바이오화학제품제조기사 필기 기출문제복원 (2013-06-02)

바이오화학제품제조기사 2013-06-02 필기 기출문제 해설

이 페이지는 바이오화학제품제조기사 2013-06-02 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

바이오화학제품제조기사
(2013-06-02 기출문제)

목록

1과목: 미생물공학

1. 동조배양(synchronous culture) 미생물을 얻는 방법으로 적당치 않은 것은?

  1. 배양 온도를 주기적으로 변화시킨다.
  2. 휴지기의 미생물에 신선한 배지를 공급한다.
  3. 원심분리방법이나 필터를 이용하여 분리한다.
  4. 반복적으로 미생물 배양액을 희석시킨다.
(정답률: 57%)
  • 동조배양은 모든 세포가 동일한 성장 단계에 있게 하는 방법으로, 물리적 분리(원심분리, 필터), 환경 변화(온도 주기적 변화), 영양 공급(휴지기 세포에 신선 배지 공급) 등을 이용합니다. 단순히 배양액을 희석하는 것은 세포의 성장 단계를 일치시키는 동조화 방법이 아닙니다.
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2. 산업적으로 이용되는 미생물과 그 산물 또는 용도의 연결이 옳지 않은 것은?

  1. Thiobacillus – microbial leaching
  2. Aspergillus - α-amylase + protease
  3. Rhodotorula – acetone + butane
  4. Bacillus - protease
(정답률: 65%)
  • Rhodotorula는 주로 카로티노이드 색소를 생산하는 미생물이며, acetone과 butane을 생산하는 균주가 아닙니다.

    오답 노트
    Thiobacillus: 금속 용해를 통한 미생물 침출(microbial leaching) 수행
    Aspergillus: $\alpha$-amylase 및 protease 생산
    Bacillus: 세제 및 식품 가공용 protease 생산
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3. 보통 염색체의 외부에 존재하는 자율적(antomonous)이며 자기 복제를 하는(self-replicating) 이중 가닥 (double-strand) DNA는?

  1. 플라스미드(plasmid)
  2. 프로파지(prophage)
  3. 용원성 파지(temperate phage)
  4. Hfr 균주(High frequency recombination strain)
(정답률: 95%)
  • 플라스미드는 세균의 염색체와는 별개로 존재하며, 스스로 복제 능력을 갖춘 작은 원형의 이중 가닥 DNA를 의미합니다.
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4. 대표적인 조상균류에 속하지 않는 것은?

  1. Rhizopus
  2. Aspergillus
  3. Mucor
  4. Absidia
(정답률: 63%)
  • Aspergillus는 포자 형성 방식에 따라 자낭균류로 분류되므로 조상균류에 속하지 않습니다.
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5. 세포가 한번 분열하는데 30분 걸린다면 1개의 세포가 2048개로 되는데 걸리는 시간은?

  1. 4시간 30분
  2. 5시간
  3. 5시간 30분
  4. 6시간
(정답률: 96%)
  • 세포 분열 횟수를 구한 뒤, 총 소요 시간을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$N = N_0 \times 2^n$$
    ② [숫자 대입]
    $$2048 = 1 \times 2^n \rightarrow n = 11$$
    $$T = n \times \text{generation time} = 11 \times 30\text{ min}$$
    ③ [최종 결과]
    $$T = 330\text{ min} = 5\text{시간 } 30\text{분}$$
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6. 초산발효에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 주요기질은 전분이다.
  2. 생산균은 Saccharomyces cerevisiae이다.
  3. 호기적 조건에서 발효가 일어난다.
  4. 발효액의 점도가 높아 연속공정이 어렵다.
(정답률: 80%)
  • 초산발효는 에탄올을 초산으로 산화시키는 과정으로, 산소 공급이 필수적인 호기적 조건에서 진행됩니다.

    오답 노트
    주요기질은 전분이 아니라 에탄올입니다.
    생산균은 Acetobacter 속 균주이며, Saccharomyces cerevisiae는 알코올 발효균입니다.
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7. Penicillin은 어떤 항생물질그룹으로 분류되는가?

  1. Aminoglycoside 계
  2. Macrolide 계
  3. β-lactam 계
  4. Polyene 계
(정답률: 85%)
  • Penicillin은 분자 구조 내에 $\beta\text{-lactam}$ 링 구조를 가지고 있어 $\beta\text{-lactam}$ 계 항생물질로 분류됩니다.
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8. 페니실린이 처음 발견되었을 당시보다 현재는 그 생산성이 매우 향상되었다. 이러한 생산성 향상과 가장 관계가 적은 것은?

  1. 연속배양공정개발
  2. 돌연변이 균주의 개발
  3. 배양배지의 최적화
  4. 발효공정의 개선
(정답률: 65%)
  • 페니실린은 미생물의 성장기 이후에 생성되는 2차 생성물입니다. 연속배양공정은 주로 성장기와 연동되어 생성되는 1차 생성물의 생산성을 높이는 데 유리하므로, 2차 생성물인 페니실린의 생산성 향상과는 관계가 적습니다.
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9. 생물전환반응(bioconversion)에 의한 아미노산 생산 기술의 특성이 아닌 것은?

  1. 반응 특이성이 높음
  2. 입체 특이성이 낮음
  3. 에너지 절약형임
  4. 상온, 상압에서 반응함
(정답률: 86%)
  • 생물전환반응은 효소나 미생물을 이용하므로 반응 특이성과 입체 특이성이 매우 높다는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    입체 특이성이 낮음: 생물전환은 매우 높은 입체 특이성을 가집니다.
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10. 유기산과 같은 목적산물의 생산이 에너지획득 대사과정에서 생산도리 때, 그 물질의 생산속도는 흔히 Leudeking-Piret 식[(1/x)dP/dt=αμ+β]으로 표현된다. 다음 표는 Lactobacillus delbrueckii의 젖산 발효 데이터이다. 이 결과를 Leudeking-Piret식으로 해석했을 때, 젖산생성의 비생산속도의 성장연관 (growth-associated) 상수(α)는 얼마인가? (단, x는 균체농도, P는 산물농도, μ는비성장속도)

  1. 0.1
  2. 1.36
  3. 3.13
  4. 5.44
(정답률: 70%)
  • Leudeking-Piret 식은 산물 생산 속도를 성장 연관 항과 비성장 연관 항의 합으로 나타낸 식입니다. 주어진 데이터에서 비성장속도 $\mu$와 비생산속도 $q_P$의 관계를 선형 회귀 분석(기울기 계산)하면 성장연관 상수 $\alpha$를 구할 수 있습니다.
    $$\frac{1}{x}\frac{dP}{dt} = \alpha \mu + \beta$$
    $$\alpha = \frac{q_{P2} - q_{P1}}{\mu_2 - \mu_1} = \frac{0.650 - 0.125}{0.18 - 0.02}$$
    $$\alpha = 3.13$$
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11. 동결보존법으로 미생물을 보존하고자 할 때 사용되지 않는 동해방지제(cryoprotectant)는?

  1. 염화나트륨
  2. 글리세롤
  3. 설탕
  4. 디메틸설폭사이드
(정답률: 81%)
  • 동해방지제는 세포 동결 시 결정 형성을 억제하기 위해 융점이 낮은 물질을 사용합니다. 글리세롤, DMSO, 설탕(sucrose) 등은 대표적인 항동해제이지만, 염화나트륨은 이에 해당하지 않습니다.
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12. 펩톤의 원료로 사용되지 않는 것은?

  1. meat
  2. 카제인
  3. soy meal
  4. 당밀
(정답률: 74%)
  • 펩톤은 단백질을 가수분해하여 만든 질소원이며, 당밀은 당분으로 구성된 탄소원입니다.

    오답 노트
    meat, 카제인, soy meal: 펩톤 제조를 위한 단백질 기반 질소원
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13. 식초 생산에 관여하는 균은?

  1. Sterptomyces속
  2. Bacillus속
  3. Acetobacter속
  4. Streptococcus속
(정답률: 82%)
  • 식초의 주성분인 초산을 생성하는 균은 에탄올을 산화시켜 초산을 만드는 Acetobacter속 균주입니다.
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14. 전분으로부터 포도당을 생산하고자 할 때 쓰이는 효소는?

  1. amylase
  2. glucose isomerase
  3. hexokinase
  4. lipase
(정답률: 71%)
  • 전분(Starch)은 포도당이 $\alpha-1,4$ 및 $\alpha-1,6$ 결합으로 연결된 다당류이며, 이를 가수분해하여 포도당으로 분해하는 효소는 amylase입니다.
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15. 유전적으로 불안정한 미생물을 보존하고자 할 때 적합한 방법은?

