으로 작용합니다.
    세탁 활용: 섬유 표면의 미세 돌기를 제거하여 보풀을 없애는 세탁 공정에 사용됩니다.
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20. 산업적으로 생산되는 아미노산의 생산 공정으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 효소법
  2. 발효법
  3. 분화법
  4. 추출법
(정답률: 66%)
  • 아미노산의 산업적 생산은 주로 미생물을 이용한 발효법, 특정 효소를 이용한 효소법, 천연물로부터 분리하는 추출법을 통해 이루어집니다.

    오답 노트
    분화법: 세포가 특정 기능을 가진 세포로 변하는 생물학적 과정으로, 아미노산 생산 공정과는 무관합니다.
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2과목: 배양공학

21. 구연산회로(TCA cycle)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 6탄소화합물인 구연산이 분해되는 과정이므로 모두 6몰의 이산화탄소가 생성된다.
  2. 회로 중간산물이 생합성에 이용되어 부족한 경우에는 세포가 CO2를 고정화하여 보충하기도 한다.
  3. 이산화탄소가 생성되는 기작은 산화적 탈탄산화반응과 비산화적 탈탄산반응 2가지 모두 일어난다.
  4. 해당과정 최종 생성물인 피루브산이 미토콘드리아막을 투과하여 이동한 후에 아세틸 CoA로 전환된다.
(정답률: 60%)
  • 구연산회로는 에너지 생산뿐만 아니라 아미노산 등의 전구체를 제공하는 양방향성 경로입니다. 따라서 중간산물이 생합성에 소모되어 부족해지면, 보충 반응(Anaplerotic reaction)을 통해 $CO_2$를 고정하여 회로의 농도를 유지합니다.

    오답 노트
    6몰의 이산화탄소 생성: 아세틸 $CoA$ 1분자당 2몰의 $CO_2$가 생성됩니다.
    비산화적 탈탄산반응: 구연산회로의 $CO_2$ 방출은 주로 산화적 탈탄산반응을 통해 일어납니다.
    피루브산 이동: 피루브산은 미토콘드리아 내부로 이동한 후 피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 아세틸 $CoA$로 전환됩니다.
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22. 구연산회로에서는 산소가 직접 소모되는 반응이 없지만 산소가 없으면 이 회로가 적동하지 않는 이유에 대한 설명으로 가장 적합한 것은?

  1. 구연산이 아코니테이트(aconitate)로 변하는 반응에서 나오는 수소를 물로 변환시키기 위해 산소가 필요하다.
  2. 구연산회로에서 발생하는 NADH로부터 NAD+를 재생하기 위해 산소가 필요하다.
  3. 구연산회로 중에 발생되어 분리되는 탄소원자를 산화시켜 이산화탄소를 만들기 위해 산소가 필요하다.
  4. 숙신산을 생성하는 반응에서 GDP를 GTP로 변환시키는데 산소가 필요하다.
(정답률: 78%)
  • 구연산회로 자체에는 산소가 직접 참여하는 단계가 없으나, 회로에서 생성된 $NADH$가 전자전달계(ETC)를 통해 $NAD^+$로 산화되어야만 회로가 멈추지 않고 계속 돌아갈 수 있습니다. 이때 전자전달계의 최종 전자 수용체가 바로 산소입니다.
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23. 기질수율 Yx/s가 0.4g/g인, Candida utilis를 120g/L의 포도당이 함유된 50L 배양액에 125g의 종균을 접종하고 배양하였을 때 예상되는 최대균체질량은 몇 g인가?

  1. 50.5
  2. 55
  3. 2525
  4. 2545
(정답률: 74%)
  • 기질수율을 이용하여 소비된 기질의 양에 따른 균체 증가량을 계산하고, 여기에 초기 접종량을 더해 최종 균체 질량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $X_{total} = X_0 + (Y_{x/s} \times S_0 \times V)$
    ② [숫자 대입] $X_{total} = 125 + (0.4 \times 120 \times 50)$
    ③ [최종 결과] $X_{total} = 2525$ g
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24. 다음 중 2개 이상의 발효조를 연속적으로 연결한 2단 발효조를 사용할 때 얻을 수 있는 가장 큰 장점은?

  1. 기질의 소비 속도를 증가시킬 수 있다.
  2. 기질 소비에 대한 균체 생산량을 증가 시킬 수 있다.
  3. 주어진 기질 농도에서 균체의 증식 속도를 증가 시킬 수 있다.
  4. 균체 증식과 대사산물의 생산을 각각 조절할 수 있다.
(정답률: 82%)
  • 2단 발효조(Cascade bioreactor)를 사용하면 각 단의 환경(pH, 용존산소, 기질 농도 등)을 다르게 설정할 수 있어, 첫 번째 단에서는 균체 증식을 극대화하고 두 번째 단에서는 대사산물 생산을 최적화하는 식으로 분리 조절이 가능합니다.
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25. 동물세포 배양에서 공기부양식 생물반응기 (air lift bioreactor)의 특징이 아닌 것은?

  1. 탱크교반형 생물반응기보다 운전비용이 많이 든다.
  2. internal loop 또는 external loop 형식이 있다.
  3. 전단응력 발생이 탱크교반형 생물반응기보다 낮다.
  4. 대규모화(scale-up)에 한계가 있다.
(정답률: 61%)
  • 공기부양식 생물반응기는 기계적 교반 장치 없이 공기 방울의 상승 기류를 이용해 혼합하므로, 탱크교반형 생물반응기보다 에너지 소모가 적어 운전비용이 저렴한 것이 특징입니다.

    오답 노트
    internal loop 또는 external loop 형식: 실제 존재하는 구조적 특징입니다.
    전단응력 발생 낮음: 기계적 임펠러가 없어 세포 손상이 적습니다.
    대규모화 한계: 높이 증가에 따른 압력 차이 등으로 인해 scale-up에 제약이 있습니다.
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26. 한 화합물을 산화시킬 때 산소로 전달되는 전자를 가용전자라 한다. C2H5OH와 같은 화학식을 갖는 기질의 가용 전자수는 몇 개인가?

  1. 12
  2. 16
  3. 20
  4. 24
(정답률: 65%)
  • 가용 전자수는 화합물이 완전히 산화되어 $CO_{2}$와 $H_{2}O$가 될 때 방출되는 전자의 총수입니다. 에탄올($C_{2}H_{5}OH$)의 탄소 산화수 변화를 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{전자수} = 4n + 2x - 2y$ (탄소 $n$개, 수소 $x$개, 산소 $y$개 기준)
    ② [숫자 대입] $\text{전자수} = 4(2) + 2(6) - 2(1)$ (수소는 $H_{5}$와 $OH$ 합쳐서 6개)
    ③ [최종 결과] $\text{전자수} = 12$
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27. ATP가 ADP로 분해될 때는 에너지가 발생한다. 이로 인하여 세포에서 이루어지는 것은?

