바이오화학제품제조기사 필기 기출문제복원 (2019-04-27)

바이오화학제품제조기사 2019-04-27 필기 기출문제 해설

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바이오화학제품제조기사
(2019-04-27 기출문제)

목록

1과목: 미생물공학

1. 기본 분자구조와 그에 따른 유사한 효능에 따라 분류할 때, 현재 사용되고 있는 항생물질 그룹이 아닌 것은?

  1. Macrolide계
  2. β-lactam계
  3. tetracycline계
  4. lipopolysaccharide계
(정답률: 90%)
  • lipopolysaccharide계는 항생물질이 아니라 그람 음성균의 세포벽 외막에 존재하는 항원 물질(내독소)입니다.

    오답 노트
    Macrolide계, $\beta$-lactam계, tetracycline계: 모두 분자 구조와 효능에 따라 분류되는 대표적인 항생제 그룹
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2. 젖산발효에 관여하지 않는 균주는?

  1. Lactobacillus 속
  2. Leuconostoc 속
  3. Pseudomonas 속
  4. Streptococcus 속
(정답률: 80%)
  • Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus 속은 모두 탄수화물을 발효하여 유산을 생성하는 대표적인 유산균입니다.

    오답 노트
    Pseudomonas 속: 유산 발효가 아닌 식품 부패를 일으키는 부패미생물입니다.
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3. Escherichia coli와 Saccharomyces cerevisiae에서 모두 유지되는 shuttle vector를 만들고자 할 때, 이 shuttle vector가 두 미생물 내에서 유지되기 위해 반드시 포함되어야 하는 두 가지 유전자의 예로 옳은 것은?

  1. E. coli의 bla 와 S. cerevisiae의 URA3
  2. E. coli의 replication origin 과 S. cerevisiae의 replication origin
  3. E. coli의 Tetl 과 S. cerevisiae의 LEU2
  4. E. coli의 bla 와 S. cerevisiae의 EU2
(정답률: 91%)
  • 셔틀 벡터(shuttle vector)가 서로 다른 두 미생물 내에서 안정적으로 유지되고 복제되기 위해서는 각 미생물의 복제 시스템이 인식할 수 있는 복제 기점이 반드시 필요합니다.
    따라서 E. coli의 replication origin과 S. cerevisiae의 replication origin이 모두 포함되어야 합니다.

    오답 노트
    bla, URA3, TetI, LEU2: 복제 기점이 아닌 선택 표지(selectable marker)로, 유지보다는 선별을 위한 유전자입니다.
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4. 생물전환반응(bioconversion)에 의한 아미노산 생산 기술의 특성이 아닌 것은?

  1. 에너지 절약형임
  2. 반응 특이성이 높음
  3. 입체 특이성이 낮음
  4. 상온, 상압에서 반응함
(정답률: 81%)
  • 생물전환반응은 효소나 미생물을 이용하므로 반응 특이성이 매우 높을 뿐만 아니라, 특정 광학 이성질체만을 선택적으로 생성하는 입체 특이성이 매우 높은 것이 핵심 특징입니다.
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5. 발효식품과 해당 발효에 관여하는 미생물의 연결이 옳지 않은 것은?

  1. Cheese – Aspergillus 속
  2. Yogurt – Streptococcus 속
  3. Wine – Saccharomyces 속
  4. Natto – Bacillus 속
(정답률: 89%)
  • 치즈 발효에는 주로 $Penicillium$ 속의 곰팡이가 관여합니다. $Aspergillus$ 속은 주로 구연산 생산이나 누룩 제조에 사용됩니다.

    오답 노트
    Yogurt: $Streptococcus$ 속(젖산발효균) 사용
    Wine: $Saccharomyces$ 속(효모) 사용
    Natto: $Bacillus$ 속 사용
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6. Biotin의 조절을 필요로 하는 아미노산의 발효는?

  1. Serine 발효
  2. Glutamic acid 발효
  3. Histidine 발효
  4. Aspartic acid 발효
(정답률: 78%)
  • Glutamic acid 발효 과정에서는 $\text{CO}_2$를 고정하여 $\alpha$-ketoglutarate를 생성하는 반응 등이 포함되며, 이때 $\text{CO}_2$ 전이효소(Carboxylase)의 필수 조효소로 Biotin이 작용하여 반응을 조절합니다.
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7. 미생물에 의해 생산되는 유기산과 생산균의 연결이 틀린 것은?

  1. Citric acid Candida lipolytica
  2. Kojic acid – Aspergillus oryzae
  3. Lactic acid – Lactobacillus delbrueckii
  4. Gluconic acid – Rhizopus oryzae
(정답률: 68%)
  • Gluconic acid는 주로 Acetobacter나 Aspergillus niger(누룩곰팡이)에 의해 생산됩니다.

    오답 노트
    Rhizopus oryzae: 주로 Lactic acid나 다른 유기산 생산과 관련이 있으며 Gluconic acid의 주 생산균이 아닙니다.
  • Oryae는 Lactic acid, Fumaric acid는 생산 가능하나 gluconic acid는 생성 불가.
    Gluconic acid는 Gluconobacter oxydans, Aspergillus niger 등에 의해 생성
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8. Steam injector를 사용한 증기살균법의 장점이 아닌 것은?

  1. 설비비가 싸다.
  2. 거품 발생이 거의 없다.
  3. 증기의 이용 효율이 높다.
  4. 고형물을 포함하는 배지의 살균에 유리하다.
(정답률: 73%)
  • Steam injector는 증기를 직접 배지에 분사하여 가열하는 방식으로, 급격한 기포 발생으로 인해 거품이 많이 생기는 단점이 있습니다.