  1. 계대배양을 지속적으로 수행한다.
  2. 시험관이나 petri dish의 agar 배지상에서저온으로 유지한다.
  3. 상온에서 보존한다.
  4. 저온기 (-80℃)에서 보존한다.
(정답률: 82%)
  • 유전적으로 불안정한 미생물은 계대배양 횟수가 늘어날수록 변이가 일어날 확률이 높습니다. 따라서 대사 활동을 완전히 억제하여 유전적 변이를 최소화할 수 있는 $-80^{\circ}C$ 저온기 보존법이 가장 적합합니다.
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16. 당밀을 이용하는glutamic acid 발효에 대한 설명으로 적합하지 않은 것은?

  1. 당밀에는 biotin이 과량 함유되어 있어 biotin을 따로 첨가할 필요가 없다.
  2. Biotin은 생육인자로 필요하다.
  3. Product의 세포막 투과성을 향상시키는데 고농도의 biotin이 필요하다
  4. 배양 중에 penicillin을 첨가하면 product의 세포막 투과성을 높일 수 있다.
(정답률: 54%)
  • Glutamic acid 생산 시 Biotin은 생육인자로 필요하지만, 고농도의 Biotin은 오히려 세포막 투과성을 낮추어 생산량을 감소시킵니다. 따라서 세포막 투과성을 향상시키기 위해서는 Biotin의 농도를 제한하거나 Penicillin을 첨가하여 세포벽을 약화시켜야 합니다.

    오답 노트
    당밀에는 biotin이 함유되어 있음: 사실
    Biotin은 생육인자로 필요함: 사실
    Penicillin 첨가 시 투과성 향상: 사실
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17. 균체로부터 대부분의 물을 제거하여 세포의 생리활동을 정지시키는 균주의 보존방법으로 장기간 보존이 가능하기 때문에 균주 보존 기관에서 널리 사용하고 있는 균주 보관법은?

  1. 계대배양 보존법
  2. 증류수 보존법
  3. 유동파라핀 중층 보존법
  4. 동결건조 보존법
(정답률: 95%)
  • 균체 내의 수분을 제거하여 세포의 생리 활동을 정지시킴으로써 장기간 안정적으로 보존할 수 있는 방법은 동결건조 보존법입니다. 이는 균주 보존 기관에서 가장 널리 사용하는 표준적인 방법입니다.
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18. 화학조성을 알고 있는 순수 화합물을 일정한 양으로 포함하는 배지의 성분인 것은?

  1. 펩톤(peptone)
  2. 포도당
  3. 효모추출액
  4. 옥수수추출액
(정답률: 82%)
  • 화학적으로 조성이 명확히 정의된 순수 화합물로 구성된 배지 성분은 포도당입니다.

    오답 노트
    펩톤, 효모추출액, 옥수수추출액: 천연물 유래 성분으로 정확한 화학 조성을 알 수 없는 복합 성분임
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19. 젖산(lactic acid) 발효에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. EMP (glycolysis) 또는 HMP (hexose monophosphate) 경로를 경유한다.
  2. 호기적 조건으로 발효한다.
  3. 주요 생산균은 Lactobacillus 속이다.
  4. 김치 및 유산균 발효와 관련이 있다.
(정답률: 87%)
  • 젖산 발효는 산소가 없는 상태에서 에너지를 얻는 혐기적 대사 과정입니다. 따라서 호기적 조건으로 발효한다는 설명은 틀린 것입니다. 젖산 발효는 EMP 또는 HMP 경로를 경유하며, 주로 Lactobacillus 속 균주가 김치 및 유산균 발효에 관여합니다.
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20. 세균의 종균 접종량은 일반적으로 배양 액량 대비 몇 % 범위인가?

  1. 0.01-0.1
  2. 0.1-10
  3. 20-30
  4. 30-50
(정답률: 89%)
  • 미생물 배양 시 최적의 성장 속도를 유지하고 유도기를 단축하기 위해 일반적으로 배양 액량 대비 $0.1 \sim 10\%$ 범위의 종균을 접종합니다.
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2과목: 배양공학

21. 세포질량농도를 측정하는 직접법으로 부적절한 방법은?

  1. RNA측정법
  2. 건조중량(dry cell weight) 측정법
  3. Optical density(absorbance) 측정법
  4. 충전세포부피(packed cell)
(정답률: 89%)
  • 세포질량농도의 직접법은 세포의 물리적 양을 직접 측정하는 방법입니다. 건조중량 측정법, Optical density 측정법, 충전세포부피 측정법은 세포의 양을 직접적으로 측정하지만, RNA측정법은 세포 내 특정 성분을 분석하는 간접적인 방법이므로 부적절합니다.
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22. 생체내에서 중요한 역할을 하는 cysteine, methionine, coenzyme A, biotin에 공통으로 포함 되어있는 원소는?

  1. 인
  2. 칼슘
  3. 황
  4. 철
(정답률: 74%)
  • Cysteine, Methionine, Coenzyme A, Biotin은 모두 분자 구조 내에 황($S$) 원자를 포함하고 있는 대표적인 생체 물질입니다.
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23. 배지에 이용되는 미량원소가 아닌 것은?

  1. S
  2. Fe
  3. Mn
  4. Zn
(정답률: 91%)
  • 황($S$)은 단백질과 핵산의 구성 성분으로 다량 요구되는 다량원소입니다. 반면 $Fe$, $Mn$, $Zn$ 등은 효소의 보조인자로 매우 적은 양만 필요한 미량원소입니다.
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24. 단백질의 구조에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 1차구조란 아미노산 배열이 규칙적인 나선을 이룬 것을 말한다.
  2. 2차구조란 아미노산 배열이 일정한 이중나선 구조를 이룬 것을 말한다.
  3. 3차구조란 펩티드 사슬이 접혀서 구형 구조를 이룬 것이다.
  4. 4차구조란 3차구조에 1차구조가 혼합된 것을 말한다.
(정답률: 72%)
  • 단백질의 3차구조는 펩티드 사슬이 입체적으로 접혀서 형성되는 구형의 3차원 구조를 의미합니다.

    오답 노트
    1차구조: 아미노산의 단순 선형 배열
    2차구조: $\alpha$-나선 또는 $\beta$-병풍 구조
    4차구조: 여러 개의 3차구조 폴리펩타이드가 결합한 형태
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25. 세포 농도를 결정하기 위한 간접법 중 형광을 이용하는 경우에는 세포 내 어떤 물질의 농도를 측정하는 것인가?

  1. NADH
  2. ATP
  3. DNA
  4. 단백질
(정답률: 61%)
  • 세포 농도 측정 시 형광법을 이용하는 경우, 세포 내에 존재하는 $NADH$의 자가 형광 특성을 이용하여 농도를 간접적으로 측정합니다.
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26. 세포가 새로운환경에 적응하는 기간으로 세포에서 새로운 구성성분의 합성이 이루어지는 시기는?

  1. 지연기
  2. 대수기
  3. 정체기
  4. 사멸기
(정답률: 88%)
  • 미생물이 새로운 환경에 접종되었을 때, 세포 분열은 일어나지 않지만 새로운 환경에 적응하기 위해 효소 및 구성 성분을 합성하는 시기를 지연기라고 합니다.
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27. 플라스미드 분리(plasmid segregation) 개선에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 플라스미드 복제수가 평균값은 같더라도 균등한 경우가 불균등한 경우보다 유실이 적다.
  2. par 유전자는 plasmid-membrane 복합체 형성을 촉진한다.
  3. cer 유전자는 다량체 형성(multimerization)을 촉진한다.
  4. 플라스미드의 균등한 배분은 배지조성, 용존 산소 등 배양 조건으로도 최적화 할 수 있다.
(정답률: 69%)
  • cer 유전자는 플라스미드의 다량체(multimer)를 단량체(monomer)로 분해하여 세포 분열 시 플라스미드가 균등하게 분배되도록 돕는 역할을 합니다. 따라서 다량체 형성을 촉진한다는 설명은 틀린 것입니다.
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28. 단세포단백질을 제조하기 위해 헥사데칸을 탄소원으로 하고 암모니아를 질소원으로 하여 호기성 배양을 실시하였다. 이 세포의 증식에 대한 반응식을 다음과 같이 표현한다면, 양론 계수 a, b, c, d의 값이 옳은 것은?