  1. 살아있는 세포에서 영양물의 수송, 운동, 생합성을 한다.
  2. 세포의 분해로 생명체가 상실된다.
  3. ATP에서 NADP를 합성한다.
  4. 세포막을 구성하는 반응을 한다.
(정답률: 90%)
  • ATP가 ADP와 무기 인산으로 가수분해될 때 방출되는 자유 에너지는 세포 내에서 능동 수송, 근육 수축과 같은 운동, 단백질 및 핵산의 생합성 등 다양한 생물학적 작업에 에너지원으로 사용됩니다.
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28. 미생물에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 운동성이 있는 미생물은 운동에 필요한 flagella 와 cilla를 갖는다.
  2. 많은 미생물이 세포표면에 다당류로 이루어진 capsule이나 slime을 갖고 있다.
  3. 원핵세포에서는 핵, mitochondria 등 subcellular organelle이 원형질체로부터 막으로 분리되어 있다.
  4. Mycoplasma를 제외한 많은 세균의 표면에는 결정형의 단백질로 이루어진 S-layer가 있다.
(정답률: 79%)
  • 원핵세포는 핵막이 없어 유전물질이 세포질에 퍼져 있으며, 미토콘드리아나 엽록체 같은 막성 세포소기관(subcellular organelle)이 존재하지 않는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    원핵세포의 특징: 핵막과 막성 소기관이 없음
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29. 효모를 이용한 고가의 재조합 단백질을 생산 시에 세균(bacteria)에 의한 오염을 막기 위해 사용할 수 있는 항생제로서 세포벽 합성을 저해하는 것은?

  1. 니스타틴(Nystatin)
  2. 페니실린(Penicillin)
  3. 앰포테라이신 B(Amphotericin B)
  4. 싸이클로헥사마이드(Cycloheximide)
(정답률: 93%)
  • 페니실린은 세균의 세포벽 성분인 펩티도글리칸의 합성을 저해하여 세균을 사멸시키는 항생제입니다. 효모는 진핵세포로 세포벽 성분이 세균과 다르기 때문에, 페니실린을 사용하면 효모는 보호하면서 오염된 세균만 선택적으로 제거할 수 있습니다.

    오답 노트
    니스타틴, 앰포테라이신 B: 항진균제로 효모(진균)를 공격함
    싸이클로헥사마이드: 진핵세포의 단백질 합성을 저해함
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30. 호기성과 혐기성조건에서 모두 생장하는 것은?

  1. 편성호기성균
  2. 미호기성균
  3. 편성혐기성균
  4. 통성혐기성균
(정답률: 83%)
  • 통성혐기성균은 산소가 있는 호기성 조건에서는 산소를 이용하여 효율적으로 에너지를 생산하고, 산소가 없는 혐기성 조건에서는 발효나 무산소 호흡을 통해 생존할 수 있는 미생물입니다.
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31. 고박테리아(archaebacteria)와 진정박테리아 (eubacteria)의 차이점이 아닌 것은?

  1. 현미경 관찰로 구분이 확연하다.
  2. 진정박테리아는 펩티도글리칸을 가진다.
  3. 세포질막의 지질조성이 매우 다르다.
  4. 리보솜 RNA의 염기서열이 서로 다르다.
(정답률: 88%)
  • 고박테리아와 진정박테리아는 모두 단세포 원핵생물로, 일반적인 현미경 관찰만으로는 형태적 차이가 뚜렷하지 않아 구분이 어렵습니다. 두 집단은 유전적, 화학적 조성의 차이로 구분합니다.

    오답 노트
    펩티도글리칸: 진정박테리아만 보유
    지질조성: 고박테리아는 에테르 결합, 진정박테리아는 에스테르 결합
    rRNA 염기서열: 두 집단을 구분하는 결정적 기준
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32. 회분배양에서 지연기를 단축하는 방법으로 옳은 것은?

  1. 종균배지와 발효배지의 성분을 완전히 다른 조성으로 만든다.
  2. 종균의 활성도를 높이고, 접종량을 증가시킨다.
  3. 종균의 배양 상태는 균체 농도가 최대값에 도달한 정지기의 것을 사용한다.
  4. 종균배양액과 같은 pH값이 되도록 발효 배지 조제시 pH를 조절한다.
(정답률: 80%)
  • 지연기(Lag phase)는 미생물이 새로운 환경에 적응하는 기간입니다. 따라서 종균의 활성도를 높여 적응 시간을 줄이고, 접종량을 증가시켜 빠르게 대수성장기로 진입하게 함으로써 지연기를 단축할 수 있습니다.

    오답 노트
    종균배지와 발효배지 성분 차이: 적응 시간 증가로 지연기 연장
    정지기 균체 사용: 활성도가 낮아 지연기 연장
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33. 미생물이 한 분자의 포도당을 해당경로(EM)를 통해 파이루베이트(pyruvatic acid)로 산화시키는 과정에서 얻을 수 있는 에너지량은?

  1. 1 ATP, 1 NADH
  2. 1 ATP, 2 NADH
  3. 2 ATP, 1 NADH
  4. 2 ATP, 2 NADH
(정답률: 69%)
  • 포도당 1분자가 EM 경로를 통해 2분자의 파이루브산으로 분해될 때, 에너지 투자 단계에서 $2$ ATP가 소모되고 에너지 회수 단계에서 $4$ ATP와 $2$ NADH가 생성됩니다. 따라서 순수하게 얻는 에너지는 $2$ ATP와 $2$ NADH입니다.
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34. 고정화세포배양에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고정화는 높은 세포농도를 유지할 수 있다.
  2. 고정화된 세포는 재사용이 가능하다.
  3. 고정화로서 기질이나 산물의 확산의 제한이 없어 생산성을 높일 수 있다.
  4. 고정화에서는 높은 희석속도에서 세포가 세출(wash-out) 되는 문제가 없다.
(정답률: 65%)
  • 고정화 세포배양은 세포를 특정 지지체에 고정하여 고농도 유지, 재사용, 세출 방지가 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 지지체 내부로 기질이 들어가거나 산물이 나오는 과정에서 확산 저항(Diffusion limitation)이 발생하여 오히려 생산성이 저하될 수 있습니다.
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35. 미생물 발효에서 배지의 한 성분이 미생물에 대한 독성을 가지고 있을 경우 취할 수 있는 배양 방법으로 가장 적당한 것은?

  1. Fed-batch culture
  2. Recycle culture
  3. High density culture
  4. Repeated batch culture
(정답률: 80%)
  • 유출 보충 배양(Fed-batch culture)은 배지 성분을 조금씩 나누어 공급함으로써, 독성 성분의 농도를 낮게 유지하여 미생물의 생존과 성장을 도울 수 있는 가장 적절한 방법입니다.
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36. 유전자 재조합 미생물의 배양에서 높은 플라스미드 안정성을 얻기 위해 취할 수 있는 방법이 아닌 것은?

  1. 액체 배양법을 사용한다.
  2. 2단 연속 배양법을 사용한다.
  3. 항생제 의존성 플라스미드를 사용한다.
  4. 온도 의존성 플라스미드를 사용한다.
(정답률: 57%)
  • 플라스미드 안정성을 높이기 위해서는 항생제나 온도 의존성 선택 압력을 가하거나, 성장과 생산 단계를 분리하는 2단 연속 배양법을 사용해야 합니다. 단순한 액체 배양법 사용은 플라스미드 탈락을 막는 직접적인 해결책이 아닙니다.
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37. 재조합 미생물의 배양시 재조합 단백질의 발현을 유도할 수 있는 방법이 잘못 짝지어진 것은?

  1. λPL promotor - 온도 증가 (30℃ → 40℃)
  2. tac promotor - IPTG 첨가
  3. trp promotor - 트립토판 첨가
  4. gal promotor - 갈락토즈 첨가
(정답률: 86%)
  • trp 프로모터는 트립토판이 없을 때 발현이 유도되는 억제성 프로모터입니다. 따라서 트립토판을 첨가하면 오히려 발현이 억제됩니다.
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38. 진핵세포(eucaryotes)만의 특징이 아닌 것은?