    오답 노트
    설비비 저렴, 높은 증기 효율, 고형물 포함 배지 살균 유리: Steam injector의 주요 장점입니다.
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9. 페니실린에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 베타락탐계 항생제이다.
  2. 그람양성균의 세포벽 합성을 저해한다.
  3. 플레밍(A. Fleming)에 의해 발견된 세계 최초의 항생제이다.
  4. 주로 방선균으로부터 생산된다.
(정답률: 94%)
  • 페니실린은 푸른곰팡이에서 추출한 세계 최초의 항생제로, 펩티도글리칸 합성을 저해하여 그람양성균의 세포벽 형성을 방해하는 베타락탐계 항생제입니다.

    오답 노트
    주로 방선균으로부터 생산된다: 페니실린은 방선균이 아닌 푸른곰팡이에서 생산됩니다.
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10. 혈구계수기(Hemocytometer)를 이용하여 용액속의 세균수를 측정한 결과 현미경 시야에서 그림과 같은 결과를 관찰할 수 있었다. 용액 1 ml 속에는 몇 개의 세균(cells/ml)이 있는가? (단, 혈구계수기에는 1mm×1mm의 면적을 25개의 큰 정사각형으로 나누고, 하나의 큰 정사각형으로 나누었으며, 슬라이드와 덮개 유리 사이의 간격은 0.1mm이다.)

  1. 12×103
  2. 12×104
  3. 3×105
  4. 3×106
(정답률: 59%)
  • 혈구계수기의 전체 부피 내 세균 수를 구하기 위해, 관찰된 세균 수에 전체 구역 수를 곱한 뒤 단위 부피당 개수로 환산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{cells/ml} = \frac{\text{count} \times \text{squares}}{\text{area} \times \text{depth}} \times 1000$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{cells/ml} = \frac{12 \times 25}{1 \times 1 \times 0.1} \times 1000$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{cells/ml} = 3 \times 10^{6}$$
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11. Gluconobacter 를 이용하여 에탄올로부터 초산을 생산하고자 한다. 이 때 산화과정이 몇 번 일어나는가?

  1. 1번
  2. 2번
  3. 3번
  4. 4번
(정답률: 94%)
  • 에탄올이 초산(아세트산)으로 변하기 위해서는 두 단계의 산화 과정을 거쳐야 합니다. 먼저 에탄올이 산화되어 아세트알데하이드가 되고, 다시 한번 산화되어 최종적으로 초산이 됩니다.
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12. Tetracycline 발효를 fed-batch 방식으로 행하려 한다. 미강유 (rice bran oil) 는 발효 시작 후 30 시간부터 발효 종료시 까지 평균유속 0.3m3/h 의 속도로, 암모니아수는 발효 시작 후 20 시간부터 발효 종료시 까지 평균 유속 0.15m3/h 의 속도로 feed 한다. 배양액의 증발이 없다고 간주하고, 배양액이 발효조 부피의 80%가 될 때까지 발효할 수 있다면 배양시간은 얼마인가?

  1. 약 95시간
  2. 약 105 시간
  3. 약 113시간
  4. 약 125 시간
(정답률: 63%)
  • 최종 배양액 부피가 발효조 부피의 $80\%$가 되는 시점의 배양시간 $t$를 구하는 문제입니다. 초기 부피와 각 원료의 공급 시작 시간 및 유속을 고려하여 질량 수지를 세웁니다.
    ① [기본 공식]
    $$V_{final} = V_{initial} + V_{seed} + F_{oil}(t - t_{oil}) + F_{ammonia}(t - t_{ammonia})$$
    ② [숫자 대입]
    $$80 = 20 + 1 + 0.3(t - 30) + 0.15(t - 20)$$
    ③ [최종 결과]
    $$t = 113.3$$
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13. DNA 재조합에 사용되는 효소 중 두 개의 DNA조각을 연결하는데 사용되는 효소는?

  1. Polymerase
  2. Ligase
  3. Nuclease
  4. Topoisomerase
(정답률: 82%)
  • Ligase는 DNA 재조합 과정에서 절단된 두 개의 DNA 조각 사이의 인산디에스테르 결합을 형성하여 서로 연결하는 '풀'과 같은 역할을 하는 효소입니다.
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14. 우유처리 공정의 부산물인 whey에는 어떤당이 가장 많이 포함되어 있는가?

  1. 과당(fructose)
  2. 유당(lactose)
  3. 포도당(glucose)
  4. 전분(starch)
(정답률: 94%)
  • 우유의 주성분 당류는 유당(lactose)이며, 우유 처리 공정의 부산물인 whey(유청)에도 유당이 가장 많이 포함되어 있습니다.
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15. 미생물을 이용한 산업적 규모의 발효에서 질소원으로 쓰이는 것은?

  1. 당밀
  2. 전분
  3. Corn steep liquor
  4. Sulfite waste liquor
(정답률: 81%)
  • Corn steep liquor는 옥수수 침출액으로, 산업적 발효 공정에서 미생물의 성장에 필요한 질소원을 공급하는 대표적인 원료입니다.
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16. 효소와 그 생산 미생물의 연결이 틀린 것은?

  1. Invertase – Saccharomyces cerevisiae
  2. Cellulase – Trichoderma viride
  3. Lipase _ Cephaloporium acremonium
  4. Protease – Aspergillus oryzae
(정답률: 55%)
  • Cephaloporium acremonium은 항생제인 세팔로스포린(cephalosporin) 생산균.
    Lipase 생산균으로는 일반적으로 Candida rugosa, Rhizopus spp., Aspergillus spp. 등이 사용됨.
  • Lipase는 주로 Aspergillus, Candida, Rhizopus와 같은 미생물에서 생산됩니다. 따라서 Lipase와 의 연결은 틀린 조합입니다.

    오답 노트
    Invertase:
    Cellulase:
    Protease:
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17. 미생물의 동결 보존 시 보호제로서 사용하지 않는 것은?

