바이오화학제품제조기사 필기 기출문제복원 (2014-05-25)

바이오화학제품제조기사 2014-05-25 필기 기출문제 해설

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바이오화학제품제조기사
(2014-05-25 기출문제)

목록

1과목: 미생물공학

1. 담수로부터 분리한 자가영양주(autotroph)인 Klebsiella aerogenes를 배양하기 위한 최소배지(miniral medium)를 다음 표와 같이 고안하였다. 배지성분 중 결핍된 영양원이 발견되어 이를 보충하고자 한다. 다음 중 어느 물질을 보충하여야 하는가?

  1. NaCl
  2. KH2PO4
  3. 효모엑기스(yeast extract)
  4. (NH4)2SO4
(정답률: 67%)
  • 미생물이 성장하기 위해서는 탄소원, 질소원 외에도 인(P), 황(S), 마그네슘(Mg) 등의 필수 무기물이 필요합니다. 의 배지 조성을 보면 인(P)을 공급할 수 있는 성분이 전혀 없으므로, 인산염을 포함하고 있는 $KH_{2}PO_{4}$를 보충해야 합니다.
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2. 페니실린 발효에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. Corn steep liquor는 질소원으로 이용되는데 다른 질소원에 비해 높은 페니실린 생산효율을 얻을 수 있다.
  2. 페니실린 측쇄의 전구체는 자체적으로 생산되어 발효배지에 첨가할 필요가 없다.
  3. 페니실린은 비성장 관련 생산성의 특성을 가진 2차 대사산물이다.
  4. 배양액의 높은 점도는 페니실린 발효공정의 산소 전달 문제를 야기시키는 가장 주된 문제점이다.
(정답률: 86%)
  • 페니실린의 종류에 따라 특정 측쇄를 가진 전구체(예: 페닐아세트산)를 배지에 첨가해주어야 원하는 종류의 페니실린을 효율적으로 생산할 수 있습니다.
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3. 진핵생물은 산소 호흡 동안 포도당 1분자로부터 이론적으로 최대 38개의 ATP를 생산한다. 포도당 1분자가 TCA 회로안에서 산화적 인산화에 의해 생산하는 이론적인 ATP 분자는 몇 개인가? (단, NADH 한 분자당 3분자의 ATP, FADH2 한 분자당 2분자의 ATP가 형성된다고 가정한다.)

  1. 20
  2. 22
  3. 24
  4. 28
(정답률: 60%)
  • TCA 회로 1회전당 $3$분자의 $\text{NADH}$, $1$분자의 $\text{FADH}_2$, $1$분자의 $\text{GTP}(\text{ATP})$가 생성됩니다. 포도당 1분자당 TCA 회로는 2회 회전하며, 이 중 '산화적 인산화'에 의해 생성되는 ATP만을 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\text{ATP} = (\text{NADH} \times 3 + \text{FADH}_2 \times 2) \times 2$
    ② [숫자 대입] $\text{ATP} = (3 \times 3 + 1 \times 2) \times 2$
    ③ [최종 결과] $\text{ATP} = 22$
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4. Penicillin 합성과정에서 feedback regulation을 일으키는 아미노산은?

  1. Leucine
  2. Methionine
  3. Phenylalanine
  4. Lysine
(정답률: 82%)
  • 페니실린 합성 과정에서는 리신(Lysine)이 최종 산물이나 중간 대사산물에 의해 피드백 억제(feedback regulation)를 받아 합성 경로가 조절됩니다.
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5. 다음 중 그람음성균에만 존재하는 것은?

  1. 리보솜 (ribosome)
  2. 세포간극 (periplasmic space)
  3. 테이코익산 (teichoic acid)
  4. 펩티도글리칸 층 (peptidoglycan layer)
(정답률: 71%)
  • 그람음성균은 두꺼운 외막(outer membrane)과 얇은 펩티도글리칸 층 사이에 세포간극(periplasmic space)이라는 독특한 공간을 가지고 있는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    테이코익산: 그람양성균의 세포벽에만 존재함
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6. 효소의 생산에서 동물과 식물에 비하여 미생물을 이용하는 것이 장점이 아닌 것은?

  1. 대량 생산이 용이하기 때문이다.
  2. 원하는 효소의 탐색이 용이하다.
  3. 생산원가가 저렴하다.
  4. 식품 및 의료용으로의 사용이 용이하다.
(정답률: 84%)
  • 미생물은 성장 속도가 빠르고 배양이 쉬워 대량 생산이 용이하며, 유전자 조작을 통한 효소 탐색이 쉽고 생산 원가가 저렴하다는 장점이 있습니다. 하지만 미생물 유래 효소는 동물/식물 유래 효소에 비해 면역 반응이나 독성 문제 등으로 인해 식품 및 의료용으로 사용할 때 안전성 검증이 더 까다로울 수 있습니다.
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7. 방향족 아미노산이 아닌 것은?

  1. 아르기닌 (arginine)
  2. 타이로신 (tyrosine)
  3. 페닐알라닌 (phenylalanine)
  4. 트립토판 (tryptophan)
(정답률: 77%)
  • 방향족 아미노산은 곁사슬에 벤젠 고리와 같은 방향족 고리를 포함하는 아미노산으로, 타이로신, 페닐알라닌, 트립토판이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    아르기닌: 염기성 아미노산
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8. 이당류는 세포내로 흡수되기 앞서 효소에 의한 직접 가수분해 혹은 가인산 분해과정에 의해 단당류로 분해된다. 다음 중 세포내로 흡수되기 위한 이당류의 가수분해가 아닌 것은?

  1. 말토스 + H2O → 2 포도당
  2. 젖당 + H2O → 만노스 + 포도당
  3. 설탕 + H2O → 포도당 + 과당
  4. 말토스 + Pi → β-D-포도당-1-인산 + 포도당
(정답률: 76%)
  • 젖당(Lactose)은 $\beta$-galactosidase 효소에 의해 갈락토스(Galactose)와 포도당(Glucose)으로 분해됩니다.

    오답 노트
    젖당 + $H_2O \rightarrow$ 만노스 + 포도당: 분해 산물이 갈락토스가 아닌 만노스로 잘못 표기되었습니다.
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9. 다음 [보기] 중 초산생산에 적합한 균주가 구비해야 할 요건을 모두 나열한 것은?

  1. A
  2. A, B
  3. A, B, C
  4. A, B, C, D
(정답률: 69%)
  • 초산생산 균주는 생성물인 초산에 의한 저해를 극복하기 위해 고농도의 산에 내성이 있어야 하며, 경제성을 위해 수율이 높아야 합니다. 또한, 생성된 초산을 다시 산화시켜 소모하지 않아야 효율적인 생산이 가능합니다.

    오답 노트
    증식 및 초산생성에 특별한 영양요구주가 아닐 것: 영양 요구 조건은 균주 선정의 기본 고려사항이나, 초산 생산의 핵심 기능적 요건(내성, 수율, 대사 경로)과는 별개의 문제입니다.
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10. Aspergillus oryzae에 의해서 포도당으로부터 생산되며 플라스틱, 살충제 등의 원료로 사용되는 유기산은?

  1. Acetic acid
  2. Fumaric acid
  3. Malic acid
  4. Kojic acid
(정답률: 69%)
  • Aspergillus oryzae는 포도당을 이용하여 코직산(Kojic acid)을 생산하며, 이는 피부 미백제나 플라스틱, 살충제 등의 원료로 널리 사용되는 유기산입니다.
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11. 다음 [보기] 중에 효소 생합성시 전사 과정에서 일어나는 조절작용에 해당하는것을 모두 고른것은?

  1. B, C
  2. A, B
  3. A, C
  4. A, B, C
(정답률: 72%)
  • 전사 조절은 DNA에서 mRNA로 정보가 전달되는 단계에서 효소의 합성을 제어하는 것입니다. 에 제시된 유도, 최종생산물 억제, 미화대사산물 억제는 모두 유전자 발현 단계(전사)에서 조절이 일어나는 대표적인 기작들입니다.
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12. Lactobacillus delbrueckii는 어떤 조건하에서 헤테로젖산발효(hetero-fermentative lactic acid production)를 한다고 알려져 있다. 공급된 포도당이 모두 젖산발효에만 사용된다고 했을 때, 150g의 포도당으로부터 생산될 것으로 기대되는 젖산의 양은 얼마인가? (단, 포도당의 분자량은 180, 젖산의 분자량은 90이다.)

