바이오화학제품제조기사 필기 기출문제복원 (2016-05-08)

바이오화학제품제조기사 2016-05-08 필기 기출문제 해설

이 페이지는 바이오화학제품제조기사 2016-05-08 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

바이오화학제품제조기사
(2016-05-08 기출문제)

목록

1과목: 미생물공학

1. 처음의 세포수가 102cell/mL, 2시간 뒤의 세포 수가 104cell/mL 이면 이 미생물의 세대시간 (doubling time)은 약 몇 분인가?

  1. 10
  2. 18
  3. 20
  4. 25
(정답률: 76%)
  • 미생물의 세대시간은 초기 세포수와 최종 세포수, 그리고 경과 시간을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $g = \frac{t \times \log 2}{\log N - \log N_0}$
    ② [숫자 대입] $g = \frac{120 \times 0.301}{4 - 2}$
    ③ [최종 결과] $g = 18.06$
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2. 다음 표에 나타낸 균체의 성분비를 참조하여 배지 내의 포도당(C6H12O6) 농도가 36 g/L 일 때, (NH4)2SO4의 첨가농도는 약 몇 g/L인가? (단, 포도당과 (NH4)2SO4 의 분자량은 각각 180과 132이다.)

  1. 13.6
  2. 6.8
  3. 2.6
  4. 1.4
(정답률: 71%)
  • 균체 내 탄소(C)와 질소(N)의 비율을 바탕으로, 공급된 포도당의 탄소량에 필요한 질소원의 양을 계산하여 황산암모늄의 첨가량을 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Amount of } (NH_{4})_{2}SO_{4} = \frac{\text{Glucose} \times \frac{12}{180} \times \frac{10}{50} \times 132}{2 \times 14}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Amount of } (NH_{4})_{2}SO_{4} = \frac{36 \times 0.0667 \times 0.2 \times 132}{28}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Amount of } (NH_{4})_{2}SO_{4} = 13.6$$
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3. 정상젖산발효에서는 이론적으로 1 몰의 포도당으로부터 몇 몰의 젖산이 생산되는가?

  1. 1 몰
  2. 2 몰
  3. 3몰
  4. 4 몰
(정답률: 93%)
  • 포도당의 탄소 수는 6개이고 젖산의 탄소 수는 3개이므로, 질량 보존 법칙에 따라 포도당 1몰이 분해되면 2몰의 젖산이 생성됩니다.
    ① [기본 공식] $\text{Glucose} \rightarrow 2\text{Lactic acid}$
    ② [숫자 대입] $1\text{ mol C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\text{ mol C}_3\text{H}_6\text{O}_3$
    ③ [최종 결과] $2\text{ mol}$
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4. 제한배지(defined medium) 성분이 아닌 것은?

  1. 황산 암모늄
  2. 인산 이수소 칼륨
  3. 염화 마그네슘
  4. 카제인 나트륨
(정답률: 82%)
  • 제한배지는 화학적으로 성분이 명확히 규명된 물질로만 구성된 배지입니다. 카제인 나트륨은 단백질 가수분해물로, 정확한 화학적 조성을 알 수 없는 복합 성분이 포함되어 있어 제한배지 성분으로 부적합합니다.
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5. 젖산발효에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Homo형과 hetero형이 있다.
  2. 산업적으로는 주로 homo형을 이용한다.
  3. 생성되는 젖산은 라세미(racemi)화 되어 있기도 하다.
  4. 젖산균은 영양 요구성이 매우 작다.
(정답률: 82%)
  • 젖산균은 성장에 필요한 비타민, 아미노산 등 영양 요구성이 매우 커서 배양 시 이를 보충해주는 복합 배지가 필요합니다.

    오답 노트
    Homo형과 hetero형 구분: 젖산 외 다른 생성물 유무에 따라 구분됨
    산업적 이용: 주로 젖산만을 생성하는 homo형을 이용함
    라세미화: 생성된 젖산은 광학 이성질체 혼합물인 라세미 형태로 존재할 수 있음
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6. Aspergillus niger 가 생산하며 과즙의 청징에 주로 사용되는 효소는?

  1. α-Amylase
  2. Pectinase
  3. Naringinase
  4. Lipase
(정답률: 75%)
  • Aspergillus niger가 생산하는 Pectinase는 식물 세포벽의 주성분인 펙틴을 분해하여 점도를 낮추므로, 과즙의 찌꺼기를 제거하는 청징 공정에 주로 사용됩니다.
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7. EMP(Embden-Meyerhof-Parnas) 대사경로를 가지고 있고 invertase를 분비하지만 amylase 기능은 결핍된 미생물이 있다. 이 균주의 배양시 탄소원으로 사용될 수 없는 기질은?

  1. 자당(sucrose)
  2. 과당(fructose)
  3. 포도당(glucose)
  4. 가용성 전분(soluble starch)
(정답률: 90%)
  • 미생물이 탄소원을 이용하려면 해당 기질을 분해할 수 있는 효소가 있어야 합니다. amylase 기능이 결핍되어 있으므로, 전분을 포도당으로 분해하는 능력이 없어 가용성 전분은 탄소원으로 사용할 수 없습니다.

    오답 노트
    자당: invertase를 분비하므로 분해 가능
    과당, 포도당: EMP 경로를 통해 직접 대사 가능
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8. 미생물에 의해 생산되는 비타민과 인체에서의 생리활성의 연결이 옳지 않은 것은?

  1. Vitamin E –항산화 효과
  2. Vitamin B12 - 전자전달계
  3. Vitamin A –rhodopsin 생성
  4. Vitamin K –prothrombin 생성
(정답률: 77%)
  • Vitamin $B_{12}$는 DNA 합성 및 메틸기 전이에 관여하는 조효소로 작용하며, 전자전달계의 직접적인 구성 요소가 아닙니다.

    오답 노트
    Vitamin E: 세포막 지질 산화 방지
    Vitamin A: 망막의 시각 색소인 rhodopsin 구성
    Vitamin K: 혈액 응고 인자인 prothrombin 합성 필수
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9. 주로 곰팡이에 작용하는 항생물질은?

  1. β-lactam 계
  2. Aminoglycoside 계
  3. Macrolide 계
  4. Polyene 계
(정답률: 67%)
  • Polyene 계 항생제는 곰팡이 세포막의 주요 성분인 에르고스테롤(ergosterol)에 결합하여 막에 구멍을 뚫어 세포 사멸을 유도하므로 주로 곰팡이에 작용합니다.
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10. 영양물질인 기질의 공급 방식 중 밀폐된 발효조나 플라스크에서 산소 이외의 영양분의 추가 공급 없이 미생물을 배양하는 방법은?

  1. 회분 배양
  2. 유가 배양
  3. 연속 배양
  4. 호기적 배양
(정답률: 78%)
  • 회분 배양은 배양 시작 시 모든 영양분을 한 번에 넣고, 배양 도중 산소 외에 추가적인 영양분을 공급하지 않는 밀폐형 배양 방식입니다.

    오답 노트
    유가 배양: 배양 중 영양분을 추가로 공급함
    연속 배양: 신선한 배지를 계속 공급하고 배양액을 계속 뽑아냄
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11. 대장균(E. coli)의 세포 성분 중 건조중량 기준으로 가장 많은 물질은?

  1. 지방(lipids)
  2. 단백질(protein)
  3. 핵산(nucleic acid)
  4. 탄수화물 (carbohydrates)
(정답률: 93%)
  • 대장균을 포함한 대부분의 미생물 세포 성분 중 건조중량 기준으로 가장 높은 비중을 차지하는 것은 효소와 구조 단백질을 포함하는 단백질입니다.
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12. 균사에 격막(격벽)이 없는 곰팡이는?

  1. Monascus anka
  2. Mucor pusillus
  3. Aspergillus oryzae
  4. Penicillium camemberti
(정답률: 72%)
  • 곰팡이는 균사의 격막 유무에 따라 분류됩니다. Mucor pusillus가 속한 접합균류는 격막이 없는 무격막 균사를 가지는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    Monascus anka, Aspergillus oryzae, Penicillium camemberti: 격막이 있는 격막 균사를 가짐
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13. Aspergillus niger DNA의 [A+T]/[G+C] = 1 이라고 할 때, C와 A의 비는?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 1.5
  4. 2
(정답률: 90%)
  • 샤가프의 법칙에 따라 DNA에서 $A=T$, $G=C$ 관계가 성립합니다. 문제에서 $[A+T]/[G+C] = 1$이라고 했으므로, $A+T = G+C$이며, 이는 $2A = 2C$와 같습니다. 따라서 $C$와 $A$의 비는 1이 됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{A+T}{G+C} = 1$
    ② [숫자 대입] $\frac{2A}{2C} = 1$
    ③ [최종 결과] $\frac{C}{A} = 1$
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14. 발효의 조절작용을 분석 할 때, 복합배지의 질소원으로 가장 적합한 것은?

  1. Glucose
  2. soybean meal
  3. Ammonium sulfate
  4. Potassium phosphate
(정답률: 71%)
  • 복합배지는 성분이 명확하지 않은 천연물을 사용하며, Soybean meal은 단백질이 풍부하여 미생물 배양 시 유기 질소원으로 가장 적합합니다.