  1. a=10.5, b=2.12, c=5.4, d=11.4
  2. a=12.5, b=2.12, c=9.4, d=11.4
  3. a=12.5, b=1.12, c=5.4, d=11.4
  4. a=12.5, b=2.12, c=5.4, d=11.4
(정답률: 69%)
  • 탄소원, 질소원, 산소의 원자 수 보존 법칙을 이용하여 화학 양론 계수를 결정하는 문제입니다.
    반응식: $C_{16}H_{34} + aO_{2} + bNH_{3} \rightarrow 10.6CH_{1.66}O_{0.27}N_{0.2} + cCO_{2} + dH_{2}O$
    C, N, H, O 원자의 균형을 맞추면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $C: 16 = 10.6 + c$
    ② [숫자 대입] $c = 16 - 10.6 = 5.4$
    ③ [최종 결과] $c = 5.4$

    ① [기본 공식] $N: b = 10.6 \times 0.2$
    ② [숫자 대입] $b = 2.12$
    ③ [최종 결과] $b = 2.12$

    ① [기본 공식] $H: 34 + 3b = 10.6 \times 1.66 + 2d$
    ② [숫자 대입] $34 + 6.36 = 17.6 + 2d$
    ③ [최종 결과] $d = 11.38 \approx 11.4$

    ① [기본 공식] $O: 2a = 10.6 \times 0.27 + 2c + d$
    ② [숫자 대입] $2a = 2.86 + 10.8 + 11.4$
    ③ [최종 결과] $a = 12.53 \approx 12.5$
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29. 플라스미드를 가지고 있는 유전자 재조합세포는 세포분열시 플라스미드를 잃고 야생형(wild type)이 될 수 있다. 만약, 10개의 플라스미드를 가지고 있는 대장균이 있다면, 1회 분열시 플라스미드가 없는 야생형이 될 확률은? (단, 세포분열시 플라스미드는 무작위로 딸세포 [daughter cell]에 분배된다고 가정한다.)

  1. 0.001
  2. 0.002
  3. 0.031
  4. 0.005
(정답률: 64%)
  • 세포 분열 시 10개의 플라스미드가 무작위로 분배될 때, 한쪽 딸세포가 플라스미드를 하나도 받지 못할 확률을 구하는 문제입니다.
    각 플라스미드가 특정 딸세포로 갈 확률은 $1/2$이며, 10개 모두 반대편으로 갈 확률을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = (1/2)^{n}$
    ② [숫자 대입] $P = (1/2)^{10}$
    ③ [최종 결과] $P = 0.000976 \approx 0.001$
    단, 문제의 정답이 0.002로 제시된 경우, 이는 양쪽 딸세포 중 어느 한 곳이라도 플라스미드를 잃을 확률($0.001 \times 2$)을 계산한 결과입니다.
    $$P = 0.001 \times 2 = 0.002$$
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30. 살균하는 과정에서 배지성분들 사이의 화학반응을 방지하기 위하여 서로 분리해서 살균하는 것이 좋은 배지성분들로 짝지어진 것은?

  1. 포도당(glucose)과 아미노산
  2. 효모 엑기스(yeast extract)와 아미노산
  3. 인산(PO4)과 암모늄
  4. 아미노산(amino acids)과 암모늄
(정답률: 85%)
  • 포도당과 아미노산은 함께 가열 살균할 경우 마이야르 반응(Maillard reaction)이 일어나 배지의 영양소가 파괴되고 갈변 현상이 발생하므로, 각각 분리하여 살균한 후 혼합해야 합니다.
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31. 유전자조작 E. coli의 배양을 통해 얻은 산물의 장점이 아닌 것은?

  1. 이종의 외래 단백질 및 효소제재를 클로닝하여 저렴하게 생산할 수 있다.
  2. 많은 종류의 vector와 promoter들이 개발되어 쉽게 유전자 조작을 할 수 있다.
  3. 발현 후 단백질 가공 및 당 분자 결합을 통한 원형의 단백질을 얻을 수 있다.
  4. 생장속도가 빠르고 적절한 promoter를 사용하여 높은 발현율을 얻을 수 있다.
(정답률: 76%)
  • E. coli는 원핵세포이므로 진핵세포와 달리 단백질 가공(post-translational modification) 및 당 분자 결합(glycosylation) 능력이 없습니다. 따라서 당쇄화가 필요한 원형의 단백질을 얻기에는 부적합합니다.
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32. 제한배지(defined midium)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 화학조성을 알고 있는 순수화합물로 주로 구성된다.
  2. 효모추출물, 펩톤, 당밀 등을 포함하게 되어 세포 생장이 우수하다.
  3. 합성배지(synthetic medium)라고도 하며 식물세포배양에 많이 활용된다.
  4. 배지 영양소 성물을 정확하게 조절할 수 있어 세포 배양을 잘 제어할 수 있다.
(정답률: 70%)
  • 제한배지는 화학적 조성을 정확히 알고 있는 순수 화합물로만 구성된 합성배지입니다. 효모추출물, 펩톤, 당밀과 같이 조성이 불분명한 천연물을 포함하는 배지는 복합배지(complex medium)라고 합니다.
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33. 2차 대사산물이라고 할 수 있는 것은?

  1. 포도당
  2. 구연산
  3. 페니실린
  4. 라이신
(정답률: 83%)
  • 2차 대사산물은 생물의 생존과 성장에 직접적으로 필수적이지는 않으나, 방어나 신호 전달 등 특수한 기능을 수행하는 물질입니다. 페니실린과 같은 항생제가 대표적인 예입니다.

    오답 노트
    포도당, 구연산, 라이신: 생명 유지에 필수적인 1차 대사산물입니다.
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34. 방향족 아미노산이 아닌 것은?

  1. 트립토판(tryptophan)
  2. 라이신(lysine)
  3. 페닐알라닌(phenylalanine)
  4. 타이로신(tyrosine)
(정답률: 93%)
  • 방향족 아미노산은 벤젠 고리 구조를 포함하는 아미노산으로 트립토판, 페닐알라닌, 타이로신이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    라이신: 지방족 아미노산의 일종입니다.
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35. 식물세포 배양시 기관화된 조직 배양(organized tissue)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 성장속도가 빠르고, 기관화된 조직에 효과적인 생물반응기 설계가 용이하다.
  2. 현탁배양이나 고정화세포 배양보다 대사물질의 수율이 높은 편이다.
  3. Agrobacterium rhizogenes의 감염으로 생성된 모상근(hairy root)을 이용하기도 한다.
  4. 대형 배양시 뿌리뭉치의 형성이 물질전달, 기체와 부유물 제거, 균일환경 유지에 방해가 된다.
(정답률: 48%)
  • 기관화된 조직 배양은 뿌리뭉치와 같은 구조를 형성하므로, 현탁배양에 비해 성장 속도가 느리고 물질전달 저해 및 균일 환경 유지의 어려움으로 인해 생물반응기 설계가 매우 까다롭습니다.
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36. 유전자 조작된 세포 배양시 공정상의 제약이 되는 유전자 불안정성(genetic instability)의 주된 원인이 아닌 것은?

  1. 불안정벡터에 의한 유실(vector instability loss)
  2. 플라스미드 구조적 불안정성(plasmid structural instability)
  3. 숙주세포 돌연변이(host cell mutation)
  4. 분리에 의한 유실(segregational loss)
(정답률: 57%)
  • 유전자 불안정성의 주된 원인은 플라스미드의 구조적 변형, 세포 분열 시 플라스미드가 고르게 분배되지 않는 분리 유실, 그리고 숙주 세포 자체의 돌연변이입니다. 불안정벡터에 의한 유실이라는 표현은 일반적인 유전자 불안정성의 핵심 메커니즘 분류에 해당하지 않습니다.
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37. 연속배양의 특성에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 균체의 농도는 초기에 공급되는 배지의 성분 중 제한 기질의 농도에 비례하여 증가한다.
  2. 균체의 농도는 희석율(dilution rate)의 증가에 따라 점차적으로 증가하는 경향을 보인다.
  3. 희석율(dilution rate)은 균체의 최대 비성장 속도까지 증가시킬 수 있다.
  4. 배양액 중 제한 기질의 농도는 희석율(dilutionrate)이 낮은 영역에서는 매우 낮게 유지된다.
(정답률: 54%)
  • 연속배양에서 희석율(dilution rate)이 증가하면 균체가 배양기 밖으로 씻겨 나가는 속도가 빨라지므로, 일정 수준까지는 균체 농도가 감소하는 경향을 보입니다.

    오답 노트
    제한 기질의 농도 비례: 제한 기질이 균체 성장을 결정하는 핵심 요인이므로 맞음
    최대 비성장 속도: 희석율을 $\mu_{\text{max}}$까지 높이면 세척 현상(wash-out)이 발생하므로 맞음
    낮은 희석율 영역: 균체가 기질을 충분히 소비하여 잔류 기질 농도가 매우 낮게 유지되므로 맞음
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38. 0.4mol의 glucose가 소비되어 가용전자수(available electron) 44개를 갖는 product 0.1mol이 생기고 나머지는 모두 열로 발생되었다면 발열량은 몇 kcal인가? (단, 가용전자 1mol 당 생성열량은 26.54 kcal/mol)

  1. 94.6
  2. 104.6
  3. 127.9
  4. 138.0
(정답률: 36%)
  • 글루코스의 가용 전자수를 계산한 뒤, 전체 가용 전자에서 생성물로 간 전자를 제외한 나머지가 열로 방출된다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Heat} = (n_{\text{glucose}} \times e_{\text{glucose}} - n_{\text{product}} \times e_{\text{product}}) \times \text{Heat per electron}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Heat} = (0.4 \times 24 - 0.1 \times 44) \times 26.54$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Heat} = 138.0$$
    따라서 발열량은 $138.0\text{ kcal}$입니다.
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39. 박테리아세포의 4대세포구성성분이 아닌 것은?

