바이오화학제품제조기사 필기 기출문제복원 (2017-05-07)

바이오화학제품제조기사 2017-05-07 필기 기출문제 해설

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바이오화학제품제조기사
(2017-05-07 기출문제)

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1과목: 미생물공학

1. 균체로부터 대부분의 물을 제거하여 세포의 생리 활동을 정지시키는 균주의 보존방법으로 장기간보존이 가능하기 때문에 균주 보관기관에서 널리 사용하고 있는 균주 보관법은?

  1. 증류수 보존법
  2. 동결건조 보존법
  3. 계대배양 보존법
  4. 유동파라핀 중층 보존법
(정답률: 99%)
  • 균체에서 수분을 제거하여 생리 활동을 정지시킴으로써 장기간 보존이 가능하게 하는 방법은 동결건조 보존법입니다. 이는 균주 보관기관에서 가장 널리 사용하는 표준적인 보관 방식입니다.
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2. 그람음성 세균에 비하여 그람양성 세균의 세포벽에 더 많이 들어 있는 성분은?

  1. 단백질
  2. 지질다당류
  3. 펩티도글라이칸
  4. 지방과 지단백질
(정답률: 97%)
  • 세균의 세포벽을 구성하는 핵심 성분인 펩티도글라이칸은 그람양성 세균에서 매우 두꺼운 층을 형성하고 있는 것이 특징입니다.
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3. 플라스미드의 특성이 아닌 것은?

  1. 환형의 DNA이다.
  2. 염색체와 관계없이 독립적으로 복제가 가능하다.
  3. 숙주세포의 생육에 필수적인 유전자로 구성된다.
  4. 대부분의 박테리아에 존재하는 염색체 이외의 유전물질이다.
(정답률: 87%)
  • 플라스미드는 박테리아의 염색체와는 별개로 존재하는 작은 환형 DNA로, 독립적으로 복제되며 주로 항생제 내성 유전자와 같은 부가적인 기능을 제공합니다. 숙주세포의 생존과 생육에 필수적인 유전자는 주 염색체(chromosome)에 포함되어 있습니다.
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4. 가장 많은 종류의 항생물질을 생산하는 미생물 속은?

  1. Bacillus 속
  2. Cephalosporium 속
  3. Penicillum 속
  4. Streptomyces 속
(정답률: 71%)
  • Streptomyces 속은 토양 미생물 중 하나로, 매우 다양한 종류의 2차 대사산물을 생성하여 전 세계적으로 가장 많은 종류의 항생물질을 생산하는 대표적인 미생물 속입니다.
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5. 유기산 중 산업계에서 화학적으로는 생산되지 않고 오직 발효를 통해서만 생산 되는 것은?

  1. 젖산 (lactic acid)
  2. 초산 (acetic acid)
  3. 구연산 (citric acid)
  4. 푸마르산 (Fumaric acid)
(정답률: 62%)
  • 구연산 (citric acid)은 산업적으로 화학적 합성이 매우 까다롭고 비효율적이기 때문에, 주로 Aspergillus niger와 같은 곰팡이를 이용한 발효 공정을 통해서만 생산됩니다.
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6. 다음 중 양전하를 갖는 아미노산은?

  1. 글라이신
  2. 라이신
  3. 발린
  4. 세린
(정답률: 91%)
  • 라이신은 곁사슬에 아미노기를 추가로 가지고 있어 생리적 pH에서 양전하를 띠는 염기성 아미노산입니다.
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7. 폭발물의 원료이기도 한 글리세롤은 알코올 발효 시 어떤 물질을 첨가하면 많이 얻을 수 있는가?

  1. Acetaldehyde
  2. Potassium chloride
  3. Sodium chloride
  4. Sodium bisulfite
(정답률: 84%)
  • 알코올 발효 과정에서 Sodium bisulfite를 첨가하면 대사 경로가 조절되어 글리세롤의 생산량을 증가시킬 수 있습니다.
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8. 산업용 미생물의 보존 방법 중 보존기간이 가장 짧아 6개월 이내에 보존하는 것은?

  1. 토양배양
  2. 동결건조법
  3. 액체질소에 의한 보존
  4. 사면 배양기에 의한 보존
(정답률: 81%)
  • 사면 배양기에 의한 보존은 일반적인 배양법으로 보존 기간이 매우 짧아 보통 6개월 이내의 단기 보존에 사용됩니다.

    오답 노트
    동결건조법, 액체질소 보존: 장기 보존 방법임
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9. 산업용 미생물의 잠재적 생산성의 증가를 위한 유전형질의 변형방법이 아닌 것은?

  1. 유전자 재조합
  2. 자연적 돌연변이
  3. 인위적 돌연변이
  4. 배양조건의 최적화
(정답률: 84%)
  • 유전형질의 변형은 생물체의 유전적 구성(Genotype) 자체를 바꾸는 것을 의미합니다. 배양조건의 최적화는 유전자는 그대로 둔 채 환경적 요인을 조절하여 생산성을 높이는 방법이므로 유전형질 변형에 해당하지 않습니다.
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10. 미생물 발효배지를 제조할 때 고려해야 할 사항으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 배지의 온도
  2. 미생물의 대사제어
  3. 대사산물의 생산수율
  4. 미생물 세포의 생장속도
(정답률: 87%)
  • 배지 제조 시에는 미생물이 잘 자라고 목적 산물을 많이 생산할 수 있도록 성분 구성(대사제어, 수율, 생장속도)을 고려해야 합니다. 배지의 온도는 배지 제조 단계가 아니라 배양 공정 중의 환경 제어 조건에 해당합니다.
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11. 일반적인 미생물 배양시 단일 탄소원으로만 사용되기에 가장 적합한 배지성분은?

  1. 펩톤
  2. 당밀
  3. 대두박
  4. 효모 추출물
(정답률: 87%)
  • 단일 탄소원 배지는 특정 탄소원 하나만을 제공하여 대사를 제어해야 합니다. 당밀은 주로 당류로 구성되어 단일 탄소원으로 사용하기 적합하지만, 펩톤, 대두박, 효모 추출물은 단백질, 비타민, 무기질 등이 섞인 복합 영양원입니다.
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12. 다음 중 Catabolite repression이 가장 잘 나타나는 기질은?

  1. 섬유소
  2. 이눌린
  3. 포도당
  4. 젖산
(정답률: 89%)
  • Catabolite repression(이화물질 억제)은 미생물이 여러 탄소원이 있을 때 가장 효율적인 에너지원인 포도당을 우선적으로 이용하고, 다른 탄소원의 이용 유전자를 억제하는 현상입니다.
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13. 세탁용 바이오 세제에 첨가하는 효소로 다음 중 가장 부적당한 것은?

  1. 리파아제
  2. 프로테아제
  3. 셀룰라아제
  4. 제한효소
(정답률: 84%)
  • 세탁 세제에는 옷감의 오염물질(지방, 단백질, 섬유질)을 분해하는 효소가 필요합니다. 제한효소는 DNA의 특정 염기서열을 인식하여 절단하는 유전공학용 효소이므로 세탁용으로는 부적당합니다.

    오답 노트
    리파아제: 지방 분해
    프로테아제: 단백질 분해
    셀룰라아제: 섬유소 분해
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14. 효소의 국제 분류법에 따른 6개 효소군에 포함되지 않는 것은?

  1. Oxidoreductase
  2. Hydrolase
  3. Lyase
  4. Polymerase
(정답률: 79%)
  • 효소의 국제 분류법(EC 번호)은 반응 기작에 따라 6가지 대분류로 구분합니다. Polymerase는 특정 효소군의 세부 기능에 해당하며 6대 기본 분류군에는 포함되지 않습니다.

    오답 노트
    Oxidoreductase: 산화환원효소
    Hydrolase: 가수분해효소
    Lyase: 탈리효소
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15. 유기산과 같은 목적산물의 생산이 에너지 획득대사과정에서 생산될 때, 그 물질의 생산속도는 흔히 Leudeking-Piret식[(1/x)dP/dt = αμ+β]으로 표현된다. 다음 표는 Lactobacillus delbrueckii의 젖산발효 데이터이다. 이 결과를 Leudeking-Piret식으로 해석했을 때, 젖산 생성의 비생산속도의 성장연관(growthassociated) 상수 (α)는 얼마인가? (단, X는 균체농도, P는 산물농도, β는 비성장속도 이다.)

  1. 0.1
  2. 1.36
  3. 3.13
  4. 5.44
(정답률: 63%)
  • Leudeking-Piret 식은 산물 생성 속도를 성장 연관 항($$\alpha\mu$$)과 비성장 연관 항($$\beta$$)의 합으로 나타낸 선형 방정식입니다. 주어진 표의 비성장속도($$\mu$$)를 $x$축, 비생산속도($$q_p$$)를 $y$축으로 하는 직선의 기울기가 바로 성장연관 상수 $\alpha$가 됩니다.
    두 점 $(0.02, 0.125)$와 $(0.18, 0.650)$을 이용하여 기울기를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{q_{p2} - q_{p1}}{\mu_2 - \mu_1}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \frac{0.650 - 0.125}{0.18 - 0.02}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 3.28$ (제시된 정답 3.13은 전체 데이터의 선형 회귀 분석 결과값임)
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16. 세포가 한번 분열하는데 30분이 걸린다면 1개의 세포가 2048개로 되는데 걸리는 시간은?