  1. 50g
  2. 150g
  3. 90g
  4. 75g
(정답률: 76%)
  • 헤테로젖산발효는 포도당 1분자로부터 젖산 1분자와 에탄올(또는 아세트산) 1분자, 그리고 $CO_{2}$ 1분자가 생성되는 경로입니다. 따라서 포도당과 젖산의 몰비는 $1:1$이 됩니다.
    ① [기본 공식] $젖산\text{ 양} = \frac{\text{포도당\text{ 질량}}}{\text{포도당\text{ 분자량}}} \times \text{젖산\text{ 분자량}}$
    ② [숫자 대입] $젖산\text{ 양} = \frac{150}{180} \times 90$
    ③ [최종 결과] $젖산\text{ 양} = 75\text{g}$
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13. Penicillin발효에서는 포도당을 탄소원으로 사용하면 균체증식속도는 우수하나 penicillin생합성이 저해되면 반면, 젖당(lactose)을 사용하면 균체증식속도는 매우 느리나 penicillin의 생합성속도는 양호하다. 이 특성을 이용하여 균체증식과 penicillin의 합성을 동시에 향상시키기 위해서는 어떻게 해야 하는가?

  1. 배지에 적당향의 포도당과 젖당을 시차를 두고 공급한다.
  2. 배지에 포도당은 공급하지 않고 젖당의 초기농도를 높게 한다.
  3. 포도당의 초기농도를 낮추고 젖당은 사용하지 않는다.
  4. 포도당의 초기농도를 높이고 젖당은 사용하지 않는다.
(정답률: 87%)
  • 포도당은 균체 증식에 유리하지만 생성물 합성을 저해(Catabolite repression)하고, 젖당은 증식은 느리지만 합성을 촉진합니다. 따라서 초기에는 포도당으로 균체량을 빠르게 늘리고, 이후 젖당을 공급하여 penicillin 합성을 유도하는 시차 공급 전략이 가장 효율적입니다.
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14. 당단백질의 N-linked 당쇄반응은 특정부위에서 일어난다. 다음 중 N-linked 당이 부착할 수 있는 아미노산 서열이 아닌 것은?

  1. Asn - Lys - Ser
  2. Asn - Lys - Thr
  3. Lys - Asn - Ser
  4. Asn - Arg - Ser
(정답률: 67%)
  • N-linked 당쇄화는 아스파라긴(Asn)을 포함한 특정 인식 서열인 Asn-X-Ser 또는 Asn-X-Thr (X는 프롤린 제외 모든 아미노산)에서 일어납니다.

    오답 노트
    Lys - Asn - Ser: 당이 부착되는 핵심 아미노산인 Asn이 첫 번째 위치에 오지 않았으므로 부적합합니다.
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15. E. coli는 재조합 단백질을 생산하기 위한 숙주로서 흔히 이용된다. 그러나 이 균주의 문제점은 목적하는 단백질을 균체 밖으로 배출하지 않는 점이다. 균체 내에 단백질이 높은 농도로 존재할 때 단백질 분해효소의 작용이나 불용화(insolubilization)에 의하여 생성되는 형태를 무엇이라고 하는가?

  1. Transfer factor (전이인자)
  2. Inclusion body (내포체)
  3. Hybrid protein (잡종단백질)
  4. Polymorphism (다형성)
(정답률: 88%)
  • E. coli와 같은 원핵세포에서 과량 생산된 재조합 단백질이 제대로 접히지 못하고 응집되어 세포 내에 불용성 침전물 형태로 존재하는 것을 내포체(Inclusion body)라고 합니다.
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16. 미생물의 보존방법 중 종에 관계없이 장기보존에 가장 널리 이용되는 것은?

  1. 계대 배양법
  2. 동결보존법
  3. 유동파라핀중층법
  4. 담체보존법
(정답률: 94%)
  • 동결보존법은 초저온 상태에서 미생물의 대사 활동을 거의 완전히 정지시켜 유전적 변이를 최소화하고, 종에 관계없이 가장 안정적으로 장기간 보존할 수 있는 방법입니다.
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17. 다음은 Clarke와 Carbon의 식이다. 인간 β-hemoglobin의 유전자 크기는 1.5kb이고, 인간 반수체(haploid) 게놈은 3*106kb일 때 재조합 형질전환주에서 90%의 확률로 최소한 하나 이상의 β-hemo globin 유전자가 나타나려면 서로 다른 1.5kb 짜리 제한절편을 몇 개 clone 해야 하는가?

(단, N:목적유전자가 클론된 형질전환주를 알기 위해 필요한 전체재조합 형질전환주(reconbinant transformant)의 수 P: 재조합주에 원하는 유전자가 들어갈 확률 f: 총 게놈 크기에 대한 제한절편(restriction fragment) 크기의 비이다.)

  1. 4.4×106
  2. 2.23×107
  3. 1.05×107
  4. 4.6×106
(정답률: 39%)
  • Clarke와 Carbon의 식을 이용하여 목적 유전자를 확보하기 위해 필요한 클론 수를 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$N = \frac{\ln(1-P)}{\ln(1-f)}$$
    ② [숫자 대입]
    $$N = \frac{\ln(1-0.9)}{\ln(1-\frac{1.5}{3 \times 10^{6}})}$$
    ③ [최종 결과]
    $$N = 4.6 \times 10^{6}$$
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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: 95%)
  • 포도당 1분자가 당분해 과정을 거쳐 2분자의 피루브산을 형성하고, 이것이 다시 젖산으로 환원되므로 이론적으로 2배의 몰수가 생산됩니다.
    ① [기본 공식] $1 \text{ Glucose} \rightarrow 2 \text{ Pyruvate} \rightarrow 2 \text{ Lactate}$
    ② [숫자 대입] $1 \text{ mol} \times 2$
    ③ [최종 결과] $2 \text{ mol}$
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19. 상업적 규모의 발효 배지 선정시 고려해야할 가장 중요한 사항은?

  1. 가격과 발효제품 수율
  2. 가격과 냄새
  3. 탄소원 농도와 발효제품 수율
  4. 가격과 탄소원 농도
(정답률: 78%)
  • 상업적 규모의 공정에서는 경제성이 최우선이므로, 원료의 가격이 저렴해야 하며 투입 대비 생산량이 결정되는 발효제품 수율이 높아야 합니다.
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20. 산업적으로 본배양 배지에 많이 사용되는 질소원은?

  1. 전분
  2. ethanol
  3. 대두분
  4. peptone
(정답률: 66%)
  • 대두분은 단백질 함량이 높아 산업적 규모의 발효 공정에서 경제적이고 효율적인 질소원으로 널리 사용됩니다.

    오답 노트
    전분, ethanol: 탄소원
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2과목: 배양공학

21. 연속식 반응기에서 희석속도가 0.4hr-1이고 비생산속도가 0.2hr-1일 때, 반응기의 세포농도가 10 g/L이면 출구로 나오는 생산물의 농도는 몇 g/L 인가?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 49%)
  • 생산물 농도는 비생산속도와 세포농도의 곱으로 계산할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P = q_{p} \times X$
    ② [숫자 대입] $P = 0.2 \times 10$
    ③ [최종 결과] $P = 2$
    단, 제시된 정답 5가 도출되지 않으므로 문제의 조건이나 정답 확인이 필요합니다. (제시된 정답 5를 따를 경우 계산식과 불일치함)
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22. 키모스탯(chemostat) 연속배양에서 제한기질(limiting substrate) 농도에 대한 설명으로 옳지 않는 것은?

  1. 저농도에서 세출(washout) 현상이 일어난다.
  2. 희석속도(dilution rate)의 영향을 받는다.
  3. 시간에 따른 변화가 없다.
  4. 공급기질 온도 보다 같거나 낮게 유지된다.
(정답률: 55%)
  • 키모스탯 연속배양에서 세출(washout) 현상은 제한기질의 농도가 낮아서가 아니라, 희석속도가 미생물의 최대 비성장속도보다 빨라질 때 미생물이 배양기 밖으로 씻겨 나가는 현상을 말합니다.
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23. 다음의 이당류 중 비환원당은?

  1. 슈크로오스
  2. 락토오스
  3. 말토오스
  4. 셀로비오스
(정답률: 73%)
  • 슈크로오스는 포도당과 과당의 환원기(anomeric carbon)가 서로 결합하여 형성되므로, 환원력을 가지지 않는 비환원당입니다. 반면 락토오스, 말토오스, 셀로비오스는 환원기를 가지고 있는 환원당입니다.
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24. 다음의 세포영양소 중 다량영양소(macronutrient)에 해당하는 것은?

  1. 비타민, 호르몬과 같은 생장인자(growth factor)
  2. 주요 대사과정에 작용하는 효소의 보조인자
  3. 세포가 주로 10-4M농도 이하로 필요로 하는 영양소
  4. 종속영양주(heterotroph) 세포가 에너지원으로 이용하는 영양소
(정답률: 88%)
  • 다량영양소는 세포 성장에 다량으로 필요한 영양소로, 특히 종속영양주 세포가 에너지원과 탄소원으로 이용하는 영양소가 이에 해당합니다.

    오답 노트
    비타민, 호르몬, 효소 보조인자, $10^{-4}M$이하 농도 필요 영양소: 미량영양소(micronutrient)에 해당함
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25. 산업적인 발효에 사용되는 주요 탄소원이 아닌 것은?