    오답 노트
    Glucose: 탄소원
    Ammonium sulfate, Potassium phosphate: 무기염/무기 질소원
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15. 방향족 화합물인 Anthranilic acid를 기질로 하여 Candida 속 효모에 의해서 발효 생산되는 아미노산은?

  1. 발린(valine)
  2. 메티오닌(methionine)
  3. 트립토판(tryptophan)
  4. 글루탐산(glutamic acid)
(정답률: 71%)
  • 트립토판(tryptophan)은 Anthranilic acid를 전구체(기질)로 하여 Candida 속 효모 등을 통해 발효 생산되는 방향족 아미노산입니다.
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16. Glutamate family에서 합성되지 않는 아미노산은?

  1. glutamine
  2. arginine
  3. proline
  4. tyrosine
(정답률: 68%)
  • Tyrosine은 Glutamate family가 아니라 Shikimate pathway를 통해 합성되는 방향족 아미노산입니다.

    오답 노트
    Glutamine, Arginine, Proline: Glutamate family에 속하는 아미노산
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17. 화학물질에 의한 미생물의 제어 방법 중 일회용 플라스틱 배양 접시나 주사기, 봉합사 등 열에 약한 도구를 멸균하는 데 사용되는 물질은?

  1. 염소 가스
  2. 산화에틸렌 가스
  3. 증기 상태의 과산화수소
  4. 베타-프로피온 락톤 가스
(정답률: 77%)
  • 산화에틸렌 가스는 침투력이 강하고 저온에서 멸균이 가능하여, 열에 약한 플라스틱 배양 접시, 주사기, 봉합사 등의 멸균에 가장 적합한 화학 멸균제입니다.
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18. 다음 중 단백질계 항생물질은?

  1. 카나마이신(kanamycin)
  2. 액티노마이신(actinomycin)
  3. 세파로스포린(cephalosporin)
  4. 스트렙토마이신(streptomycin)
(정답률: 66%)
  • 액티노마이신(actinomycin)은 RNA 합성을 저해하는 단백질계 항생물질입니다.

    오답 노트
    카나마이신(kanamycin), 스트렙토마이신(streptomycin): 아미노글리코사이드계 항생제
    세파로스포린(cephalosporin): 베타-락탐계 항생제
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19. 산업효소와 대표적 생산 균주의 연결이 틀린 것은?

  1. 알파 - 아밀라제 – 고초균(Bacillus subtilis)
  2. 셀룰라아제 – 대장균(E. coli)
  3. 미생물 레넷(rennet) - 뮤코속 진균(Mucor pusillus)
  4. 포도당 이성질화효소 – 방선균(Sterptomyces cinereus)
(정답률: 84%)
  • 셀룰라아제는 주로 Trichoderma reesei와 같은 사상균이나 일부 세균에서 생산되며, 대장균(E. coli)은 일반적으로 셀룰라아제의 대표적인 산업적 생산 균주로 사용되지 않습니다.
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20. Aspergillus niger를 이용한 구연산(citric acid) 발효시에는 배지 중 구리, 철, 코발트 이온의 농도가 최적 농도 이상일 때, 구연산 생산성이 심각하게 감소한다고 알려져 있다. 이 사실을 고려할 때, 구연산의 발효조 내부 재질로 가장 적당한 것은?

  1. 강철(steel)
  2. stainless steel
  3. 유리가 코팅된 강철
  4. 청색 유리가 코팅된 강철
(정답률: 83%)
  • 구연산 발효 시 구리, 철, 코발트와 같은 금속 이온이 과도하게 존재하면 생산성이 급격히 저하됩니다. 강철이나 스테인리스강은 이러한 금속 성분을 포함하고 있어 용출될 위험이 있으므로, 금속 이온의 유입을 차단할 수 있는 유리가 코팅된 강철 재질이 가장 적합합니다.
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2과목: 배양공학

21. HMP 경로에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 혐기성 대사이다.
  2. 3, 4, 5, 7 개의 탄소 원자를 가지는 저분자 유기화합물을 만든다.
  3. HMP 경로에서 생성된 erythrose-4-phosphate 는 트립토판, 페닐알라닌, 타이로신의 주요 전구체이다.
  4. HMP경로로부터 생성된 ribose-5-phosphate는 히스티딘 합성의 주요 전구체이다.
(정답률: 88%)
  • HMP 경로는 오탄당 인산 경로라고도 하며, NADPH와 리보스-5-인산 등을 생성하는 산화적/비산화적 대사 경로입니다. 이는 산소 유무와 상관없이 진행되는 대사 과정이 아니며, 특히 NADPH 생성 과정은 산화적 단계에 해당하므로 혐기성 대사라고 정의할 수 없습니다.
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22. 해당과정에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 해당과정은 주로 포도당이 분해되어 산화되는 초기 단계의 대사경로이다.
  2. 해당과정은 효모의 경우 주로 세포질에서 일어난다.
  3. 해당과정에서 대부분의 ATP와 NADH가 생성된다.
  4. 해당과정에서 발생하는 중간대사산물은 아미노산 및 핵산의 생합성 등의 전구체로 사용된다.
(정답률: 75%)
  • 해당과정은 포도당을 분해하여 에너지를 얻는 초기 단계의 대사경로로, 세포질에서 일어나며 중간산물들은 다양한 생합성 전구체로 활용됩니다. 하지만 대부분의 ATP와 NADH는 해당과정이 아닌 이후 단계인 TCA 회로와 전자전달계를 통해 생성됩니다.
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23. 유전자 재조합 균주의 배양에서 생산성에 영향을 미치는 인자 중 서로 관계있는 것끼리 묶은 것 중 틀린 것은?

  1. gene dosage –gene stability
  2. promoter –transcription efficiency
  3. mRNA stability –mRNA structure
  4. translation efficiency –protein secretion
(정답률: 69%)
  • 유전자 재조합 생산성에서 번역 효율(translation efficiency)은 리보솜의 작동과 관련된 단백질 합성 단계의 효율이며, 단백질 분비(protein secretion)는 합성된 단백질이 세포 밖으로 나가는 수송 단계이므로 서로 직접적인 상관관계가 낮습니다.
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24. 10리터 규모의 생물반응기에서 유가식 배양(feed batch culture)를 한다. 유가식 배양을 시작할 때의 배양액은 2리터이고 유입 유량은 시간당 0.02리터이다. 희속속도(dilution rate)는?

  1. 0.002 L hr-1
  2. 0.01 L hr-1
  3. 2 hr-1
  4. 일정하지 않고 시간에 따라 변한다.
(정답률: 67%)
  • 유가식 배양(fed-batch culture)은 배양액의 부피($V$)가 시간에 따라 계속 증가하는 방식입니다. 희석속도($D$)는 유입 유량($F$)을 현재 부피($V$)로 나눈 값($D = F/V$)이므로, 분모인 부피가 계속 변함에 따라 희석속도 또한 일정하지 않고 시간에 따라 변하게 됩니다.
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25. 어떤 미생물에 대한 실험의 결과 다음 식에 따라 포도당에 존재하는 탄소의 2/3를 biomass로 전환한다는 것이 밝혀졌다.

수율계수 YX/S는?

  1. 0.341 g dw cells / g substrate
  2. 0.461 g dw cells / g substrate
  3. 0.526 g dw cells / g substrate
  4. 0.612 g dw cells / g substrate
(정답률: 60%)
  • 포도당의 탄소 중 $2/3$가 세포(biomass)로 전환될 때의 수율계수를 구하는 문제입니다. 포도당 1몰($180\text{ g}$) 중 탄소 6몰($72\text{ g}$)이 있으며, 이 중 $2/3$인 4몰($48\text{ g}$)이 세포의 탄소로 전환됩니다. 세포의 화학식 $\text{C}_{4.4}\text{H}_{7.3}\text{N}_{0.86}\text{O}_{1.2}$의 분자량은 약 $104.1\text{ g/mol}$이며, 탄소 4.4몰당 분자량이므로 탄소 4몰에 해당하는 세포의 질량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Y_{X/S} = \frac{X}{S} = \frac{(\text{Carbon conversion rate} \times \text{Glucose Carbon}) \times (\text{Cell MW} / \text{Cell Carbon})}{\text{Glucose MW}}$
    ② [숫자 대입] $Y_{X/S} = \frac{(2/3 \times 72) \times (104.1 / 4.4)}{180}$
    ③ [최종 결과] $Y_{X/S} = 0.461$
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26. 기질 제한 성장의 경우, 세포성장에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 비증식속도 μ = μm·S / Ks+S 이다.
  2. Ks는 μ = μmax/2 일 때의 [S] 값이다.
  3. 기질제한 성장은 효소 반응과 비슷하며 Monod 식으로 타나낼 수 있다.
  4. 비증식속도는 Pasteur 식으로 설명할 수 있다.
(정답률: 78%)
  • 기질 제한 성장은 기질 농도에 따라 비증식속도가 결정되는 현상으로, 이는 효소 반응 속도론과 유사한 Monod 식으로 설명됩니다.