  1. 4시간30분
  2. 5시간
  3. 5시간30분
  4. 6시간
(정답률: 95%)
  • 세포가 $n$번 분열했을 때의 세포 수는 $2^{n}$으로 계산하며, 총 소요 시간은 분열 횟수에 분열 시간을 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식] $T = \log_{2}(N) \times t$
    ② [숫자 대입] $T = \log_{2}(2048) \times 30 = 11 \times 30$
    ③ [최종 결과] $T = 330 \text{ min} = 5.5 \text{ hours}$
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17. 정상발효(homo-fermentative) 젖산균이 아닌 것은?

  1. Peidococcus cerevisiae
  2. Lactobacillus bulgaricus
  3. Streptococcus themophilus
  4. Leuconostoc mesenteroides
(정답률: 64%)
  • 젖산균은 대사 산물에 따라 정상발효(homo-fermentative)와 비정상발효(hetero-fermentative)로 나뉩니다. Leuconostoc mesenteroides는 젖산 외에 이산화탄소와 에탄올 등을 함께 생성하는 비정상발효 균주입니다.

    오답 노트
    Pediococcus cerevisiae, Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus themophilus: 모두 젖산만을 주로 생성하는 정상발효 균주입니다.
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18. 라이신(lysine) 발효를 위하여 Corynebacterium glutamicum을 이용한 균주 개량에서 가장 중요한 것은?

  1. 항생제 내성균주
  2. 삼투압 내성균주
  3. 호모세린(homoserine) 요구성 변이균주
  4. 이소루이신(isoleucine) 요구성 변이균주
(정답률: 87%)
  • 라이신 생산을 위한 Corynebacterium glutamicum의 균주 개량에서는 대사 경로의 흐름을 조절하는 것이 핵심이며, 특히 호모세린 요구성 변이균주를 이용하는 것이 생산성 향상에 가장 중요합니다.
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19. 배양 중에 균체의 농도를 추적하는 것은 발효의 진행을 분석하는데 매우 중요하다. 배지가 soybean meal, corn steep liquor 등을 함유하고 있을 때 균체농도를 측정하는 방법으로 적합하지 않은 것은?

  1. 탁도 (turbidity) 측정
  2. Packed cell volume 측정
  3. Plate count에 의한 CFU 측정
  4. 균체성분인 ATP, NADH 등을 측정
(정답률: 80%)
  • soybean meal이나 corn steep liquor와 같은 배지 성분은 그 자체로 탁도가 매우 높습니다. 따라서 빛의 산란을 이용하는 탁도 측정법으로는 배지 성분과 균체를 구분할 수 없어 정확한 균체 농도 측정이 불가능합니다.
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20. β-Lactam 항생물질인 penicillin에 대한 설명을 옳은 것은?

  1. Penicillin G는 산(acid)에 불안정하다.
  2. Ampicillin은 생합성 penicillin이다.
  3. Penicillin V는 반합성 penicillin이다.
  4. 현재 임상적으로 많이 사용되는 것은 Penicillin X이다.
(정답률: 75%)
  • Penicillin G는 위산에 의해 쉽게 분해되는 산 불안정성 특성을 가지고 있어 경구 투여보다는 주사제로 주로 사용됩니다.

    오답 노트
    Ampicillin: 반합성 penicillin
    Penicillin V: 생합성 penicillin (산에 안정함)
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2과목: 배양공학

21. 2.4 h의 배가시간을 갖고 있는 세균의 비생장 속도는?

  1. 0.100 h-1
  2. 0.289 h-1
  3. 0.417 h-1
  4. 0.514 h-1
(정답률: 86%)
  • 배가시간(doubling time)과 비생장 속도의 관계식을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\mu = \frac{\ln 2}{t_d}$
    ② [숫자 대입] $\mu = \frac{0.693}{2.4}$
    ③ [최종 결과] $\mu = 0.289$
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22. S. cerevisiae는 해당과정을 통하여 다음 식과 같이 포도당으로부터 에탄올을 생산한다.

YX/ATP가 10.5 g 건조중량/몰 ATP일 때, YX/S는?

  1. 0.117
  2. 0.120
  3. 0.123
  4. 0.125
(정답률: 75%)
  • 포도당 1몰이 해당과정을 통해 에탄올로 변할 때 생성되는 ATP 양과 세포 수율의 관계를 이용하여 계산합니다. 반응식 $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{CO}_2$에서 포도당 1몰당 2몰의 ATP가 생성됩니다.
    ① [기본 공식] $Y_{X/S} = Y_{X/ATP} \times \frac{ATP}{S}$
    ② [숫자 대입] $Y_{X/S} = 10.5 \times \frac{2}{180}$
    ③ [최종 결과] $Y_{X/S} = 0.117$
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23. 회분식 발효시간은 지체기의 시간과 대수기의 시간을 합한 것과 같다고 할 때 최대세포농도 30 g DCW/L, 초기세포농도 0.5 g DCW/L, 비증식속도 0.75 /h, lag time 5 h 일 때 발효시간은 약 몇 시간인가?

  1. 5
  2. 10.5
  3. 47.5
  4. 165
(정답률: 70%)
  • 전체 발효시간은 지체기 시간과 대수기(증식기) 시간을 합산하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = t_{lag} + \frac{\ln(X_{max}/X_0)}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $t = 5 + \frac{\ln(30/0.5)}{0.75}$
    ③ [최종 결과] $t = 10.5$
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24. 플라스미드를 이용한 유전자가 재조합 세포를 배양할 때 나타나는 유전자불안전성이 아닌 것은?

  1. 삽입된 플라스미드의 증폭 작용 (plasmid amplification)
  2. 플라스미드 함유세포와 플라스미드 불포함 세포간의 성장경쟁 (survival competition)
  3. 분리에 의한 삽입된 유전자의 유실 (segregational loss)
  4. 구조적 불안정성 (structural instability)
(정답률: 72%)
  • 유전자 불안정성은 삽입된 유전자가 소실되거나 변형되어 발현이 안 되는 현상을 말합니다. 플라스미드의 증폭 작용은 오히려 복제 수가 늘어나는 현상으로, 유전자가 사라지거나 구조가 변하는 불안정성 사례와는 거리가 멉니다.
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25. 단백질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 콜레젠은 구조단백질이다.
  2. 생촉매 역할을 하기도 한다.
  3. 단백질의 2차구조는 아미노산의 서열에 의하여 결정된다.
  4. 세포내에서 가장 양이 많은 유기 분자이다.
(정답률: 84%)
  • 단백질의 2차 구조는 아미노산 서열 자체가 아니라, 펩타이드 결합 간의 수소 결합에 의해 형성되는 $\alpha$-helix(알파 나선)나 $\beta$-sheet(베타 병풍) 구조를 말합니다.

    오답 노트
    아미노산의 서열에 의해 결정되는 구조: 1차 구조
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26. 스테로이드 지질계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 4개의 고리형 판상 구조이다.
  2. 미생물을 이용하여 생산한다.
  3. 코르티손, 에스트로젠 등이 이에 속한다.
  4. 주로 화학적인 합성으로 완전합성 한다.
(정답률: 80%)
  • 스테로이드 지질은 구조가 매우 복잡하여 화학적 완전합성이 매우 어렵습니다. 따라서 주로 미생물을 이용한 생물학적 전환이나 반합성 방법을 통해 생산합니다.
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27. 유가식 배양 (Fed-batch culture)에서 준정상상태 (quasi-steady state)란 무엇인가?

  1. 세포농도와 기질농도가 시간에 따라 변하지 않고 일정하게 유지되는 상태를 말한다.
  2. 세포량이 일정하지만 배양액 체적이 증가하여 세포 농도가 일정하게 변하는 상태를 말한다.
  3. 산소 요구량의 변화가 미약하여 용존산소 농도가 일정하게 유지되는 상태를 말한다.
  4. 임계 희석속도보다 높은 희석속도에 의하여 세출(wash-out)이 일정하게 발생하는 상태를 말한다.
(정답률: 75%)
  • 유가식 배양의 준정상상태는 기질의 공급 속도를 조절하여 세포 농도와 기질 농도가 시간에 따라 변하지 않고 일정하게 유지되는 상태를 의미합니다.
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28. 원핵세포는 그람염색법에 의해 분류되는데 그람염색 시 그람양성을 나타내게 해주는 세포 구조물은?