  1. 전분(starch)
  2. 당밀(molasses)
  3. 대두분(soy meal)
  4. 옥수수 시럽(corn syrup)
(정답률: 72%)
  • 탄소원은 미생물의 에너지원과 세포 구성 성분이 되는 당류 등의 물질을 의미합니다. 전분, 당밀, 옥수수 시럽은 대표적인 탄소원이지만, 대두분은 주로 질소원(nitrogen source)으로 사용됩니다.
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26. 다음 중 식물세포 배양의 장점으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 제어되고 최적화된 조건하에서의 배양이 가능하다.
  2. 식물 경작보다 생산 물질의 생산성과 효능이 항상 탁월하다.
  3. 세포주 개량, 인공종자 생산에 응용이 가능하다.
  4. 변형된 천연물이나 새로운 물질생산이 가능하다.
(정답률: 82%)
  • 식물세포 배양은 환경 제어, 세포주 개량, 신물질 생산 등의 장점이 있으나, 생산 물질의 생산성과 효능이 식물 경작보다 항상 탁월하다고 단정할 수는 없습니다. 배양 조건이나 물질의 특성에 따라 경작 방식이 더 효율적일 수 있기 때문입니다.
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27. 회분식 세포 배양의 성장형태(growth phase)에서 생장속도와 사멸속도가 동일한 기간은?

  1. 지연기(lag phase)
  2. 지수성장기(exponential phase)
  3. 정지기(stationary phase)
  4. 쇠퇴기(decline phase)
(정답률: 93%)
  • 정지기(stationary phase)는 영양분 고갈이나 대사산물 축적으로 인해 새로운 세포의 생성 속도(생장속도)와 기존 세포의 사멸 속도가 평형을 이루어, 전체 세포 수가 일정하게 유지되는 시기입니다.
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28. 효소 활성에 영향을 미침으로써 미생물 생장 속도에 영향을 주는 인자는?

  1. 수소이온농도
  2. 용존산소농도
  3. 산화환원전위
  4. 용존이산화탄소농도
(정답률: 88%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 주변 환경의 수소이온농도($\text{pH}$)에 따라 입체 구조와 전하 상태가 변하며, 이는 효소의 활성 및 미생물의 생장 속도에 직접적인 영향을 미칩니다.
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29. 미생물의 배양시 pH 조절 및 질소원으로 사용되는 물질은?

  1. 황산암모늄
  2. 수산화칼슘
  3. 수산화나트륨
  4. 암모니아
(정답률: 73%)
  • 암모니아($\text{NH}_3$)는 염기성 물질로 배양액의 pH를 높이는 조절제 역할을 함과 동시에, 미생물이 이용할 수 있는 질소원(Nitrogen source)으로 사용됩니다.
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30. 재조합 단백질을 생산할 때 숙주로 미생물인 대장균을 사용할 경우의 단점에 해당하는 것은?

  1. 단백질 발현율이 높다.
  2. 목적 단백질이 내포체를 이루는 경우가 많다.
  3. 생장속도가 빠르고, 고농도 배양이 가능하다.
  4. 배지값이 저렴하다.
(정답률: 84%)
  • 대장균은 원핵생물로, 진핵생물과 달리 단백질 접힘(folding)을 돕는 샤페론 시스템이 부족하여 목적 단백질이 불용성 응집체인 내포체(inclusion body)를 형성하는 경우가 많다는 단점이 있습니다.

    오답 노트
    단백질 발현율이 높다, 생장속도가 빠르고 고농도 배양이 가능하다, 배지값이 저렴하다: 대장균 숙주 사용 시의 대표적인 장점입니다.
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31. 산소소비속도 OUR을 측정하여 유지계수 ms를 무시하고 세포농도를 측정하고자 한다. 곰팡이 배양에서 측정된 산소소비속도 OUR이 0.393g O2/L·h이었고, 비생장속도 μ가 0.15h-1이었다면 산소에 대한 기질수율 YX/O2가 2.79g/g이었다면 세포농도 X는?

  1. 7.31g/L
  2. 7.52g/L
  3. 7.72g/L
  4. 7.92g/L
(정답률: 62%)
  • 산소소비속도(OUR)와 비생장속도, 그리고 산소에 대한 세포 수율의 관계식을 이용하여 현재의 세포 농도를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$X = \frac{OUR}{\mu \times Y_{X/O2}^{-1}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$X = \frac{0.393}{0.15 \times (2.79)^{-1}} = \frac{0.393 \times 2.79}{0.15}$$
    ③ [최종 결과]
    $$X = 7.31g/L$$
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32. 각각의 최종산물이 서로 독립적으로 그 합성제의 첫 번째 반응을 각각의 백분율로 저해하는 대사조절 방법을 무엇이라고 하는가?

  1. Concerted feedback regulation
  2. Isozyme control
  3. Cumulative feedback regulation
  4. Sequential feedback regulation
(정답률: 69%)
  • Cumulative feedback regulation(누적 피드백 조절)은 여러 개의 최종산물이 각각 독립적으로 첫 번째 효소를 저해하며, 여러 산물이 동시에 존재할 때 저해 효과가 누적되어 합산되는 조절 방식입니다.
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33. 배양부피가 100L이고 최종세포농도가 30g/L 일 때 발효배지로 공급해야 하는 (NH4)2SO4의 양은 얼마인가? (단, 세포의 12%가 질소이고, (NH4)2SO4가 유일한 질소원이다.)

  1. 697g
  2. 1197g
  3. 1697g
  4. 2197g
(정답률: 75%)
  • 세포 내 질소 함량과 질소원인 $(NH_4)_2SO_4$의 분자량을 이용하여 필요한 시약의 총량을 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Mass} = V \times X \times f_N \times \frac{MW_{salt}}{MW_N \times 2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Mass} = 100 \times 30 \times 0.12 \times \frac{132}{14 \times 2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Mass} = 1697g$$
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34. 세포증식은 비증식속도와 기질 사이의 관계를 모노드(Monod)의 모델식으로 표현할 수 있다. 어떤 미생물의 배양에서 기질의 농도가 매우 낮은 상태(기질농도 S=0.001g/L)에서 비증식속도는 기질농도의 1차함수로 반응속도상수가 0.001h-1이고, 고농도 기질에서 0차 함수로 반응속도상수가 0.5h-1로 나타났다. 모노드 모델의 상수인 최대 비증식속도와 Monod 상수를 계산하면 얼마인가?

  1. 최대비증식속도: 0.5/h, Monod상수: 0.025g/L
  2. 최대비증식속도: 0.5/h, Monod상수: 0.5g/L
  3. 최대비증식속도: 0.25/h, Monod상수: 0.025g/L
  4. 최대비증식속도: 0.25/h, Monod상수: 0.5g/L
(정답률: 60%)
  • 모노드 식에서 기질 농도가 매우 낮을 때는 1차 반응으로 나타나며, 기질 농도가 매우 높을 때는 최대 비증식속도($\mu_{max}$)에 도달하는 0차 반응이 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\mu = \frac{\mu_{max} S}{K_s + S}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\mu_{max} = 0.5, \quad K_s = \frac{0.5 \times 0.001}{0.001} = 0.5$$
    ③ [최종 결과]
    $$\mu_{max} = 0.5/h, \quad K_s = 0.5g/L$$
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35. 진핵세포에 대한 내용 중 옳지 않은 것은?

  1. 원형질막은 단백질과 인지질로 구성되어 있다.
  2. 세포질막에 스테롤이 있다.
  3. 식물세포에는 세포벽이 없다.
  4. 핵인은 리보솜이 생성되는 것이다.
(정답률: 87%)
  • 식물세포는 세포 내부의 형태를 유지하고 보호하기 위해 세포막 바깥쪽에 단단한 세포벽을 가지고 있는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    원형질막 구성: 인지질 이중층과 단백질로 구성됨
    스테롤: 진핵세포의 세포막 유동성을 조절하는 성분임
    핵인: 리보솜 RNA(rRNA)가 합성되고 리보솜 단위체가 조립되는 장소임
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36. 다음 중 균체 농도 측정에 가장 부적합한 세포내 성분은?

  1. ATP
  2. DNA
  3. RNA
  4. 단백질
(정답률: 83%)
  • 균체 농도를 측정하기 위한 세포 내 성분은 세포당 함량이 일정하고 안정적이어야 합니다. $\text{RNA}$는 세포의 성장 속도나 대사 상태에 따라 그 양이 매우 급격하게 변동하므로 균체 농도 측정 지표로 사용하기에 가장 부적합합니다.
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37. 다음 미생물의 영양소 중 탄소원으로 사용될 수 없는 것은?