  1. Sucrose
  2. 혈청
  3. 탈지유
  4. 지방산
(정답률: 69%)
  • 미생물 동결 보존 시에는 세포막의 손상을 방지하고 삼투압을 조절하기 위해 Sucrose와 같은 당류나 혈청, 탈지유 등의 보호제를 사용합니다. 반면 지방산은 세포막 구조를 파괴하거나 독성을 나타낼 수 있어 보호제로 사용하지 않습니다.
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18. 세균의 종균 접종량은 일반적으로 배양액량 대비 몇 % 범위인가?

  1. 0.01 ~ 0.1
  2. 0.1 ~ 10
  3. 20 ~ 30
  4. 30 ~ 50
(정답률: 86%)
  • 세균의 배양 시 최적의 성장 속도를 유지하고 오염을 방지하기 위해 일반적으로 배양액량 대비 $0.1 \sim 10\%$ 범위의 종균을 접종합니다.
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19. EMP(Embden-Meyerhof-Parnas) 대사경로를 가지고 있고 invertase를 분비하지만 amylase 분비 기능은 결핍된 미생물이 있다. 이 균주 배양 시 탄소원으로 사용될 수 없는 기질은?

  1. 자당(sucrose)
  2. 과당(fructose)
  3. 포도당(glucose)
  4. 가용성 전분(soluble starch)
(정답률: 84%)
  • EMP 경로는 포도당 및 유사 당질을 분해하는 경로이며, invertase는 자당을 포도당과 과당으로 분해하는 효소입니다. 따라서 포도당, 과당, 자당은 이용 가능하지만, 전분을 분해하는 amylase가 결핍되어 있으므로 가용성 전분은 탄소원으로 사용할 수 없습니다.
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20. 고정화 효소의 장점으로 틀린 것은?

  1. 효소의 장기간 사용
  2. 효소 성능의 획기적 증대
  3. 효소 활성의 안정성 유지
  4. 효소의 반복적 사용을 통한 경제성 제고
(정답률: 78%)
  • 고정화 효소는 효소를 지지체에 고정하여 반복 사용이 가능하게 하고 안정성을 높이는 기술입니다. 하지만 고정화 과정에서 효소의 입체 구조가 변하거나 기질과의 접촉이 방해받아 오히려 활성이 감소할 수 있으므로, 효소 성능의 획기적 증대는 장점으로 볼 수 없습니다.
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2과목: 배양공학

21. 아미노산 생산의 경우 발효 최종산물에 의해서 대사 경로상의 초기 효소의 활성이 저해를 받는 현상을 보이기도 한다. 이런 현상을 지칭하는 용어는?

  1. Catabolite repression
  2. Catabolite inhibition
  3. Feedback repression
  4. Feedback inhibition
(정답률: 90%)
  • 대사 경로의 최종 산물이 축적되어 경로 초기 단계의 효소 활성을 억제함으로써 과잉 생산을 막는 조절 기작을 Feedback inhibition(피드백 억제)이라고 합니다.

    오답 노트
    Feedback repression: 효소의 활성이 아닌 '합성(발현)' 자체를 억제하는 현상입니다.
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22. 미생물의 필수적인 영양소와 거리가 먼 것은?

  1. 인
  2. 탄소
  3. 질소
  4. 티타늄
(정답률: 95%)
  • 미생물의 생장을 위한 필수 영양소는 탄소(C), 질소(N), 인(P), 황(S) 등의 다량 원소와 금속 이온 등의 미량 원소입니다. 티타늄은 미생물의 일반적인 필수 영양소에 해당하지 않습니다.
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23. 산물생산속도는 아래와 같은 식으로 표현된다. 비산물생산속도(qp)와 비성장속도(specific growth rate)가 비례하는 경우는?

(단, p = 산물 농도, t = 시간, qp = 비산물생산속도, X = 세포농도)

  1. 산물의 생산이 세포 생장 정지기에 진행될 때
  2. 세포유지(cell maintenance) 에너지 수요가 많을 때
  3. 산물의 생산이 세포의 생장과 동시에 이루어질 때
  4. 산물이 세포가 완만하게 생장할 때나 정지기에 생산될 때
(정답률: 80%)
  • 산물 생산이 세포의 생장과 동시에 이루어지는 '생장 연계형(growth-associated)' 생산의 경우, 비산물생산속도 $q_{p}$는 비성장속도 $\mu$에 비례하는 관계를 가집니다.
    $$\frac{dp}{dt} = q_{p} \cdot X$$
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24. 세포 대사산물을 정량하여 간접적으로 세포 농도를 측정하는 방법에 관한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 세포 내의 대사산물의 함량이 변화가 없어야 한다.
  2. ATP의 함량은 일정하므로 간접법으로 이용할 수 있다.
  3. 단백질의 측정 시 배지에 단백질 함량이 있으면 그 값을 신뢰하지 못한다.
  4. RNA의 함량(RNA/세포무게)은 세포 내의 성장 과정 중 일정하므로 간접법으로 이용 가능하다.
(정답률: 83%)
  • 세포 내 RNA 함량은 성장 단계(지수 성장기, 정지기 등)에 따라 세포 무게 대비 비율이 크게 변하므로, 이를 일정하다고 가정하여 세포 농도를 측정하는 간접법으로 이용하기에는 부적절합니다.
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25. 효소의 3차 구조에 영향을 미침으로써 미생물 생장 속도에 영향을 주는 인자는?

  1. 포도당 농도
  2. 수소이온 농도
  3. 용존산소 농도
  4. 산화환원 전위
(정답률: 90%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있으며, 수소이온 농도(pH)의 변화는 단백질의 전기적 성질을 변화시켜 3차 구조의 변성을 일으킵니다. 이는 효소의 활성 부위 구조를 변화시켜 미생물의 생장 속도에 직접적인 영향을 줍니다.
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26. 제한 배지를 제조할 때 사용할 수 있는 배지 성분은?