  1. 탄소
  2. 산소
  3. 수소
  4. 황
(정답률: 88%)
  • 박테리아 세포를 구성하는 4대 주요 성분은 탄소(C), 산소(O), 수소(H), 질소(N)입니다. 황은 필수 원소이긴 하지만 4대 주요 구성 성분에는 포함되지 않습니다.
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40. 고정화 세포배양의 잠재적인장점이 아닌 것은?

  1. 고정화는 높은 세포 농도를 유지할 수 있다.
  2. 고정화된 세포는 재사용할 수 있고 세포회수와 재순환 공정에 드는 비용이 절약된다.
  3. 고정화는 세포내에 축적되는 생산물을 높은 부피 생산성으로 생산하는데 유리하다.
  4. 고정화는 좋은 미세 환경 조건을 제공하여 생물 촉매의 성능을 증가시킬 수 있다.
(정답률: 63%)
  • 고정화 세포배양은 세포 농도를 높이고 재사용이 가능하다는 장점이 있지만, 세포 내에 축적되는 생산물의 경우 담체나 세포막에 의해 확산 저항이 발생하여 외부로 배출되는 속도가 느려지므로 부피 생산성을 높이는 데 불리합니다.
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3과목: 생물반응공학

41. 융통성이 있으며 높은 점도의 발효액을 잘 다룰 수 있는 생물반응기 형태는?

  1. 기포탑(bubble columns)
  2. 루프식 반응기(loop reactors)
  3. 교반탱크 반응기(stirred tank reactor)
  4. PFR(plug flow reactor)
(정답률: 81%)
  • 교반탱크 반응기(stirred tank reactor)는 임펠러를 통해 강제로 혼합하므로 점도가 높은 발효액에서도 효율적인 물질 전달과 혼합이 가능하며, 운전 조건 변경이 용이하여 융통성이 높습니다.
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42. 초기 배지양 500mL를 사용한 1L의 연속식 반응기에서 효모 발효를 행하였다. 발효 50시간 후 정상상태에 도달하였고, 샘플 분석을 실시한 결과 이반응은 Monod Model을 따르는 나타났다. 정상상태에서의 효모의 비증식속도와 최대 비증식속도가 각 각 0.5h-1 및 0.7-1이었고, 정상상태 하에서의 기질 및 균체의 농도가 0.1g/L 및 5g/L이었다면 배지의 유입 flow rate를 얼마로 해 주어야 이 값들을 얻을 수 있는가?

  1. 0.04L/h
  2. 0.3L/h
  3. 0.42L/h
  4. 0.5L/h
(정답률: 51%)
  • 연속식 반응기(Chemostat)의 정상상태에서는 희석률(Dilution rate)이 비증식속도($\mu$)와 동일합니다. 유입 유량은 희석률에 반응기 부피를 곱하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $F = D \times V = \mu \times V$
    ② [숫자 대입] $F = 0.5 \times 1$
    ③ [최종 결과] $F = 0.5$
    단, 문제의 정답이 0.3L/h로 제시되어 있으나, 주어진 조건($\mu = 0.5\text{h}^{-1}$, $V = 1\text{L}$)에 따른 계산 결과는 0.5L/h입니다. 공식에 근거한 정답은 0.5L/h입니다.
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43. 고정화 효소의 이용에 관한 내용 중 틀린 것은?

  1. 단위 효소당의 생산성이 높기 때문에 공업적으로 효소 반응을 행할 수 있다.
  2. 현탁효소 반응에 비하여 고정화 효소반응은 생성물의정제공정이 간단하고 수득율이 높아진다.
  3. 고정화 효소를 칼럼에 충전하여 효소칼럼으로서 사용하면 연속 효소 반응이 가능하고 자동화도가능하다.
  4. 포괄법 효소 고정화법을 이용하면 담체의 재생이 가능하다.
(정답률: 63%)
  • 포괄법(Entrapment)은 효소를 고분자 망상 구조 내에 가두는 방식입니다. 효소가 담체 내부에 갇혀 있기 때문에 담체만 따로 분리하여 재생하는 것이 불가능합니다.
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44. 효소에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 효소는 생체 촉매 작용을 하는 고분자 단백질을 말한다.
  2. 생체 촉매 작용을 하는 RNA 분자를 ribozyme 이라고 한다.
  3. 효소는 높은 특이성이 반응속도를 증가시킨다.
  4. 효소 단백질은 구형 단백질이다.
(정답률: 57%)
  • 효소의 특이성은 특정 기질하고만 결합하여 반응하는 성질을 의미하며, 이는 반응의 선택성을 높이는 것이지 반응 속도 자체를 증가시키는 원인이 아닙니다. 반응 속도를 증가시키는 것은 효소가 활성화 에너지를 낮추기 때문입니다.
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45. Monod식을 따르는 미생물의 μm=0.4h-1, Ks=1.5g/L, 수율계수 Yx/s=0.5g균체/g기질이다. 이 미생물을 100L의 CSTR에서 배양하고자 10g/L의 기질을 10L/h의 유량으로 공급할 때 정상상태에서 기질의 농도가 0.5g/L라면 이때 균체의 비생산속도는 몇 g/L·h인가?

  1. 0.475
  2. 4.75
  3. 0.95
  4. 9.5
(정답률: 45%)
  • 정상상태 CSTR에서 균체의 비생산속도(생산율)는 공급된 기질 중 소비된 양에 수율계수를 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $R_x = \frac{F}{V} \times (S_0 - S) \times Y_{x/s}$
    ② [숫자 대입] $R_x = \frac{10}{100} \times (10 - 0.5) \times 0.5$
    ③ [최종 결과] $R_x = 0.475$
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46. 기질 저해 현상이 있는 효소반응에서 Vm=1.14g/L·min, Km=9.2g/, Ksi=0.54g/L인 경우에 최대 효소반응속도를 나타내기 위한 기질의 농도(g/L)는? (단, Vm: 최대반응속도, Km:Michaelis-Menten상수, Ksi: 기질저해상수 이다.)

  1. 2.15
  2. 2.23
  3. 2.37
  4. 2.56
(정답률: 45%)
  • 기질 저해 현상이 있는 반응에서 최대 반응속도를 나타내는 최적 기질 농도는 $K_m$과 $K_{si}$의 기하평균으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $S_{opt} = \sqrt{K_m \times K_{si}}$
    ② [숫자 대입] $S_{opt} = \sqrt{9.2 \times 0.54}$
    ③ [최종 결과] $S_{opt} = 2.23$
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47. 기포탑 생물반응기를 교반식 생물반응기와 비교 할 때 기포탑 생물반응기의 특성이 아닌 것은?

  1. 혼합력이 약하다.
  2. 낮은 점도를 갖는 시스템에 적합하다.
  3. 동력의 소모가 높다.
  4. 거품이 많이 생길 수 있다.
(정답률: 65%)
  • 기포탑 생물반응기는 기계적 교반기 없이 공기 방울의 상승으로만 혼합이 이루어지므로, 교반식 반응기에 비해 동력 소모가 매우 낮다는 것이 핵심 특징입니다.

    오답 노트
    혼합력 약함, 낮은 점도 시스템 적합, 거품 발생 가능성 높음: 모두 기포탑 반응기의 실제 특성입니다.
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48. 고정화 세포 배양의 장점이 아닌 것은?

  1. 세포내 효소와 같은 물질 생산에 적합하다.
  2. 높은 세포 농도를 유질할 수 있다.
  3. 세포를 재사용하여비용이 절감된다.
  4. 높은 희석속도에서도 세포의 세출(washout)이 없다.
(정답률: 55%)
  • 고정화 세포 배양은 세포를 지지체에 고정하여 고농도 유지, 재사용, 세출 방지가 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 세포가 고정되어 있어 세포 내에서 생산되는 효소나 물질을 회수하기 위해서는 세포를 파쇄해야 하므로, 세포 내 물질 생산에는 적합하지 않습니다.
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49. 생물 반응기의 여러 가지 대규모화 방법에 있어서 일정한 kL·a가 일반적으로 의미하는 것은? (단, kL: 물질전달 속도상수, a: 접촉면적)

  1. 일정한 전단응력
  2. 일정한 혼합시간
  3. 일정한 산소전달 속도(OTR)
  4. 기하학적으로 유사한 흐름 유형
(정답률: 78%)
  • 생물 반응기의 대규모화(Scale-up) 전략 중 $k_L a$를 일정하게 유지하는 것은 산소전달계수와 접촉면적의 곱을 동일하게 가져감으로써, 결과적으로 산소전달 속도(OTR)를 일정하게 유지하여 세포의 산소 요구량을 충족시키기 위함입니다.
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50. 호기성 발효에 필요한 공기 공급에 있어 공기의 멸균 방법으로 가장 적절한 것은?