  1. 초산
  2. 글루탐산(Glutamic acid)
  3. 질산
  4. 구연산
(정답률: 78%)
  • 탄소원은 유기 화합물(초산, 글루탐산, 구연산 등)처럼 탄소 골격을 제공할 수 있는 물질이어야 합니다. 질산($\text{NO}_3^-$)은 질소원(Nitrogen source)으로 사용되는 무기물이며 탄소를 포함하고 있지 않아 탄소원으로 사용할 수 없습니다.
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38. 혐기조건의 해당과정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 최종 산물은 젖산, 에탄올, 초산, 부탄올 등의 유기산이나 알코올 화합물이다.
  2. 2몰의 ATP가 생성되어 세포에 에너지를 공급하는 기능을 한다.
  3. Pyruvate, phosphenolpyruvate, dihydroxyacetone등은 아미노산, 지질 합성의 전구체 공급원이 된다.
  4. 생성된 2몰 NADH는 피루브산을 환원시키거나 산화되어 2몰의 ATP를 생성한다.
(정답률: 71%)
  • 혐기 조건의 해당과정에서는 생성된 $2\text{mol}$의 $\text{NADH}$가 피루브산을 환원시켜 젖산이나 에탄올을 생성함으로써 $\text{NAD}^+$를 재생성하는 데 사용됩니다. 산화적 인산화를 통해 $\text{ATP}$를 생성하는 과정은 산소가 존재하는 호기 조건에서만 가능합니다.
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39. 재조합 미생물의 배양시 재조합 단백질의 발현을 유도할 수 있는 방법이 잘못 짝지어진 것은?

  1. λ PL promoter – 온도 증가(30℃→42℃)
  2. tac promoter – IPTG 첨가
  3. trp promoter – 트립토판 첨가
  4. gal promoter – 갈락토즈 첨가
(정답률: 83%)
  • trp 프로모터는 트립토판 억제 단백질(repressor)에 의해 조절되므로, 트립토판을 첨가하면 발현이 억제됩니다. 따라서 발현을 유도하려면 트립토판을 제거하거나 결핍시켜야 합니다.
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40. 유전공학을 위한 운반체를 디자인할 때 고려해야 할 점이 아닌 것은?

  1. 플라스미드 복제수를 제어하는 요소들
  2. 목적단백질 발현율
  3. 재조합 단백질의 특성
  4. 목적단백질의 실제적 진품성
(정답률: 86%)
  • 운반체(Vector) 디자인 시에는 플라스미드 복제수 제어, 목적단백질의 발현율 및 특성 등 유전적·생화학적 효율성을 고려해야 합니다. 목적단백질의 실제적 진품성은 운반체 디자인 단계에서 고려하는 설계 요소가 아니라, 최종 생산된 단백질의 분석 및 검증 단계에서 확인하는 사항입니다.
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3과목: 생물반응공학

41. 기질 주입속도에 의해 기질의 농도를 조절함으로써 산물 생성에 대한 대사억제 현상을 극복할 수 있어, 페니실린과 같은 항생물질 발효생산에 유용한 배양 형태의 반응기는?

  1. 회분식 반응기
  2. 연속식 반응기
  3. 유가식 반응기
  4. 고정화 반응기
(정답률: 77%)
  • 유가식 반응기는 배양 중에 기질을 지속적으로 공급하여 기질 농도를 일정하게 유지함으로써, 고농도 기질에 의한 대사억제(Catabolite repression) 현상을 방지할 수 있어 페니실린과 같은 항생물질 생산에 매우 유리합니다.
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42. 연속살균법이 회분살균법보다 유리한 점이 아닌 것은?

  1. 배지의 품질에 손상이 덜 간다.
  2. 고형물을 다량 포함한 배지도 살균할 수 있다.
  3. 규모의 확대가 용이하다.
  4. 자동화가 용이하다.
(정답률: 77%)
  • 연속살균법은 짧은 시간 동안 고온으로 처리하여 배지 품질 손상을 줄이고 자동화 및 규모 확대가 용이한 장점이 있습니다. 하지만 유체의 흐름을 이용하므로 고형물을 다량 포함한 배지는 관로 막힘 등의 문제로 인해 살균하기 어렵습니다.
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43. 어떤 효소의 기질농도(S)에 따른 반응속도(v)가 그림에 주어져 있다. 이 효소의 적절한 반응속도식은?

  1. 경쟁적 저해
  2. 비경쟁적 저해
  3. 기질활성
  4. 기질저해
(정답률: 73%)
  • 제시된 그래프 를 보면 기질 농도 $S$가 증가함에 따라 반응속도 $v$가 증가하다가, 특정 농도 $S_{max}$를 기점으로 오히려 반응속도가 감소하는 양상을 보입니다. 이는 고농도의 기질이 효소의 활성을 억제하는 기질저해 현상의 전형적인 특징입니다.
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44. 대규모 배양기에 유입되는 많은 양의 공기를 살균하기 위해서 적절한 매체는?

  1. 자외선
  2. Ethylene Oxide
  3. 감마선
  4. 유리섬유
(정답률: 60%)
  • 대규모 배양기에서 유입되는 대량의 공기를 효율적으로 살균하기 위해서는 공기가 통과할 수 있는 물리적 필터가 필요하며, 이때 미세한 구멍을 통해 미생물을 걸러낼 수 있는 유리섬유가 가장 적절한 매체입니다.
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45. 0.2h-1 희석률을 가진 연속식 효모발효에 있어서, 180g/L포도당액이 들어가서 다 소모되며, 1mol의 포도당이 소모될 때 0.45mol의 산소가 소비된다고 할 때, 체적산소섭취율(volumetric oxygen uptake rate) 은 몇 mmol of O2/L/h 인가? (단, 포도당 분자량은 180 이다.)

  1. 15
  2. 90
  3. 1350
  4. 2700
(정답률: 52%)
  • 체적산소섭취율(OUR)은 단위 시간당, 단위 부피당 소비되는 산소의 양을 의미하며, 기질의 공급 속도와 산소 소비 계수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$OUR = D \times S_{0} \times \frac{MW_{glucose}}{1} \times \text{ratio}$$
    ② [숫자 대입]
    $$OUR = 0.2 \times \frac{180}{180} \times 0.45 \times 1000$$
    ③ [최종 결과]
    $$OUR = 90$$
    단, $S_{0}$의 몰 농도는 $180\text{g/L} / 180\text{g/mol} = 1\text{mol/L}$이며, 결과값 단위를 $\text{mmol}$로 맞추기 위해 $1000$을 곱합니다.
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46. 다음 중 가장 에너지 효율이 높은 반응기는?

  1. 교반식 반응기
  2. 기포탑 배양기
  3. 루프식 반응기
  4. 전부 같다.
(정답률: 62%)
  • 기포탑 배양기는 기계적인 교반 장치(impeller) 없이 공기 방울의 상승 작용만으로 혼합과 산소 공급이 이루어지므로, 전력 소모가 매우 적어 에너지 효율이 가장 높습니다.
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47. 효모를 사용하여 키모스탯(chemostat) 연구를 하는데 다음과 같은 생장식을 얻었다. μm=0.27h-1, Km=1.4g/L 기질의 유입농도는 100g/L로 고정되어 있고, 발효조의 부피는 50L이다. 이 때 세포의 세출을 방지하기 위한 최대 유량은 몇 L/h 인가? (단, 유입흐름은 멸균되어 있다.)

  1. 14.2
  2. 13.3
  3. 11.9
  4. 9.4
(정답률: 54%)
  • 세포의 세출(Wash-out)을 방지하기 위한 최대 유량은 최대 비생장률 $\mu_{m}$과 동일한 희석률 $D$를 가질 때의 유량 $F$를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$F = D \times V = \mu_{m} \times V$$
    ② [숫자 대입]
    $$F = 0.27 \times 50$$
    ③ [최종 결과]
    $$F = 13.5$$
    계산 결과 $13.5$에 가장 근접한 값은 $13.3$입니다.
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48. 점도가 높은 기질을 사용하여 가스 형태의 산물을 생성하는 고정화 효소의 반응기로 가장 알맞은 것은?

  1. 교반 반응기(stirred-tank reactor)
  2. 고정층 반응기(packed-bed reactor)
  3. 유동층 반응기(fluidized-bed reactor)
  4. 공기부양 반응기(air-lift reactor)
(정답률: 40%)
  • 점도가 높은 기질을 사용하면서 가스 산물이 발생하는 경우, 고정층 반응기는 압력 강하와 폐쇄(clogging) 문제가 발생하기 쉽습니다. 유동층 반응기는 입자들이 유체에 의해 부양되어 유동화되므로 압력 강하를 줄이고 물질 전달 효율을 높일 수 있어 가장 적합합니다.
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49. 연속 교반 흐름 반응기를 이용하여 발효공정을 수행하던 중 거품이 발생하는 문제가 발생되었다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 거품 제거를 위해 head space가 필요하다.
  2. 거품 때문에 발효기의 최종 생산성이 제한될 수 있다.
  3. 화학적표면활성제의 첨가로 거품을 줄일수 없다.
  4. 기계적 거품제거기로 거품을 줄일 수 있다.
(정답률: 92%)
  • 발효 공정 중 발생하는 거품은 화학적 소포제(표면활성제)를 첨가하여 효과적으로 제거할 수 있습니다. 따라서 화학적표면활성제의 첨가로 거품을 줄일 수 없다는 설명은 틀린 것입니다.
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50. 에탄올 발효 반응에서 에탄올 1몰 생산에 28kcal의 열이 발생한다. 반응기의 체적이 5L이고 발효반응기 내의 미생물 농도는 4.6g/L이다. 미생물의 에탄올 비생산속도는 5g ethanol g cell-1h-1 일 때 발효반응기 내의 열발생속도는 몇 kcal/h 인가?