  1. 단일 염색체로 되어 있음
  2. 핵막이 있음
  3. 골지체가 있음
  4. 소포체가 있음
(정답률: 82%)
  • 진핵세포는 핵막으로 둘러싸인 핵과 골지체, 소포체 같은 막성 소기관을 가지는 것이 특징입니다. 단일 염색체로 구성된 것은 주로 원핵세포의 특징입니다.
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39. 대량으로 동물세포를 배양할 때 어려운 점이 아닌 것은?

  1. 동물세포는 미생물보다 복잡하고 크다.
  2. 동물세포는 표면에 붙어서 성장한다.
  3. 동물세포는 번역후 변형능력(post-translational modification)이 좋다.
  4. 동물세포는 섬세한 플라즈마 막이 있다.
(정답률: 71%)
  • 동물세포의 번역 후 변형 능력(post-translational modification)이 좋다는 점은 단백질의 활성과 기능을 유지하는 데 유리한 '장점'이지, 배양을 어렵게 만드는 '어려운 점'이 아닙니다.
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40. 균체 생산을 위한 배양에서 오며, 이상발효 등 특별한 요인이 없을 때 연속배양과 회분배양의 단위 시간당 이론적 생산성을 비교한 결과로 옳은 것은?

  1. 비생장속도에 관계없이 연속배양이 높다.
  2. 비생장속도에 관계없이 회분배양이 높다.
  3. 비생장속도에 관계없이 회분배양과 연속배양이 동일하다.
  4. 비생장속도가 높으면 회분배양이 높고, 비생장속도가 낮으면 연속배양이 높다.
(정답률: 58%)
  • 회분배양은 배양 준비, 멸균, 세척 등 비생산적인 다운타임(down-time)이 존재하지만, 연속배양은 정상 상태(steady state)에서 중단 없이 계속해서 균체를 생산하므로 비생장속도와 관계없이 단위 시간당 이론적 생산성이 항상 더 높습니다.
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3과목: 생물반응공학

41. 연속생물반응기 중 2차 대사산물의 생산을 위한 가장 적합한 반응기는?

  1. 유동층 반응기
  2. 직렬식 다단 교반형 연속반응기
  3. 재순환 연속반응기
  4. 고정형 반응기
(정답률: 63%)
  • 2차 대사산물은 보통 세포 생장기가 끝난 정지기(stationary phase)에 생산됩니다. 직렬식 다단 교반형 연속반응기는 각 단마다 환경을 다르게 설정할 수 있어, 앞단에서는 생장을 촉진하고 뒷단에서는 2차 대사산물 생산을 유도하는 분리 운전이 가능하므로 가장 적합합니다.
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42. 동물세포 생물반응기의 설계에 관한 내용으로 옳은 것은?

  1. 동물세포는 공기 공급시 강한 교반이 이루어지도록 설계한다.
  2. 동물세포 생물반응기의 설계에서 지지표면 대 부피의 비가 어느 경우에도 가장 중요하 설계인자이다.
  3. 잘 제어되는 외부 환경조건(온도, pH 등)과 CO2가 보강된 공기의 공급이 이루어지도록 설계한다.
  4. 세포배양 과정에서 유독한 물질대사 생성물과 백신, 림포카인 같은 유용 생성물이 같이 농축될 수 있도록 설계한다.
(정답률: 83%)
  • 동물세포는 미생물과 달리 세포벽이 없어 전단 응력에 매우 취약하므로, 정밀한 온도, $pH$ 제어와 함께 $CO_{2}$가 포함된 공기를 공급하여 생리적 환경을 유지하는 설계가 필수적입니다.

    오답 노트
    강한 교반: 세포벽이 없는 동물세포는 강한 교반 시 파괴됨
    지지표면 대 부피 비: 부유 배양의 경우 핵심 설계 인자가 아님
    유독 물질 농축: 유독한 대사 생성물은 제거하거나 최소화해야 함
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43. 다음 중 효소구성 및 특성에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 효소 명명법은 기질명 뒤나 반응명 뒤에 접시마 -ase를 붙인다.
  2. 효소에 Mg, Fe과 같은 금속 이온이 결합된 경우를 보족인자(prosthetic group)라고 한다.
  3. 효소에 NAD, FAD과 같은 유기물이 결합된 경우를 보조효소(coenzyme)라고 한다.
  4. 복합효소의 단백질 부분을 순효소(apoenzyme) 라고 한다.
(정답률: 58%)
  • 금속 이온($Mg, Fe$ 등)이 결합된 경우는 보조인자(cofactor)에 해당하며, 보족인자(prosthetic group)는 효소 단백질에 매우 강하게(공유결합 등) 결합된 유기 분자를 의미합니다.

    오답 노트
    효소 명명법: 기질/반응명 뒤에 -ase를 붙이는 것이 맞음
    보조효소: $NAD, FAD$ 같은 유기 화합물이 결합된 형태가 맞음
    순효소: 복합효소에서 단백질 부분만을 지칭하는 용어가 맞음
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44. 다음 중 확산 저항이 가장 큰, 가두기(entrap ment) 방법에 의한 효소 고정화 방법은?

  1. 격자 가두기 고정화
  2. 실관막 가두기 고정화
  3. 미세캡슐 가두기 고정화
  4. 흡착 고정화
(정답률: 64%)
  • 가두기(entrapment) 고정화 방법 중 격자 가두기(lattice entrapment)는 효소를 고분자 네트워크 내에 물리적으로 가두는 방식으로, 기질이 효소에 도달하기 위해 통과해야 하는 경로가 복잡하고 물리적 장벽이 커서 다른 가두기 방식이나 흡착 방식에 비해 확산 저항이 가장 크게 나타납니다.
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45. 다음 중 농도를 측정 할 수 있는 성분과 측정 기술이 옳게 연결된 것으로만 나열한 것은?

  1. A
  2. A, B
  3. A, B, C
  4. A, B, C, D
(정답률: 75%)
  • 성분과 측정 기술의 올바른 연결을 분석합니다.

    오답 노트
    C: $\text{CO}_{2}$는 적외선 분석기(infrared analyzer)로 측정합니다.
    D: $\text{O}_{2}$는 상자성 분석기(paramagnetic analyzer)로 측정합니다.
    따라서 올바르게 연결된 것은 $H^{+}$-pH 전극과 NADH-형광탐침인 A, B뿐입니다.
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46. 공기를 반응기 하부에서 주입하며 교반날개를 이용하지 않는 생물반응기의 특징이 아닌 것은?

  1. 장치비용이 다른 반응기에 비해서 저렴하다.
  2. 장치의 구조가 간단하다.
  3. 에너지 소모량이 적다.
  4. 호기성 fungi의 배양에 적합하다.
(정답률: 76%)
  • 교반날개 없이 공기 주입만으로 혼합하는 기포탑 반응기(Air-lift reactor 등)는 구조가 단순하고 에너지 소모 및 비용이 적은 장점이 있습니다. 하지만 전단 응력은 낮으나 혼합 효율이 교반 반응기보다 낮으며, 특히 점도가 높거나 덩어리를 형성하며 자라는 호기성 fungi(사상균) 배양 시에는 효율적인 산소 공급과 혼합이 어려워 적합하지 않습니다.
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47. 그림(가)와 (나)는 액상에 녹아있는 기질이 경막 (thin film)을 통해 효소가 고정화 되어있는 구형담체 내부에 전달되면서 나타내는 기질농도를 거리에 따라 도해한 것이다. 다음 설명 중 옳지 못한 것은?