  1. 약 2-3μm 필터를 통해 주입한다.
  2. 공기 주입시 오존을 함께 주입한다.
  3. 공기 압축기에서 발효기까지 연결된 관을 UV로 조사한다.
  4. 단열압축을 시킨후 심층여과기를통해 주입한다.
(정답률: 64%)
  • 대규모 호기성 발효에서 공기 멸균은 효율적인 제거를 위해 단열압축을 통해 공기를 농축시킨 후, 심층여과기(depth filter)를 통해 미생물을 물리적으로 제거하여 주입하는 방법이 가장 적절합니다.
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51. 발효조의 대규모화(scale-up)에 대한 설명으로 틀린 것은? (단, N: 임펠러의 단위시간당 회전수, D: 발효조의 직경)

  1. 단위체적당 일정한 동력을 투입하는 조건으로 대규모화하는 경우 N3D2값이 일정하게 유지되어야 한다.
  2. 부피산소전달계수 값이 일정하도록 대규모화하면 일반적으로 발효조 단위 부피당 투입되는 동력의 크기가 커져야 한다.
  3. shear rate를 일정하게 유지하도록 대규모화하는 경우 임펠러의 tip speed의 제곱이 일정하게 되도록 하여야 한다.
  4. 순환시간이 같도록 대규모화 하는 경우 큰 탱크에서의 동력은 작은 탱크에서의 동력보다 큰 값이 소요된다.
(정답률: 64%)
  • 전단율(shear rate)을 일정하게 유지하며 대규모화하는 경우, 임펠러 끝단의 속도인 tip speed($\pi N D$) 자체가 일정하게 유지되어야 합니다. 따라서 tip speed의 제곱이 일정해야 한다는 설명은 틀린 것입니다.
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52. 효소의 pH 활성에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 효소 활성은 pH와 상관없이 일정하다.
  2. 효소의 활성은 최적 pH에서 최고를 타나내며 이를 벗어나면 점점 줄어드는 경향을 나타낸다.
  3. 모든 효소가 작용하는 pH의 범위는 4-6이며 이를 벗어나면 활성이 없다.
  4. 사람의 위에서 분비되는 소화효소 펩신의 적정 pH는 7 근처이다.
(정답률: 90%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 주변 pH에 따라 입체 구조와 활성 부위의 전하 상태가 변하며, 각 효소마다 활성이 최대가 되는 최적 pH가 존재하고 이를 벗어나면 활성이 감소합니다.

    오답 노트
    pH 상관없음: pH에 따라 활성이 크게 변함
    pH 범위 4-6: 효소마다 최적 pH가 모두 다름
    펩신: 위에서 작용하므로 강산성(pH 2 근처)에서 최적 활성을 가짐
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53. 이상적인 연속배양장치(ideal chemostat)에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 원료배지는 무균상태, 사멸속도가 생장속도에 비해 무시할 만하다.)

  1. 정상상태(steady state)에서 세포의 비성장속도는 기질의 희석속도(dilution rate)와 같다.
  2. 일반적으로 회분식 배양에 비해 산물의 생산성이 낮다.
  3. 세포성장을 최대 비성장속도 상태로 지속시킬 수 있다.
  4. 정상상태라 할지라도 반응기 내의 기질농도는 시간에 따라 일정하지 않다.
(정답률: 66%)
  • 이상적인 연속배양장치(Chemostat)의 정상상태(steady state)에서는 세포의 성장 속도와 배양액이 씻겨 나가는 희석 속도가 평형을 이루어 세포 농도가 일정하게 유지됩니다.

    오답 노트
    산물의 생산성: 연속배양은 회분식보다 생산성이 높음
    최대 비성장속도: 희석속도를 최대 비성장속도 이상으로 높이면 세포가 모두 씻겨 나가는 Wash-out 발생
    기질농도: 정상상태에서는 기질농도 또한 일정하게 유지됨
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54. 흡착법에 의한 효소고정화기술에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 고정화의 과정이 간단하다.
  2. 결합의세기가 약하다.
  3. 일정한 담체에 많은 효소를 흡착시킬수 있다.
  4. 고정화상태가 용액의 온도 매우 민감하다.
(정답률: 78%)
  • 흡착법은 효소와 담체 간의 정전기적 인력이나 수소 결합 등 약한 물리적 결합을 이용합니다. 이로 인해 결합 세기가 약해 효소가 쉽게 탈리될 수 있으며, 담체의 표면적에 따라 흡착 가능한 효소의 양이 제한적이므로 무조건적으로 많은 효소를 흡착시킬 수 있는 것은 아닙니다.
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55. 교반식 생물반응기에서 방해판의 폭은 보통 반응기 지름의 얼마나 되는가?

  1. 1/5
  2. 1/10
  3. 1/15
  4. 1/20
(정답률: 81%)
  • 교반식 생물반응기(STR)의 설계 표준 규격에 따르면, 방해판(Baffle)의 폭은 일반적으로 반응기 내부 지름 $D$의 $1/10$ 수준으로 설계하여 와류(Vortex)를 방지하고 혼합 효율을 높입니다.
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56. 효소에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 고분자 단백질이다.
  2. 비단백질을 갖는 효소는 완전효소(holoenzyme)이다.
  3. 다른 분자구조를 갖지만 동일한 반응을 촉매하는 효소는 유사효소(isozyme)라고 한다.
  4. 비단백질을 갖고 있는 효소의 단백질 부분은 조효소(coenzyme)라고 한다.
(정답률: 81%)
  • 비단백질 성분(보조인자)을 포함하는 효소의 구성 성분 명칭을 구분해야 합니다.
    전체 효소(holoenzyme)는 단백질 부분인 효소단백질(apoenzyme)과 비단백질 부분인 조효소(coenzyme) 또는 보조인자로 구성됩니다. 즉, 단백질 부분은 조효소가 아니라 효소단백질입니다.

    오답 노트
    비단백질을 갖는 효소는 완전효소(holoenzyme)이다: 옳은 설명입니다.
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57. 효소반응에서 최대반응속도와 Michaelis-Menten 상수를 구하기 위한 식이 아닌 것은? (단, v: 반응속도, Vm: 최대반응속도, Km: Michaelis-Menten 상수, [s]: 기질 농도)

  1. 1/v = 1/Vm + Km/Vm · 1/[s]
  2. v = Vm - Km · v/[s]
  3. [s]/v = Km/Vm + 1/Vm · [s]
  4. 1/v = 1/Vm + Km · 1/[s]
(정답률: 68%)
  • Michaelis-Menten 식 $v = \frac{V_{m}[s]}{K_{m} + [s]}$를 변형하여 $V_{m}$과 $K_{m}$을 구하는 선형 식을 도출해야 합니다.
    Lineweaver-Burk 식(역수 식)의 올바른 형태는 다음과 같습니다.
    $$\frac{1}{v} = \frac{1}{V_{m}} + \frac{K_{m}}{V_{m}} \cdot \frac{1}{[s]}$$
    따라서 $K_{m}$ 항에 $V_{m}$이 나누어지지 않은 형태는 잘못된 식입니다.
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58. 효소반응 후 효소가 부착된 고체입자로부터 효소를 분리해서 재사용할 수 있는 효소고정화 방법은?

  1. CM-Cellulose에 효소를 흡착시킨다.
  2. Cynogen bromide와 반응한 Glass Beads에 효소를 부착시킨다.
  3. Acrylamide와 효소를 혼합한 후 고분자화 시킨다.
  4. Glutaraldehyde로 효소를 가교화 한다.
(정답률: 80%)
  • 물리적 흡착법은 효소와 담체 사이의 약한 결합력을 이용하므로, 반응 후 적절한 조건(pH, 이온강도 변화 등)을 통해 효소를 담체로부터 쉽게 분리하여 재사용할 수 있습니다.

    오답 노트
    Cynogen bromide 반응, Acrylamide 고분자화, Glutaraldehyde 가교화: 모두 화학적 결합이나 물리적 가둠을 이용하므로 효소의 분리가 어렵거나 불가능합니다.
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59. 멸균도표(sterilization chart)를 이용하여 멸균시간을 정할 때 직접 이용되는 정보가 아닌 것은?

  1. 허용 가능한 실패 확률
  2. 사멸속도 상수
  3. 초기의 유체에 존재하는 입자수
  4. 초기의 유체에 존재하는 입자의 농도
(정답률: 57%)
  • 멸균시간 결정 시에는 미생물의 사멸 속도 상수, 초기 미생물의 총 개수(입자수), 그리고 허용 가능한 오염 확률(실패 확률)이 직접적으로 사용됩니다. 입자의 농도는 총 입자수와 부피의 개념이 포함된 것이나, 도표 계산의 직접적인 변수는 초기 입자수 자체입니다.
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60. 고정화된 효소에 있어 확산저항이 효소반응속도에 미치는 영향을 대표하는 무차원 변수는?