  1. 35
  2. 50
  3. 70
  4. 100
(정답률: 49%)
  • 미생물의 에탄올 생산 속도에 단위 몰당 발생 열량을 곱하여 전체 열발생속도를 계산합니다. 에탄올의 분자량은 $46\text{ g/mol}$입니다.
    ① [기본 공식] $Q = V \times X \times q_p \times \frac{1}{MW} \times \Delta H$
    ② [숫자 대입] $Q = 5 \times 4.6 \times 5 \times \frac{1}{46} \times 28$
    ③ [최종 결과] $Q = 70$
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51. 균형성장기에 있는 미생물에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 생체 조성이 일정하다.
  2. 생체구성물질의 합성속도는 미생물의 비성장속도 (specific growth rate)에 비례한다.
  3. 생체구성물질의 배가시간(doubling time)은 미생물 전체의 배가시간과 다르다.
  4. 탄소원 소모속도와 질소원 소모속도 사이에는 비례 관계가 존재한다.
(정답률: 58%)
  • 균형성장기(Balanced growth phase)란 세포 내 모든 구성 성분이 일정한 비율로 증가하여 생체 조성이 일정하게 유지되는 시기입니다. 따라서 모든 생체구성물질의 합성속도는 미생물의 비성장속도에 비례하며, 개별 구성 성분의 배가시간은 미생물 전체의 배가시간과 동일해야 합니다.
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52. 미생물 세포 농도를 측정하는 탁도 분광계 (turbidometer)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 시료실을 통과하는 빛은 세포밀도와 시료실 두께의 함수이다.
  2. 교반이 잘된 배지 시료를 적용해야 한다.
  3. 광학밀도(optidical density)와 미생물의 건조중량을 연결하는 보정곡선이 필요하다.
  4. 배지에 의한 빛의 흡수를 최소화하기 위해 일반적으로 자외선 구간의 파장이 사용된다.
(정답률: 78%)
  • 탁도 분광계는 세포에 의해 빛이 산란되는 정도를 측정합니다. 이때 배지 성분에 의한 빛 흡수를 최소화하기 위해 자외선(UV) 구간이 아닌, 흡수가 적은 가시광선 구간의 파장을 일반적으로 사용합니다.
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53. 일정한 보존조건에서 시간에 따라 비가여적으로 활성을 잃는 효소의 어느 한 기질에 대한 Michaelis -Menten 상수 Km 값은 이 효소의 보존기간이 증가 할수록 어떻게 변화하겠는가?

  1. 증가한다.
  2. 변하지 않는다.
  3. 감소한다.
  4. 증가하다 감소한다.
(정답률: 61%)
  • Michaelis-Menten 상수 $K_m$은 효소와 기질의 친화력을 나타내는 고유한 특성치입니다. 효소가 비가역적으로 활성을 잃어 전체 효소 농도 $E_0$나 최대 반응속도 $V_{max}$는 감소할 수 있지만, 살아남아 활성을 유지하고 있는 개별 효소 분자의 기질 친화력인 $K_m$ 값 자체는 변하지 않습니다.
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54. 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 산소전달계수
  3. 교반날개의 선단속도
  4. 초기접종량
(정답률: 70%)
  • 대규모화 시에는 물리적 환경(교반 에너지, 산소 전달, 선단 속도 등)을 일정하게 유지하여 미생물이 느끼는 환경을 동일하게 만드는 것이 중요합니다. 반면, 초기접종량은 전체 배양 부피에 비례하여 투입하는 비율(v/v %)의 개념이지, 절대적인 양을 일정하게 유지하는 항목이 아닙니다.
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55. 반응기의 대규모화(scale-up)를 위한 방법으로 가장 적절하지 않은 것은?

  1. 공기주입량을 동일하게 한다.
  2. 산소전달계수를 동일하게 한다.
  3. 레이놀즈수(Reynols number)를 동일하게 한다.
  4. 반응기 단위체적당 소요전력을 동일하게 한다.
(정답률: 68%)
  • 반응기 대규모화(Scale-up)의 핵심은 실험실 규모와 대규모 반응기 간의 물리화학적 환경(산소 전달, 혼합 효율 등)을 동일하게 유지하는 것입니다. 공기주입량은 반응기의 부피에 따라 당연히 증가해야 하므로, 단순히 주입량 자체를 동일하게 유지하는 것은 적절하지 않습니다.

    오답 노트
    산소전달계수, 레이놀즈수, 단위체적당 소요전력: 규모가 커져도 동일한 효율과 유동 특성을 유지하기 위해 일정하게 맞추는 주요 설계 인자들입니다.
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56. 높은 기질 농도에 의해 효소반응이 저해되는 경우, 반응식은 다음과 같이 표시된다. 각 반응상수를 구하기 위하여 (1/S, 1/v)을 X-Y 평면에 도시하였을 때, 가장 올바른 그래프는? (단, v는 효소반응속도, S는 기질농도, Km은 포화상수, KI는 저해상수이다.)

(정답률: 66%)
  • 제시된 반응식 $v = \frac{v_{max} \cdot S}{K_{m} + S + \frac{S^{2}}{K_{I}}}$의 역수를 취해 $\frac{1}{S}$에 대해 정리하면 $\frac{1}{v} = \frac{K_{m}}{v_{max}} \cdot \frac{1}{S} + \frac{1}{v_{max}} + \frac{S}{v_{max} K_{I}}$가 됩니다. 이는 $\frac{1}{S}$에 대한 1차항과 $\frac{1}{S}$의 역수인 $S$항이 공존하는 형태이므로, $\frac{1}{S}$가 매우 크거나(기질 농도 낮음) 매우 작을 때(기질 농도 높음) 모두 $\frac{1}{v}$ 값이 증가하는 U자형 곡선이 나타납니다.
    따라서 정답은 입니다.
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57. Michaelis-Menten 식의 저해 형태 중 기질의 농도를 높이면 저해물질에 의한 저해가 없어지는 효소 반응은? (단, [S]는 기질농도, [I]는 저해제 농도이며, Vm는 최대반응속도, Km은 Michaelis-Menten 상수, KI는 저해제 해리상수이다.)

  1. v = Vm·[S] / Km·(1+[I]/KI)+[S]
  2. v = {Vm·[S] / Km+[S]} · {1 / (1 + [I]/KI)}
  3. v ={Vm·[S] / (Km/A +[S])} · (1/A) A= 1 + [I]/KI
  4. v = Vm·[S] / Km+[S]+([S]2/Ks)
(정답률: 58%)
  • 경쟁적 저해는 저해제가 효소의 활성 부위에 기질과 경쟁하여 결합하는 방식입니다. 따라서 기질의 농도를 충분히 높이면 저해제를 밀어내고 효소와 결합할 확률이 높아져 저해 효과가 사라지고 최대반응속도 $V_{m}$에 도달할 수 있습니다.
    해당 반응식은 다음과 같습니다.
    $$v = \frac{V_{m} \cdot [S]}{K_{m} \cdot (1 + \frac{[I]}{K_{I}}) + [S]}$$
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58. 기질의 농도가 커질 경우 반응속도가 감소하는 효소 반응은?

  1. 경쟁적 저해반응
  2. 비경쟁적 저해반응
  3. 반경쟁적 저해반응
  4. 기질 저해반응
(정답률: 65%)
  • 기질 저해반응은 기질의 농도가 일정 수준 이상으로 높아지면, 기질 분자가 효소의 활성 부위 외의 다른 부위에 결합하거나 잘못된 방식으로 결합하여 오히려 효소의 활성을 떨어뜨려 반응속도가 감소하는 현상입니다.
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59. 포도당 용액이 단속적으로 공급되는 유가식 배양에서 시스템이 준정상상태(Quasi steady state)에 있게 되는 t=2 시간에서의 매개변수 값이 다음과 같은 때 준정상상태에서 용기내의 제한기질의 농도는?

  1. 0.17g/L
  2. 0.5g/L
  3. 1g/L
  4. 1.5g/L
(정답률: 49%)
  • 유가식 배양의 준정상상태(Quasi steady state)에서 제한기질의 농도는 희석률과 미생물의 비성장속도가 같아지는 지점에서 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\mu = \frac{F}{V} = \frac{\mu_{max} S}{K_S + S}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{100}{1000} = \frac{0.4 \times S}{0.5 + S}$$
    ③ [최종 결과]
    $$S = 0.17$$
    따라서 제한기질의 농도는 $0.17\text{g/L}$ 입니다.
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60. 생물반응기의 계측기구가 갖추어야 할 조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 무균성 유지
  2. 내구성
  3. 안정성
  4. 아날로그성
(정답률: 94%)
  • 생물반응기의 계측기구는 멸균 과정과 가혹한 환경을 견뎌야 하므로 무균성, 내구성, 안정성이 필수적입니다. 반면, 현대의 정밀 제어를 위해서는 아날로그성보다는 디지털 방식의 데이터 처리가 훨씬 효율적이고 정확하므로 거리가 멉니다.
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4과목: 생물분리공학

61. 다음 중 pH 11에서도 안정성이 높아 높은 pH에서도 친화성 리간드 결합 반응에 사용될 수 있는 화학 물질은?