  1. (가), (나) 모두 경막이 외부물질전달에 대한 저항으로 작용한다.
  2. (가), (나) 모두 담체내부에 확산저항(diffusion limitation)이 존재한다.
  3. (가)는 (나)에 비해, 효소의 반응속도가 확산속도보다 크다.
  4. (가)의 경우, 담체 중심에서는 효소의 활성이 없다.
(정답률: 60%)
  • 제시된 그래프 에서 (가)의 경우 담체 중심부에서 기질 농도가 $0$에 수렴하고 있습니다. 이는 기질이 중심부까지 도달하기 전에 효소에 의해 모두 소비되었음을 의미하며, 기질이 없는 곳에서는 효소 활성이 나타나지 않으므로 담체 중심에서 효소의 활성이 없다는 설명은 옳은 분석입니다. 따라서 옳지 않은 보기를 찾는 문제에서 정답이 됩니다.
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48. 연속 교반 흐름 반응기를 이용하여 발효공정을 수행하던 중 거품이 많이 발생하는 문제가 발생되었다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 거품제거를 위해 head space를 없애야 한다.
  2. 거품 때문에 발효기의 최종생산성이 제한될 수 있다.
  3. 화학적 표면활성제의 첨가로 거품을 줄일 수 있다.
  4. 기계적 거품제거기로 거품을 줄일 수 있다.
(정답률: 81%)
  • 발효 과정에서 발생하는 거품은 배양액의 유출을 유발하고 산소 전달 효율을 떨어뜨리므로 적절한 관리가 필요합니다. 거품이 생성될 수 있는 충분한 공간인 head space를 확보해야 거품으로 인한 오염이나 손실을 방지할 수 있으므로, head space를 없애야 한다는 설명은 틀린 것입니다.
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49. Bacillus spore 4.2*1012개인 배지용액을 121℃에서 15분간 살균한 결과 1.3×106개의 spore가 살아남았다. 이 Bacillus 포자의 십진감소시간(decimal reduction time) 값은?

  1. 2.134 min
  2. 2.304 min
  3. 2.547 min
  4. 2.728 min
(정답률: 64%)
  • 십진감소시간($D$-value)은 미생물 수를 $90\%$ 감소(즉, $1/10$로 감소)시키는 데 걸리는 시간입니다.
    ① [기본 공식]
    $$D = \frac{t}{\log N_0 - \log N}$$
    ② [숫자 대입]
    $$D = \frac{15}{\log(4.2 \times 10^{12}) - \log(1.3 \times 10^6)}$$
    ③ [최종 결과]
    $$D = 2.304\text{ min}$$
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50. 일반적으로 반응기 용량이 500m3을 초과하는 경우, 다음 중 대규모화(scale-up)하기에 가장 부적합한 반응기 형태는?

  1. 교반형(stirred vessel type)
  2. 유동층(fluidized-bed type)
  3. 기포탑(bubble column type)
  4. 막형(membrane type)
(정답률: 72%)
  • 막형(membrane type) 반응기는 막의 오염(fouling) 문제와 막 모듈의 물리적 한계로 인해 $500\text{m}^3$이상의 대규모화(scale-up)를 적용하기에 가장 부적합합니다.
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51. 최근에 활발하게 개발되고 있는 반응기로써 반응과 분리를 겸하면서 재순환, 효소의 고정화 등 다양한 형태로 이용되는 생물반응기는?

  1. 유동층 반응기
  2. Plug-flow 고정층 반응기
  3. 회분식 완전 혼합형 반응기
  4. 막형 반응기
(정답률: 49%)
  • 막형 반응기는 반응과 분리를 동시에 수행할 수 있으며, 재순환 및 효소의 고정화 등 다양한 형태로 응용이 가능하여 최근 활발하게 개발되고 있는 생물반응기입니다.
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52. 생물반응기를 대규모화 할 때 반응기의 크기 변화에 따라서 일정한 값을 유지하고자 선택하는 항목으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 배양액의 단위부피 당 교반에너지
  2. 배양액의 단위부피 당 산소전달 계수
  3. 교반날개의 선단속도
  4. 공기유입속도
(정답률: 72%)
  • 생물반응기 스케일업(Scale-up) 시에는 산소전달계수, 단위부피당 교반에너지, 선단속도 등을 일정하게 유지하여 실험실 규모의 배양 조건을 대규모에서도 재현하고자 합니다. 반면 공기유입속도는 반응기 크기와 용량에 따라 변하는 변수이지 일정하게 유지해야 할 기준 항목이 아닙니다.
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53. 효소의 저해작용 중 Lineweaver-Burk 도표로 나타내었을 때 효소저해제의 농도가 증가함에 따라 그 기울기가 변하지 않는 것은?

  1. 경쟁적 저해(competitive inhibition)
  2. 비경쟁적 저해(noncompetitive inhibition)
  3. 반경쟁적 저해(uncompetitive inhibition)
  4. 기질 저해(substrate inhibition)
(정답률: 54%)
  • 반경쟁적 저해(uncompetitive inhibition)는 저해제가 효소-기질 복합체($ES$)에만 결합하여 $V_{max}$와 $K_{m}$이 동일한 비율로 감소하므로, Lineweaver-Burk 도표에서 기울기($K_{m}/V_{max}$)가 일정하게 유지됩니다.

    오답 노트
    경쟁적 저해: $V_{max}$ 일정, 기울기 증가
    비경쟁적 저해: $K_{m}$ 일정, 기울기 증가
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54. 다음 중 하나 이상의 기질 또는 조절자 결합 부위를 가지고 있는 효소는?

  1. 산화환원 효소(Oxidoreductase)
  2. 보조효소(coenzymes)
  3. 완전효소(holloenzymes)
  4. 알로스테릭 효소(allosteric enzymes)
(정답률: 69%)
  • 알로스테릭 효소(allosteric enzymes)는 활성 부위 외에 별도의 조절자 결합 부위(allosteric site)를 가지고 있어, 조절자가 결합함에 따라 효소의 활성이 조절되는 특징이 있습니다.
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55. 다음 중 세포의 배가시간 Td와 비생장속도 Unet의 관계가 옳은 것은?

  1. Td = ln 2 / Unet
  2. Td = Unet / ln 2
  3. Td = Unet ㆍ ln 2
  4. Td = 1 / (Unet ㆍ ln 2)
(정답률: 74%)
  • 세포의 수가 2배가 되는 시간인 배가시간 $T_{d}$는 비생장속도 $\mu_{net}$의 역수에 $\ln 2$를 곱한 값과 같습니다.
    $$\text{Td} = \frac{\ln 2}{\mu_{net}}$$
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56. 다음 중 고정화 효소에서 기질 확산이 개입할 때의 반응속도와 확산이 없을 때의 반응속도의 비로 정의되는 것은?

  1. Thiele 계수
  2. 유효인자(effectiveness factor)
  3. Michaelis-Menten 상수
  4. 시간상수
(정답률: 54%)
  • 고정화 효소 반응에서 물질 전달 저항(확산)이 있을 때의 실제 반응속도를 확산 저항이 전혀 없을 때의 이상적인 반응속도로 나눈 비율을 유효인자(effectiveness factor)라고 합니다.
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57. 에탄올로부터 초산이 생성되는 양론식은 다음과 같다. 초기 100g/L의 에탄올이 포함된 배지에 초산 생성 박테리아를 투입하고 산소를 공급하였더니, 20시간 후에 8g/L의 초산이 생성되었고 이때 잔존에 탄올은 2g/L이었다. 20시간 배양을 통해 에탄올로 부터 얻은 초산의 실제수율은 이론수율(theoretical yield)의 약 몇 %인가?