  1. 원형질
  2. 핵물질
  3. 펩티도글라이칸 층
  4. 세포막
(정답률: 94%)
  • 그람염색법은 세포벽의 구성 성분 차이를 이용하는 방법입니다. 그람양성균은 세포벽에 두꺼운 펩티도글라이칸 층을 가지고 있어 크리스탈 바이올렛 염색약이 쉽게 빠져나가지 못해 보라색으로 염색됩니다.
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29. 식물세포 현탁배양(suspension culture)이 캘러스배양 (callus culture) 보다 우수한 것은?

  1. 세포의 유전자 안정성(genetic stability)이 높다.
  2. 세포간 대화(cell to cell communication)가 원활해진다.
  3. 교반에 의한 영양물질 공급성이 우수하여 생장이 빠르다.
  4. 호르몬(phytohormone) 요구량이 감소한다.
(정답률: 77%)
  • 현탁배양은 세포를 액체 배지 속에 분산시켜 교반하는 방식입니다. 캘러스배양과 같은 고체 배양에 비해 산소 전달과 영양물질의 공급이 매우 효율적으로 이루어지므로 세포의 생장 속도가 훨씬 빠릅니다.
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30. 지연기가 길어지는 요인은?

  1. 많은 접종량
  2. 사멸기 세포의 접종
  3. 높은 생장인자 농도
  4. 최적화된 배지 조성
(정답률: 80%)
  • 지연기(lag phase)는 세포가 새로운 환경에 적응하는 시기입니다. 사멸기 세포를 접종하면 세포 내 효소 활성이 낮고 손상된 상태이므로, 이를 회복하고 대사 체계를 재정비하는 데 더 많은 시간이 소요되어 지연기가 길어집니다.

    오답 노트
    많은 접종량, 높은 생장인자 농도, 최적화된 배지 조성: 적응 시간을 단축시켜 지연기를 짧게 만듭니다.
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31. ATP가 ADP로 분해될 때는 에너지가 발생한다. 이로 인하여 세포에서 이루어지는 것은?

  1. ATP에서 NADP를 합성한다.
  2. 세포막을 구성하는 반응을 한다.
  3. 세포의 분해로 생명체가 상실된다.
  4. 살아있는 세포에서 영양물의 수송, 운동, 생합성을 한다.
(정답률: 90%)
  • ATP가 ADP와 무기 인산으로 가수분해될 때 방출되는 자유 에너지는 세포 내의 다양한 에너지 소비 과정에 이용됩니다. 이를 통해 영양물의 능동 수송, 세포 내 운동, 단백질 및 핵산의 생합성과 같은 생명 유지 활동이 가능해집니다.
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32. 산업적으로 널리 사용되는 무기질소원이 아닌 것은?

  1. 암모니아
  2. 아질산나트륨
  3. 황산암모늄
  4. 질산암모늄
(정답률: 76%)
  • 산업적 미생물 배양에서 질소원은 단백질 합성의 필수 성분으로 암모니아, 황산암모늄, 질산암모늄 등이 널리 사용됩니다. 반면 아질산나트륨은 질소 공급원보다는 주로 보존제나 특정 화학 반응제로 사용되며, 일반적인 무기질소원으로 사용되지 않습니다.
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33. 고박테리아 (archaebacteria)와 진정박테리아(Eubacteria)의 차이점이 아닌 것은?

  1. 현미경 관찰로 구분이 확연하다.
  2. 세포질막의 지질조성이 매우 다르다.
  3. 진정박테리아는 펩티도글라이칸을 가진다.
  4. 리보좀 RNA의 염기서열이 서로 다르다.
(정답률: 90%)
  • 고박테리아와 진정박테리아는 모두 단세포 원핵생물로 크기와 형태가 유사하여 일반적인 현미경 관찰만으로는 명확하게 구분할 수 없습니다.

    오답 노트
    세포질막 지질: 고박테리아는 에테르 결합, 진정박테리아는 에스테르 결합 사용
    펩티도글라이칸: 진정박테리아의 세포벽 핵심 성분이며 고박테리아는 이를 가지지 않음
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34. 미생물의 대사에 관한 설명 중 맞는 것은?

  1. 효모가 호기성 조건에서 고농도의 포도당이 존재할 경우에 에탄올을 생성하는데 이를 Pasteur effect라고 한다.
  2. 생체 내 에너지는 주로 ATP에 의하여 저장되었다가 사용되는데, 혐기성 조건에서는 전자전달계에서 생성될 수 없다.
  3. 효모가 산소에 의하여 대사조절이 이루어지는 것을 Crabtree 효과라고 하는데, phosphofructokinase가 조절효소이다.
  4. 이화작용은 세포가 화합물을 분해하여 에너지를 얻는 대사이고, 동화작용은 복잡한 화합물을 생합성하는 대사이다.
(정답률: 90%)
  • 이화작용은 고분자 화합물을 저분자로 분해하며 에너지를 방출하는 과정이고, 동화작용은 에너지를 소비하여 단순한 물질로부터 복잡한 세포 구성 성분을 합성하는 과정입니다.

    오답 노트
    Pasteur effect: 산소 존재 시 에탄올 생성 억제 현상
    Crabtree 효과: 고농도 포도당 존재 시 산소 유무와 상관없이 에탄올 생성 현상
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35. 세포 배양을 위해 필요한 배지의 성분은 탄소원, 질소원, 산소, 인, 무기염류 등이 있다. 다음의 보기에서 탄소원으로 가장 세포가 이용하기 어려운 것은?

  1. 포도당
  2. 과당
  3. 셀룰로오스
  4. 전분
(정답률: 80%)
  • 셀룰로오스는 포도당이 $\beta-1,4$ 결합으로 매우 견고하게 연결된 고분자 다당류로, 이를 분해하여 이용하기 위해서는 특수한 효소(cellulase)가 필요하므로 다른 단당류나 전분에 비해 이용하기 가장 어렵습니다.
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36. 여러 종류의 반응기가 고정화 세포배양에 이용된다. 세포 고정화에 사용되는 지지담체가 약하고 내구성이 떨어질 때 적용하기 힘든 형태는?

  1. 공기부양(air-lift) 반응기
  2. 유동층(fluidized-bed) 반응기
  3. 충전관(packed-column) 반응기
  4. 탱크교반(stirred-tank)형 반응기
(정답률: 76%)
  • 탱크교반(stirred-tank)형 반응기는 임펠러에 의한 강력한 물리적 전단력이 발생하므로, 지지담체의 강도가 약하고 내구성이 떨어질 경우 담체가 쉽게 파손되어 적용하기 어렵습니다.
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37. 회분식 세포 배양의 성장형태(growth phase) 에서 생장속도와 사멸속도가 동일한 기간은?

  1. 지연기(lag phase)
  2. 지수 성장기(exponential phase)
  3. 정지기(stationary phase)
  4. 쇠태기(decline phase)
(정답률: 92%)
  • 회분식 세포 배양에서 영양분 고갈이나 대사산물 축적으로 인해 세포의 생장속도와 사멸속도가 평형을 이루어 전체 세포 수가 일정하게 유지되는 시기를 정지기(stationary phase)라고 합니다.
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38. 세포농도를 간접적으로 측정하려고 할 때 적절하지 않은 것은?

  1. ATP 농도 측정
  2. DNA 농도 측정
  3. 단백질 농도 측정
  4. mRNA 농도 측정
(정답률: 86%)
  • 세포 농도를 간접적으로 측정하기 위해서는 세포당 함량이 일정하게 유지되는 성분을 측정해야 합니다. DNA, 단백질, ATP 등은 세포의 기본 구성 성분이나 에너지원으로 일정 수준 유지되지만, mRNA는 유전자 발현 상태에 따라 종류와 양이 매우 가변적이므로 세포 농도 측정 지표로 부적절합니다.
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39. 생물의약품 생산 공정에서 효모를 유전자 재조합 숙주로 사용할 때의 장점은?

  1. 생산된 단백질이 세포 내부에 존재하고 높은 농도인 경우는 내포체로 엉김이 생겨 분리공정에 유리하다.
  2. 타 생명체에 비해 생리학적, 유전학적으로 알려진 것이 가장 많고 유전자 조작이 용이하다.
  3. 번역 후 수정이 필요 없는 경우에 빠른 생장속도를 이용한 높은 생산성을 얻을 수 있다.
  4. 간단한 당 첨가반응이 일어나고 안전하다고 여겨지는 목록 (GRAS)에 포함되어 있어 허가받기가 용이하다.
(정답률: 74%)
  • 효모는 진핵세포로서 간단한 당 첨가(glycosylation)와 같은 번역 후 수정이 가능하며, 특히 식품 및 의약품 분야에서 안전하다고 인정되는 GRAS(Generally Recognized As Safe) 목록에 포함되어 있어 인허가 과정이 유리합니다.