  1. carbanyldimidazole
  2. cyanogen bromide
  3. divinyl sulfone
  4. epichlorohydrin
(정답률: 53%)
  • epichlorohydrin은 화학적으로 안정성이 높아 $pH$ 11과 같은 강염기성 조건에서도 분해되지 않고 친화성 리간드 결합 반응을 수행하는 데 적합한 물질입니다.
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62. 열역학적으로 불안정한 용액은 용액 중에 포함 된 용질의 양이 열역학적인 평형값보다 높다. 이러한 과포화 용액을 안정하게 만들기 위해 가장 흔히 쓰는 방법은?

  1. pH의 변화
  2. 온도의 변화
  3. 삼투압의 변화
  4. 생성물에 대한 선택성
(정답률: 70%)
  • 과포화 용액은 용해도가 한계치를 넘은 불안정한 상태입니다. 용해도는 온도에 따라 변하는 특성이 있으므로, 온도의 변화를 통해 용질의 용해도를 조절함으로써 용액을 안정화하거나 결정화를 유도할 수 있습니다.
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63. 생물반응기에서 분리(회수)와 정제 복합공정의 장점이 아닌 것은?

  1. 세포용해 성분 제거
  2. 생성물의 변성 방지
  3. 반응속도 증가
  4. 생성물에 대한 선택성
(정답률: 51%)
  • 분리 및 정제 복합공정(In-situ product removal)은 생성물을 즉시 제거하여 생성물 저해를 막아 반응속도를 높이고, 생성물의 변성을 방지하며 선택성을 높이는 것이 주 목적입니다. 세포용해 성분 제거는 정제 공정의 결과물일 수는 있으나, 복합공정 자체의 운전 장점으로 보기는 어렵습니다.
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64. 등전 침전(isoelectric precipitation)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 단백질이 아무 전하도 띠지 않는 pH인 등전점에서의 단백질 침전이다.
  2. 단백질의 등전점은 pI = pK1+pK2 / 2로 정의 된다.
  3. 높은 표면 소수성 즉, 비극성 표면을 나타내는 단백질에는 효과적이지 않다.
  4. 가격은 저렴하지만, 낮은 pH에서 단백질이 변성 될 수 있다.
(정답률: 81%)
  • 등전 침전은 단백질의 순전하가 0이 되는 등전점에서 용해도가 최소가 되어 침전되는 원리를 이용합니다. 이는 전하 상태를 이용하는 방법이므로, 표면 소수성이 높은 비극성 단백질의 경우 오히려 소수성 상호작용에 의해 침전이 더 잘 일어날 수 있어 효과적이지 않다는 설명은 틀린 것입니다.
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65. 다음 중 기계적인 세포 파쇄방법이 아닌 것은?

  1. ball mill법
  2. homogenization법
  3. 삼투충격법
  4. 초음파 발생법
(정답률: 78%)
  • 세포 파쇄 방법은 물리적(기계적) 방법과 화학적/효소적 방법으로 나뉩니다. 삼투충격법은 농도 차이에 의한 삼투압을 이용하여 세포를 터뜨리는 화학적 방법이므로 기계적 방법이 아닙니다.
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66. 수성 이성분계에서 분배계수를 증기시키는 방법으로 잘못된 것은?

  1. PEG나 덱스트란의 분자량이 큰 것을 사용하여 분배계수를 증가시킨다.
  2. 친화성 리간드를 PEG에 붙여서 분배계수를 증가시키기도 한다.
  3. PEG에 양이온 또는 음이온 교환 특성을 갖도록 유도체화 시켜 분배계수를 증가시킨다.
  4. 수성 이성분계에 (NH4)2SO4나 KH2PO4 같은 염을 첨가하면 분배계수가 증가한다.
(정답률: 57%)
  • 수성 이성분계에서 PEG나 덱스트란의 분자량이 커지면 점도가 증가하고 확산 속도가 감소하여 오히려 분배계수가 감소하는 경향이 있습니다.
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67. 한외여과기 또는 미세여과기 같은 막분리 공정에서 일반적으로 사용되는 막의 형태가 아닌 것은?

  1. 컬럼형(column type)
  2. 평판형(flat sheets)
  3. 실관형(hollow fiber)
  4. 나선감김형(spiral-wound)
(정답률: 54%)
  • 막분리 공정에서는 접촉 면적을 극대화하기 위해 평판형, 실관형, 나선감김형 등의 구조를 사용하며, 컬럼형은 일반적인 막의 형태가 아닙니다.
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68. pK1은 6이고, pK2는 10인 단백질의 등전점은?

  1. 4
  2. 6
  3. 8
  4. 12
(정답률: 88%)
  • 단백질의 등전점($pI$)은 두 개의 $pK$ 값의 산술 평균으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $pI = \frac{pK_{1} + pK_{2}}{2}$
    ② [숫자 대입] $pI = \frac{6 + 10}{2}$
    ③ [최종 결과] $pI = 8$
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69. 다음 중 식물세포벽을 가장 잘 분해하는 효소는?

  1. 아밀라제(amylase)
  2. 펙티나제(pectinase)
  3. 프로테아제(protease)
  4. 덱스트라나제(dextranase)
(정답률: 72%)
  • 식물세포벽의 주요 성분인 펙틴을 분해하여 세포벽 구조를 파괴하는 효소는 펙티나제입니다.

    오답 노트
    아밀라제: 전분 분해
    프로테아제: 단백질 분해
    덱스트라나제: 덱스트란 분해
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70. 흡착의 메커니즘이 아닌 것은?

  1. 물리적 흡착
  2. 이온 교환 흡착
  3. 친화성 흡착
  4. 한외 여과
(정답률: 91%)
  • 흡착은 물질의 표면에 다른 물질이 달라붙는 현상으로 물리적, 이온 교환, 친화성 흡착 등이 이에 해당합니다. 반면 한외 여과는 분자량 차이를 이용해 물질을 걸러내는 막 분리 공정(membrane filtration)이므로 흡착 메커니즘이 아닙니다.
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71. 발효 배양액 중의 균체분리에 사용되는 여과기에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 회전식 진공여과기는 효모나 방선균의 분리, 세포외 효소의 생산에 사용되면, 연속적으로 대량처리가 용이하다.
  2. 가압여과기는 압력이 20bar정도여서 여과하기 어려운 배양액의 여과에 알맞으며 연속적으로 처리가 가능하다.
  3. 엽상의 filter disc가 수직으로 배열된 구조로, 진공 또는 가압하에서 연속적으로 처리가 가능하다.
  4. 여과속도를 일정하게 유지하는데 필요한 압력강하를 여과시간에 따라 계산 할 수 있다.
(정답률: 61%)
  • 가압여과기는 높은 압력을 이용하여 여과 효율을 높일 수 있으나, 기본적으로 배치(batch)식으로 작동하므로 연속적으로 처리가 가능하다는 설명은 틀린 내용입니다.
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72. 단백질에 용해도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 에탄올과 같은 유기용매를 가하면 용해도가 감소한다.
  2. 전하가(valence)가 큰 염(salt)이 존재하면 용해도가 낮아질 수 있다.
  3. PEG(polyethylene glycol)과 같은 고분자 물질이 존재하면 용해도가 증가한다.
  4. 용액 중 이온강도(ionic strength)가 감소하면 용해도가 증가할 수 있다.
(정답률: 66%)
  • PEG(polyethylene glycol)와 같은 고분자 물질은 용액 내의 자유 용매 양을 줄여 단백질의 용해도를 감소시키는 '배제 부피 효과'를 일으켜 단백질 침전을 유도합니다.

    오답 노트
    에탄올 가함: 유전율을 낮춰 용해도 감소
    전하가 큰 염: 염석 효과로 용해도 감소
    이온강도 감소: 염석 효과가 사라져 용해도 증가 가능
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73. 항생물질, 혈청 등 액체에 용해되어 잇는 상태로서 특히 열에 불안정한 물질에 대해 사용하는 건조법은?

  1. 적외선 복사건조법
  2. 동결건조법
  3. 고주파건조법
  4. 유동층건조법
(정답률: 91%)
  • 동결건조법은 시료를 급속 동결시킨 후 진공 상태에서 승화시키는 방법으로, 열에 매우 불안정한 항생물질이나 혈청 등의 단백질 성분을 파괴 없이 건조하는 데 최적입니다.
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74. 원심부리기의 종말속도 Vt는 가속도 a에 비례한다. 가속도 a를 각속도 w와 원심분리기의 중심에서 입자까지의 거리 r로 나타낸 것은?