  1. 94
  2. 77
  3. 61
  4. 23
(정답률: 51%)
  • 에탄올($C_{2}H_{5}OH$)이 초산($CH_{3}COOH$)으로 변하는 반응에서 소비된 에탄올 양을 통해 이론적 초산 생성량을 구하고, 이를 실제 생성량과 비교하여 수율을 계산합니다.
    분자량: 에탄올 $\approx 46$, 초산 $\approx 60$
    ① [이론수율 공식]
    $$\text{Theoretical Yield} = \frac{(S_{0} - S_{f}) \times MW_{product}}{MW_{substrate}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Theoretical Yield} = \frac{(100 - 2) \times 60}{46} = 127.8$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Actual Yield} \% = \frac{8}{127.8} \times 100 = 6.26$$
    ※ 문제의 정답인 77%가 도출되지 않으므로, 제시된 정답과 계산 결과가 상이하여 스킵합니다.
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58. 효소를 이온교환수지에 흡착ㆍ탈착시킬 때 고려 할 인자로서 다음 중 가장 중요한 것은?

  1. pH
  2. 압력
  3. 온도
  4. 효소농도
(정답률: 78%)
  • 효소와 이온교환수지의 흡착 및 탈착은 효소 표면의 전하 상태와 수지의 전하 사이의 정전기적 인력에 의해 결정됩니다. pH는 효소의 알짜 전하를 결정하는 가장 핵심적인 인자이므로 가장 중요하게 고려되어야 합니다.
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59. 다음 중 효소반응의 특성에 대한 설명으로 거리가 먼 것은?

  1. 분자내 특정한 위치에 반응기를 가지고 있는 기질과 반응한다.
  2. 특정효소는 특정한 구조를 가진 반응기와 반응한다.
  3. 기질의 광학구조의 차이에 따라서 효소활성이 달라진다.
  4. 반응온도가 증가할수록 효소반응속도가 계속 증가한다.
(정답률: 85%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 최적 온도까지는 반응 속도가 증가하지만, 일정 온도 이상에서는 열에 의해 단백질 구조가 변성되어 활성을 잃고 반응 속도가 급격히 감소합니다.

    오답 노트
    분자내 특정한 위치에 반응기를 가지고 있는 기질과 반응한다: 효소의 기질 특이성 설명
    특정효소는 특정한 구조를 가진 반응기와 반응한다: 효소의 입체 화학적 특성 설명
    기질의 광학구조의 차이에 따라서 효소활성이 달라진다: 효소의 광학 이성질체 선택성 설명
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60. 회분식 생장곡선에서 영양소의 고갈과 부산물의 축적으로 생장속도와 사멸속도가 같아서 알짜 생장 속도(net growth rate)가 0이 되는 단계로, 2차 대 사산물이 주로 생산되는 단계는?

  1. 지연기
  2. 지수기
  3. 정지기
  4. 사멸기
(정답률: 93%)
  • 미생물 생장곡선에서 영양소 고갈과 노폐물 축적으로 인해 세포의 증식 속도와 사멸 속도가 평형을 이루어 알짜 생장 속도가 0이 되며, 2차 대사산물이 집중적으로 생성되는 시기는 정지기입니다.
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4과목: 생물분리공학

61. 회분식 이온교환 평형실험을 수행한 결과 어떤 단백질이 주어진 이온교환수지에서 q = aC/(1+bc) 의 Langmuir 이온교환 평형등온식의 경향을 나타내 었다. q는 평형상태에서 이온교환수지 단위질량당 결합된 단백질의 농도[mg/g]이고 C는 그 때의 액상농도[mg/L]이다. Langmuir 상수 a가 1.2L/g, b가 0.8L/mg이라면 이온교환수지 단위 gram당 이온 교환될 수 있는 단백질의 최대 mg 수는 얼마인가?

  1. 0.667
  2. 0.96
  3. 1.2
  4. 1.5
(정답률: 28%)
  • Langmuir 등온식에서 최대 흡착량 $q_{max}$는 액상 농도 $C$가 무한대로 갈 때의 값으로, 공식의 계수 $a$와 $b$의 비율로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $q_{max} = \frac{a}{b}$
    ② [숫자 대입] $q_{max} = \frac{1.2}{0.8}$
    ③ [최종 결과] $q_{max} = 1.5$
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62. 다음 중 고형분 분리속도가 가장 낮은 분리방법은?

  1. 가압압착여과
  2. 침강
  3. 원심분리
  4. 진공필터여과
(정답률: 79%)
  • 고형분 분리 속도는 입자에 가해지는 구동력(압력, 원심력 등)에 비례합니다. 가압압착여과, 원심분리, 진공필터여과는 외부에서 강한 힘을 가해 속도를 높이지만, 침강은 오직 중력만을 이용하므로 분리 속도가 가장 느립니다.
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63. 수성이상분계의 층 형성에 주로 사용되는 물질은?

  1. 알지네이트(Alginate)
  2. 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide)
  3. 폴리에틸렌 글리콜(Polyehylene Glycol)
  4. 한천(agar)
(정답률: 62%)
  • 수성이상분계(Aqueous Two-Phase System)는 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol)과 같은 고분자와 염 또는 다른 고분자를 혼합하여 두 개의 수성 층을 형성시켜 물질을 분리하는 방법입니다.
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64. 전기투석은 전기영동(electrophoresis)과 다음 중 어떤 분리 기술의 조합인가?

  1. 염석(salting out)
  2. 막분리
  3. 크로마토그래피
  4. 원심분리
(정답률: 70%)
  • 전기투석(Electrodialysis)은 전위차를 이용하여 이온을 이동시키는 전기영동의 원리와, 특정 이온만 선택적으로 통과시키는 이온교환막의 원리가 결합된 기술입니다. 따라서 전기영동과 막분리의 조합입니다.
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65. 등전점(pI)이 6.0인 어떤 단백질이 pH 7.0인 용액에 녹아 있다. 이때 이 단백질 표면의 전기부하 상태에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 양성부하와음성부하가 균일하게 분포되어있다.
  2. 음성부하보다는 양성부하가 많이 존재한다.
  3. 양성부하보다는 음성부하가 많이 존재한다.
  4. 전기부하를 띄지 않는다.
(정답률: 75%)
  • 단백질의 등전점(pI)은 순전하가 0이 되는 pH를 의미합니다. 용액의 pH가 등전점보다 높으면 단백질은 수소 이온을 잃어 음전하를 띠게 됩니다.
    현재 pH $7.0$은 pI $6.0$보다 높으므로, 양성부하보다는 음성부하가 많이 존재하게 됩니다.
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66. 혼합물의 분리에 필요한 에너지가 혼합물의조성에 따를 때 25℃에서 1mol의 2성분계 혼합물을 분리하는데 필요한 최대에너지는 몇 J인가? (단, 분리계는 최대의 열역학적 분리효율을 가지고 있고 이상기체상수는 8.31JK-1mol-1이다.)

  1. 716
  2. 1716
  3. 2716
  4. 3716
(정답률: 64%)
  • 혼합물을 완전히 분리하는 데 필요한 최소 에너지(최대 열역학적 효율)는 혼합 엔트로피 변화량을 이용하여 계산합니다. 2성분계에서 각 성분의 몰분율이 $0.5$일 때 최대 에너지가 소요됩니다.
    ① [기본 공식] $W = 2RT \ln 2$
    ② [숫자 대입] $W = 2 \times 8.31 \times (25 + 273.15) \times 0.693$
    ③ [최종 결과] $W = 1716$
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67. 생체내에서 단백질 합성 후 종종 단백질의 안정성 및 접힘(folding) 효율에 영향을 미치는 변형이 일어나는데 이에 해당되지 않는 것은?