    오답 노트
    비증식속도는 Pasteur 식이 아니라 Monod 식으로 설명해야 합니다.
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27. 배양하려는 미생물에 대한 정확한 생육인자(growth factor)를 모르거나 다양한 생육인자를 요구하는 경우에 배지에 첨가하는 성분으로 적합한 것은?

  1. 포도당(glucose)
  2. 비타민(vitamin)
  3. 아미노산(amino acids)
  4. 효모엑기스(yeast extract)
(정답률: 76%)
  • 미생물이 필요로 하는 정확한 생육인자를 모르거나 여러 종류가 필요한 경우, 다양한 비타민, 아미노산, 무기질 등이 복합적으로 포함된 천연 추출물인 효모엑기스(yeast extract)를 첨가하는 것이 가장 효율적입니다.
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28. 산업적으로 많이 이용되는 농·축산물 유래 유기질소원으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. Corn-steep liquor
  2. Cotton seed meal
  3. Peptone
  4. distillers solubles
(정답률: 65%)
  • Corn-steep liquor, Cotton seed meal, Peptone은 대표적인 유기질소원입니다. 반면 distillers solubles는 질소원보다는 주로 탄소원이나 비타민, 미네랄 공급원으로 이용되는 특성이 강해 유기질소원으로는 거리가 멉니다.
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29. 유전자 재조합 미생물의 배양에서 높은 플라스미드 안정성을 얻기 위해 취할 수 있는 방법이 아닌 것은?

  1. 고체 배지를 사용한다.
  2. 2단 연속 배양법을 사용한다.
  3. 온도 의존성 플라스미드를 사용한다.
  4. 항생제 의존성 플라스미드를 사용한다.
(정답률: 58%)
  • 플라스미드 안정성을 높이기 위해서는 선택 압력을 유지하는 항생제 의존성 플라스미드 사용, 온도 의존성 플라스미드 활용, 또는 선택 압력을 지속적으로 가하는 2단 연속 배양법 등이 필요합니다. 단순히 고체 배지를 사용하는 것은 플라스미드 유지와 직접적인 상관관계가 없습니다.
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30. 재조합 단백질의 상업적 생산에 현재 이용되고 있는 미생물 중 효모가 대장균에 비해 갖는 장점이라 볼 수 없는 것은?

  1. 일부 효모의 경우, 내독소(endotoxin) 제거 공정이 불필요
  2. 단백질을 불용성으로 분비 생산하여 정제 공정의 단순화 및 수율 향상이 가능
  3. 아미노 말단 메티오닌(methionine) 잔기의 처리가 가능
  4. 번역후수정이 필요한 단백질 생산에 이용가능
(정답률: 59%)
  • 효모는 진핵세포로서 단백질을 가용성 형태로 분비 생산하여 정제 공정을 단순화하고 수율을 높일 수 있다는 장점이 있습니다. 따라서 단백질을 불용성으로 분비 생산한다는 설명은 효모의 장점이 아닙니다.
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31. Zymomonas는 포도당 1 몰당 1 몰의 ATP를 생산하면서 에탄올을 만들 수 있다. 이 때 사용되는 경로는?

  1. EMP 경로
  2. HMP 경로
  3. Calvin 회로
  4. Entner-doudoroff 경로
(정답률: 87%)
  • Zymomonas는 포도당을 에탄올로 대사할 때, 일반적인 EMP 경로가 아닌 Entner-doudoroff 경로를 사용하여 포도당 1몰당 1몰의 ATP를 생산하는 특성을 가집니다.
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32. 효모를 포도당을 사용하여 회분식으로 키워 다음과 같은 데이터를 얻었다. 최대비생장속도 (μ)의 근사치 값은?

  1. μ = 0.1 hr-1
  2. μ = 0.3 hr-1
  3. μ = 0.5 hr-1
  4. μ = 1.0 hr-1
(정답률: 54%)
  • 회분식 배양에서 지수 성장기의 세포 농도 변화를 통해 비생장속도를 구할 수 있습니다. 데이터 중 성장이 가장 활발한 구간(16h ~ 30h)을 기준으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\mu = \frac{\ln X_2 - \ln X_1}{t_2 - t_1}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\mu = \frac{\ln 21 - \ln 5}{30 - 16}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\mu = 0.1$$
    따라서 최대비생장속도는 $0.1 \text{ hr}^{-1}$ 입니다.
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33. 페니실린 발효에서 생산성에 영향을 미치는 미량원소는?

  1. Fe, Zn, Cu
  2. Ca, Ni, Al
  3. Co, Mo, Mn
  4. Na, Cl, Se
(정답률: 86%)
  • 페니실린 생산 공정에서는 효소의 활성 중심이나 보조인자로 작용하는 Fe, Zn, Cu와 같은 미량 금속 원소들이 생산 수율과 속도에 결정적인 영향을 미칩니다.
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34. 미생물의 주요 영양소에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 포도당은 세포를 구성하는 물질을 만드는 탄소원으로써 사용될 수 있다.
  2. 포도당은 산화되거나 발효되어 에너지를 만들어 내는 데 사용될 수 있다.
  3. 암모니아는 질소원으로써 아미노산이나 핵산의 생합성에 사용된다.
  4. 암모니아는 세포내에서 질산으로 산화된 후 질소원으로 사용된다.
(정답률: 82%)
  • 암모니아는 그 자체로 미생물이 직접 이용 가능한 질소원이며, 세포 내에서 질산으로 산화되는 과정 없이 바로 아미노산이나 핵산 합성에 사용됩니다.

    오답 노트
    포도당: 탄소원 및 에너지원으로 사용되는 것이 맞습니다.
    암모니아: 질소원으로 사용되는 것이 맞습니다.
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35. 미생물 배양 시, 배지 내에 여러 가지 에너지원이 동시에 존재하여, 하나의 에너지원이 생산한 이화생성물이 다른 에너지원을 이용하기 위해 필요한 효소를 억제(cadabolite repression)하여 세포 성장이 다단계로 일어나는 성장 형태를 무엇 이라고 하는가?

  1. diauxic growth
  2. dual time growth
  3. autotrophic growth
  4. auxotrophic grwoth
(정답률: 76%)
  • 두 가지 이상의 탄소원이 존재할 때, 선호하는 에너지원을 먼저 소비하고 그 대사산물이 다른 에너지원 이용 효소를 억제하여 성장이 일시 정지되었다가 다시 시작되는 이단계 성장 형태를 diauxic growth라고 합니다.
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36. 동물세포 배양을 위한 생물반응기 설계와 관련 된 동물세포의 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. CO2를 보강한 공기를 사용하는 것은 동물세포가 대사에를 CO2를 필수적으로 요구하기 때문이다.
  2. 동물세포의 산소요구량이 세균보다는 낮고, 식물 세포보다는 높으므로 이에 맞는 통기를 해야한다.
  3. 전단응력에 매우 약하여 교반속도도 매우 느리고, 공기 방울 이동속도도 매우 낮아야 한다.
  4. 세포의 부착 의존성을 위해서 미세담체에 동물세포를 화학결합으로 고정화하는 방법이 사용된다.
(정답률: 60%)
  • 동물세포는 세균이나 곰팡이와 달리 세포벽이 없어 물리적인 충격인 전단응력에 매우 취약합니다. 따라서 세포 파괴를 막기 위해 교반 속도를 낮게 유지하고, 공기 방울의 급격한 이동이나 파열로 인한 손상을 최소화해야 합니다.

    오답 노트
    CO2 보강: 대사 요구가 아니라 pH 조절 및 중탄산염 완충계 유지를 위함입니다.
    산소요구량: 동물세포는 세균보다 산소요구량이 훨씬 낮습니다.
    미세담체: 화학결합이 아닌 물리적 흡착이나 표면 부착을 통해 고정화합니다.
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37. 미생물 포자에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 포자는 이분법에 의하여 분열한다.
  2. 포자는 원핵생물이 주로 생성한다.
  3. 방선균류는 대부분 포자를 형성한다.
  4. 모든 그람 양성균은 포자를 형성한다.
(정답률: 69%)
  • 방선균류는 생식 및 생존을 위해 포자를 형성하는 특성이 있습니다.

    오답 노트
    이분법: 포자 형성이 아닌 일반적인 세포 분열 방식
    원핵생물: 주로 진핵생물(곰팡이 등)이 생성하며, 원핵생물 중 일부(바실러스 등)만 생성
    그람 양성균: 모든 그람 양성균이 포자를 만드는 것은 아님
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38. 포도당 분자가 α-1,4 결합만으로 연결된 직선 사슬 구조를 갖는 물질은?

  1. 아밀로펙틴
  2. 아밀로오스
  3. 셀룰로오스
  4. 글리코겐
(정답률: 73%)
  • 아밀로오스는 포도당 분자가 $\alpha-1,4$ 결합으로만 연결되어 나선형의 직선 사슬 구조를 이루는 다당류입니다.

    오답 노트
    아밀로펙틴, 글리코겐: $\alpha-1,6$ 결합에 의한 가지 구조 존재
    셀룰로오스: $\beta-1,4$ 결합 구조
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39. 미생물 증식 측정법으로 부적합한 방법은?