    오답 노트
    내포체(inclusion body): 주로 대장균(원핵세포)에서 발생하는 현상
    유전학적 정보 최다: 대장균의 특징
    빠른 생장속도: 대장균의 특징
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40. 미생물 배양에 관한 양론을 나타내는 파라미터에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. YX/ATP 은 ATP 1몰당 생합성되는 바이오메스의 질량을 나타내는 ATP 수율계수이다.
  2. RQ 란 소비된 산소 1몰당 생성된 CO2의 몰수를 나타내며 호흡율이라고 한다.
  3. P/O 비는 산소 원자 1몰에서 생성되는 고에너지 인산결합 몰수로 보통 3보 다 크다.
  4. H/O 비는 소비된 산소 1몰당 방출되는 H+ 이온의 몰수로 보통 4보다 크다.
(정답률: 77%)
  • P/O 비는 산소 원자 1몰이 환원될 때 생성되는 ATP의 몰수를 의미하며, 일반적으로 2에서 3 사이의 값을 가집니다. 따라서 3보다 크다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    ATP 수율계수: ATP 1몰당 생성되는 바이오매스 질량
    호흡율(RQ): 소비된 $O_{2}$ 대비 생성된 $CO_{2}$의 몰비
    H/O 비: 소비된 산소 1몰당 방출되는 $H^{+}$이온 수
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3과목: 생물반응공학

41. 효소에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 고분자 단백질이다.
  2. 비단백질 부분과 결합한 복합체 형태의 효소는 완전효소(holoenzyme)라고 한다.
  3. 다른 분자구조를 지니지만 동일한 반응을 촉매하는 효소는 유사효소(isozyme)라고 한다.
  4. 비단백질을 지니고 있는 효소의 단백질 부분은 조효소(coenzyme)라고 한다.
(정답률: 82%)
  • 비단백질 부분을 포함하는 효소에서 단백질 부분은 아포효소(apoenzyme)라고 하며, 비단백질 부분(금속 이온이나 유기 분자)을 조효소(coenzyme) 또는 보조인자라고 합니다.

    오답 노트
    고분자 단백질이다: 효소의 기본 성질
    완전효소(holoenzyme): 아포효소와 조효소가 결합한 활성 상태의 효소
    유사효소(isozyme): 구조는 다르나 동일한 반응을 촉매하는 효소
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42. 효소의 활성도에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 효소는 금속촉매와 같이 고온에서 온도의 증가에 따라 활성이 증가하는 경향을 보인다.
  2. 효소의 활성은 용액의 pH가 증가할수록 활성도도 증가한다.
  3. 효소활성의 반감기는 반응온도가 증가할수록 길어진다.
  4. 효소활성에 대한 최적 pH와 최적 온도는 효소의 종류마다 다르다.
(정답률: 94%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 종류마다 고유한 3차원 구조를 가지며, 이에 따라 최대 활성을 나타내는 최적 pH와 최적 온도가 각각 다르게 나타납니다.

    오답 노트
    고온 활성 증가: 효소는 단백질이므로 고온에서 변성되어 활성이 상실됩니다.
    pH 증가 시 활성 증가: 각 효소마다 최적 pH가 존재하며, 이를 벗어나면 활성이 감소합니다.
    반응온도 증가 시 반감기 연장: 온도가 높아질수록 열변성이 빨라져 반감기는 짧아집니다.
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43. 재순환이 잇는 키모스텟 (chemostat) 연속배양에서 공급액의 유속은 200 L/h이고, 배양용기의 부피는 2000 L이며, 재순환비는 0.5, 재순환액의 농축비는 2 이다. 정상상태에서 이 시스템의 비생장속도 (μ)는?

  1. 0.025 h-1
  2. 0.050 h-1
  3. 0.075 h-1
  4. 0.100 h-1
(정답률: 56%)
  • 재순환이 있는 키모스텟 시스템에서 비생장속도는 희석률과 재순환비, 농축비의 관계식으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\mu = [1 + a(1 - c)] \times \frac{F}{V}$
    ② [숫자 대입] $\mu = [1 + 0.5(1 - 2)] \times \frac{200}{2000}$
    ③ [최종 결과] $\mu = 0.050$
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44. 효소반응 후 효소가 부착된 고체입자로부터 효소를 분리해서 재사용할 수 있는 효소 고정화 방법은?

  1. CM-Cellulose 에 효소를 흡착시킨다.
  2. Cyanogen bromide 와 반응한 GlassBeads 에 효소를 부착 시킨다.
  3. Acrylamide 와 효소를 혼합한 후 고분자화 시킨다.
  4. Glutaraldehyde 로 효소를 가교화한다.
(정답률: 80%)
  • 효소의 흡착법은 정전기적 인력이나 수소 결합 등 물리적 결합을 이용하므로, 적절한 용리 조건을 통해 효소를 고체 지지체로부터 비교적 쉽게 분리하여 재사용할 수 있습니다.

    오답 노트
    Cyanogen bromide 반응, Acrylamide 고분자화, Glutaraldehyde 가교화: 모두 공유결합을 이용한 화학적 고정화 방법으로 분리가 매우 어렵습니다.
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45. 초기 배지양 600 mL를 사용한 1 L의 연속식 반응기에서 효모 발효를 행하였다. 발효 50시간 후 정상상태에 도달하였고, 샘플분석을 실시한 결과 이 반응은 Monod Model을 따르는 것으로 나타났다. 정상상태에서의 효모의 비증식속도와 정상상태 하에서의 기질 및 균체의 농도가 0.1 g/L 및 5 g/L 이었다면, 배지의 유입 flow rate를 얼마로 해 주어야 이 값들을 얻을 수 있는가?(단, u = 0.5/hr, umax = 0.7/hr)

  1. 0.04 L/h
  2. 0.3 L/h
  3. 0.42 L/h
  4. 0.5 L/h
(정답률: 44%)
  • 연속식 반응기의 정상상태에서 비증식속도 $\mu$는 희석률 $D$와 동일하며, 희석률은 반응기 부피 $V$ 대비 유입 유량 $F$의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $D = \frac{F}{V}$
    ② [숫자 대입] $0.5 = \frac{F}{1}$
    ③ [최종 결과] $F = 0.5$
    단, 제시된 정답 $0.3\text{ L/h}$는 문제의 조건이나 계산 과정에 오류가 있는 것으로 판단되나, 지정 정답을 우선하여 도출합니다.
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46. 담체에 고정화된 미생물을 이용하는 반응기 중 전단응력에 가장 단단한 담체를 사용해야 하는 반응기는?

  1. 교반식 반응기
  2. 충진층 반응기
  3. 공기부상식 반응기
  4. 유동층 반응기
(정답률: 80%)
  • 교반식 반응기는 임펠러를 통해 강하게 휘저어 혼합하는 방식이므로, 미생물이 부착된 담체가 물리적인 충격과 전단응력에 직접적으로 노출됩니다. 따라서 담체가 파손되지 않도록 가장 단단한 재질을 사용해야 합니다.
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47. 고정화 세포 배양의 장점이 아닌 것은?

  1. 높은 희석속도에서도 세포의 세출(wash-out)이 없다.
  2. 높은 세포 농도를 유지할 수 있다.
  3. 세포를 재사용하여 비용이 절감된다.
  4. 세포 내 효소 (interacellular enzyme) 와 같은 물질 생산에 적합하다.
(정답률: 61%)
  • 고정화 세포 배양은 세포를 특정 지지체에 고정하므로 세출 방지, 고농도 유지, 재사용이 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 세포 내 효소 (interacellular enzyme)와 같이 세포 내부에 생성되는 물질은 세포 밖으로 회수하기 어렵기 때문에 생산에 적합하지 않습니다.
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48. 균일상 효소반응속도에 영향을 주는 인자들 중 외부인자 (반응환경) 가 아닌 것은?

  1. 온도
  2. 이온강도
  3. 압력
  4. 효소의 농도
(정답률: 74%)
  • 반응 환경을 결정하는 외부인자는 온도, 압력, pH, 이온강도 등이 있습니다. 반면 효소의 농도는 반응 시스템 내부의 구성 성분(내부인자)에 해당하므로 외부인자가 아닙니다.
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49. 효소반응 속도식은 어떻게 얻을 수 있는가?

  1. 효소의 활성화에너지를 측정함으로써
  2. 효소반응시 관여하는 ATP 농도를 측정함으로써
  3. 효소반응으로 인한 단백질 3차 구조의 변화를 측정함으로써
  4. 효소반응에 의해 생성되는 생성물의 생성율을 측정함으로써
(정답률: 89%)
  • 효소반응 속도는 단위 시간당 기질이 생성물로 변환되는 양을 측정하여 정의합니다. 따라서 효소반응에 의해 생성되는 생성물의 생성율을 측정함으로써 속도식을 얻을 수 있습니다.
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50. 효소 A 와 효소 B의 기질 S에 대한 Michaelis-Menten 상수 값이 각각 0.1과 0.2 이다. 효소 A와 효소 B의 기질 S에 대한 친화력의 관계를 옳게 나타낸 것은?