  1. 당밀
  2. 펩톤
  3. 포도당
  4. 효모추출물
(정답률: 72%)
  • 제한 배지(defined medium)는 구성 성분의 화학적 조성과 양이 정확하게 알려진 배지를 말합니다. 포도당은 순수한 화학 물질로서 정확한 양을 조절하여 넣을 수 있으므로 제한 배지 성분으로 적합합니다.

    오답 노트
    당밀, 펩톤, 효모추출물: 성분이 복잡하고 일정하지 않은 복합 성분(complex ingredients)으로, 복합 배지 제조에 사용됩니다.
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27. 효모를 이용한 고가의 재조합 단백질을 생산할 때 세균(bacteria)에 의한 오염을 막기위해 사용할 수 있는 항생제로서 세포벽합성을 저해하는 것은?

  1. 니스타틴 (Nystatin)
  2. 페니실린 (Penicillin)
  3. 앰포테라이신 B (Amphotericin B)
  4. 싸이클로헥사마이드 (Cyclioheximide)
(정답률: 93%)
  • 페니실린(Penicillin)은 세균의 세포벽 성분인 펩티도글리칸 합성을 저해하여 세균을 사멸시키는 항생제입니다. 효모는 진핵세포로서 세포벽 성분이 펩티도글리칸이 아니므로 페니실린의 영향을 받지 않아, 효모 배양 시 세균 오염을 막는 용도로 사용할 수 있습니다.

    오답 노트
    니스타틴, 앰포테라이신 B: 진균(효모 등)의 세포막 성분인 에르고스테롤에 작용하는 항진균제입니다.
    싸이클로헥사마이드: 진핵세포의 단백질 합성을 저해하는 물질입니다.
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28. 식물세포의 배양특성이 아닌 것은?

  1. 세포가 덩어리화 되는 경향이 있다.
  2. 높은 장력(tensile strength)을 갖는다.
  3. 전단응력(Shear stress)에 민감하다.
  4. 세포의 배가시간(doubling time)이 수 시간에 달한다.
(정답률: 71%)
  • 4. 세포의 배가시간이 수 시간에 달한다.→ 틀림
    식물세포는 일반적으로 배가시간이 수 일에 달함.(2~5일 또는 그 이상)
    수 시간은 박테리아 수준이며, 식물세포에는 현저히 빠른 시간
  • 식물세포는 동물세포나 미생물에 비해 대사 속도가 매우 느려, 세포의 배가시간(doubling time)이 수 시간이 아니라 수 일(days) 정도의 긴 시간이 소요됩니다.

    오답 노트
    세포 덩어리화, 전단응력 민감성, 높은 장력: 식물세포가 가진 전형적인 배양 특성입니다.
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29. 곰팡이를 액체배양 할 때 균체량 정량법으로 가장 적당한 것은?

  1. 평판계수법
  2. 건조중량 측정법
  3. 광학밀도 측정법
  4. 헤모사이토미터(hemocytometer) 측정법
(정답률: 86%)
  • 곰팡이는 균사가 엉키는 특성이 있어 단일 세포로 분리하기 어렵기 때문에, 평판계수법이나 헤모사이토미터 같은 세포 수 측정법은 부적절합니다. 또한 균체 크기가 크고 불규칙하여 광학밀도 측정법으로 정확한 정량이 어렵습니다. 따라서 전체 균체를 수집하여 수분을 제거한 후 무게를 재는 건조중량 측정법이 가장 적당합니다.
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30. 효모(S. cerevisiae)를 재조합 단백질의 숙주세포로 사용할 때의 장점을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 효모는 병원성이 없으므로 대량생산 시비교적 안전하다.
  2. 효모는 에탄올을 생산하므로 재조합 단백질을 생산하는데 유리하다.
  3. 효모는 진핵생물이므로 진핵생물 유래의 외래단백질을 발현시키는데 유리하다.
  4. 발현된 단백질에 post-translational modification(PTM) 과정에서 당분자를 부착시키는 기능을 가지고 있다.
(정답률: 79%)
  • 효모는 진핵생물로서 PTM이 가능하고 안전하며 외래 단백질 발현에 유리하지만, 에탄올 생산은 오히려 목적 단백질의 수율을 떨어뜨리거나 정제 과정을 복잡하게 만들 수 있어 재조합 단백질 생산의 장점이 되지 않습니다.
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31. 재순환이 있는 키모스탯(chemostat)에서 공급액의 유량이 100 mL/h, 배양부피가 1000 mL일 때, 농축인자가 1.5이고 재순환비 가 0.6이라면 정상상태에 도달했을 때 세포의 비성장속도(h-1)는?

  1. 0.05
  2. 0.06
  3. 0.07
  4. 0.08
(정답률: 48%)
  • 재순환이 있는 키모스탯에서 비성장속도는 기본 희석속도에 재순환비와 농축인자를 고려한 보정 계수를 곱하여 산출합니다.
    ① [기본 공식]- 희석속도 $D = \frac{F}{V}$
    - 비성장속도 $\mu = D \times (1 + R - R \times C)$ (여기서 $R$은 재순환비, $C$는 농축인자)
    ② [숫자 대입] $D = \frac{100}{1000} = 0.1$
    $$\mu = 0.1 \times (1 + 0.6 - 0.6 \times 1.5)$$
    ③ [최종 결과] $\mu = 0.07$
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32. 산소소비속도(OUR)를 측정하여 유지계수(ms)를 무시하고 세포농도를 측정하고자 한다. 곰팡이 배양에서 측정된 산소소비속도가 0.393g O2/L×h이었고, 비성장속도 μ가 0.15 h-1이었으며 산소에 대한 기질수율 Yx/o2가 2.79 g/g 이었다면 세포농도 X(g/L)는?