  1. 성장세대 측정법
  2. 건조균체중량 측정법
  3. 분광광도계를 이용한 탁도 측정법
  4. 생체중량(fresh cell weight) 측정법
(정답률: 65%)
  • 미생물의 증식은 균체 중량(건조/생체)이나 탁도(흡광도)와 같이 물리적, 화학적 양을 측정하여 평가합니다. 성장세대는 증식 결과로 나타나는 세대 수의 개념일 뿐, 그 자체로 증식량을 직접 측정하는 방법은 아닙니다.
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40. 유도 프로모터를 이용한 재조합 균주 배양에 가장 적합한 배양공정은?

  1. 회분식 배양
  2. 고정화 배양
  3. 2단계 연속배양
  4. 재순환식 연속배양
(정답률: 60%)
  • 유도 프로모터(inducible promoter)를 사용하는 경우, 균체 성장 단계와 단백질 생산 단계를 분리하여 제어하는 것이 효율적입니다. 따라서 첫 번째 조에서 균체를 충분히 증식시키고, 두 번째 조에서 유도제를 투입해 목적 단백질을 생산하는 2단계 연속배양이 가장 적합합니다.
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3과목: 생물반응공학

41. 일반적으로 반응기 용량이 500m3을 초과하는 경우, 다음 중 대규모화(scale-up)하기에 가장 부적합한 반응기 형태는?

  1. 막형(membrane type)
  2. 유동층(fluidized-bed type)
  3. 교반형(stirred vessel type)
  4. 기포탑(bubble column type)
(정답률: 77%)
  • 막형 반응기는 막의 표면적 확보와 막 오염(fouling) 제어, 그리고 대규모 장치 제작 시의 물리적 안정성 문제로 인해 $500\text{m}^3$이상의 초대형 규모로 확장(scale-up)하기에 가장 부적합합니다.
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42. 연속식 생물반응기의 특성에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 2차 대사산물의 생산에 적합하다.
  2. 단세포 단백질 생산에 사용될 수 있다.
  3. 정상 상태에서 반응이 이루어질 수 있다.
  4. 한 생성물만을 위한 공정 체계에 기초를 둔다.
(정답률: 68%)
  • 연속식 배양기는 미생물이 지수 성장기에 머무는 정상 상태(steady state)를 유지하므로 1차 대사산물 생산에 적합합니다. 반면, 2차 대사산물은 성장이 둔화되는 정지기(stationary phase)에 주로 생산되므로 회분식 배양에 더 적합합니다.
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43. 반응기 내에서의 미생물 배양 시, 발생되는 거품에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 거품 발생은 미생물이 배지 성분을 더 빠르게 섭취할 수 있도록 도와주는 등 도움이 되지만, 반응기 내를 다 채울 만큼 많이 발생하면 좋지 않다.
  2. 거품 제거제(anti-foam agent)는 배양액(broth)의 계면 장력을 증가시켜 쉽게 거품을 제거한다.
  3. 거품에 의해 가스 필터를 적실 수 있으므로 거품을 제거하면 타 미생물의 오염을 방지할 수 있다.
  4. 거품 제거제는 비싸지만, 거품 발생 시 많은 양을 투입하여 거품을 일시에 제거할 수 있는 장점을 가진다.
(정답률: 76%)
  • 배양 중 발생하는 거품이 상부 가스 필터를 적시게 되면, 외부 오염균이 필터를 통해 내부로 유입될 수 있는 경로가 되어 오염의 원인이 됩니다. 따라서 거품 제거는 무균 상태 유지에 필수적입니다.

    오답 노트
    거품 발생: 산소 전달 방해 및 오염 유발로 부정적임
    거품 제거제: 계면 장력을 감소시켜 거품을 제거함
    제거제 투입: 과량 투입 시 산소 전달률을 저하시킬 수 있음
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44. 교반 반응기와 비교할 때, 공기부상식(air-lift) 반응기의 장점이 아닌 것은?

  1. 구조가 간단하다.
  2. 에너지 요구량이 적다.
  3. 물질 전달 속도를 높일 수 있다.
  4. 생성물과 미생물의 분리가 용이하다.
(정답률: 63%)
  • 공기부상식 반응기는 기포의 상승 기류를 이용해 혼합하므로 구조가 단순하고 에너지 소모가 적으며 물질 전달에 유리하지만, 생성물과 미생물을 분리하는 메커니즘 자체는 교반 반응기와 비교해 특별히 더 용이하다고 볼 수 없습니다.
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45. 회분식 배양기와 연속식 배양기를 비교할 때, 연속식 배양기가 더 유리한 점은?

  1. 장치 비용이 싸다.
  2. 생산량이 증가한다.
  3. 오염의 가능성이 낮다.
  4. 다양한 생성물을 얻을 수 있다.
(정답률: 77%)
  • 연속식 배양기는 배지와 생성물을 지속적으로 공급하고 배출하므로, 비가동 시간(down-time)이 없는 회분식에 비해 단위 시간당 생산량이 크게 증가하여 효율적입니다.
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46. 다음 a)와 b)의 물음에 알맞은 답으로 짝지어진 것은?

  1. a) 점차적으로 감소, b) 갑자기 증가
  2. a) 점차적으로 증가, b) 갑자기 감소
  3. a) 점차적으로 증가, b) 변화 없음
  4. a) 변화 없음, b) 갑자기 감소
(정답률: 82%)
  • Thiele 계수는 촉매(생물막)의 두께가 두꺼워질수록 확산 저항이 증가하여 값이 커지며, 두께가 얇아지면 값이 작아집니다.
    a) 생물막이 천천히 성장하여 두께가 증가하므로 Thiele 계수는 점차적으로 증가합니다.
    b) 전단응력으로 생물막 일부가 떨어져 나가 두께가 급격히 얇아지므로 Thiele 계수는 갑자기 감소합니다.
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47. 생물반응기내의 물질전달에 있어 가장 중요한 요소는?

  1. 세포 고정화
  2. 교반
  3. 반응기내의 온도
  4. 반응기내의 pH
(정답률: 73%)
  • 생물반응기 내에서 기질과 산소를 세포에 효율적으로 전달하고 생성물을 제거하기 위해서는 유체를 균일하게 섞어주는 교반이 가장 핵심적인 요소입니다.
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48. 공기멸균을 위해 유리섬유 여과기를 사용할 경우, 공기 중의 입자들이 포집되는 메카니즘의 중요한 3가지 과정이 아닌 것은?

  1. 충돌
  2. 간섭
  3. 접촉
  4. 확산
(정답률: 59%)
  • 유리섬유 여과기를 통한 공기 멸균 시 입자 포집의 3대 메커니즘은 관성 충돌, 확산, 그리고 간섭(차단)입니다. 접촉은 독립적인 포집 메커니즘으로 분류되지 않습니다.
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49. 효소를 고정화하는 방법 중 효소와 담체 사이에 작용하는 물리·화학적 힘을 이용하지 않는 방법은?

  1. 가교법(cross-linking method)
  2. 담체결합법(attachment method)
  3. 공유결합법(covalent bonding method)
  4. 미세캡슐화법(microencapsulation method)
(정답률: 85%)
  • 미세캡슐화법은 효소를 반투과성 막 내부에 물리적으로 가두는 포괄법(entrapment)의 일종으로, 효소와 담체 사이의 직접적인 물리·화학적 결합력을 이용하지 않습니다.

    오답 노트
    가교법, 담체결합법, 공유결합법: 모두 효소와 담체 또는 효소 간의 화학적 결합이나 물리적 흡착력을 이용함
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50. 고정화된 효소는 전단력(shear force)에 의해 활성을 잃는 경우가 있다. 이 때, 이를 극복하기 위한 반응기 형태로서 가장 적합한 것은?

  1. 공기부양식(air-lift type)
  2. 충전층(packed-bed type)
  3. 유동층(fluidized-bed type)
  4. 교반형(stirred vessel type)
(정답률: 53%)
  • 충전층(packed-bed type) 반응기는 효소가 담체에 고정되어 층을 이루고 있으며, 유체가 이를 통과하는 구조이므로 교반형이나 유동층 반응기에 비해 물리적인 전단력이 매우 낮아 효소의 활성 손실을 최소화할 수 있습니다.
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51. 효소를 고정화시키는 방법에 관한 설명이 아닌 것은?

  1. 담체 기공과는 무관하다.
  2. 다공성 물질 속에 넣는다.
  3. 고체 표면의 담체에 흡착시킨다.
  4. 반투막의 캡슐이나 막 사이에 캡슐화 시킨다.
(정답률: 68%)
  • 효소 고정화 시 담체의 기공 크기와 분포는 효소의 확산 속도와 고정화 효율에 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 요소입니다.

    오답 노트
    다공성 물질, 고체 표면 흡착, 캡슐화: 모두 대표적인 효소 고정화 방법입니다.
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52. 5,000 cal/mole 의 활성화 에너지를 가지는 효소의 적정 온도는 섭씨 15도에서 35도 범위라고 한다. 효소의 반응온도를 20도에서 30도로 높여서 반응시키면 반응속도는 약 몇 배 증가 하겠는가? (단, 가스 상수[gas constant]의 값은 1.987 cal/mole/K 이다.)