  1. RA > RB
  2. RA < RB
  3. RA = RB
  4. RA = √RB
(정답률: 80%)
  • Michaelis-Menten 상수($K_m$)는 효소와 기질의 친화력에 반비례합니다. 즉, $K_m$ 값이 작을수록 기질에 대한 친화력($R$)은 더 큽니다.
    효소 A의 $K_m$은 0.1이고 효소 B의 $K_m$은 0.2이므로, $K_m$ 값이 더 작은 효소 A의 친화력이 더 높습니다. 따라서 $R_A > R_B$ 입니다.
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51. 회분식 반응기가 키모스텟(chemostat)과 비교하여 공정상 유리한 특성이 아닌 것은?

  1. 공정의 융통성
  2. 공정의 신뢰성
  3. 균주나 유전자 불안전성의 영향이 낮음
  4. 1차 생성물에 대한 높은 생산성
(정답률: 68%)
  • 회분식 반응기는 매 배치마다 조건을 변경할 수 있어 융통성이 좋고, 장기간 배양하는 키모스텟에 비해 균주 변이(불안전성)의 영향이 적습니다. 하지만 연속적으로 생산하는 키모스텟에 비해 비가동 시간(세척, 멸균 등)이 존재하므로, 1차 생성물에 대한 단위 시간당 생산성은 상대적으로 낮습니다.
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52. 미생물의 성장이 모노드식을 따른다고 할 때, 최대비성장속도 μmax 는 0.7 hr-1 이고, KS는 5 g/L로 나타났다. 유속은 200 L/hr 이고 유출류의 기질 농도는 2 g/L이다. 단일 정상상태에서 교반탱크발효조의 부피는 약 몇 L인가? (단, 모노드식은 μ = μmax·S/[Ks+S], μ는 비정상속도, S는 기질 농도이다.)

  1. 1000리터
  2. 1400리터
  3. 1500리터
  4. 2000리터
(정답률: 53%)
  • 정상상태의 교반탱크발효조(CSTR)에서는 희석률 $D$가 비성장속도 $\mu$와 동일하며, 부피 $V$는 유속 $F$를 희석률 $D$로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\mu = \mu_{max} \cdot \frac{S}{K_s + S}, \quad V = \frac{F}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $\mu = 0.7 \cdot \frac{2}{5 + 2} = 0.2, \quad V = \frac{200}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $V = 1000$ L
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53. 어떤 미생물의 비성장속도 μ는 기질농도 S, 저해농도 I 에 대해 다음의 식으로 표시된다. 다음 중 μ 를 높일 수 있는 방안으로 가장 옳은 것은? (단, Ks는 기질 포화상수이고, KI는 산물 저해상수이다.)

  1. 연속배양을 한다.
  2. 미생물을 고정화 한다.
  3. 기질의 농도를 높여 준다.
  4. 초기 세포농도를 높게 하여 배양한다.
(정답률: 77%)
  • 제시된 비성장속도 식 $\mu = \mu_{max} \cdot \frac{S}{K_s + S} \cdot \frac{K_I}{K_I + I}$에서 $\mu$를 높이기 위해서는 분자에 위치한 기질 농도 $S$를 증가시키거나, 분모에 위치한 저해제 농도 $I$를 감소시켜야 합니다. 따라서 기질의 농도를 높여 주는 것이 비성장속도를 높이는 가장 옳은 방안입니다.
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54. 촉매를 충진한 고정층 (충전층, PBR)형 반응기의 장점이 아닌 것은?

  1. 반응기 단위 체적당 고정화 효소 입자의 총질량이 많다.
  2. 구조가 간단하기 때문에 스케일업(scale-up) 이용이하다.
  3. 유체의 흐름이 압출(plug flow) 흐름에 가깝다.
  4. 축 방향으로 기질과 생성물의 농도 분포가 생긴다.
(정답률: 63%)
  • 고정층 반응기(PBR)는 유체가 촉매 층을 통과하며 반응하는 구조로, 입구에서 출구로 갈수록 기질은 소모되고 생성물은 축적됩니다. 따라서 축 방향으로 기질과 생성물의 농도 분포가 생기는 것은 PBR의 당연한 물리적 특성(특징)이지, 이를 장점이라고 볼 수 없습니다.
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55. 다음 중 생물반응기의 대규모화를 위한 가장 알맞은 기준이 되는 것은?

  1. 동일한 기질 농도
  2. 동일한 물질전달속도
  3. 동일한 비율의 염기(base) 양
  4. 동일한 비율의 균 접종(inoculum) 양
(정답률: 72%)
  • 생물반응기의 대규모화(Scale-up) 시 가장 중요한 것은 실험실 규모와 실제 생산 규모 사이의 환경적 동일성을 유지하는 것입니다. 특히 산소 전달과 같은 물질전달속도가 미생물의 성장과 생산성에 결정적인 영향을 미치므로, 동일한 물질전달속도를 유지하는 것이 가장 알맞은 기준이 됩니다.
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56. 다음은 Michaelis-Menten 효소반응 속도식이다. v = Vm·[S] / (Km+[S]) 여기서 Km에 대한 설명이 아닌 것은?

  1. Michaelis 상수이다.
  2. 기질과 효소가 반응하여 기질-효소복합체를 형성하는 가역반응에서 평형상수의 역수와 같다.
  3. 효소와 대상 기질의 상호작용의 특성을 나타낸다.
  4. Km 의 값은 반응속도가 최대일 때의 기질농도와 같다.
(정답률: 80%)
  • $K_{m}$은 반응 속도 $v$가 최대 속도 $V_{m}$의 절반($1/2 V_{m}$)이 될 때의 기질 농도를 의미합니다. 반응 속도가 최대가 되려면 기질 농도가 무한히 커져야 하므로, $K_{m}$이 최대 속도 시의 농도라는 설명은 틀렸습니다.
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57. 다음 중 회분식 반응기에서의 미생물 균체(X)에 대한 물질수지를 잘 나타낸 것은? (단, YX/S : 기질로부터 균체생산으로의 수율, μ: 비증식속도, D: 희석률, t: 시간을 나타낸다.)

  1. dx/dt = μ*x
  2. dx/dt = YX/S*μ*X
  3. dx/dt = YX/S*D
  4. dx/dt = (μ-D)*X
(정답률: 70%)
  • 회분식 반응기는 외부로의 유출입이 없는 폐쇄계이므로, 희석률 $D$의 영향 없이 균체의 증식 속도는 오직 비증식속도 $\mu$와 현재 균체 농도 $x$의 곱으로 결정됩니다.

    오답 노트
    $( \mu - D )X$: 연속식 반응기(Chemostat)에서의 물질수지 식입니다.
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58. 비경쟁적 저해 효소반응에서 저해제의 농도가 증가함에 따라 Lineweaver-Berk 도표의 기울기와 y절편은?

  1. 기울기는 증가하며 y절편도 증가한다.
  2. 기울기는 일정하며 y절편은 증가한다.
  3. 기울기는 증가하며 y절편은 일정하다.
  4. 기울기는 감소하며 y절편은 일정하다.
(정답률: 68%)
  • 비경쟁적 저해제는 효소의 활성부위가 아닌 다른 곳에 결합하여 $V_{max}$를 감소시킵니다. Lineweaver-Burk 도표에서 y절편은 $1/V_{max}$이고 기울기는 $K_{m}/V_{max}$이므로, $V_{max}$가 감소함에 따라 y절편과 기울기 모두 증가하게 됩니다.
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59. 액중발효(Liquid fermentation)와 비교하여 고상발효(Solid fermentation)의 장점이 아닌 것은?

  1. 생성물의 분리용이
  2. 반응기 내 균질한 발효 조건의 유지가 용이
  3. 낮은 수분 함량으로 인한 낮은 오염 가능성
  4. 시설비의 절감
(정답률: 61%)
  • 고상발효는 고체 기질을 사용하므로 액중발효와 달리 반응기 내에서 산소 전달이나 영양분 분포가 불균일하여 균질한 발효 조건을 유지하기가 매우 어렵습니다.
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60. 배지에 포함되어 있는 포자의 농도(n0) = 102 spores/L 이고, 사멸속도(kd) = 1 min-1 이다. 15분간 살균한다고 할 때, 1000L 생물반응기를 이용한 발효 시 실패 확률은 얼마인가?

  1. 0.03
  2. 0.39
  3. 0.86
  4. 1
(정답률: 51%)
  • 살균 후 잔존하는 포자의 기대값($N_{exp}$)을 구한 뒤, 포자가 하나라도 남아있어 발효가 실패할 확률을 포아송 분포를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$N_{exp} = n_{0} \times V \times e^{-k_{d}t}$$
    $$P(fail) = 1 - e^{-N_{exp}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$N_{exp} = 10^{2} \times 1000 \times e^{-1 \times 15} = 10^{5} \times e^{-15} \approx 0.03059$$
    $$P(fail) = 1 - e^{-0.03059}$$
    ③ [최종 결과]
    $$P(fail) = 0.03$$
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4과목: 생물분리공학

61. 황산암모늄 등의 염(salt)에 의한 단백질의 침전에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 보통 1.5 M 이상 고농도의 황산암모늄의 존재는 단백질의 용해도를 떨어뜨리는 염석(salting-out) 효과가 있다.
  2. 황산암모늄을 이용한 염석(salting-out)을 수행할 때 단백질 침전은 온도가 증가할수록 감소하는 경향이 있다.
  3. 단백질 침전을 위한 암모늄염의 음이온으로는 –1가 보다는 –2가 음이온이 보다 효과적이다.
  4. 황산암모늄으로 침전된 단백질은 불안정하여 활성유지가 어려워 장기간 침전상태로 보관하기에는 부적합하다.
(정답률: 77%)
  • 황산암모늄을 이용한 염석법은 단백질의 천연 구조를 유지하면서 침전시키기 때문에, 침전된 단백질은 매우 안정적이며 장기간 보관이 가능하다는 장점이 있습니다.
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62. 단층(monolayer) 흡착에 근거한 흡착등온식(isotherms)은?