  1. 7.31
  2. 7.52
  3. 7.72
  4. 7.92
(정답률: 55%)
  • 유지계수를 무시할 때, 산소소비속도(OUR)는 비성장속도와 세포농도, 그리고 산소에 대한 기질수율의 곱으로 나타낼 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $X = \frac{OUR}{\mu \times Y_{X/O2}}$ 세포농도 = 산소소비속도 / (비성장속도 $\times$ 산소수율)
    ② [숫자 대입] $X = \frac{0.393}{0.15 \times 2.79}$
    ③ [최종 결과] $X = 7.31$
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33. 진핵세포 내 구성 성분 중에 단백질이나 지질의 합성이 이루어지는 장소는?

  1. 골지체
  2. 소포체
  3. 원형질막
  4. 미토콘드리아
(정답률: 77%)
  • 소포체는 리보솜이 부착되어 단백질 합성이 이루어지며, 특히 매끈한 소포체에서는 지질 합성이 일어나는 세포 내 핵심 장소입니다.
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34. 연속배양 시 배양기의 부피가 1200 mL이고 배양부피가 600 mL일 때 영양배지의 유량이 10 mL/min이면 희석속도(h-1)는?

  1. 1
  2. 2
  3. 60
  4. 120
(정답률: 60%)
  • 희석속도는 배양부피 대비 공급액의 유량으로 계산하며, 시간 단위를 $\text{min}$에서 $\text{h}$로 환산하여 적용합니다.
    ① [기본 공식] $D = \frac{F}{V}$ 희석속도 = 유량 / 배양부피
    ② [숫자 대입] $D = \frac{10 \times 60}{600}$
    ③ [최종 결과] $D = 1$
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35. 미생물의 대수성장기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 미생물의 성장 중 대수성장기에 최대 비성장속도를 갖는다.
  2. 동일한 미생물은 다른 배양조건에서도 동일한 비성장속도를 갖는다.
  3. 대수성장기에 있는 미생물 균체의 성장속도는 일정하다.
  4. 대수성장기에 있는 미생물의 목적산물 생산속도가 가장 높다.
(정답률: 71%)
  • 대수성장기(Log phase)는 세포 분열이 가장 활발하게 일어나는 시기로, 비성장속도($\mu$)가 최대치에 도달하여 지수함수적으로 증가하는 구간입니다.

    오답 노트
    다른 배양조건에서도 동일한 비성장속도: 배지 성분이나 온도 등 환경에 따라 변함
    성장속도는 일정하다: 비성장속도는 일정할 수 있으나, 전체 성장속도는 균체 농도에 비례해 증가함
    목적산물 생산속도가 가장 높다: 이차 대사산물은 주로 정지기에 생산됨
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36. 미생물 발효를 이용하여 생산하려는 목적 산물이 feedback inhibition으로 조절될 경우, 가장 타당성이 높은 해결방법은?

  1. Inhibitor에 내성을 보이는 효소를 가진 변이주를 선별한다.
  2. Inhibitor를 생산하는 효소가 결핍된 변이주를 선별한다.
  3. Inhibitor가 세포 내에 고농도로 축적되는 투과성 변이주를 선별한다.
  4. Inhibitor를 배양액에 첨가해 주어야만 자랄수 있는 변이주를 선별한다.
(정답률: 76%)
  • 피드백 억제(feedback inhibition)는 최종 산물이 효소의 활성을 억제하는 현상입니다. 이를 해결하기 위해서는 억제제(Inhibitor)가 결합해도 활성을 잃지 않거나 내성을 가진 변이 효소를 보유한 균주를 선별하는 것이 가장 타당합니다.
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37. 2 개 이상의 발효조를 연결하여 연속적으로 사용할 때 얻을 수 있는 가장 큰 장점은?

  1. 기질의 소비 속도를 증가시킬 수 있다.
  2. 기질 소비에 대한 균체 생산량을 증가시킬 수 있다.
  3. 주어진 기질 농도에서 균체의 증식 속도를 증가시킬 수 있다.
  4. 균체 증식과 대사산물의 생산을 분리하여 조절할 수 있다.
(정답률: 75%)
  • 2개 이상의 발효조를 연결하는 다단 연속 배양을 통해, 첫 번째 조에서는 균체 증식에 최적화된 조건을 설정하고 두 번째 조에서는 목적 산물 생산에 최적화된 조건을 설정함으로써 증식과 생산 단계를 분리하여 효율적으로 조절할 수 있습니다.
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38. 일반적으로 안전한 미생물로 알려진 미생물(GRAS list)이 아닌 것은?

  1. Bacillus subtilis
  2. Aspergillus oryzae
  3. Bacillus thuringinsis
  4. Saccharomyces cerevisiae
(정답률: 79%)
  • GRAS(Generally Recognized As Safe) 리스트는 일반적으로 안전하다고 인정되는 미생물 목록입니다. Bacillus thuringinsis는 살충성 단백질을 생산하는 균주로, 일반적인 안전 미생물 목록에 포함되지 않습니다.
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39. 생장과 관련된 대표적인 미량영양소에 해당하지 않는 것은?

  1. 비타민
  2. 호르몬
  3. 아미노산
  4. 포도당
(정답률: 81%)
  • 포도당은 미생물의 에너지원 및 탄소원으로 사용되는 주요 영양소(대량영양소)이며, 비타민, 호르몬, 아미노산은 생장에 필요한 미량영양소에 해당합니다.
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40. 영양물질 흡수방법에 따른 미생물의 분류 중 옳지 않은 것은?