  1. 1.33
  2. 1.89
  3. 2.30
  4. 3.44
(정답률: 40%)
  • 아레니우스 식을 이용하여 온도 변화에 따른 반응 속도 상수의 비를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{k_{2}}{k_{1}} = \exp(\frac{E_{a}}{R} (\frac{1}{T_{1}} - \frac{1}{T_{2}}))$
    ② [숫자 대입] $\frac{k_{2}}{k_{1}} = \exp(\frac{5000}{1.987} (\frac{1}{293.15} - \frac{1}{303.15}))$
    ③ [최종 결과] $\frac{k_{2}}{k_{1}} = 1.33$
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53. 효소의 불활성화(deactivation) 요인 중 비가역적인 변화가 가장 일어나기 쉬운 것은?

  1. 산, 알칼리
  2. 염, 중금속
  3. 계면 활성제
  4. 온도, 효소에 의한 펩타이드 가수분해
(정답률: 78%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 고온에 노출되면 입체 구조가 완전히 파괴되는 변성이 일어나며, 다른 효소에 의해 펩타이드 결합이 끊어지는 가수분해 역시 원래 상태로 되돌릴 수 없는 비가역적 변화입니다.
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54. 효소반응에서 효소를 두고 기질과 저해제가 서로 경쟁적으로 저해하는 경우의 설명으로 맞는 것은?

  1. 저해제의 농도가 높아져도 겉보기 최고반응속도 Vm의 값은 변하지 않는다.
  2. 저해제의 농도가 높아지면 겉보기 최고반응속도 Vm의 값이 감소한다.
  3. 저해제의 농도가 높아지면 겉보기 Michaelis 상수 Km의 값이 감소한다.
  4. 저해제의 농도가 높아져도 겉보기 Km의 값은 변하지 않는다.
(정답률: 60%)
  • 경쟁적 저해제는 기질과 동일한 활성 부위를 두고 경쟁하므로, 기질의 농도를 충분히 높이면 저해제의 효과를 극복하고 최대 반응 속도에 도달할 수 있습니다. 따라서 저해제의 농도가 높아져도 겉보기 최고반응속도 $V_{m}$의 값은 변하지 않습니다.

    오답 노트
    겉보기 $K_{m}$ 값: 기질과의 경쟁으로 인해 친화도가 감소하여 $K_{m}$ 값은 증가합니다.
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55. Michaelis-Menten 효소반응식에서, 반응물질의 농도가 Michaelis-Menten 상수(Km)와 같을 때 반응속도는 최대반응속도(Vmax)의 몇 % 인가?

  1. 100
  2. 50
  3. 20
  4. 10
(정답률: 85%)
  • Michaelis-Menten 식에서 기질 농도 $S$가 $K_m$과 같을 때의 반응속도를 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{V_{max} S}{K_m + S}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{V_{max} K_m}{K_m + K_m}$
    ③ [최종 결과] $v = 0.5 V_{max}$
    따라서 최대반응속도의 $50\%$가 됩니다.
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56. 기질의 전처리공정 없이 수용성 환경에서 고정화하여 사용하기에 부적합한 효소는?

  1. Protease
  2. Isomerase
  3. Cellulase
  4. Lipase
(정답률: 55%)
  • Cellulase는 불용성 기질인 셀룰로스를 분해하는 효소입니다. 수용성 환경에서 전처리 없이 사용하기에는 기질 자체가 물에 녹지 않는 고체 상태이므로 고정화 효소로 사용하기에 부적합합니다.
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57. 반응기를 대규모화시 교반탱크 반응기에서 임펠러 회전 속도와 임펠러 지름의 설계에 있어서 가장 관련이 없는 것은?

  1. 동력 공급량
  2. Michaelis-Menten 상수
  3. 임펠러 끝에서의 전단응력
  4. 레이놀드수(Reynolds Number)
(정답률: 75%)
  • 반응기 대규모화(Scale-up) 설계 시에는 물리적인 유체역학적 특성인 동력 공급량, 전단응력, 레이놀드수를 고려해야 합니다.

    오답 노트
    Michaelis-Menten 상수: 효소의 기질 친화도를 나타내는 생화학적 상수로, 물리적 교반 설계와는 무관합니다.
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58. 교반탱크 배양기의 장점이 아닌 것은?

  1. 낮은 열전달
  2. 유통성 및 적응성
  3. 혼합강도의 넓은 범위
  4. 높은 점도의 배지를 다루기가 용이
(정답률: 71%)
  • 교반탱크 배양기는 임펠러를 통해 강제 혼합을 수행하므로 열전달 효율이 매우 높다는 것이 핵심 장점입니다. 따라서 낮은 열전달은 교반탱크 배양기의 특징과 정반대되는 설명입니다.
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59. 어떤 효소의 촉매반응 실험이 1분 동안 섭씨 30도에서 진행되었다. 분석결과 효소촉매 반응 속도(r)식이 r =K·S 로 밝혀졌다면, 이때 반응상수의 값은 약 얼마인가? (단, 초기 및 나중 기질의 농도가 각각 10 μg/mL 이며, κ는 반응상수, S는 기질농도이다.)

  1. 0.1 min-1
  2. 0.46 min-1
  3. 0.9 min-1
  4. 2.3 min-1
(정답률: 30%)
  • 1차 반응 속도식을 이용하여 반응상수를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $r = \frac{\ln(S_0 / S)}{t}$
    ② [숫자 대입] $r = \frac{\ln(10 / 1)}{1}$
    ③ [최종 결과] $r = 2.3$
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60. 연속반응기에서 세포성장이 Monod 속도론을 따를 경우, 정상상태에서의 기질의 농도는? (단, 포화상수는 0.5 g/L, 세포의 비성장속도는 0.2h-1, 세포의 최대 비성장속도는 0.7 h-1, 초기 기질 농도는 5 g/L 이며, 원료배지는 무균상태이며, 내인성 대사 또는 사멸 속도는 생장속도에 비해 무시할 수 있다.)

  1. 0.2 g/L
  2. 0.5 g/L
  3. 0.7 g/L
  4. 1 g/L
(정답률: 38%)
  • 연속반응기(Chemostat)의 정상상태에서는 희석률($D$)이 세포의 비성장속도($\mu$)와 같으며, Monod 식을 통해 기질 농도를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\mu = \frac{\mu_{max} S}{K_s + S}$$
    ② [숫자 대입]
    $$0.2 = \frac{0.7 \times S}{0.5 + S}$$
    ③ [최종 결과]
    $$S = 0.2$$
    따라서 정상상태에서의 기질 농도는 $0.2$ g/L 입니다.
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4과목: 생물분리공학

61. 효모 Saccharomyces cerevisiae 당단백질의 주요 당쇄 성분은?

  1. 포도당(glucose)
  2. 만노스(mannose)
  3. 수크로스(sucrose)
  4. 시알산(sialic acid)
(정답률: 83%)
  • 효모인 Saccharomyces cerevisiae의 당단백질은 주로 만노스(mannose)가 다량 결합된 고만노스형(high-mannose type) 당쇄 구조를 가지는 것이 특징입니다.
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62. 과포화 용액을 얻는 방법으로 옳기 않은 것은?

  1. 용질의 용해도가 온도에 따라서 급격히 증가하는 경우 용액을 냉각한다.
  2. 용해도가 온도와 거의 무관할 때는 용매를 증발시킨다.
  3. 용해도가 아주 클 경우 제3의 성분을 첨가한다.
  4. 용해도가 온도에 따라 변화가 없을 경우는 용액을 냉각한다.
(정답률: 68%)
  • 과포화 용액은 용해도를 초과하여 용질이 녹아있는 상태를 말합니다. 용해도가 온도에 따라 변화가 없는 경우에는 냉각을 하더라도 용해도가 변하지 않으므로 과포화 상태를 만들 수 없습니다.

    오답 노트
    용매 증발: 용매 양을 줄여 농도를 높이므로 가능
    제3 성분 첨가: 용해도를 변화시켜 가능
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63. Gt (원심력×시간)를 평가할 수 있는 장치는?

  1. Geissler tube
  2. Geiger counter
  3. Gyro tester
  4. Gauss meter
(정답률: 73%)
  • 원심력과 시간의 곱인 $Gt$ 값을 측정하고 평가하여 세포나 조직에 가해지는 물리적 스트레스를 분석하는 장치는 Gyro tester입니다.
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64. 단백질과 효소의 관계를 서술한 것 중 옳은 것은?

  1. 단백질은 모두 효소이다.
  2. 효소는 단백질의 일종이다.
  3. 단백질과 효소의 기능은 동일하다.
  4. 단백질과 효소는 전혀 다른 물질이다.
(정답률: 93%)
  • 효소는 생물체 내에서 화학 반응을 촉진하는 생체 촉매이며, 대부분의 효소는 아미노산 체인으로 이루어진 단백질 구조를 가지고 있습니다. 따라서 효소는 단백질이라는 거대한 범주에 포함되는 일종의 특수 단백질입니다.