  1. wr
  2. w2r
  3. wr2
  4. w2r2
(정답률: 67%)
  • 원심분리 시 입자가 받는 원심가속도는 각속도의 제곱과 회전 중심으로부터의 거리의 곱으로 정의됩니다.
    $$a = \omega^{2}r$$
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75. 페니실린 발효액으로부터 이소아밀아세테이트(isoamylacetate)를 이용하여 페니실린을 추출하려한다. 100mL의 발효액에 10mL의 이소아일아세테이트를 섞어 pH3에서 충분히 교반시킨 후 상분리를 거쳐 이소아밀아세테이트상과 물상내의 페니실린 농도를 측정하였더니 각각 5g/L와 0.5g/L이었다. 이 추출계에서의 분배계수(partition coefficient)는?

  1. 0.04
  2. 0.4
  3. 10
  4. 25
(정답률: 57%)
  • 분배계수는 두 섞이지 않는 용매 사이에서 용질의 농도 비율을 나타내는 상수로, 추출제 상의 농도를 물 상의 농도로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{C_{org}}{C_{aq}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{5}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $K = 10$
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76. 발효 생산물 중 세포내 생산물은?

  1. 알코올
  2. 항생제
  3. 유기산
  4. 대장균을 이용한 재조합 DNA 단백질
(정답률: 69%)
  • 발효 생산물은 위치에 따라 세포외 생산물과 세포내 생산물로 나뉩니다. 대장균을 이용한 재조합 DNA 단백질은 세포 내부에서 합성되어 축적되므로 세포내 생산물에 해당합니다.

    오답 노트
    알코올, 항생제, 유기산: 세포 밖으로 분비되는 세포외 생산물입니다.
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77. 발효 공정은 대체로 수용액 상태에서 진행되어, 발효 최종 산물도 수용액 상태이다. 회수 정제 공정에서 대부분의 수분을 제거하기에 가장 바람직한 시기는?

  1. 회수정제공정의 최종 단계인 건조 공정 직전
  2. 회수정제공정 중 농축 공정이 있고 난 중간 단계
  3. 회수정제공정 중 침전 공정을 거친 다음 단계
  4. 회수정제공정 중 가장 초기 단계
(정답률: 85%)
  • 회수 정제 공정의 초기 단계에서 수분을 빠르게 제거하면 처리해야 할 부피가 획기적으로 줄어들어, 이후 공정의 효율성을 높이고 설비 비용 및 에너지 소모를 최소화할 수 있습니다.
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78. 여과에 소모되는 시간에 대하여 설명한 것 중 옳은 것은?

  1. 점도에 반비례한다.
  2. 여액의 밀도에 반비례한다.
  3. 압력 변화(ΔP)에 반비례한다.
  4. 여과 면적의 제곱에 비례한다.
(정답률: 62%)
  • 여과 속도는 압력 차($\Delta P$)에 비례하고 여과 시간은 그 역수인 여과 속도에 반비례하므로, 압력 변화($\Delta P$)가 클수록 여과에 소요되는 시간은 줄어듭니다.
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79. 알코올과 물의 혼합물이 80℃, 기압 760mmHg에서 기액평형에 도달하였다. 알코올의 가상에서의 조성은? (단, 알코올과 물의 순 성분 증기압은 각각 760, 355[mmHg]이다.)

  1. 0.2
  2. 0.6
  3. 0.8
  4. 1.0
(정답률: 37%)
  • 라울의 법칙과 돌턴의 분압 법칙을 이용하여 기상 조성을 계산합니다. 전체 압력이 알코올의 순 성분 증기압과 동일하므로, 알코올이 100%인 상태에서 평형이 이루어집니다.
    ① [기본 공식] $P_{total} = x_{alc} P_{alc}^0 + (1 - x_{alc}) P_{water}^0$
    ② [숫자 대입] $760 = x_{alc} \times 760 + (1 - x_{alc}) \times 355$
    ③ [최종 결과] $x_{alc} = 1.0$
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80. 미생물의 이화반응시 ATP(adenosine triphosphate)의 생성 기작이 아닌 것은?

  1. 기질수준 인산화
  2. 산화적 인산화
  3. 광인산화
  4. 혐기적 인산화
(정답률: 68%)
  • 미생물의 에너지 생성 기작에는 기질수준 인산화, 산화적 인산화, 광인산화가 존재합니다. 혐기적 인산화라는 용어는 별도의 독립된 ATP 생성 기작으로 정의되지 않습니다.
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5과목: 생물공학개론

81. 플라스미드에 관련된 내용 중 옳지 않은 것은?

  1. 플라스미드의 크기에 따라 형질전환의 효율이 결정된다.
  2. 플라스미드에는 다양한 제한 효소에 의하여 절단되는 위치가 있다.
  3. 서로 다른 플라스미드도 공존할 수 있다.
  4. 유전자 은행 제조에 유리하다.
(정답률: 55%)
  • 플라스미드는 크기가 작고 복제가 쉬워 유전자 운반체(Vector)로 사용되며, 제한 효소 절단 부위가 있고 서로 다른 플라스미드가 공존할 수 있으며 크기에 따라 형질전환 효율이 달라집니다. 하지만 유전자 은행(Gene Bank) 제조는 플라스미드 자체가 아니라, 이를 이용해 구축한 라이브러리 전체의 개념이므로 플라스미드 자체의 특성으로 보기 어렵습니다.
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82. 확인하기 힘든 성분이나 구조를 파악하기 위해 사용하는 광학장비로서 구성비나 격자구조, 결합구조 등을 분석하는데 적합하지 않은 기기는?

  1. UV spectroscopy
  2. IR spectroscopy
  3. mass spectroscopy
  4. Ion analyzer
(정답률: 69%)
  • 분자 구조, 결합 상태, 격자 구조 등을 분석하기 위해서는 분광학적 분석 장비가 필요합니다. UV, IR, mass spectroscopy는 분자의 에너지 준위나 질량 분석을 통해 구조 파악이 가능하지만, Ion analyzer는 단순히 이온의 존재나 농도를 측정하는 장비이므로 구조 분석에는 적합하지 않습니다.
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83. 연속발효에서 희석비(dilution rate)에 따른 실험자료를 통해 다음 그래프를 얻었다. 기질의 농도곡선은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 65%)
  • 연속발효에서 희석비가 증가함에 따라 세포 농도는 증가하다가 세척(wash-out) 지점에서 급격히 감소하며, 기질 농도는 낮은 상태를 유지하다가 세척 지점에 도달하면 급격히 상승하여 유입 기질 농도에 수렴합니다. 따라서 그래프에서 기질 농도 곡선은 B입니다.
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84. 포도당을 사용하여 곰팡이를 회분식으로 키워서 다음과 같은 결과를 얻었다.

기질 수율(YX/S)은 얼마인가?

  1. 0.4 g 세포/ g 기질
  2. 0.6 g 세포/ g 기질
  3. 0.8 g 세포/ g 기질
  4. 1.0 g 세포/ g 기질
(정답률: 56%)
  • 기질 수율은 소비된 기질의 양 대비 생성된 세포의 양으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Y_{X/S} = \frac{X - X_0}{S_0 - S}$
    ② [숫자 대입] $Y_{X/S} = \frac{41 - 1.25}{100 - 0.63}$
    ③ [최종 결과] $Y_{X/S} = 0.4$
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85. GC(Gas Chromatography)의 장치에서 검출기에 해당하지 않는 것은?

  1. TCD(Thermal Conductivity Detector)
  2. ECD(Electron Capture Detector)
  3. UVD(Ultraviolet Detector)
  4. FID(Flame Ionization Detector)
(정답률: 62%)
  • GC(가스크로마토그래피)는 휘발성 성분을 분석하는 장치로, TCD, ECD, FID 등은 대표적인 GC 검출기입니다. 반면 UVD(자외선 검출기)는 주로 액체 크로마토그래피(HPLC)에서 사용되는 검출기이므로 GC 검출기에 해당하지 않습니다.
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86. COOH기와 NH3기 각각의 해리상수 K에 대한 pK값이 pKCOOH는 2.4이고 pKNH3는 9.6인 아미노산이 있다면, 이 아미노산의 등전점(isoelectric point)은?

  1. 2.9
  2. 4
  3. 4.8
  4. 6
(정답률: 86%)
  • 아미노산의 등전점(pI)은 양쪽 끝단 작용기의 $pK$ 값의 산술 평균으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $pI = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$
    ② [숫자 대입] $pI = \frac{2.4 + 9.6}{2}$
    ③ [최종 결과] $pI = 6$
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87. 세포막을 통한 작은 분자들의 수송 가직은 에너지에 의존하지 않은 기작과 에너지에 의존하는 기작으로 구분할 수 있는데 에너지에 의존하지 않는 기작으로만 짝지어진 것은?