  1. 레이놀즈 수(Reynolds number)
  2. 담콜러 수(Damkoehler number)
  3. 페크릿 수(Peclet number)
  4. 스트롤 수(Strouhal number)
(정답률: 73%)
  • 담콜러 수(Damkoehler number)는 화학 반응 속도와 물질 전달 속도(확산 속도)의 비를 나타내는 무차원 변수로, 고정화 효소 반응에서 확산 저항의 영향을 평가하는 데 사용됩니다.
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4과목: 생물분리공학

61. 단백질 분리에 적합하지 않은 기술은?

  1. 추출
  2. 크로마토그래피
  3. 증류
  4. 침전
(정답률: 60%)
  • 단백질은 열에 매우 취약하여 고온에서 변성되기 때문에, 가열을 통해 성분을 분리하는 증류 기술은 적합하지 않습니다.
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62. 추출 공정에서 용질이 추출되고 남은 액체를 무엇이라 명명하는가?

  1. extract
  2. raffinate
  3. solute
  4. solvent
(정답률: 85%)
  • 추출 공정에서 용질이 용매로 이동하고 남은 원래의 액체 상을 raffinate(잔액)라고 합니다.

    오답 노트
    extract: 용질이 추출되어 나온 추출액
    solute: 추출 대상이 되는 용질
    solvent: 추출에 사용되는 용매
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63. 세균이 생합성하여 세포 내부에 저장하는 물질 중 초음파와 같은 물리적 충격에 약한 물질을 분리하고자 한다. 이러한 경우 세포 분쇄를 위하여 가장 많이 이용되는 물질은?

  1. Lysozyme
  2. 황산
  3. Glucosylase
  4. 에탄올
(정답률: 70%)
  • 물리적 충격에 약한 물질을 보호하면서 세포벽을 선택적으로 분해하기 위해, 세포벽의 펩티도글리칸 층을 가수분해하는 효소인 Lysozyme을 사용하여 세포를 분쇄합니다.
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64. 구슬분쇄기의 구슬크기가 작을수록 파쇄효율, 파쇄된 고형물질과 생산물의 분리관계를 옳게 설명 한 것은?

  1. 파쇄효율이 높고, 분리가 쉽다.
  2. 파쇄효율이 높고, 분리가 어렵다.
  3. 파쇄효율이 낮고, 분리가 쉽다.
  4. 파쇄효율이 낮고, 분리가 어렵다.
(정답률: 74%)
  • 구슬 크기가 작을수록 접촉 면적이 넓어져 파쇄 효율은 증가하지만, 입자가 작아질수록 나중에 생산물에서 구슬을 걸러내는 분리 공정은 더 어려워집니다.
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65. 응집제의 선택기준이 아닌 것은?

  1. 응집-침강속도
  2. 덩어리의 크기
  3. 상등액의 투명도
  4. 응집제의 색상
(정답률: 84%)
  • 응집제는 오염 물질을 빠르게 뭉치게 하여 효율적으로 제거하는 것이 목적이므로, 물리적·화학적 성능이 중요하며 응집제 자체의 색상은 선택 기준이 아닙니다.

    오답 노트
    응집-침강속도, 덩어리의 크기, 상등액의 투명도: 응집 효율과 정화 성능을 결정하는 핵심 지표입니다.
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66. 일정량의 용액을 여과하는데 걸리는 시간을 길게 만드는 것은?

  1. 높은 점도
  2. 여과면의 큰 면적
  3. 여재(filter cake)의 높은 투과율
  4. 높은 조업압력
(정답률: 85%)
  • 여과 속도는 유체의 점도에 반비례하므로, 점도가 높을수록 액체의 흐름이 저항을 받아 여과 시간이 길어집니다.

    오답 노트
    여과면의 큰 면적, 여재의 높은 투과율, 높은 조업압력: 모두 여과 속도를 빠르게 하여 시간을 단축시키는 요인입니다.
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67. 한외여과에서 여액의 용질농도가 0일 때, 즉 물만 여과기를 통과할 때 배제계수(rejection coefficient)는?

  1. 0
  2. 0.5
  3. 1
  4. 100
(정답률: 75%)
  • 배제계수 $R$은 원액(모액) 대비 여액에 포함된 용질의 비율을 통해 계산하며, 용질이 전혀 통과하지 못하고 물만 여과될 때 최대값인 1이 됩니다.
    ① [기본 공식] $R = 1 - \frac{C_p}{C_f}$
    ② [숫자 대입] $R = 1 - \frac{0}{C_f}$
    ③ [최종 결과] $R = 1$
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68. 소수성 아미노산이 아닌 것은?

  1. 페닐알라닌(phenylalanine)
  2. 트립토판(tryptophan)
  3. 류신(leucine)
  4. 라이신(lysine)
(정답률: 88%)
  • 라이신(lysine)은 곁사슬에 염기성 아미노기를 가지고 있어 물과 친한 친수성 아미노산에 해당합니다.

    오답 노트
    페닐알라닌, 트립토판, 류신: 소수성 곁사슬을 가진 비극성 아미노산
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69. 용질에 대한 막의 배제계수(rejection coefficient)가 0.75이다. 모액(feed solution)쪽의 용질농도가 0.2M 일 때, 여액(filtrate)쪽의 용질 농도는?

  1. 0.01M
  2. 0.03M
  3. 0.05M
  4. 0.07M
(정답률: 66%)
  • 배제계수는 막이 용질을 얼마나 잘 차단하는지를 나타내는 지표로, 모액 농도와 여액 농도의 관계를 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $R = 1 - \frac{C_f}{C_b}$ (배제계수 = 1 - 여액농도 / 모액농도)
    ② [숫자 대입] $0.75 = 1 - \frac{C_f}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $C_f = 0.05\text{ M}$
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70. 항원-항체의 결합에 의해 일어나는 흡착은?

  1. 다단흡착
  2. 재래식 흡착
  3. 친화성 흡착
  4. 이온교환흡착
(정답률: 93%)
  • 항원과 항체 사이의 특이적인 상호작용(결합력)을 이용하여 특정 물질을 분리하는 방법은 친화성 흡착입니다.
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71. 한외여과(ultrafilaration)에서 농도 분극(concentration polarization) 현상의 발생을 억제할 수 있는 방법으로 적당하지 않은 것은?

  1. 스폰지볼(sponge ball)과 같은 입자물체를 주입한다.
  2. 유입수의 압력을 주기적펄스(pulse)형태로 가하다.
  3. 유입수 중의 용질 농도를 높인다.
  4. 유체 흐름이 막표면과 수평이 되도록(cross-flow) 한다.
(정답률: 67%)
  • 농도 분극은 막 표면에 용질이 축적되어 투과 유속이 감소하는 현상입니다. 이를 억제하려면 막 표면의 농도를 낮추어야 하므로, 유입수의 용질 농도를 높이는 것은 오히려 농도 분극을 심화시키는 결과를 초래합니다.
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72. 멤브레인 분리정제공정 중 한외여과가 적용되는 공정으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 단백질의 농축
  2. 완충액 교환
  3. 탈수
  4. 바이러스 제거
(정답률: 64%)
  • 한외여과(Ultrafiltration)는 분자량 차이를 이용해 단백질 농축, 완충액 교환, 바이러스 제거 등에 사용되는 막 분리 공정입니다. 반면, 탈수는 주로 역삼투(Reverse Osmosis) 공정을 통해 물 분자를 선택적으로 제거하여 수행합니다.
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73. 다전해질 또는 CaCl2 같은 염을 사용하여 작은 덩어리를 보다 큰 침강될 수 있는 입자로 만드는 공정은?

  1. 응고
  2. 응집
  3. 투석
  4. 여과
(정답률: 86%)
  • 응집은 다전해질이나 $CaCl_{2}$와 같은 염을 첨가하여 입자 간의 전기적 반발력을 줄임으로써 작은 입자들을 더 큰 덩어리로 뭉치게 하여 침강 속도를 높이는 공정입니다.
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74. 크로마토그래피에서 확산파(diffusive wave)는 어느 경우에 발생하는가?

  1. 선형(Linear) 등온곡선에서 저농도대를 고농도대가 따를 경우
  2. 선형(Linear) 등온곡선에서 고농도대를 저농도대가 따를 경우
  3. Favorable(위로 볼록한) 등온곡선에서 저농도대를 고농도대가 따를 경우
  4. Unfavorable(아래로 볼록한) 등온곡선에서 저농도대를 고농도대가 따를 경우
(정답률: 63%)
  • 크로마토그래피에서 Unfavorable(아래로 볼록한) 등온곡선일 때, 저농도대를 고농도대가 따르는 상황이 되면 농도 구배가 완만해지며 확산파가 발생합니다.
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75. 총 단백질 정량 방법이 아닌 것은?

  1. HPLC
  2. Lowry
  3. Biuret
  4. UV
(정답률: 75%)
  • Lowry, Biuret, UV 방법은 단백질의 정량 분석에 사용되는 대표적인 방법들이지만, HPLC는 성분을 분리하여 분석하는 크로마토그래피 기법입니다.