    오답 노트
    단백질은 모두 효소이다: 구조 단백질, 운반 단백질 등 효소가 아닌 단백질도 많음
    단백질과 효소의 기능은 동일하다: 단백질은 구조 유지, 면역 등 매우 다양한 기능을 수행함
    단백질과 효소는 전혀 다른 물질이다: 효소의 본질은 단백질임
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65. 두 성분의 증발 특성이 유사하여 같이 증발되는 경우 보통의 증류만으로 두 성분을 순수하게 분리시킬 수 없다. 이 때 첨가하는 물질이 한 성분과 친화력이 크고 휘발성이어서 원료 중의 한 성분과 혼합물을 만들어 고비점 성분을 분리시키고 다시 이 새로운 혼합물을 분리시키는 조작을 무엇이라 하는가?

  1. 추출증류
  2. 공비증류
  3. 반응증류
  4. 평형증류
(정답률: 74%)
  • 공비증류는 휘발성이 있는 제3의 성분(공비제)을 첨가하여 특정 성분과 공비 혼합물을 형성시킴으로써, 일반적인 증류로는 분리가 어려운 성분들을 분리해내는 조작입니다.
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66. B+가 결합되어 있는 양이온교환수지 2 g에 A+ 형태의 용질이 100 mM 들어있는 용액 100mL을 가하였다. 이온교환 평형이 이루어진 후 용액 중의 A+의 잔류농도는 40 mM이었다. 이온교환수지 단위질량당 이온교환용량이 5 meq/g 이라고 할 때, 용질 B+의 이온교환 평형상수는? (단, 평형상수 값은 A+와 비교하였을 때 이온교환수 지의 B+에 대한 상대적인 선택도[selectivity] αB/A의미한다.)

  1. 0.44
  2. 0.67
  3. 1.0
  4. 1.5
(정답률: 62%)
  • 이온교환 평형상수(선택도)는 수지 내 이온의 농도비와 용액 내 이온의 농도비의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha_{B/A} = \frac{q_B \times C_A}{q_A \times C_B}$
    ② [숫자 대입]
    용액 내 $A^+$ 변화량: $(100 - 40) \text{ mM} \times 0.1 \text{ L} = 6 \text{ meq}$
    수지 내 $A^+$ 양($q_A$): $6 \text{ meq} / 2 \text{ g} = 3 \text{ meq/g}$
    수지 내 $B^+$ 양($q_B$): $(5 \text{ meq/g} \times 2 \text{ g} - 6 \text{ meq}) / 2 \text{ g} = 2 \text{ meq/g}$
    용액 내 $B^+$ 농도($C_B$): $6 \text{ meq} / 0.1 \text{ L} = 60 \text{ mM}$
    $$\alpha_{B/A} = \frac{2 \times 40}{3 \times 60}$$
    ③ [최종 결과] $\alpha_{B/A} = 0.44$
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67. 세포의 지질 구조에 침투하여 세포막의 투과성을 높여(permeabilization) 세포를 파쇄하는 기능을 갖는 시약은?

  1. 에탄올
  2. 메탄올
  3. 톨루엔
  4. 염화칼슘
(정답률: 81%)
  • 톨루엔은 유기 용매로서 세포막의 주성분인 지질 구조에 쉽게 침투하여 막의 투과성을 높이거나 파괴함으로써 세포 내부의 물질을 용출시키는 세포 파쇄 기능을 수행합니다.
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68. 불용성 물질인 세포를 발효액으로부터 분리하는 기술이 아닌 것은?

  1. 가압 여과기
  2. 관형 원심분리기
  3. 원판형 원심 분리기
  4. 추출 공정
(정답률: 78%)
  • 세포와 같은 불용성 고체 입자를 액체(발효액)로부터 분리하기 위해서는 물리적인 크기 차이나 밀도 차이를 이용하는 고액 분리 공정이 필요합니다. 가압 여과기, 관형 원심분리기, 원판형 원심분리기는 모두 이러한 물리적 분리법에 해당하지만, 추출 공정은 용해도의 차이를 이용하여 성분을 분리하는 액액 분리 공정이므로 세포 분리에 적합하지 않습니다.
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69. 회수 정제 공정 설계에 영향을 주는 인자로서 가장 거리가 먼 것은?

  1. 회수 정제 비용
  2. 회수 정제의 난이도 및 수율
  3. 최종 제품의 가격
  4. 최종 제품의 순도
(정답률: 89%)
  • 회수 정제 공정 설계는 기술적 효율성(수율, 순도, 난이도)과 경제적 타당성(비용)을 중심으로 결정됩니다. 최종 제품의 시장 가격은 공정의 경제성 평가에는 영향을 줄 수 있으나, 구체적인 정제 공정의 설계 방식(단위 조작 선택 등)을 결정하는 직접적인 인자는 아닙니다.
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70. 여과대상액내 고체물질의 물성 중 멤브레인 여과 flux의 감소에 영향을 미치는 주요인자로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 고체물질의 농도
  2. 고체물질의 모양
  3. 고체물질의 크기
  4. 고체물질의 밀도
(정답률: 60%)
  • 멤브레인 여과 시 flux 감소는 주로 막 표면에 쌓이는 케이크 층의 저항이나 농도 분극에 의해 결정됩니다. 고체물질의 농도, 모양, 크기는 케이크의 공극률과 저항에 직접적인 영향을 주지만, 밀도는 flux 감소의 주요 인자가 아닙니다.
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71. 등전초점화(isoelectric focusing)와 관계없는 내용은?

  1. 전기장
  2. 단백질 분리
  3. pH 경사(gradient)
  4. 속도 지배적(rate controlled) 분리
(정답률: 84%)
  • 등전초점화는 pH 경사가 형성된 전기장 내에서 단백질이 자신의 등전점(pI) 위치에서 정지하는 평형 상태의 분리 방법입니다.

    오답 노트
    속도 지배적 분리: 평형 상태가 아닌 이동 속도 차이를 이용하는 분리 방식이므로 해당하지 않습니다.
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72. 셀룰로오즈 아세테이트 한외여과막을 이용하는 한외여과 공정에서 유입되는 용액의 염화나트륨 농도는 10 Kg/m3, 여과되는 여액의 염화나트륨 농도는 0.58 Kg/m3 이었다. 이 때 염화나트륨에 대한 한외여과막의 배제계수는?

  1. 0.942
  2. 0.958
  3. 0.962
  4. 0.973
(정답률: 70%)
  • 배제계수는 막을 통과하지 못하고 걸러진 용질의 비율을 나타내며, 유입 농도와 투과 농도의 차이를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $S = 1 - \frac{C_p}{C_f}$
    ② [숫자 대입] $S = 1 - \frac{0.58}{10}$
    ③ [최종 결과] $S = 0.942$
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73. 크로마토그패리에서 피크 체류시간(retention time)을 줄이기 위해서는 어떻게 해야 하는가?

  1. 유속을 줄인다.
  2. 컬럼 길이를 증가시킨다.
  3. 고정상(stationary phase)의 체적(volume)을 증가 시킨다.
  4. 분배계수(distribution coefficient)를 작게한다.
(정답률: 75%)
  • 체류시간은 시료가 컬럼 내에 머무는 시간으로, 시료가 고정상과 강하게 상호작용할수록 길어집니다. 분배계수를 작게 하면 시료가 고정상보다 이동상에 더 많이 분포하게 되어 컬럼을 더 빠르게 통과하므로 체류시간이 줄어듭니다.

    오답 노트
    유속 감소: 통과 속도가 느려져 체류시간 증가
    컬럼 길이 증가: 이동 거리가 늘어나 체류시간 증가
    고정상 체적 증가: 상호작용 기회가 많아져 체류시간 증가
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74. 가용성 생성물의 액체-액체 추출에 의한 회수정제 공정에서 액체 추출제가 갖추어야 할 특성이 아닌 것은?

  1. 독성이 없어야 한다.
  2. 비등점은 높고, 비중은 작아야 한다.
  3. 회수할 목적 산물에 대한 선택성이 높아야 한다.
  4. 목적 산물에 대한 분배계수가 높아야 한다.
(정답률: 70%)
  • 액체 추출제는 목적 산물을 효율적으로 분리하고 이후 제거가 쉬워야 합니다. 추출제 제거를 위해 증류 공정을 사용하는 경우가 많으므로, 비등점은 낮아야 에너지 소비를 줄이고 산물의 열 변성을 막을 수 있습니다.

    오답 노트
    독성: 작업자 안전 및 제품 순도를 위해 없어야 함
    선택성: 불순물 제외 목적 산물만 선택적으로 추출해야 함
    분배계수: 높을수록 적은 양의 용매로 많은 산물 회수 가능
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75. Lysozyme을 이용한 세포파쇄에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 배양할 때 페니실린을 소량 첨가하면 lysozyme에 의한 세포파쇄가 용이해 진다.
  2. 그람음성 박테리아가 그람양성 박테리아보다 용이하게 파쇄 된다.
  3. Lysozyme은 세포벽 내부의 β-1,4-glycosidic 결합의 가수분해반응을 촉진시키는 역할을 한다.
  4. 효모를 파쇄 할 경우 lysozyme 단독으로 하기보다는 다른 분해효소와의 혼합효소 시스템을 종종 이용한다.
(정답률: 70%)
  • Lysozyme은 세포벽의 $\beta-1,4-glycosidic$ 결합을 가수분해하여 파쇄를 돕습니다. 그람양성균은 두꺼운 펩티도글리칸 층을 가지고 있어 Lysozyme에 의해 더 쉽게 파쇄되는 반면, 그람음성균은 외막(outer membrane)이 존재하여 Lysozyme 단독으로는 파쇄가 더 어렵습니다.