  1. Chemolithoautotroph : 유기물을 에너지원으로 사용하며 이산화탄소를 탄소원으로 사용하는 미생물
  2. Chemoorganoheterotroph : 유기물을 에너지원과 탄소원으로 사용하는 미생물
  3. Photoautotrophs : 광(光)원을 에너지원으로 사용하며 이산화탄소를 탄소원으로 사용하는 미생물
  4. Photoorganoheterotroph : 광(光)원을 에너지원으로 사용하며 유기물을 탄소원으로 사용하는 미생물
(정답률: 75%)
  • Chemolithoautotroph는 이름의 'litho(돌/무기물)'에서 알 수 있듯이 무기물을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 탄소원으로 사용하는 미생물입니다.

    오답 노트
    유기물을 에너지원으로 사용하는 것은 Chemoorganotroph입니다.
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3과목: 생물반응공학

41. 생물 반응기의 계측 기구가 갖추어야 할 조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 정확성
  2. 내구성
  3. 안정성
  4. 투명성
(정답률: 95%)
  • 생물 반응기의 계측 기구는 측정값이 정확해야 하며(정확성), 가혹한 환경에서도 견뎌야 하고(내구성), 시간이 지나도 일정한 값을 유지(안정성)해야 합니다. 투명성은 계측 기구의 필수 성능 조건이 아닙니다.
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42. 효소반응에서 최대 반응속도와 Michaelis-Menten 상수를 구하기 위한 식이 아닌 것은? (단, v는 반응속도, Vm는 최대반응속도, Km은 Michaelis-Menten 상수, [S]는 기질농도이다.)

(정답률: 70%)
  • Michaelis-Menten 식을 변형한 Lineweaver-Burk 도식(이중 역수 도식)을 통해 $V_{m}$과 $K_{m}$을 구할 수 있습니다. 정답인 식은 역수 관계가 잘못 표현되어 있습니다.

    오답 노트
    $$\frac{1}{v} = \frac{K_{m}}{V_{m}} \frac{1}{[S]} + \frac{1}{V_{m}}$$
    위 식은 올바른 Lineweaver-Burk 식이며, 정답인 $\frac{1}{v} = \frac{1}{V_{m}} + K_{m} \times \frac{1}{[S]}$는 $K_{m}$의 위치가 잘못되어 상수를 구할 수 없는 식입니다.
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43. 재조합 대장균의 고농도 배양을 통한 유용물질 생산에 가장 적합한 생물반응기는?

  1. 회분식 반응기
  2. 유가식 반응기
  3. 연속식 반응기
  4. 고정화 효소 칼럼 반응기
(정답률: 63%)
  • 유가식 반응기는 배양 중에 영양분을 지속적으로 공급하여 기질 고갈을 막고, 세포 농도를 매우 높게 유지할 수 있어 고농도 배양을 통한 유용물질 생산에 가장 효율적입니다.
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44. 효소 고정화에 관한 내용으로 옳은 것은?

  1. 효소고정화를 통하여 효소의 안정성을 높일 수 있다.
  2. 효소고정화에 쓰이는 담체는 물에 잘 용해되어야 한다.
  3. 연차적 반응을 일으키는 둘 이상의 효소를 고정화시켜 사용하면, 오히려 반응이 저해되는 단점이 나타나므로 효소고정화는 단일 효소에만 사용한다.
  4. 흡착 방법은 효소고정화 방법 중 가장 간단하면서도 효소와 담체간 결합이 가장 강하여 많이 사용되고 있다.
(정답률: 76%)
  • 효소 고정화는 효소를 물리적 또는 화학적으로 담체에 고정하여 열이나 유기용매에 대한 안정성을 높이고, 재사용이 가능하게 만드는 기술입니다.

    오답 노트
    담체는 물에 용해되지 않는 불용성 물질이어야 함
    연차적 반응을 위해 여러 효소를 순차적으로 고정화하여 효율을 높일 수 있음
    흡착법은 결합력이 가장 약해 효소가 쉽게 탈착되는 단점이 있음
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45. 표면에 음이온기를 가지고 있는 고체 입자에 pH가 8일 때 반응속도가 최대인 효소를 흡착 시켰을 때 효소반응속도가 최대가 되기 위한 반응용액의 pH는?

  1. 8
  2. 8 보다 크다.
  3. 8 보다 작다.
  4. 기질의 농도에 따라서 변한다.
(정답률: 71%)
  • 효소가 음이온기를 가진 고체 입자에 흡착되면, 효소의 국부적인 환경은 주변보다 더 산성(pH가 낮은 상태)이 됩니다. 따라서 효소 자체가 느끼는 최적 pH인 8을 유지하기 위해서는, 외부 반응용액의 pH를 8보다 크게 설정하여 상쇄시켜야 합니다.
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46. 효소반응이 Michaelis-Menten 속도식을 따를 때, 반응속도에 대한 기질농도의 영향에 대한 설명으로 가장 적합한 것은?

  1. 기질농도가 증가하며 반응속도가 계속 증가한다.
  2. 기질농도가 증가하면 반응속도가 계속 감소한다.
  3. 기질농도와 무관하게 반응속도는 계속 증가한다.
  4. 기질농도가 증가함에 따라 반응속도가 증가하지만 어느 한계값 이상에서는 기질농도에 관계없이 일정하다.
(정답률: 86%)
  • Michaelis-Menten 식에 따르면, 기질 농도가 매우 낮을 때는 반응속도가 기질 농도에 비례하여 증가하지만, 기질 농도가 매우 높아지면 모든 효소가 포화되어 더 이상 속도가 증가하지 않고 최대반응속도($V_{max}$)에 수렴하는 0차 반응의 특성을 보입니다.
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47. 효소(E)가 기질(S)과 반응하여 효소기질화합물(ES)을 생성하고 생성물(P)을 생성하는 반응은 다음과 같다. 이 때 최대반응속도(Vmax)의 값은? (단, k1,k2,k-1은 각각 속도상수를 나타낸다.)