    오답 노트
    Lowry: 구리 이온과 Folin-Ciocalteu 시약 이용
    Biuret: 펩타이드 결합과 구리 이온의 반응 이용
    UV: $280\text{nm}$에서 방향족 아미노산 흡광도 측정
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76. 증류탑의 단효율이 60% 이고, McCabe-Thiele법으로 구한 이론 단수가 12일 때 설계하여야 할단수는?

  1. 7단
  2. 20단
  3. 25단
  4. 30단
(정답률: 83%)
  • 단효율은 이론 단수를 실제 설계 단수로 나눈 값으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{N_{th}}{N_{act}}$
    ② [숫자 대입] $0.6 = \frac{12}{N_{act}}$
    ③ [최종 결과] $N_{act} = 20$
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77. 단백질 등의 정밀한 농축 및 정제를 위하여 역삼투, 한외여과와 같은 막분리 공정을 수행하기 전 크기가 큰 입자 물질을 제거하기 위한 목적으로 시료를 전처리하는 방법으로 일반적으로 적당치 않은 것은?

  1. 응집 및 응결
  2. 염소를 이용한 산화
  3. 원심분리
  4. 여과
(정답률: 79%)
  • 막분리 공정 전처리 단계에서는 막의 폐쇄(fouling)를 막기 위해 물리적으로 큰 입자를 제거하는 것이 핵심입니다. 응집 및 응결, 원심분리, 여과는 입자 크기를 키우거나 물리적으로 분리하는 방법이지만, 염소를 이용한 산화는 화학적 변형을 일으키는 공정으로 입자 제거 목적의 전처리와는 거리가 멉니다.
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78. 여과 후 형성되는 케이크의 부피가 1L 이고, 케이크 중의 고체 물질의 부피가 0.25L일 때 케이크의 다공성(porosity)은?

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 0.75
  4. 4
(정답률: 63%)
  • 케이크의 다공성은 전체 부피에서 고체 물질이 차지하는 부피를 제외한 빈 공간의 비율을 의미합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = 1 - \frac{V_{s}}{V_{c}}$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = 1 - \frac{0.25}{1}$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 0.75$
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79. 다음 중 단백질 용액으로부터 염(salt)을 제거하거나 완충용액 조건을 바꾸기 위해 사용할 수 있는 가장 효율적인 크로마토그래피 방법은?

  1. 이온교환(ion exchange) 크로마토그래피
  2. 흡착(absorption) 크로마토그래피
  3. 젤여과(gel filtration) 크로마토그래피
  4. 친화성(affinity) 크로마토그래피
(정답률: 68%)
  • 젤여과(gel filtration) 크로마토그래피는 분자 크기에 따라 물질을 분리하는 방법으로, 단백질과 같은 거대 분자는 빠르게 빠져나오고 염(salt)과 같은 작은 분자는 젤 입자 사이의 구멍에 갇혀 천천히 이동하므로 염 제거 및 완충용액 교체(Desalting/Buffer exchange)에 가장 효율적입니다.
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80. 케이크 여과 공정 대신 원심분리 공정을 쓰는 이유를 설명한 것 중 틀린 것은?

  1. 여과 flux가 너무 낮거나 fouling이 자주 일어나는 경우
  2. 여과될 용액이 두 개의 액체상과 고체상으로 이루어진 3상 혼합물인 경우
  3. 여과조제(filter aid)을 첨가물이 혼합되지 않은 고체물만을 얻고자 하는 경우
  4. 여과 대상 고체물의 입도가 너무 커서 간섭침강 효과가 낮아 고형분을 쉽게 얻고자 하는 경우
(정답률: 50%)
  • 원심분리는 입자의 크기가 작아 침강 속도가 느릴 때, 원심력을 이용해 강제로 침강시켜 고형분을 분리하는 공정입니다. 따라서 여과 대상 고체물의 입도가 너무 커서 간섭침강 효과가 낮다는 설명은 원심분리를 사용하는 이유와 맞지 않습니다.
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5과목: 생물공학개론

81. 양이온 교환기로 연결된 것은?

  1. DEAE(diethylaminomethyl)기 - CM(carboxymethyl)기
  2. CM(carboxymethyl)기 –SP(sulfopropyl)기
  3. QAE(quaternaryaminoethyl)기 - SP(sulfopropyl)기
  4. DEAE(diethylaminomethyl)기 –SP(sulfopropyl)기
(정답률: 67%)
  • 양이온 교환기는 음전하를 띠어 양이온을 흡착하는 수지로, CM(carboxymethyl)기와 SP(sulfopropyl)기가 대표적인 음전하 작용기입니다.

    오답 노트
    DEAE, QAE: 양전하를 띠는 음이온 교환기
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82. 0.2M 아세트산의 pH는 얼마인가? (단, 아세트산의 pKa는 4.7이다.)

  1. 2.18
  2. 2.35
  3. 2.54
  4. 2.70
(정답률: 42%)
  • 약산인 아세트산의 pH는 농도와 $pKa$ 값을 이용하여 계산할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $pH = \frac{1}{2}(pKa + \log C)$
    ② [숫자 대입] $pH = \frac{1}{2}(4.7 + \log 0.2)$
    ③ [최종 결과] $pH = 2.70$
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83. 어떤 단백질의 특성을 결정짓는 사항이 아닌 것은?

  1. 분자량
  2. 소수성
  3. 표면전하
  4. 염기쌍
(정답률: 68%)
  • 단백질의 특성은 아미노산의 서열과 그로 인한 3차원 구조, 분자량, 소수성, 표면전하 등에 의해 결정됩니다. 염기쌍은 단백질이 아니라 DNA나 RNA와 같은 핵산의 구조적 특징입니다.
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84. 유전공학적으로 외부산물을 얻기 위해 숙주세포로써 식물세포를 이용할 때 기대되는 장점이 아닌 것은?

  1. 동물세포 배양에 사용되는 혈청 배지보다 식물 세포 배양에 사용되는 배지의 가격이 저렴하다.
  2. 유전자 재조합 식물세포에서 얻는 단백질 산물들이 의약품으로 이용되기가 유용하다.
  3. 동물세포 배양과 비교하여 높은 농도의 식물세포 배양이 가능하다.
  4. 외부유전자는 식물세포 중에서 쉽게 발현되어 사업적 응용이 용이하다.
(정답률: 54%)
  • 식물세포는 동물세포에 비해 유전자 도입 및 발현 효율이 낮고, 조직 배양 및 재생 과정이 복잡하여 외부 유전자를 쉽게 발현시키거나 사업적으로 응용하는 데 한계가 있습니다.
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85. DNA에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. DNA 복제는 복제 시발점에서 시작된다.
  2. 전사는 DNA의 유전정보를 RNA로 바꾸는 과정이다.
  3. 유전정보는 코돈(codon)으로 되어 있으며 아미노산 서열로 해독된다.
  4. DNA 복제 중 딸가닥에 모노뉴클레오티드를 덧붙이는 효소를 DNA 연결효소라 한다.
(정답률: 75%)
  • DNA 복제 과정에서 새로운 딸가닥에 모노뉴클레오티드를 덧붙여 합성하는 효소는 DNA 중합효소(DNA polymerase)입니다. DNA 연결효소(Ligase)는 불연속적으로 합성된 오카자키 절편들을 서로 연결하는 역할을 수행합니다.
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86. 포도당 1mol이 산화되어 물과 이산화탄소로 되는 과정에서 686kcal의 에너지가 방출된다. 생체내에서는 포도당이 여러 단계를 거쳐 산화되는 과정에 서 방출되는 일부 에너지가 ADP로부터 ATP를 생성 시키는데 사용된다. 이렇게 ATP에 저장된 에너지는 추후 에너지를 필요로 하는 생체 반응에 이용된다. 1mol의 포도당이 생체내에서 산화될 때 38mol의 ATP가 생성된다면 이 때의 에너지 저장효율은 약 몇 %인가? (단, ATP 합성시 ATP 1mol당 7.3kcal 에너지 사용)

  1. 25
  2. 30
  3. 40
  4. 60
(정답률: 59%)
  • 전체 방출 에너지 중 ATP 형태로 저장된 에너지의 비율을 계산하여 에너지 저장 효율을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{효율}(\%) = \frac{\text{ATP 생성량} \times \text{ATP당 에너지}}{\text{포도당 산화 에너지}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{효율} = \frac{38 \times 7.3}{686} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{효율} = 40$
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87. 세포분열과 관련된 내용 중 틀린 것은?

  1. 성장인자는 세포주기 조절계에 신호를 보낸다.
  2. 세포가 분열을 할 때 염색체는 복제된 후 둘로 나누어진다.
  3. 체세포 분열의 경우 두 번의 핵분열과 세포질 분열을 수반한다.
  4. 상동 염색체는 동일한 형질에 대하여 서로 다른 유전자를 가질 수 있다.
(정답률: 74%)
  • 체세포 분열은 1회의 핵분열과 1회의 세포질 분열을 통해 모세포와 유전적으로 동일한 2개의 딸세포를 생성하는 과정입니다.