    오답 노트
    페니실린 첨가: 세포벽 합성을 방해하여 파쇄 용이
    $\beta-1,4-glycosidic$ 결합: Lysozyme의 주요 공격 대상
    효모 파쇄: 복합적인 세포벽 구조로 인해 혼합효소 사용 필요
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76. 미생물 세포내 효소인 nuclease 의 정제공정 순서가 옳게 나열된 것은?

  1. 세포파쇄 → 상등액 → 원심분리 → 흡착 → 투석 → 용출 → 농축 → Gel 여과 → 희석 → 동결건조
  2. 세포파쇄 → 상등액 → 희석 → 흡착 → 투석 → 용출 → Gel 여과 → 농축 → 원심분리 → 동결건조
  3. 세포파쇄 → 상등액 → 원심분리 → 흡착 → 용출 → 투석 → Gel 여과 → 농축 → 희석 → 동결건조
  4. 세포파쇄 → 상등액 → 희석 → 흡착 → 용출 → 투석 → 농축 → 원심분리 → Gel 여과 → 동결건조
(정답률: 63%)
  • 세포 내 효소 정제는 세포 파쇄 후 불순물을 제거하고 목적 단백질을 농축 및 정제하는 순서로 진행됩니다. 세포파쇄 → 상등액 확보 → 희석 → 흡착 → 용출 → 투석 → 농축 → 원심분리 → Gel 여과 → 동결건조 순으로 진행하는 것이 가장 효율적인 정제 공정입니다.
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77. 흡착제와 흡착질을 포함한 유체상이 흡착 평형상태에 도달하게 되면 두 상에 분포된 흡착질의 농도는 특정한 관계식으로 표시되고 등온 상태에서 이를 흡착 등온선이라 한다. 다음 중 흡착 등온선이 아닌 것은?

  1. Raoult 흡착등온식
  2. Langmuir 흡착등온식
  3. BET 흡착등온식
  4. Freundlich 흡착등온식
(정답률: 55%)
  • 흡착 등온선은 일정 온도에서 흡착제와 흡착질 사이의 평형 관계를 나타내는 식입니다. 대표적으로 Langmuir, BET, Freundlich 식이 있으며, Raoult 식은 액체 혼합물의 증기압과 몰분율의 관계를 설명하는 법칙이므로 흡착 등온선과 무관합니다.
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78. 항생제 회수에 사용되는 양이온 교환 수지가 지니고 있는 작용기(functional group)는?

  1. H+
  2. Na+
  3. NH3+
  4. SO3-
(정답률: 75%)
  • 양이온 교환 수지는 양이온을 끌어당기기 위해 수지 자체는 음전하를 띠는 작용기를 가져야 합니다. $SO_3^-$는 강산성 작용기로서 양이온을 효율적으로 교환하여 회수할 수 있게 합니다.
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79. 효모나 대장균에 존재하는 효소를 분리정제 할 때, 가장 널리 이용하는 용액의 pH는?

  1. 1~3
  2. 3~5
  3. 6~8
  4. 9~11
(정답률: 91%)
  • 효모나 대장균과 같은 미생물 유래 효소들은 일반적으로 중성 부근의 pH에서 가장 안정적이며 활성을 유지하므로, 분리정제 시 pH 6~8 범위를 가장 널리 이용합니다.
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80. H+가 결합되어 있는 양이온교환수지에 용질 A+가 10 mM 들어있는 용액을 접촉시켰다. 이온교환 평형 이루어졌을 때 용액 중 A+의 잔류 농도는 2 mM이었다. 이온교환수지의 용량이 5meq/g이고 H+와 비교했을 때 A+의 상대적인 이온교환 선택도 αB/A가 3일 때 평형상태에서 수지 단위 질량당 이온교환 결합된 A의 농도 [meq/g]를 구하면 얼마인가?

  1. 1.6
  2. 2.14
  3. 2.73
  4. 4.0
(정답률: 48%)
  • 이온교환 평형에서 선택도 $\alpha$는 수지 내 이온 농도와 용액 내 이온 농도의 비율로 정의됩니다. 수지 단위 질량당 결합된 $A$의 농도를 $q_A$, 수지의 총 용량을 $Q$라고 할 때, $H^+$의 농도는 $Q - q_A$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{q_A / C_A}{q_H / C_H}$
    ② [숫자 대입] $3 = \frac{q_A / 2}{(5 - q_A) / 8}$
    ③ [최종 결과] $q_A = 2.14$
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5과목: 생물공학개론

81. 단백질 합성기능을 수행하는 세포내 소기관은?

  1. 리소좀
  2. 리보솜
  3. 미토콘드리아
  4. 엽록체
(정답률: 87%)
  • 리보솜은 mRNA의 유전 정보를 읽어 아미노산을 연결함으로써 단백질을 합성하는 세포 내 핵심 소기관입니다.
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82. 조효소액에서 글루코아밀레이스의 양을 측정하기 위해 7 mg의 단백질을 포함한 조효소 1mL를 4.44% 전분용액 9 mL에 첨가하였다. 글루코아밀레이스의 1 unit은 pH 4.5와 60℃에서 4%의 Lintner 전분용액을 이용하여 분당 1 μmol의 포도당을 생산하는 효소의 양으로 정의될 때, 초기속도실험에서 0.7 μmol 포도당 /mL·min으로 반응이 일어났다면 이 조효소의 비효소역가는 얼마인가?

  1. 0.5 units/mg protein
  2. 0.75 units/mg protein
  3. 1 units/mg protein
  4. 1.25 units/mg protein
(정답률: 47%)
  • 비효소역가는 단위 단백질 질량당 효소 활성(unit/mg)을 의미합니다. 먼저 전체 반응 부피($1\text{mL} + 9\text{mL} = 10\text{mL}$)를 고려하여 총 활성을 구한 뒤, 포함된 단백질 양으로 나눕니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{Specific Activity} = \frac{\text{Reaction Rate} \times \text{Total Volume}}{\text{Protein Amount}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Specific Activity} = \frac{0.7 \times 10}{7}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Specific Activity} = 1$$
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83. 유전공학에서 일반적으로 사용되는 프로모터 종류에 해당되지 않는 것은?

  1. Constitutive
  2. Inducible
  3. Tissue-specific
  4. Disruptive
(정답률: 76%)
  • 프로모터는 유전자 발현을 조절하는 부위로, 항상 발현되는 Constitutive, 특정 물질에 의해 유도되는 Inducible, 특정 조직에서만 작동하는 Tissue-specific 프로모터가 사용됩니다. Disruptive는 유전자를 파괴하거나 방해하는 개념으로 프로모터의 종류에 해당하지 않습니다.
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84. 유전자 조작된 세포를 이용하여 생물학적 의약품인 단백질을 만들었을 때 제품의 품질과 관련성이 없는 것은?

  1. 제품 수율
  2. 제품 순도
  3. 번역 후 수식 상태
  4. 숙주 세포
(정답률: 49%)
  • 제품의 품질은 순도, 번역 후 수식(Post-translational modification) 상태, 숙주 세포의 특성 등 제품의 성질과 안전성에 직접적인 영향을 주는 요소들에 의해 결정됩니다. 반면, 제품 수율은 생산 효율성과 관련된 경제적 지표이며 제품 자체의 품질과는 직접적인 관련이 없습니다.
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85. KGMP의 적용 범위가 아닌 것은?

  1. 원료 의약품
  2. 방사선 의약품
  3. 세포배양 의약품
  4. 유전자재조합 의약품
(정답률: 78%)
  • KGMP(한국 의약품 제조 및 품질관리기준)는 원료 의약품, 세포배양 의약품, 유전자재조합 의약품 등 생물학적 제제 및 화학 의약품의 품질 관리를 목적으로 합니다. 방사선 의약품은 별도의 특수한 관리 기준이 적용되는 영역입니다.
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86. 단백질 구조가 변형되지 않은 자연 상태의 항체(IgG)는 일반적으로 항원과 결합하는 부위를 몇 개 가지고 있는가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 79%)
  • 항체 IgG는 Y자 모양의 구조를 가지고 있으며, 양쪽 끝의 두 개의 가변 영역(Fab)이 각각 항원과 결합할 수 있으므로 항원 결합 부위는 2개입니다.
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87. 공정 밸리데이션은 의약품의 제조와 관련한 밸리데이션이 언제 수행되는지에 따라 구분할 수 있다. 다음 중 공정 밸리데이션과 관련이 없는 것은?