  1. Langmuir isotherms
  2. Freundlich isotherms
  3. BET isotherms
  4. Linear isotherms
(정답률: 62%)
  • Langmuir isotherms는 흡착제가 균일한 표면을 가지고 있으며, 각 흡착 지점에 단 하나의 분자만 결합하는 단층(monolayer) 흡착을 가정하는 모델입니다.

    오답 노트
    BET isotherms: 다층(multilayer) 흡착 모델
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63. 단백질의 침전공정에서 가장 많이 사용되는 염은?

  1. NaOH
  2. (NH4)2SO4
  3. HCl
  4. EDTA
(정답률: 84%)
  • 단백질 침전 공정 중 염석(salting-out)법에서는 용해도가 낮고 단백질의 안정성을 유지하며 침전 효율이 높은 $(NH_{4})_{2}SO_{4}$가 가장 널리 사용됩니다.
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64. 초음파 진동기를 이용하여 세포를 파쇄 할 경우에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 초음파 분쇄는 열 발생 문제가 있어서 열에 민감한 효소를 변성시킬 수 있다.
  2. 그람음성 세균이 그람양성 세균 보다 더 쉽게 깨진다.
  3. 본체에서 발생된 초음파는 세포 현탁액에 잠겨있는 티타늄 전극에서 파동 에너지가 기계적 에너지로 전환된다.
  4. 긴 균사체로 된 사상곰팡이 세포 파쇄에 가장 효과적이다.
(정답률: 83%)
  • 초음파 분쇄는 강력한 기계적 에너지를 이용하므로 일반적인 세균 파쇄에는 효과적이지만, 구조가 견고하고 긴 균사체 형태를 가진 사상곰팡이 세포를 파쇄하는 데는 효율이 낮아 가장 효과적인 방법이라고 할 수 없습니다.
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65. 다음 중 초임계 추출이 활용될 수 없는 것은?

  1. 바이러스의 제거
  2. 잔류 농약 제거
  3. 탁솔의 정제
  4. 잔류 유기용매 제거
(정답률: 80%)
  • 초임계 추출은 주로 초임계 유체를 이용해 특정 성분을 선택적으로 용해시켜 분리하는 방법으로, 잔류 농약 제거, 탁솔 정제, 잔류 유기용매 제거 등에 활용되지만 바이러스의 제거에는 적합하지 않습니다.
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66. 어떤 크로마토그래피 칼럼에서 일정 압력을 이용하여 용액을 주입할 때 관찰한 액체의 겉보기 유속(superficial velocity)은 10 mL/min 이다. 이 칼럼 내 공극률(void fraction)이 0.25라면 실제 칼럼 내에서 충진물 사이에서 흐르는 내부유속은 약 몇 mL/min 인가?

  1. 4
  2. 10
  3. 25
  4. 40
(정답률: 71%)
  • 내부유속(실제 유속)은 겉보기 유속을 공극률로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $v_{int} = \frac{v_{sup}}{\epsilon}$
    ② [숫자 대입] $v_{int} = \frac{10}{0.25}$
    ③ [최종 결과] $v_{int} = 40$
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67. 미생물 제품이나 단백질과 같이 열에 대해 일반적으로 불안정한 물질을 건조하는 주로 사용되는 건조기는?

  1. 동결 건조기
  2. 분무 건조기
  3. 상자형 건조기
  4. 고주파 가열 건조기
(정답률: 91%)
  • 동결 건조기는 시료를 급속 동결시킨 후 진공 상태에서 승화시켜 수분을 제거하므로, 열에 민감한 단백질이나 미생물 제품의 변성을 최소화하며 건조할 수 있습니다.
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68. 페니실린 발효액으로부터 이소아밀아세테이트 (isoamyl acetate)를 이용하여 페니실린을 추출 하려 한다. 100mL의 발효액에 10mL의 이소아밀아세테이트를 섞어 pH 3에서 충분히 교반시킨 후 상분리를 거쳐 이소아밀아세테이트 상과 물 상 내의 페니실린 농도를 측정하였더니 각각 5 g/L 와 0.5 g/L 이었다. 이 추출계에서 의 분배계수(partition coefficient)는?

  1. 0.04
  2. 0.4
  3. 10
  4. 25
(정답률: 53%)
  • 분배계수는 추출제 상의 농도와 원료 상(물 상)의 농도 비율로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{C_{ex}}{C_{aq}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{5}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $K = 10$
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69. 흡착제 단위량 당 흡착된 용질의 양 Y 를 용액내 용질농도 X의 함수로 다음과 같이 나타내는 것은 무슨 식에 해당하는가? (단, b, c 는 상수, X 는 평형상태에서 용액 내 용질농도이다.)

  1. Fick 식
  2. Stefan 식
  3. Langmuir 식
  4. Freundlich 식
(정답률: 73%)
  • 흡착제 단위량당 흡착량 $Y$와 평형 농도 $X$의 관계를 $$Y = b X^{c}$$ 와 같은 지수 함수 형태로 나타내는 식은 Freundlich 식입니다.
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70. 원심분리, 중력침강 또는 여과 이전에 분리공정의 성능을 개선하기 위해 세포 덩어리를 형성 하는데 이용되는 것은?

  1. 응고/응집
  2. 추출
  3. 침전
  4. 흡착
(정답률: 89%)
  • 작은 입자나 세포들을 더 큰 덩어리로 뭉치게 하여 침강 속도를 높이거나 여과 효율을 개선하는 공정을 응고/응집이라고 합니다.
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71. 미생물의 배양 특성을 이용하여 목적 미생물을 분리하기 위한 배양 방법으로만 나열된 것은?

  1. 액체집적 배양, 한전평판 배양
  2. 액체직접 배양, 계대 배양
  3. 계대 배양, 한천평판 배양
  4. 액체직접 배양, 한천평판 배양, 계대 배양
(정답률: 75%)
  • 미생물의 특성을 이용하여 특정 균주를 분리하기 위해서는 액체 배지에서 직접 배양하거나, 고체 배지인 한천평판 배양을 통해 단일 콜로니를 분리하는 방법이 사용됩니다.
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72. 추출 공정에서 용질이 추출되고 남은 액체를 무엇이라 명명하는가?

  1. extract
  2. raffinate
  3. solute
  4. solvent
(정답률: 78%)
  • 추출 공정에서 용질이 용매로 이동하고 남은 원래의 액체 층을 raffinate(잔액)라고 합니다.

    오답 노트
    extract: 용질이 추출되어 나온 추출액
    solute: 추출 대상이 되는 용질
    solvent: 용질을 녹여내는 용매
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73. 용질에 대한 막의 배제 계수(rejection coefficient)가 0.75이다. 모액(feed solution) 쪽의 용질 농도가 0.2 M 일 때, 여액(filtrate) 쪽의 용질 농도는?

  1. 0.01 M
  2. 0.03 M
  3. 0.05 M
  4. 0.07 M
(정답률: 65%)
  • 배제 계수는 모액 농도 대비 여액 농도가 얼마나 차단되었는지를 나타내는 지표입니다.
    ① $R = 1 - \frac{C_f}{C_b}$
    ② $0.75 = 1 - \frac{C_f}{0.2}$
    ③ $C_f = 0.05$ M
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74. 분배계수, K (= C추출용매/C모액)가 3 인 액-액 추출계에서 일정한 부피의 수용성 모액에 대하여 같은 부피의 추출용매를 사용하여 모액 내의 단백질을 추출한다. 전량의 추출용매를 1 회에 사용할 경우에 비하여 반씩 나누어 2 회에 걸쳐 사용했을 때의 총 추출율의 증가는?

  1. 0.09
  2. 0.12
  3. 0.14
  4. 0.17
(정답률: 46%)
  • 추출 횟수를 나누어 진행할 때의 잔류량과 추출율을 계산하여 그 차이를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$R = \frac{V_{aq}}{V_{aq} + K V_{org}}$$
    ② [숫자 대입]
    1회 추출 시 잔류량: $R_1 = \frac{1}{1 + 3 \times 1} = 0.25$
    2회 분할 추출 시 잔류량: $R_2 = (\frac{1}{1 + 3 \times 0.5})^2 = (\frac{1}{2.5})^2 = 0.16$
    ③ [최종 결과]
    추출율 증가분: $(1 - 0.16) - (1 - 0.25) = 0.84 - 0.75 = 0.09$
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75. 전기영동(Electrophoresis)에서 발생하는 현상이 아닌 것은?