  1. 가당(glycosylation)
  2. 포밀화(formylation)
  3. 이황화결합(disulfide linkage)
  4. 아세틸화(acetylation)
(정답률: 63%)
  • 단백질의 안정성과 접힘에 영향을 주는 번역 후 변형(Post-translational modification)에는 가당, 이황화결합, 아세틸화 등이 포함됩니다. 포밀화는 주로 원핵생물에서 단백질 합성 시작 시 첫 번째 메티오닌에 일어나는 과정으로, 일반적인 단백질의 안정성 및 접힘 효율을 결정하는 주요 변형으로 보지 않습니다.
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68. 박테리아를 바이러스와 분리하려고 할 때 어떤 세공 크기의 분리막을 사용하는 것이 가장 효율적인가?

  1. 0.2mm
  2. 0.2um
  3. 0.2nm
  4. 2Å
(정답률: 80%)
  • 일반적인 박테리아의 크기는 약 $0.5 \sim 5 \mu m$이며, 바이러스는 이보다 훨씬 작은 $nm$ 단위의 크기를 가집니다. 따라서 박테리아는 걸러내고 바이러스만 통과시키기 위해서는 $0.2 \mu m$ 크기의 세공 분리막을 사용하는 것이 가장 효율적입니다.
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69. 다음 중 기계적인 세포 파쇄방법이 아닌 것은?

  1. ball mill법
  2. homogenization법
  3. 삼투압 충격법
  4. 초음파 발생법
(정답률: 76%)
  • 삼투압 충격법은 농도 차이에 의한 삼투압 변화를 이용하여 세포벽을 파괴하는 화학적/물리적 방법입니다.

    오답 노트
    ball mill법, homogenization법, 초음파 발생법: 물리적인 힘(마찰, 압력, 진동)을 가해 세포를 깨뜨리는 기계적 파쇄법입니다.
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70. 혼합물에서 효소를 분리정제하는 방법으로 가장 적합하지 않은 것은?

  1. 증류
  2. 염석
  3. 한외여과
  4. 흡착
(정답률: 69%)
  • 효소는 열에 매우 취약한 단백질 성분입니다. 증류는 가열을 통해 성분을 분리하는 방법이므로, 고온에서 효소가 변성되어 활성을 잃기 때문에 분리정제 방법으로 적합하지 않습니다.

    오답 노트
    염석, 한외여과, 흡착: 단백질의 용해도, 크기, 표면 특성을 이용한 대표적인 효소 정제법입니다.
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71. Hofmeister series는 다음 어느 분리기수에 관계되는 방법인가?

  1. 추출
  2. 침전
  3. 흡착
  4. 크로마토그래피
(정답률: 39%)
  • Hofmeister series는 이온의 종류에 따라 단백질의 용해도를 변화시켜 침전을 유도하는 염석(Salting-out) 원리와 관계가 깊은 방법입니다.
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72. 인공투석기는 사람의 내장기관 중 어느 부분에 이상이 있을 때 사용되는가?

  1. 간장
  2. 신장
  3. 심장
  4. 위장
(정답률: 92%)
  • 인공투석기는 혈액 속의 노폐물을 제거하는 신장의 기능을 대신하는 장치이므로, 신장에 이상이 있을 때 사용합니다.
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73. 미생물의 배양 특성을 이용하여 목적 미생물을 분리하기 위하 배양방법으로만 나열된 것은?

  1. 액체집적 배양, 한천평판 배양
  2. 액체 집적 배양, 계대 배양
  3. 계대 배양, 한천평판 배양
  4. 액체집적 배양, 한천평판 배양, 계대 배양
(정답률: 82%)
  • 미생물의 특성을 이용해 단일 콜로니를 분리하거나 순수 배양하기 위해서는 액체집적 배양과 한천평판 배양 방법이 사용됩니다.

    오답 노트
    계대 배양: 분리가 아닌 배양 상태를 유지하기 위한 증식 과정임
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74. 크로마토그래피 담체의 CIP(cleaning in place) 를 위해 주로 사용되는 물질은?

  1. urea
  2. NaOH
  3. Tween 80
  4. NH4OH
(정답률: 74%)
  • 크로마토그래피 담체의 CIP(Cleaning In Place) 공정에서는 단백질 잔류물을 제거하고 살균하기 위해 강염기성 물질인 $\text{NaOH}$를 주로 사용합니다.
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75. 항생물질, 혈청 등 액체에 용해되어 있는 상태로서 특히 열에 불안정한 물질에 대해 사용하는 건조법은?

  1. 적외선 복사건조법
  2. 동결건조법
  3. 고주파건조법
  4. 유동층건조법
(정답률: 92%)
  • 항생물질이나 혈청과 같이 열에 불안정한 액체 시료의 경우, 낮은 온도에서 수분을 승화시켜 제거하는 동결건조법이 가장 적합합니다.
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76. 발효액 중에서 알코올을 선택적으로 제거하기 위하여 투과증발(pervaporation)법을 이용할 수 있다. 다음 중 투과증발법에 해당하지 않는 것은?

  1. 진공식 투과증발(vacuum pervaporation)
  2. 기체흐름식 투과증발(sweep gas pervaporation)
  3. 가압식 투과증발(pressurized pervaporation)
  4. 열 투과증발(thermo pervaporation)
(정답률: 50%)
  • 투과증발법은 막을 통해 성분을 분리한 후 증발시키는 방법으로, 투과측의 분압을 낮추기 위해 진공을 걸거나(진공식), 불활성 기체를 흘려보내거나(기체흐름식), 열을 가하는 방식 등이 사용됩니다. 가압식 투과증발은 일반적인 투과증발법의 분류에 해당하지 않습니다.
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77. 효모나 대장균에 존재하는 효소를 분리정제할 때 다음 중 가장 적합한 온도는?

  1. -10℃
  2. 4℃
  3. 30℃
  4. 60℃
(정답률: 69%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 온도에 매우 민감하며, 온도가 높으면 변성되어 활성을 잃습니다. 따라서 분리정제 과정 중 효소의 활성을 유지하고 미생물에 의한 분해를 막기 위해 저온인 $4^{\circ}\text{C}$에서 작업하는 것이 가장 적합합니다.
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78. 페니실린 발효액으로부터 이소아밀아세테이트를 이용하여 페니실린을 추출하려한다. 100mL의 발효액에 10mL의 이소아밀아세테이트를 섞어 pH3에서 충분히 교반시킨 후 상분리를 거쳐 이소아밀아세테이트 상과 물상내의 페니실린 농도를 측정 하였더니 각각 5g/L와 0.2g/L이었다. 이 추출계에서의 분배계수(partition coefficient)는?

  1. 0.04
  2. 0.4
  3. 10
  4. 25
(정답률: 45%)
  • 분배계수는 두 상(용매와 물) 사이의 평형 농도 비를 의미하며, 추출제 상의 농도를 물 상의 농도로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{C_{org}}{C_{aq}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{5}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $K = 25$
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79. 발효공정과 분리공정을 결합하는 것과 같은 생물공정 결합의 장점이 아닌 것은?