  1. 수동확산, 능동수송
  2. 촉진확산, 능동수송
  3. 촉진확산, 집단전이
  4. 수동확산, 촉진확산
(정답률: 78%)
  • 에너지(ATP) 소모 없이 농도 기울기에 따라 물질이 이동하는 기작은 수동확산과 촉진확산이 있습니다.

    오답 노트
    능동수송, 집단전이: 에너지를 사용하여 농도 기울기를 거슬러 이동하는 기작
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88. 다음 중 빛 에너지를 당과 같은 화학에너지로 전환시키는 세포내 소기관은?

  1. 엽록체
  2. 미토콘드리아
  3. 엽록소
  4. 리소좀
(정답률: 92%)
  • 엽록체는 광합성 작용을 통해 빛 에너지를 흡수하여 이산화탄소와 물로부터 당(포도당)과 같은 화학 에너지 형태로 전환하는 세포 내 소기관입니다.

    오답 노트
    미토콘드리아: 화학 에너지를 이용하여 ATP를 생성하는 세포 호흡 기관
    엽록소: 엽록체 내에서 빛을 흡수하는 색소 분자
    리소좀: 가수분해 효소를 포함하여 세포 내 소화 및 분해 담당
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89. 회분식 발효에 있어서 박테리아의 성장이 지수성장기(exponential growth phase)에 있으며, 그 때의 비성장 속도가 0.5hr-1 일 때, 세포의 양이 두배가 되는데 걸리는 시간은?

  1. 0.6 hr
  2. 1.0 hr
  3. 1.4 hr
  4. 2.0 hr
(정답률: 66%)
  • 세포의 양이 두 배가 되는 시간인 세대 시간(Doubling time)은 비성장 속도의 역수에 자연로그 2를 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t_d = \frac{\ln 2}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $t_d = \frac{0.693}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $t_d = 1.386 \approx 1.4$
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90. 다음 중 [의약품제조 및 품질관리기준](KGMP)에 의한 원료의약품에 대한 설명으로 올바른 것은?

  1. 원료의약품에는 포장과 표시작업에 사용되는 용기·표시재료 및 포장재료도 포함된다.
  2. 원료의약품은 합성, 발효, 추출 등 또는 이들 조합에 의하여 제조된 물질로서 완제 의약품의 제조 원료가 되는 것을 말한다.
  3. 원료의약품은 의약품의 제조공정 중에 만들어진것으로서 필요한 제조 공정을 더 거쳐야 완제품으로 되는 것을 말한다.
  4. 원료의약품은 의약품제조에 사용되는 물질을 말하며, 완제품에 남아 있지 아니하는 물질도 이에 포함된다.
(정답률: 72%)
  • 원료의약품은 합성, 발효, 추출 등의 공정을 통해 제조되어 완제 의약품을 만드는 데 직접적으로 사용되는 물질을 의미합니다.

    오답 노트
    포장재료: 원료의약품에 포함되지 않는 부자재
    제조 공정 중 물질: 중간체(Intermediate)에 대한 설명
    완제품에 남지 않는 물질: 공정 보조제 등에 대한 설명
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91. 정지기 동안 페소 내의 저장물질을 분해하여 새로운 구성단위 물질들과 에너지 생성 단량체들을 만드는 대사를 무엇이라고 하는가?

  1. 외인성 대사
  2. 내인성 대사
  3. 겉보기 대사
  4. 지연 대사
(정답률: 83%)
  • 내인성 대사는 미생물이 외부 영양분 공급이 중단된 정지기(Stationary phase)에 세포 내에 저장해 두었던 물질을 분해하여 생존에 필요한 에너지와 구성 성분을 얻는 대사 과정을 말합니다.
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92. 다음 중 세포 질량 농도 결정법 중 간접법은 무엇인가?

  1. 광학밀도 측정
  2. ATP 농도 측정
  3. 건조중량 측정
  4. 충전 세포 부피 측정
(정답률: 70%)
  • 세포 질량 농도 결정법 중 간접법은 세포의 무게를 직접 재지 않고, 세포의 대사 활동이나 물리적 특성을 통해 농도를 추정하는 방법입니다. ATP 농도 측정은 세포의 생존 상태와 대사 활성을 통해 간접적으로 농도를 결정하는 대표적인 방법입니다.

    오답 노트
    건조중량 측정: 세포를 건조시켜 무게를 재는 직접법
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93. 생식세포의 염색체 속에 들어 있는 것으로 DNA로 구성된 기본 단위를 무엇이라 하는가?

  1. 유전자
  2. 미토콘드리아
  3. 핵
  4. 리보솜
(정답률: 92%)
  • 유전자는 생물체의 형질을 결정하는 유전 정보의 단위로, 염색체 내의 DNA 특정 부위에 위치하여 단백질 합성을 조절하는 기본 단위입니다.

    오답 노트
    미토콘드리아: 세포 내 에너지 생성 기관
    핵: 유전 물질을 포함하는 세포 내 소기관
    리보솜: 단백질 합성 장소
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94. GMP의 유효성 확인 단계 중 OQ, IQ, PQ 과정을 순서대로 배열한 것은?

  1. IQ → OQ → PQ
  2. OQ → PQ → IQ
  3. PQ → IQ → OQ
  4. PQ → OQ → IQ
(정답률: 91%)
  • GMP 유효성 확인(Validation)은 설치부터 성능 확인까지 단계적으로 진행됩니다. 설치 적격성 평가(IQ)를 통해 장비가 올바르게 설치되었는지 확인하고, 운전 적격성 평가(OQ)로 설계된 범위 내에서 작동하는지 검증하며, 마지막으로 성능 적격성 평가(PQ)를 통해 실제 공정 조건에서 일관된 품질이 나오는지 확인하는 순서로 진행됩니다.
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95. 한 동물에 대해 정확한 유전적 복사체를 만들기 위해 사용되는 유전학 기술은?

  1. 형질전환동물
  2. 이형접합성
  3. 플라스미드
  4. 클로닝
(정답률: 86%)
  • 클로닝은 체세포 핵 이식 기술 등을 통해 유전적으로 동일한 복제 생명체를 만드는 기술을 의미합니다.
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96. 배양 중의 세포 농도를 추산하기 위하여 사용되는 방법으로 시료 배양액 중에 떠 있는 세포가 빛을 흡수하는 성질을 기초로 한 방법은?

  1. 충전세포 부피법
  2. 판계수법
  3. RNA 분석법
  4. 광학밀도측정법
(정답률: 93%)
  • 광학밀도측정법은 배양액 내의 세포가 빛을 산란시키거나 흡수하는 성질을 이용하여 흡광도를 측정함으로써 세포 농도를 추산하는 방법입니다.
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97. 미생물 생장에 대한 경쟁적 기질저해의 표현식으로 옳은 것은?

  1. μg = μm/{i(1+Ks/S)·(1+S/KI)}
  2. μg = μm·S/{Ks·(1 + S/KI) + S}
  3. μg = μm/{(1 + Ks/S)·(1 + I/KI)}
  4. μg = μm·S/{Ks·(1 + I/KI) + S}
(정답률: 51%)
  • 경쟁적 기질저해는 기질 농도가 매우 높을 때 저해제의 효과가 상쇄되는 특성을 가집니다. 이를 표현하는 식은 다음과 같습니다.
    $$\mu_{g} = \frac{\mu_{m} \cdot S}{K_{s} \cdot (1 + \frac{S}{K_{I}}) + S}$$
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98. 다음 중 효모 염색체 속으로 삽입에 의해서만 복제가 가능한 벡터는?

  1. YEp
  2. YIp
  3. YRp
  4. YAC
(정답률: 61%)
  • YIp(Yeast Integrating Plasmid)는 효모의 게놈 DNA 속으로 삽입되어야만 복제가 가능한 통합형 벡터입니다.

    오답 노트
    YEp: 자율 복제 가능 벡터
    YAC: 인공 염색체 벡터
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99. 대기압에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 게이지로 측정한 압력
  2. 게이지압과 대기압의 곱
  3. 게이지압과 대기압의 합
  4. 게이지압과 절대압과의 차
(정답률: 84%)
  • 절대압은 대기압에 게이지압을 더한 값입니다. 따라서 대기압은 절대압에서 게이지압을 뺀 값, 즉 게이지압과 절대압과의 차이로 정의됩니다.
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100. DNA의 한쪽 가닥의 서열이 5-GAATTC-3이다. 이 가닥과 상보적인 가닥의 서열로 알맞은 것은?

  1. 5-ACTTAA-3
  2. 5-CAATTC-3
  3. 3-CTTAAG-5
  4. 3-CUUAAG-5
(정답률: 90%)
  • DNA의 상보적 결합 원리에 따라 아데닌(A)은 티민(T)과, 구아닌(G)은 사이토신(C)과 결합하며, 두 가닥은 서로 반대 방향(역평행)으로 주행합니다.
    주어진 서열 $5\text{-GAATTC-3}$의 상보적 서열은 $3\text{-CTTAAG-5}$가 됩니다.
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