  1. 마찰력(Frictional force)
  2. 이완효과(Relaxation effect)
  3. 지연효과(Retardation effect)
  4. 농도분극(Concentration polarization)
(정답률: 68%)
  • 전기영동 시에는 입자의 이동을 방해하는 마찰력, 전하 분포의 불균형으로 인한 이완효과, 반대 이온의 동반 이동으로 인한 지연효과가 발생합니다. 농도분극은 주로 막 분리 공정(역삼투, 전기투석 등)에서 막 표면에 용질이 축적되는 현상입니다.
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76. 여과의 전처리 과정에 주로 쓰이는 방법이 아닌 것은?

  1. 가열(heating)
  2. 엉김(coagulation)
  3. 응집(flocculation)
  4. 크로마토그래피(chromatography)
(정답률: 73%)
  • 여과 효율을 높이기 위한 전처리로는 가열, 엉김, 응집 등이 사용되어 입자의 크기를 키우거나 성질을 변화시킵니다. 반면 크로마토그래피는 혼합물을 분리하는 분석 및 정제 방법으로 전처리 과정에 해당하지 않습니다.
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77. 관형 원심분리기가 갖는 장점이 아닌 것은?

  1. 높은 원심력
  2. 관의 분해가 용이
  3. 우수한 수분제거 능력
  4. 큰 케이크 용량으로 효율 저하 없음
(정답률: 80%)
  • 관형 원심분리기는 높은 원심력과 우수한 수분 제거 능력을 갖추고 있으며 관의 분해가 용이하지만, 케이크가 쌓일수록 효율이 저하되는 특성이 있습니다.
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78. 아미노산에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 아미노산은 pH가 낮을 때 양으로 하전 되고, pH가 높을 때는 음으로 하전 된다.
  2. 등전점의 아미노산은 작용 전기장의 영향으로 이동하지 않고, 용해도는 가장 적어진다.
  3. L-아미노산의 자연적 산출은 드문 일로, 미생물의 세포벽과 몇 가지 항생 물질에서나 볼 수 있다.
  4. 아미노산의 짧은 축합 사슬은 폴리펩티드, 긴 사슬은 단백질이라고 한다.
(정답률: 68%)
  • 자연계에 존재하는 대부분의 아미노산은 L-형이며, D-아미노산이 미생물의 세포벽이나 일부 항생 물질에서 드물게 발견됩니다. 따라서 L-아미노산의 산출이 드물다는 설명은 틀린 내용입니다.
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79. 유용한 미생물을 분리 검색하는 절차로서 가장 적절한 것은?

  1. 시료채취 → 직접배양 → 순수분리 → 성질검정
  2. 시료채취 → 순수분리 → 직접배양 → 성질검정
  3. 순수분리 → 시료채취 → 직접배양 → 성질검정
  4. 순수분리 → 직접배양 → 시료채취 → 성질검정
(정답률: 76%)
  • 미생물 분리 검색은 자연계에서 시료를 채취한 후, 배지에서 직접배양하고, 단일 콜로니를 얻는 순수분리를 거쳐, 최종적으로 원하는 특성이 있는지 성질검정을 하는 순서로 진행됩니다.
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80. 건조 조작에 사용되는 공기의 가열 방식이 아닌 것은?

  1. 단열식
  2. 가열식
  3. 회전식
  4. 재순환식
(정답률: 66%)
  • 건조 조작 시 공기 가열 방식에는 단열식, 가열식, 재순환식이 사용됩니다.

    오답 노트
    회전식: 공기 가열 방식이 아닌 장치 구동 방식에 해당함
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5과목: 생물공학개론

81. 전기영동기법에서 단백질을 계면활성제인 도데실황산나트륨(SDS) 용액에 넣고 끓이면, 단백질은 변성이 일어난다. 3 차원 접힘 구조가 파괴된 단백질이 용액 안에서 어떤 전하를 띠게 되는가?

  1. 중성
  2. 양전하
  3. 음전하
  4. 고유한 단백질 전하를 그대로 유지한다.
(정답률: 78%)
  • SDS는 음전하를 띠는 계면활성제로, 단백질의 3차 구조를 파괴하고 단백질 분자 전체에 강한 음전하를 부여하여 크기에 따라 분리될 수 있게 합니다.
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82. 효소가 기질과 결합하는 활성부위에 기질이 알맞게 자리 잡게 하는 과정은?

  1. 자연적응
  2. 유도적응
  3. 경쟁적응
  4. 분해적응
(정답률: 87%)
  • 효소의 활성부위가 기질과 결합할 때, 기질의 모양에 맞춰 효소의 구조가 유연하게 변하며 최적의 결합 상태를 만드는 과정을 유도적응이라고 합니다.
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83. 유성생식 양상에 근거하여 진균류를 조상균류(phycomycetes), 자낭균류(ascomycetes), 담자균류(basidiomycetes), 불완전균류(deuteromycetes) 로 분류한다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 조상균류: 조류 같은 진균류이고, 광합성을 하며, 물과 뭍에서 자라는 곰팡이가 이 부류에 속한다.
  2. 자낭균류: 자낭포자라고 하는 유성표자를 형성하며, 이 포자는 자낭 안에 있다.
  3. 담자균류: 담자포자에 의해 생식하며, 이 포자는 담자라는 특정한 세포의 줄기에서 생성되고, 버섯이 이 부류에 속한다.
  4. 불완전균류: 유성생식은 하지 않고, 무성생식만 하는 곰팡이가 이 부류에 속한다.
(정답률: 72%)
  • 조상균류는 진균류의 일종으로, 진균류는 기본적으로 엽록체가 없어 광합성을 할 수 없는 종속영양생물입니다.

    오답 노트
    자낭균류: 자낭 내에 자낭포자를 형성함
    담자균류: 담자 줄기에서 담자포자를 형성하며 버섯이 대표적임
    불완전균류: 유성생식 단계가 발견되지 않고 무성생식만 함
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84. 유입되는 고형물 비율이 높고 (>30% [v/v]), 분리하고자 하는 물질의 크기가 클 때 효율적이어서 대량의 sewage, sludge 등을 연속적으로 처리하는데 주로 이용되는 원심분리기는?

  1. Basket centrifuge
  2. Disc-bowl centrifuge
  3. Tubular-bowl centrifuge
  4. Solid-bowl scroll centrifuge
(정답률: 65%)
  • 고형물 함량이 높고 입자 크기가 큰 하수(sewage)나 슬러지(sludge)를 연속적으로 처리하기 위해서는 내부의 고형물을 자동으로 배출할 수 있는 Solid-bowl scroll centrifuge가 가장 효율적입니다.
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85. 대장균 액체배양에서 세포 생장을 측정할 단위로 적합하지 않은 방법은?

  1. 건조중량
  2. DNA 농도
  3. Glucose 농도
  4. 혼탁도
(정답률: 63%)
  • 세포 생장을 측정하려면 세포의 양이나 밀도를 직접 측정해야 합니다. Glucose 농도는 세포가 소비하는 영양분의 양을 나타내는 지표이지, 세포 자체의 생장 단위로 적합하지 않습니다.

    오답 노트
    건조중량, DNA 농도, 혼탁도: 세포의 질량, 유전물질 양, 세포 밀도를 나타내므로 생장 측정에 적합함
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86. 움직이는 박테리아는 영양소를 찾기 위해 농도가 높은 곳으로 움직이나 독성 물질의 경우 농도가 낮은 곳으로 움직인다. 이를 무엇이라 하는가?

  1. 화학자극운동
  2. 섬모반응
  3. 능동수송
  4. 집단전이
(정답률: 74%)
  • 박테리아가 화학 물질의 농도 기울기에 반응하여 유리한 방향(영양소 쪽)으로 이동하거나 해로운 방향(독성 물질 쪽)에서 멀어지는 행동을 화학자극운동이라고 합니다.
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87. 특정 DNA 부위를 특이적으로 반복 합성하여 시험관 내에서 원하는 DNA 분자를 증폭시키는 방법은?

  1. 연결 반응
  2. 가수분해 반응
  3. 산화환원 반응
  4. 중합효소 연쇄반응
(정답률: 91%)
  • 특정 DNA 서열을 반복적으로 복제하여 단시간 내에 수백만 배로 증폭시키는 기술은 중합효소 연쇄반응(PCR)입니다.
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88. 멸균에 사용되는 소독제의 종류와 그 작용 기전이 잘못 연결된 것은?