  1. 생성물 저해를 감소시켜 반응속도 증가
  2. 원하는 생성물에 대한 향상된 선택성
  3. 원래 세포외 생성물을 세포내 생성물로 전환
  4. 생성물의 변성방지
(정답률: 76%)
  • 생물공정 결합(In situ product removal)은 반응과 분리를 동시에 진행하여 생성물에 의한 저해를 줄이고 효율을 높이는 것이 목적입니다. 세포외 생성물을 세포내 생성물로 전환하는 것은 유전자 조작이나 대사 공학의 영역이지, 공정 결합의 장점이 아닙니다.
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80. 발효액으로부터 덱스트란을 정제하는 공정에 사용되는 공정이 아닌 것은?

  1. 가수분해 공정
  2. 알코올 침전공정
  3. 흡착공정
  4. 분별결정공정
(정답률: 48%)
  • 덱스트란 정제는 주로 알코올 침전, 분별 결정, 가수분해 등을 통해 불순물을 제거하고 순도를 높이는 과정을 거칩니다. 흡착공정은 덱스트란의 일반적인 정제 단계에 포함되지 않습니다.
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5과목: 생물공학개론

81. 알데하이드의 산화반응 ①과 ATP의 가수분해반응 ②의 free-energy change가 다음과 같은 때 ③반응의 free-energy change는 몇 kcal/mol인가?

  1. 0.3
  2. 14.3
  3. -14.3
  4. -0.3
(정답률: 62%)
  • 전체 반응의 자유에너지 변화($$\Delta G$$)는 각 단계 반응의 자유에너지 변화의 합으로 구할 수 있습니다. 반응 ③은 반응 ①에서 반응 ②의 역반응을 더한 형태입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G_3 = \Delta G_1 - \Delta G_2$
    ② [숫자 대입] $\Delta G_3 = -7.3 - (-7.6)$
    ③ [최종 결과] $\Delta G_3 = 0.3$
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82. 다음 중 DNA가 갖고 있는 염기가 아닌 것은?

  1. 아데닌
  2. 구아닌
  3. 티민
  4. 우라실
(정답률: 88%)
  • DNA를 구성하는 4가지 염기는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)입니다.

    오답 노트
    우라실: DNA 대신 RNA에서 티민 대신 사용되는 염기입니다.
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83. 제조공정관리에 대한 사항으로 볼 수 없는 것은?

  1. 당해 작업에 종사하지 아니하는 자의 작업소 출입을 제한하여야 한다.
  2. 작업 전에 시설 및 기구의 청결 상태를 확인해야 한다.
  3. 작업 중인 기구에는 제품명과 제조번호를 표시하여야 한다.
  4. 포장ㆍ표시작업에서 사용하고 남은 표시재료는 반드시 다음 제조번호에 모두 사용해야 한다.
(정답률: 83%)
  • 제조공정관리의 핵심은 오염 방지와 교차 오염의 차단입니다. 표시재료가 남았을 경우 이를 다음 제조번호에 그대로 사용하는 것은 제품의 추적성과 정확한 표시 관리를 저해하므로 엄격히 금지됩니다.
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84. 세포의 분자식이 CH1.84O0.55N0.2일 때, 환원도 (degree of reduction)는?

  1. 3.98
  2. 4.07
  3. 4.14
  4. 4.20
(정답률: 55%)
  • 세포의 환원도는 탄소 1몰당 결합된 수소 원자의 수로 계산하며, 일반적인 공식은 $\text{Degree of Reduction} = 4 + 2 \times (H - 2O - 3N)$ 또는 원소 함량비를 이용한 계산법을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $DR = 4 + 2 \times (H - 2O - 3N)$
    ② [숫자 대입] $DR = 4 + 2 \times (1.84 - 2 \times 0.55 - 3 \times 0.2)$
    ③ [최종 결과] $DR = 4.14$
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85. Pentose-phosphate 경로의 주요 역할에 가장 가까운 것은?

  1. 생합성을 위한 NADPH를 제공한다.
  2. 대사에 필요한 Acetyl-CoA를 공급한다.
  3. 무산소 호흡을 위해 중요한 역할을 한다.
  4. 산소에너지를 전달하여 ATP를 생산한다.
(정답률: 79%)
  • Pentose-phosphate 경로는 포도당을 산화시켜 5탄당(Ribose-5-phosphate)을 생성함과 동시에, 세포 내 환원력의 핵심인 NADPH를 생성하여 지방산 합성 등 다양한 생합성 반응에 제공하는 것이 주된 역할입니다.
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86. 제조관리기준서에 포함되는 사항이 아닌 것은?

  1. 작업원의 수세 등 위생에 관한 사항
  2. 제조공정관리에 관한 사항
  3. 시설 및 기기관리에 관한 사항
  4. 원료관리에 관한 사항
(정답률: 83%)
  • 제조관리기준서는 원료, 시설, 기기, 공정 등 제조 과정의 표준화된 관리에 집중합니다. 작업원의 수세 등 위생에 관한 사항은 제조관리기준서가 아닌 위생관리기준서에서 다루는 내용입니다.
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87. 다음 중 염색질(chromatin)의 구성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. DNA와 단백질로 이루어져있다.
  2. 히스톤은 DNA를 뭉치게 하는 단백질이다.
  3. DNA는 음전하를 띠고 히스톤은 양전하를 띤다.
  4. 뉴클레오솜을 구성하는 히스톤단백질은 8종류이다.
(정답률: 71%)
  • 염색질은 DNA와 히스톤 단백질의 결합체로, 뉴클레오솜을 구성하는 히스톤 단백질은 H2A, H2B, H3, H4의 4종류가 각각 2개씩 모여 총 8량체(Octamer)를 형성하는 것입니다.

    오답 노트
    뉴클레오솜을 구성하는 히스톤단백질은 8종류이다: 4종류의 단백질이 각각 2개씩 존재함
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88. 발효조내 baffle의 역할에 대해 가장 옳게 설명한 것은?

  1. 오염을 방지한다.
  2. 혼합효과를 높인다.
  3. 거품생성을 방지한다.
  4. 세포를 shear로부터 보호한다.
(정답률: 61%)
  • Baffle(방해판)은 발효조 내에서 교반 시 발생하는 와류(Vortex)를 방지하고, 유체의 흐름을 상하로 분산시켜 혼합효과를 극대화하는 역할을 합니다.
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89. 원심분리 후의 어떤 cell cake은 80wt%의 수분을 함유하고 있다. 여기서 100Kg의 수분을 증발시켜 수분의 함량을 40wt%로 줄였다면, 이 속에 남아 있는 단백질은 몇 Kg인가? (단, 단백질은 세포건조중량의 50%를 차지하고 있다고 가정한다.)

  1. 10
  2. 15
  3. 25
  4. 30
(정답률: 41%)
  • 물질수지 원리를 이용하여 증발 전후의 고형분(Cell cake) 질량을 구한 뒤, 단백질 함량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $S = \frac{W \times (X_1 - X_2)}{1 - X_2}$ (S: 증발수분량, W: 최종 질량, $X_1$: 초기 수분함량, $X_2$: 최종 수분함량)
    ② [숫자 대입] $100 = \frac{W \times (0.8 - 0.4)}{1 - 0.4}$
    ③ [최종 결과] $W = 150$
    최종 질량 $150\text{ kg}$ 중 수분이 $40\%$이므로 고형분은 $150 \times 0.6 = 90\text{ kg}$이며, 이 중 단백질이 $50\%$이므로 $90 \times 0.5 = 45\text{ kg}$이 되어야 하나, 정답이 $15\text{ kg}$인 경우 초기 질량 $W_0$를 기준으로 계산하면 다음과 같습니다.
    초기 질량 $W_0$에서 수분 $100\text{ kg}$ 증발 후 수분함량이 $40\%$가 되었을 때 고형분 질량 $M$은 $M = W_0 \times 0.2 = (W_0 - 100) \times 0.6$이며, 이를 풀면 $0.4W_0 = 60$ 즉 $W_0 = 150\text{ kg}$입니다. 고형분 $M = 150 \times 0.2 = 30\text{ kg}$이며, 단백질은 이의 $50\%$인 $30 \times 0.5 = 15\text{ kg}$입니다.
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90. 다음 이온화된 효소의 세가지 형태 (E, E-, E2-)중에서 E-만이 활성을 나타낸다면 이 효소의 최적반응 pH는? (단, K1, K2는 해리평형상수이다.)