    오답 노트
    두 번의 핵분열과 세포질 분열을 수반한다: 이는 감수 분열에 대한 설명입니다.
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88. 증발기는 수수설탕 용액을 농축하는데 사용된다. 38w% 설탕을 함유한 공급액 10,000Kg/d가 증발하여 74w% 용액이 되었다. 생산된 요액의 중량은 약 몇 Kg/d인가?

  1. 4325
  2. 5135
  3. 6023
  4. 7012
(정답률: 62%)
  • 공급액 내의 설탕 질량은 증발 후에도 변하지 않는다는 물질 수지 원리를 이용하여 요액의 중량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $F \times x_F = P \times x_P$ (공급량 $\times$ 공급농도 = 제품량 $\times$ 제품농도)
    ② [숫자 대입] $10000 \times 0.38 = P \times 0.74$
    ③ [최종 결과] $P = 5135$
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89. 일정한 온도 4℃에서 물의 밀도에 대한 측정물질의 밀도의비를 무엇이라 하는가?

  1. 비중
  2. 질량
  3. 비용
  4. 비중량
(정답률: 88%)
  • 비중은 표준 물질(일반적으로 $4^{\circ}C$의 물)의 밀도에 대한 측정 대상 물질의 밀도 비를 나타내는 무차원 수치입니다.
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90. 다음 중 그 용도가 나머지 3개와 다른 용도의 분석 장치는?

  1. COD 분석장치
  2. BOD 분석장치
  3. TOC 분석장치
  4. Kjeldahl 분석장치
(정답률: 81%)
  • COD, BOD, TOC 분석장치는 모두 물속의 유기물 양을 측정하여 수질 오염도를 평가하는 장치입니다. 반면 Kjeldahl 분석장치는 시료 내의 질소 함량을 측정하여 단백질 양을 분석하는 장치이므로 용도가 다릅니다.
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91. HPLC를 이용한 시료 분석시 탈기(degassing)의 목적과 가장 거리가 먼 것은?

  1. 용매 내에 녹아 잇는 기체(질소, 산소 등)제거
  2. 시료 여과 후 시료에 형성되는 기포 제거
  3. 컬럼에서의 압력 저하 방지
  4. Pump 압력 변화 방지
(정답률: 73%)
  • HPLC에서 탈기(degassing)의 핵심 목적은 이동상인 용매 내에 녹아 있는 기체를 제거하여 펌프의 압력 변동을 막고 컬럼 내 기포 발생으로 인한 압력 저하를 방지하는 것입니다.

    오답 노트
    시료 여과 후 시료에 형성되는 기포 제거: 탈기는 시료가 아닌 용매(이동상)의 기포를 제거하는 공정입니다.
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92. 진핵세포의 세포벽에서 발견되는 물질이 아닌 것은?

  1. 셀룰로오스(cellulose)
  2. 실리카(silica)
  3. 스테롤(sterol)
  4. 키틴(chitin)
(정답률: 58%)
  • 진핵세포의 세포벽은 식물의 셀룰로오스, 곰팡이의 키틴, 규조류의 실리카 등으로 구성됩니다. 반면 스테롤은 세포벽이 아니라 세포막의 유동성을 조절하는 성분입니다.
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93. 세포에서 분리한 RNA를 주형(template)으로 사용하여 complementary DNA(cDNA)를 제조하는데 이용되는 효소는?

  1. Klenow fragment enzyme
  2. DNA gyrase
  3. Reverse transcriptase
  4. DNA topoisomerase
(정답률: 78%)
  • RNA를 주형으로 하여 상보적인 DNA(cDNA)를 합성하는 과정은 일반적인 전사 과정의 역방향으로 진행되므로, 이를 수행하는 효소는 역전사 효소인 Reverse transcriptase입니다.
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94. 자외가시선 흡수 스펙트럼의 측정은 보통 용액의 상태에서 한다. 이 때 사용하는 용매를 선택하는데 있어서 권장되는 좋은 용매(good solvent)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 측정범위의 자외선을 자체흡수하지 않아야한다.
  2. 측정 용매와 용매 사이에 상호작용이 있는 극성 용매가 좋다.
  3. 전자천이의 영향이 작아야 한다.
  4. 용매와 용질간의 용매 효과가 없어야 한다.
(정답률: 76%)
  • 자외가시선 흡수 스펙트럼 측정 시 용매는 분석 대상 물질의 흡수를 방해하지 않아야 하며, 용질과의 상호작용이 최소화된 상태여야 정확한 측정이 가능합니다. 따라서 측정 용매와 용매 사이에 상호작용이 있는 극성 용매가 좋다는 설명은 틀린 것입니다.
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95. 바이러스에 감염된 세포가 방출하는 일종의 항단백질로 바이러스의 증식을 억제하는 생체방어물질을 무엇이라 하는가?

  1. 인터페론
  2. 의사 유전자
  3. 클론
  4. 모노크로널 항체
(정답률: 84%)
  • 바이러스에 감염된 세포가 분비하여 주변의 정상 세포에 바이러스 증식 억제 상태를 유도하는 항바이러스 단백질은 인터페론입니다.

    오답 노트
    의사 유전자: 기능을 상실한 유전자
    클론: 유전적으로 동일한 세포 집단
    모노크로널 항체: 단일 항원 결정기에만 결합하는 단일 클론 항체
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96. pH가 글라이신(glycine)의 pI보다 높을 때 글라이신의 전하(charge)는?

  1. -
  2. +
  3. 0
  4. -, +, 0 모두 갖는다.
(정답률: 82%)
  • 등전점(pI)은 분자의 전체 전하가 0이 되는 pH 지점입니다. 주변 환경의 pH가 pI보다 높으면(염기성), 아미노산 분자에서 수소 이온($H^+$)이 떨어져 나가면서 음전하(-)를 띠게 됩니다.
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97. 플라스미드를 잃는 경향이 있는 재조합 유전자를 안정화 시킬 수 있는 방법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 스스로 유전자를 재조합시키는 능력이 부족한 균주를 숙주세포로 이용한다.
  2. 온도의 변화에 의존하는 변이주 또는 플라스미드를 이용한다.
  3. 변이인자가 없는 플라스미드를 이용 한다.
  4. 온도를 조절하여 유전자 발현 정도를 높인다.
(정답률: 48%)
  • 재조합 유전자의 안정성을 높이려면 숙주 세포의 재조합 능력을 낮추거나, 온도 민감성 변이주를 사용하거나, 불안정한 변이인자를 제거해야 합니다. 온도를 조절하여 유전자 발현 정도를 높이는 것은 단백질 과발현으로 인한 세포 독성을 유발하여 오히려 플라스미드의 탈락을 촉진하고 안정성을 떨어뜨릴 수 있습니다.
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98. pKa1=2.34, pKa2=9.6인 아미노산의 등전점은?

  1. 2.34
  2. 5.97
  3. 9.6
  4. 11.94
(정답률: 91%)
  • 아미노산의 등전점(pI)은 두 개의 $pK_a$ 값의 산술 평균으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $pI = \frac{pK_{a1} + pK_{a2}}{2}$
    ② [숫자 대입] $pI = \frac{2.34 + 9.6}{2}$
    ③ [최종 결과] $pI = 5.97$
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99. 전분은 아밀로오즈라는 선형의 포도당 고분자와 아밀로펙틴이라는 가지 친 형태의 포도당 고분자의 혼합물이다. 전분 내에 아밀로오즈와 아밀로펙틴이 각각 50%씩 있다고 할 때, 이를 아밀레이즈로 가수분해시킬 경우 얼마만큼의 전분이 가수 분해될 수 있겠는가? (단, 아밀레이즈는 선형 당쇄[linear chain]만을 가수분해 시킬 수 있다.)

  1. 50%
  2. 50% 이상 100% 미만
  3. 50% 미만
  4. 100%
(정답률: 73%)
  • 아밀레이즈는 선형 당쇄만을 가수분해할 수 있습니다. 아밀로오즈는 완전한 선형 구조이므로 50% 모두 분해되며, 가지 친 형태인 아밀로펙틴에서도 가지와 가지 사이의 선형 구간들은 분해가 가능합니다. 따라서 전체 전분 중 아밀로오즈 50%와 아밀로펙틴의 일부가 함께 분해되어 50% 이상 100% 미만이 가수분해됩니다.
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100. GMP의 4대 지표에 해당되는 것이 아닌 것은?

  1. 의약품 특성의 유지
  2. 의약품 품질의 보장
  3. 지속적인 신약 개발
  4. 소비자의 신뢰성 확보
(정답률: 88%)
  • GMP(우수 의약품 제조 및 품질관리 기준)의 핵심 목적은 제조 공정의 표준화를 통해 의약품의 품질을 보장하고, 특성을 유지하며, 이를 통해 소비자의 신뢰성을 확보하는 것입니다. 신약 개발은 연구 개발(R&D) 영역이며 GMP의 직접적인 4대 지표에는 포함되지 않습니다.
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