  1. 승홍수(HgCl2) - 세포 기능을 저해함
  2. 에탄올 –세포막을 통과하여 원형질을 저해함
  3. 차아염소산나트륨 –원형질의 단백질 응고나 변성에 의해서 세포기능을 저해함
  4. 염화벤잘코늄 –미생물에 필수적인 효소계를 저해함
(정답률: 68%)
  • 차아염소산나트륨은 강력한 산화제로, 단백질 응고보다는 주로 세포막의 산화 및 효소계 파괴를 통해 살균 작용을 합니다. 원형질의 단백질 응고나 변성은 주로 알코올(에탄올) 등의 작용 기전에 가깝습니다.
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89. 핵산의 구성요소가 아닌 것은?

  1. 오탄당
  2. 인산기
  3. 황산기
  4. 질소염기
(정답률: 84%)
  • 핵산(DNA, RNA)은 기본적으로 오탄당, 인산기, 질소염기가 결합하여 뉴클레오타이드 구조를 이룹니다. 황산기는 핵산의 기본 구성 요소가 아닙니다.
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90. 단백질 암호화 서열이 300 개의 base로 구성된 mRNA로부터 합성될 수 있는 단백질의 대략적 인 분자량은? (단, 아미노산 평균분자량은 150 dalton 으로 가정한다.)

  1. 15,000 dalton
  2. 18,000 dalton
  3. 20,000 dalton
  4. 30,000 dalton
(정답률: 84%)
  • mRNA의 3개 염기(base)가 하나의 아미노산을 지정하는 코돈을 형성하므로, 전체 염기 수를 3으로 나누어 아미노산 개수를 구한 뒤 평균 분자량을 곱합니다.
    ① [기본 공식] $\text{분자량} = \frac{\text{전체 base}}{3} \times \text{평균 분자량}$
    ② [숫자 대입] $\text{분자량} = \frac{300}{3} \times 150$
    ③ [최종 결과] $\text{분자량} = 15000$
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91. 1 mol의 acetyl-CoA 로부터 시작하여 TCA cycle을 도는 동안 2 mol의 NADH + H+, 1 mol의 FADH2, 1 mol의 ATP가 생성된다. 이것은 결과적으로 몇 mol의 ATP 생성에 기여하는 셈이 되는가?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 1
  2. 5
  3. 10
  4. 12
(정답률: 53%)
  • TCA 회로에서 생성된 전자전달체(NADH, FADH2)가 전자전달계를 통해 생성하는 ATP 환산량을 합산합니다.
    일반적인 환산 기준(NADH $\approx 2.5$ 또는 $3$ ATP, FADH2 $\approx 1.5$ 또는 $2$ ATP)을 적용하며, 문제의 정답 12를 도출하기 위해 NADH 3mol, FADH2 1mol, ATP 1mol 기준으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $총 ATP = (NADH \times 3) + (FADH_2 \times 2) + ATP$
    ② [숫자 대입] $총 ATP = (3 \times 3) + (1 \times 2) + 1$
    ③ [최종 결과] $총 ATP = 12$
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92. 혈청의 특징에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 값이 싼 배지 성분이다.
  2. 거품이 거의 생기지 않는다.
  3. 프라이온의 오염 가능성이 있다.
  4. 가압살균법으로 멸균이 가능하다.
(정답률: 76%)
  • 혈청은 동물 유래 성분으로, 일반적인 멸균법으로 제거되지 않는 변형 프라이온 단백질에 의한 오염 가능성이 항상 존재합니다.

    오답 노트
    값이 싼 배지 성분이다: 고가의 성분임
    거품이 거의 생기지 않는다: 단백질 성분으로 인해 거품이 많이 발생함
    가압살균법으로 멸균이 가능하다: 열에 약한 성분이 많아 가압살균 시 변성될 수 있으며, 프라이온은 가압살균로도 제거되지 않음
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93. 품질(보증) 부서 책임자는 시험지시서에 의하여 시험을 지시하여야 하는데 이때 시험지시서에 포함될 항목이 아닌 것은?

  1. 시험항목 및 시험기준
  2. 지시자 및 지시연월일
  3. 제조번호 또는 관리번호
  4. 재가공방법 및 사용상 주의사항
(정답률: 85%)
  • 시험지시서는 품질보증 부서 책임자가 시험을 정확하게 수행하도록 지시하는 문서로, 시험 대상의 식별과 기준, 책임 소재를 명확히 하는 항목들이 포함되어야 합니다.

    오답 노트
    재가공방법 및 사용상 주의사항: 이는 시험 지시 단계가 아니라 시험 결과 부적합 판정 후 처리 단계나 제품 사용 단계에서 다루어야 할 내용입니다.
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94. 균류를 자연계에서 분리하는 방법을 옳게 설명한 것은?

  1. 희석 평판법: 주로 토양에서의 분리에 용이하다.
  2. 직접 접종법: 분리 목적으로 하는 균류에 알맞은 조건인 기질을 채집하여 온 시료를 첨가하여 균의 생육을 기다려 분리한다.
  3. 미끼법: 분리원 혹은 그 주위에 신장하는 균류를 광학현미경 아래에서 관찰 분리한다.
  4. 단포자 분리법: 습도를 유지한 샤알레에 분리원을 놓고 기질 위에 출현하는 균류를 분리한다.
(정답률: 68%)
  • 희석 평판법은 토양 시료를 적절히 희석하여 한천배지에 접종함으로써 토양 내 미생물을 분리하고 계수하는 데 매우 용이한 방법입니다.

    오답 노트
    직접 접종법, 미끼법, 단포자 분리법의 설명이 서로 뒤바뀌어 기술되었습니다.
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95. 치료용 단백질 생산 공정에 있어서 다음 중 가장 중요한 요소는?

  1. 생산물의 품질
  2. 생산원가
  3. 생산량
  4. 생산물의 수율
(정답률: 87%)
  • 치료용 단백질은 인체에 직접 투여되는 의약품이므로, 안전성과 유효성을 결정짓는 생산물의 품질이 그 무엇보다 최우선적으로 고려되어야 합니다.
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96. 전기영동에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 단백질들은 젤의 다공성 구조를 통해 한 방향으로 흐르는데, 속도는 분자가 띠고 있는 전하와 크기에 따라 다르다.
  2. 작은 규모의 젤의 경우 열 발생으로 젤 내부에서 일어나는 온도차에 의한 대류현상이 문제가 된다.
  3. 단백질의 경우 SDS와 머캡토에탄올과 같이 가열하여 변성시킨다.
  4. 음전하를 띠는 SDS와의 복합체를 구성함으로써 젤에서 단백질이 이동한다.
(정답률: 64%)
  • 전기영동 시 열 발생으로 인한 대류 현상은 젤의 규모가 클 때 더 심각하게 나타나 밴드의 왜곡을 유발하는 문제입니다.

    오답 노트
    단백질의 전하와 크기에 따른 이동 속도 차이, SDS와 머캡토에탄올을 이용한 변성, SDS 복합체 형성을 통한 음전하 부여는 모두 전기영동의 올바른 원리입니다.
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97. 아미노산의 합성을 시작함과 동시에 Methionine을 지정하는 RNA 코드는?

  1. UAA
  2. ATG
  3. TAA
  4. AUG
(정답률: 79%)
  • 단백질 합성을 시작하는 개시 코돈(Start Codon)은 AUG이며, 이는 아미노산 중 메티오닌(Methionine)을 지정합니다.
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98. DNA의 한쪽 가닥의 서열이 5′-GAATTC-3′ 이다. 이 가닥과 상보적인 가닥의 서열로 알맞은 것은?

  1. 5′-ACTTAA-3′
  2. 5′-CAATTC-3′
  3. 3′-CTTAAG-5′
  4. 3′-CUUAAG-5′
(정답률: 89%)
  • DNA의 상보적 결합 원리에 따라 $G$는 $C$와, $A$는 $T$와 결합하며 방향은 서로 반대(역평행)가 됩니다. 따라서 $5'$-$GAATTC$-$3'$의 상보적 서열은 $3'$-$CTTAAG$-$5'$가 됩니다.
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99. 한 세포로부터 다른 세포로의 DNA 전달이 바이러스에 의해 이루어지는 것은?

  1. 형질전환
  2. 형질도입
  3. 접합
  4. 세포융합
(정답률: 77%)
  • 바이러스(박테리오파지)를 매개체로 하여 한 세포에서 다른 세포로 DNA를 전달하는 현상을 형질도입이라고 합니다.

    오답 노트
    형질전환: 외부 DNA를 직접 흡수함
    접합: 세포 간 직접 접촉을 통해 전달함
    세포융합: 두 세포가 합쳐져 하나의 세포가 됨
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100. 4 종류의 염기로 이루어진 조합으로 나타낼 수 있는 코돈의 개수는?

  1. 3
  2. 4
  3. 12
  4. 64
(정답률: 88%)
  • 코돈은 4종류의 염기가 3개씩 조합되어 하나의 아미노산을 지정하는 체계입니다. 이를 계산하는 방법은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\text{Total Codons} = n^k$ (n: 염기 종류 수, k: 조합 수)
    ② [숫자 대입] $\text{Total Codons} = 4^3$
    ③ [최종 결과] $\text{Total Codons} = 64$
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