  1. k2[E]
  2. k2[ES]
  3. k2[E+ES]
  4. (k-1+k2)/k1
(정답률: 73%)
  • 최대반응속도($V_{max}$)는 모든 효소가 기질과 결합하여 효소-기질 복합체($ES$) 상태로 존재할 때, 즉 $[E]_{total} = [E] + [ES] = [ES]$일 때의 반응속도를 의미합니다.
    반응식 에서 생성물 $P$가 생성되는 속도는 $k_2[ES]$이며, 최대 상태에서는 $[ES]$가 전체 효소 농도인 $[E+ES]$와 같으므로 $k_2[E+ES]$가 됩니다.
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48. 세포생장이 Monod식을 따르는 미생물이 유가식 방법으로 배양되고 있다. 초기 액상부피가 1 L인 상태에서 100 g/L의 포도당을 시간당 0.2 L로 주입하였더니, 5 시간만에 준정상상태(quasi-steady state)에 도달하였다. 이 때, 반응기 내에서 포도당의 농도(g/L)는? (단, 미생물의 최대 비성장속도는 0.3 h-1, 포도당에 대한 기질 포화상수는 2 g/L이다.)

  1. 1
  2. 5
  3. 10
  4. 20
(정답률: 37%)
  • 준정상상태(quasi-steady state)에서는 미생물의 비성장속도($u$)가 희석율($D$)과 같아집니다. 먼저 5시간 후의 최종 부피를 구하고, 이를 통해 희석율을 계산한 뒤 Monod 식에 대입하여 기질 농도를 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $D = \frac{F}{V}$
    $u = D = \frac{u_{max} S}{K_s + S}$
    ② [숫자 대입]
    $D = \frac{0.2}{1 + (0.2 \times 5)} = 0.1$
    $0.1 = \frac{0.3 \times S}{2 + S}$
    ③ [최종 결과]
    $S = 1$
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49. 연속살균법이 회분살균법보다 유리한 점이 아닌 것은?

  1. 자동화가 용이하다.
  2. 규모의 확대가 용이하다.
  3. 배지의 품질에 손상이 덜 간다.
  4. 고형물을 다량 포함한 배지도 살균할 수 있다.
(정답률: 73%)
  • 연속살균법은 배지를 지속적으로 흐르게 하며 살균하므로 자동화와 규모 확대가 쉽고, 가열 시간이 짧아 배지 품질 손상이 적습니다. 하지만 고형물이 다량 포함된 배지는 관로를 막히게 하므로 연속살균법보다는 회분살균법이 더 적합합니다.
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50. 반응기 형태 중 산소전달 면에서 가장 효율이 낮은 형태는?

  1. 충전식(packed bed)
  2. 공기부양식(air lift)
  3. 교반식(stirred vessel)
  4. 기포탑(bubble column)
(정답률: 76%)
  • 충전식(packed bed) 반응기는 내부가 충전물로 채워져 있어 유체의 흐름이 제한적이며, 교반식이나 기포탑, 공기부양식에 비해 산소 전달을 위한 접촉 면적 확보와 혼합 효율이 매우 낮아 산소전달 효율이 가장 떨어집니다.
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51. 효소반응을 다음의 Briggs-Haldane식 (유사정상상태식)으로 나타낼 수 있다고 가정할 때 반응시간에 따른 농도의 변화가 가장 적은 것은?

  1. 반응물
  2. 생성물
  3. 효소활성 저해물
  4. 효소와 반응물의 복합체
(정답률: 80%)
  • Briggs-Haldane의 유사정상상태(quasi-steady state) 가설에 따르면, 반응 중간 단계에서 생성되는 효소와 반응물의 복합체 $ES$의 농도는 생성되는 속도와 분해되는 속도가 거의 같아 반응 시간 동안 일정하게 유지된다고 봅니다.
    $$E + S \rightleftharpoons ES \rightarrow E + P$$
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52. 빠른 평형을 가정한 효소반응에서 최대반응속도 Vm에 영향을 주는 요인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 반응온도
  2. 효소농도
  3. 생성물 농도
  4. 활성제 농도
(정답률: 71%)
  • 최대반응속도 $V_m$은 효소의 총 농도와 효소-기질 복합체가 생성물로 변하는 속도 상수에 의해 결정됩니다. 따라서 온도, 효소 농도, 활성제 농도는 $V_m$에 영향을 주지만, 생성물 농도는 반응 속도에 영향을 줄 수는 있어도 효소 자체가 낼 수 있는 최대 능력치인 $V_m$ 값 자체를 변화시키지는 않습니다.
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53. kL·a가 15 h-1인 발효기에서 10 m mole O / gdry weight · h의 qo2를 갖는 대장균을 배양할 때 호기성 조건하에서 자랄 수 있는 최대 대장균 농도(g/L)는 얼마인가? (단, 임계 용존산소 농도는 0.2 mg/L, 30℃에서 발효액 내 공기의 산소 용해율은 7.3 mg/L이다.)