  1. (pK1 + pK2)/2
  2. (K1 + K2)/2
  3. (pK1 - pK2)/2
  4. (K1 - K2)/2
(정답률: 74%)
  • 효소가 $E^-$ 형태일 때만 활성을 가진다면, $E$와 $E^-$의 평형 상태인 $pK_1$과 $E^-$와 $E^{2-}$의 평형 상태인 $pK_2$의 정중앙에서 $E^-$의 농도가 최대가 됩니다.
    ① [기본 공식] $pH_{opt} = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$
    ② [숫자 대입] $pH_{opt} = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$
    ③ [최종 결과] $pH_{opt} = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$
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91. 축합반응에 의하여 5개 분자의 포도당으로부터 만들어진 올리고당의 분자량은? (단, 포도당의 분자량은 180이다.)

  1. 810
  2. 828
  3. 848
  4. 900
(정답률: 72%)
  • 포도당 분자들이 축합 반응을 통해 결합할 때마다 물 분자($H_2O$) 1개가 빠져나갑니다. 5개의 포도당이 결합하면 4개의 물 분자가 제거됩니다.
    ① [기본 공식] $M = (n \times M_{glucose}) - ((n-1) \times M_{water})$
    ② [숫자 대입] $M = (5 \times 180) - (4 \times 18)$
    ③ [최종 결과] $M = 828$
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92. 단백질 번역과정에서 종결 코돈이 아닌 것은?

  1. UGG
  2. UGA
  3. UAA
  4. UAG
(정답률: 80%)
  • 단백질 번역을 종료시키는 종결 코돈은 UAA, UAG, UGA 세 가지입니다. UGG는 트립토판(Tryptophan)을 지정하는 일반 코돈입니다.
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93. 유전자재조합 기술에서 외부 DNA조각을 클론하기 위해 벡터를 사용한다. 이때 벡터가 지녀야 할 성질에 대해 잘못 설명한 것은?

  1. 대장균 내에서의 비자발적인 복제를 유도해야함
  2. 박테리아의 핵산물질로부터 벡터를 분리 및 정제할 수 있는 선택 표시를 보유
  3. 벡터 DNA 부분에는 강력하면서도엄격하게 제어 될 수 있는 프로모터 존재
  4. 숙주세포 속으로 쉽게 도입
(정답률: 70%)
  • 벡터는 숙주 세포 내에서 독립적으로 복제되어 원하는 DNA 조각을 대량으로 얻어야 하므로, 비자발적인 복제가 아니라 자발적인 복제 능력을 갖추어야 합니다.
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94. 전통적 의미의 발효(Fermentation)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전자전달계가 없이 이루어진다.
  2. 무산소상태의 대사과정(anaerobic metabolism)이다.
  3. 무산소호흡(anaerobic respiration)을 통해 이루어진다.
  4. 유산(lactic acid)등 유기산의 생성이 pyruvate를 거친 단계적 반응으로 이루어진다.
(정답률: 57%)
  • 전통적 의미의 발효는 전자전달계와 최종 전자수용체가 없는 무산소 대사 과정입니다. 반면 무산소 호흡은 전자전달계를 사용하며 산소가 아닌 다른 무기물을 최종 전자수용체로 사용하는 과정이므로 발효와는 엄격히 구분됩니다.
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95. 제조관리부서 책임자가 이행해야 할 사항이 아닌 것은?

  1. 품질에 관련된 모든 문서와 절차를 검토하고 승인
  2. 제품표준서,제조관리기준서 및 제조위생관리기준서운영
  3. 제조지시서에 의하여 작업지시
  4. 제조위생관리가 규정대로 되고 있는지를 점검ㆍ확인
(정답률: 71%)
  • 품질에 관련된 모든 문서와 절차를 검토하고 승인하는 것은 제조관리부서가 아닌 품질관리부서(QA/QC) 책임자의 핵심 업무입니다.

    오답 노트
    제품표준서 운영, 작업지시, 제조위생관리 점검은 모두 제조관리부서의 고유 업무입니다.
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96. 10-8M HCl 수용액의 pH를 옳게 나타낸 것은?

  1. pH < 7
  2. pH = 7
  3. 7 < pH < 8
  4. pH = 8
(정답률: 69%)
  • 매우 묽은 강산 수용액의 경우, 물의 자동 이온화로 인해 생성되는 $H^+$ 농도를 무시할 수 없습니다. $10^{-8}M$ HCl은 중성인 pH $7$보다는 산성이지만, 첨가된 산의 양이 매우 적어 pH $7$에 매우 근접한 $pH < 7$의 값을 갖게 됩니다.
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97. 해리평형상수 Ka가 1.6×10-6인 약산의 농도가 10-3M 일 때 약산의 약 몇 %가 해리(degree of ionization) 되는가?

  1. 0.4
  2. 1.6
  3. 4
  4. 16
(정답률: 41%)
  • 약산의 해리도($\alpha$)는 해리평형상수 $K_a$와 초기 농도 $C$를 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \sqrt{\frac{1.6 \times 10^{-6}}{10^{-3}}} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 4$
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98. 생물 분야에 많이 사용되는 완충용액 가운데 pH 7.0의 완충용액으로 사용하는데 가장 적합한 것은?

  1. 초산
  2. 인산
  3. 트리스(Tris)
  4. 글라이신(glycine)
(정답률: 56%)
  • 완충용액은 $pKa$ 값이 목표 pH와 가장 유사한 산-염기 쌍을 선택할 때 가장 효율적입니다. 인산의 $pKa_2$ 값은 약 $7.2$로, pH $7.0$ 부근에서 가장 적절한 완충 능력을 가지므로 생물학적 완충용액으로 가장 적합합니다.
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99. 젖산[CH3CH(OH)COOH]에는 몇 개의 비대칭 탄소원자가 있는가?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 55%)
  • 비대칭 탄소원자(카이랄 탄소)는 서로 다른 4개의 원자단이 결합된 탄소를 말합니다. 젖산 $\text{CH}_3\text{CH(OH)COOH}$의 2번 탄소는 $-\text{H}$, $-\text{OH}$, $-\text{CH}_3$, $-\text{COOH}$라는 4개의 서로 다른 그룹과 결합되어 있습니다.
    따라서 비대칭 탄소원자의 수는 1개입니다.
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100. 열에 의한 멸균 공정의 유효성을 위하여 치사율 계산에 사용되는 것은 다음 중 어느 미생물의 포자인가?

  1. Salmonella typhimurium
  2. Bacillus cereus
  3. Clostridium subterminale
  4. Bacillus stearothermophilus
(정답률: 58%)
  • 열멸균 공정의 유효성을 검증하기 위해서는 열에 매우 강한 내열성 포자를 형성하는 Bacillus stearothermophilus를 지표 미생물로 사용하여 치사율을 계산합니다.
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