  1. 분석적 밸리데이션(analytical validation)
  2. 동시적 밸리데이션(concurrent validation)
  3. 예측적 밸리데이션(prospective validation)
  4. 회고적 밸리데이션(retrospective validation)
(정답률: 68%)
  • 공정 밸리데이션은 수행 시점에 따라 예측적, 동시적, 회고적 밸리데이션으로 구분합니다. 분석적 밸리데이션은 공정이 아닌 분석 방법의 타당성을 검증하는 것이므로 공정 밸리데이션의 분류에 해당하지 않습니다.
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88. 다음 보기에 제시된 전령 RNA(mRNA)에 맞는 DNA 염기 서열은?

  1. AUG UAC GGA
  2. UAC AUC GGU
  3. CAT ACT TTC
  4. TAC ATG CCT
(정답률: 81%)
  • mRNA 서열 $\text{[AUG UAG GCA]}$에 대응하는 DNA 서열을 찾으려면 상보적 염기쌍 원리를 적용해야 합니다. DNA에서는 $A \leftrightarrow T$, $U \leftrightarrow A$, $G \leftrightarrow C$로 대응됩니다.
    ① $\text{AUG} \rightarrow \text{TAC}$
    ② $\text{UAG} \rightarrow \text{ATC}$ (단, 정답지 기준 $\text{ATG}$는 $\text{TAC}$의 상보적 서열인 mRNA $\text{AUG}$에서 유도됨)
    ③ $\text{GCA} \rightarrow \text{CGT}$ (단, 정답지 $\text{CCT}$는 mRNA $\text{GGA}$의 상보적 서열임)
    제시된 이미지 $\text{[AUG UAG GCA]}$의 상보적 DNA 서열은 $\text{TAC ATC CGT}$가 되어야 하나, 공식 정답인 $\text{TAC ATG CCT}$는 mRNA $\text{AUG TAC GGA}$에 대응하는 서열입니다.
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89. pH가 글라이신(glycine)의 pI보다 높을 때, 글라이신의 전하(charge)는?

  1. -
  2. +
  3. 0
  4. -, +, 0 모두 갖는다.
(정답률: 82%)
  • 등전점($pI$)은 아미노산의 전체 전하가 $0$이 되는 $pH$를 의미합니다. $pH$가 $pI$보다 높으면(염기성 환경) 아미노산이 수소 이온($H^+$)을 잃어 음전하($-$)를 띠게 됩니다.
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90. 전통적 의미의 발효(fermentation)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전자전달계를 통해 이루어진다.
  2. 무산소 상태의 대사과정(anaerobic metabolism)이다.
  3. 유산소 호흡(aerobic respiration)을 통해 이루어 진다.
  4. 유산(lactic acid) 등 유기산의 생성이 pyruvate를 거친 단계적 반응으로 이루어진다.
(정답률: 58%)
  • 발효는 산소가 없는 상태에서 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 무산소 대사과정입니다. 전자전달계는 산소가 최종 전자 수용체로 작용하는 유산소 호흡의 핵심 단계이므로, 발효 과정에서는 작동하지 않습니다.
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91. 재조합 대장균을 현미경을 통해 관찰하려고 한다. 몇 배로 확대하여 보는 것이 가장 적당한가?

  1. ×1
  2. ×10
  3. ×100
  4. ×1,000
(정답률: 79%)
  • 대장균과 같은 박테리아는 크기가 매우 작은 단세포 생물로, 일반적인 광학 현미경의 최대 배율인 $1,000$배 정도로 확대해야 형태를 관찰할 수 있습니다.
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92. 유전자 재조합을 위한 유전자 전달의 매커니즘이 아닌 것은?

  1. 발현(Expression)
  2. 접합(Conjugation)
  3. 형질도입(Transduction)
  4. 형질전환(Transformation)
(정답률: 76%)
  • 유전자 전달 매커니즘은 외부 DNA가 세포 내로 들어오는 과정인 접합, 형질도입, 형질전환을 의미합니다.

    오답 노트
    발현: 전달된 유전자가 RNA와 단백질로 합성되는 과정이므로 전달 매커니즘이 아닙니다.
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93. 세린(serine)의 등전점은 얼마인가? (단, pKa1 = 2.2, pKa2 = 9.15)

  1. 5.68
  2. 6.78
  3. 6.95
  4. 11.35
(정답률: 87%)
  • 아미노산의 등전점($pI$)은 전하가 0이 되는 지점으로, 관련 $pKa$ 값들의 산술 평균으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $pI = \frac{pKa_{1} + pKa_{2}}{2}$
    ② [숫자 대입] $pI = \frac{2.2 + 9.15}{2}$
    ③ [최종 결과] $pI = 5.68$
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94. 외래 DNA를 잘라서 자신을 보호하기도 하고, 유전자 조작 시 DNA를 정확하게 잘라주는 역할을 하는 효소는?

  1. DNA 중합효소
  2. 역전사효소
  3. DNA 연결효소
  4. 제한효소
(정답률: 92%)
  • 제한효소는 특정 염기 서열을 인식하여 DNA 이중 가닥을 절단하는 '분자 가위' 역할을 하며, 세균이 외래 DNA로부터 자신을 보호하기 위해 사용하거나 유전자 조작에 활용됩니다.
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95. 진핵세포의 핵(nucleus)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 핵은 핵막으로 둘러싸여 있다.
  2. 핵막은 평형하면서 막힌 두 쌍의 막으로 구성되어 있다.
  3. 핵인은 리보솜이 생성되는 것으로, 다르게 염색되는 핵 안에 있다.
  4. DNA 분자인 염색체를 핵 물질로 가지고 있다.
(정답률: 74%)
  • 핵막은 두 겹의 막(내막과 외막)으로 구성되어 있으며, 핵공이라는 작은 구멍들이 뚫려 있어 물질 교환이 일어나는 구조입니다. 따라서 막혀 있다는 설명은 틀린 것입니다.
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96. GMP의 4대 지료에 해당하지 않는 것은?

  1. 의약품 특성의 유지
  2. 의약품 품질의 보장
  3. 지속적인 신약 개발
  4. 소비자의 신뢰성 확보
(정답률: 87%)
  • GMP(우수의약품 제조 및 품질관리기준)의 핵심 목적은 제조 공정의 표준화를 통해 의약품의 품질을 보장하고 소비자 신뢰를 확보하며 특성을 유지하는 것입니다. 지속적인 신약 개발은 R&D(연구개발) 영역이며 GMP의 직접적인 4대 지표에는 해당하지 않습니다.
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97. 재조합 대장균에서 단백질 생산을 위한 벡터 선정시 고려해야 할 사항이 아닌 것은?

  1. 프로모터
  2. 번역 후 수정
  3. 단백질 분해효소
  4. 플라스미드 복제수
(정답률: 67%)
  • 대장균은 원핵세포이므로 진핵세포와 달리 당쇄화, 인산화와 같은 번역 후 수정(Post-translational modification) 능력이 없습니다. 따라서 벡터 선정 시 고려 사항이 아니라, 대장균 시스템 자체의 한계점으로 파악해야 합니다.
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98. 전체 반응이 다음과 같은 S. cerevisiae 의한 에탄올 발효에 있어서 포도당이 에탄올로 완전히 전환되는 경우, 에탄올의 최대수율은 얼마인가?

  1. 0.49
  2. 0.5
  3. 0.51
  4. 0.52
(정답률: 70%)
  • 포도당 1몰이 분해되어 에탄올 2몰이 생성되는 화학 양론적 관계를 이용하여 이론적 최대 수율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{수율} = \frac{2 \times \text{에탄올 분자량}}{\text{포도당 분자량}}$
    ② [숫자 대입] $\text{수율} = \frac{2 \times 46}{180}$
    ③ [최종 결과] $\text{수율} = 0.51$
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99. 다음 보기의 크로마토그래피 중 이동상이 액체인 것을 모두 나타낸 것은?

  1. Ⓐ
  2. ⒶⒷ
  3. ⒶⒷⒹ
  4. ⒶⒷⒸⒹ
(정답률: 89%)
  • 크로마토그래피의 명칭에서 LC(Liquid Chromatography), HPLC(High Performance Liquid Chromatography), TLC(Thin Layer Chromatography)는 모두 이동상으로 액체를 사용합니다.

    오답 노트
    GC: Gas Chromatography의 약자로 이동상이 기체입니다.
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100. 변성된 DNA로부터 재원형화(renaturation)시키는 방법으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. DNA 수용액의 온도를 낮춘다.
  2. DNA의 수용액에 친수성 유기용매를 첨가한다.
  3. DNA 수용액의 pH를 중성으로 맞춘다.
  4. DNA 수용액에 첨가된 변성제를 묽혀준다.
(정답률: 62%)
  • 재원형화(renaturation)는 변성된 DNA 가닥이 다시 결합하는 과정으로, 수소 결합이 형성되기 쉬운 환경을 만들어야 합니다. 온도를 낮추거나, pH를 중성으로 조절하고, 변성제를 제거하는 것이 도움이 되지만, 유기용매를 첨가하는 것은 재원형화를 촉진하는 일반적인 방법이 아닙니다.
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