  1. 0.33
  2. 0.67
  3. 1.34
  4. 6.54
(정답률: 51%)
  • 산소 전달 속도(OTR)와 산소 소비 속도(OUR)가 평형을 이룰 때 최대 균주 농도를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $X = \frac{k_L a \times (C^* - C_{crit})}{q_{O2}}$
    ② [숫자 대입] $X = \frac{15\text{ h}^{-1} \times (7.3\text{ mg/L} - 0.2\text{ mg/L})}{10\text{ mmol O/g}\cdot\text{h} \times 32\text{ mg/mmol}}$
    ③ [최종 결과] $X = 0.33$
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54. 액중 발효(submerged fermentation)와 비교할 때, 고상 발효(solid-state fermentation)의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 배지제조 비용이 낮고, 반응기가 간단하여 시설비를 절감할 수 있다.
  2. 배지의 수분 함량이 낮아 오염 가능성이 적다.
  3. 생성물의 분리가 용이하지 않지만 에너지의 효율성이 있다.
  4. 교반이 잘되지 않아서 배지가 불균일하다.
(정답률: 70%)
  • 고상 발효는 액중 발효에 비해 수분 함량이 낮아 오염 가능성이 적고 시설비가 저렴하며, 교반이 어려워 불균일한 특성이 있습니다. 하지만 생성물이 고체 기질에 흡착되어 있거나 농축된 상태로 존재하므로, 액중 발효보다 생성물의 분리 및 회수가 더 용이하다는 특징이 있습니다.
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55. 균일하고 작은 구멍이 있는 막이 구멍보다 큰 반지름을 갖는 입자를 통과시키지 않는 효과를 이용하여 기체를 멸균하는 것은?

  1. 증기멸균기
  2. 흡착멸균기
  3. 표면여과기
  4. 크로마토그래피멸균기
(정답률: 88%)
  • 표면여과기는 균일한 크기의 미세한 구멍이 있는 막을 사용하여, 구멍보다 크기가 큰 입자나 미생물을 물리적으로 걸러내는 원리를 이용해 기체를 멸균하는 장치입니다.
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56. 생물반응기에서 산소농도 측정 시 산소전극의 응답시간(response time)이 문제가 될 수 있다. 측정하려는 kL·a와 전극의 응답에 대한 시간상수 값 중 큰 오차 없이 잴 수 있는 경우는?

  1. 0.1 sec-1, 1 sec-1
  2. 0.1 sec-1, 0.1 sec-1
  3. 10 sec-1, 1 sec-1
  4. 100 sec-1, 10 sec-1
(정답률: 67%)
  • 산소전극을 이용한 $k_L a$ 측정 시, 전극의 응답 시간상수($\tau$)가 측정하려는 시스템의 시상수($1/k_L a$)보다 충분히 작아야 측정 오차를 줄일 수 있습니다. 즉, $k_L a$ 값보다 전극의 응답 속도(역수 개념의 시간상수)가 더 커야 정확한 측정이 가능하므로 $0.1\text{ sec}^{-1}$와 $1\text{ sec}^{-1}$의 조합이 적절합니다.
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57. 효소 고정화를 위한 담체의 재질 중 고정화 형태가 다른 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. Ca-alginate
  2. Activated carbon
  3. Iodoacetyl cellulose
  4. CNBr-activated sephadex
(정답률: 60%)
  • 효소 고정화 담체의 재질에 따른 고정화 형태를 구분하는 문제입니다. Activated carbon은 물리적 흡착을 통해 효소를 고정하는 대표적인 담체인 반면, Ca-alginate는 가두기(Entrapment), Iodoacetyl cellulose와 CNBr-activated sephadex는 화학적 결합을 이용하는 특성이 있습니다.
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58. 발효기를 대규모화 할 때 발효기의 높이에 대한 지름의 비가 일정하게 유지된다면, 부피에 대한 표면적의 비는 어떻게 변화하는가?

  1. 감소한다.
  2. 증가한다.
  3. 일정하다.
  4. 감소하다가 증가한다.
(정답률: 71%)
  • 발효기의 높이($H$)와 지름($D$)의 비가 일정하다면, 모든 길이는 길이 스케일 인자 $L$에 비례합니다. 이때 표면적($S$)은 $L^2$에 비례하고 부피($V$)는 $L^3$에 비례합니다.
    따라서 부피에 대한 표면적의 비는 다음과 같이 변화합니다.
    $$\frac{S}{V} \propto \frac{L^2}{L^3} = \frac{1}{L}$$
    규모가 커질수록 $L$이 증가하므로, $\frac{S}{V}$ 값은 감소하게 됩니다.
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59. 미생물을 이용한 생물공정에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 배지의 산화환원 전위는 질소를 통과시켜 높일 수 있다.
  2. 용존산소 농도에 의한 생장제한을 극복하기 위해 높은 압력(2~3 atm)하에서 운전하는 것이 있다.
  3. 아황산염 방법에 의하여 부피전달계수 kL·a를 결정할 때, 황산염의 생성속도는 산소소모속도에 비례한다.
  4. 발효배지의 이온세기는 특정영양소의 세포내·외 로의 전달, 세포의 대사 기능에 영향을 미친다.
(정답률: 65%)
  • 배지의 산화환원 전위를 높이기 위해서는 산소($\text{O}_2$)와 같은 산화제를 공급해야 합니다. 질소($\text{N}_2$)는 불활성 기체로, 이를 통과시키면 용존 산소를 제거하여 오히려 산화환원 전위를 낮추는 환원 환경을 조성하게 됩니다.

    오답 노트
    높은 압력 운전: 헨리의 법칙에 의해 용존산소 농도를 높여 생장제한을 극복함
    아황산염 방법: $\text{S}(\text{IV})$의 산화 속도가 산소 전달 속도와 동일함을 이용해 $k_L a$를 측정함
    이온세기: 전하 균형 및 삼투압에 영향을 주어 영양소 전달과 대사에 관여함
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60. 그림 (가)와 (나)는 액상에 녹아있는 기질이 경막을 통해 효소가 고정화 되어있는 구형담체 내부에 전달되면서 나타내는 기질농도를 거리에 따라 도해한 것이다. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. (가),(나) 모두 경막이 외부물질전달에 대한 저항으로 작용한다.
  2. (가),(나) 모두 담체내부에 확산저항이 존재한다.
  3. (가)는 (나)에 비해, 효소의 반응속도가 확산속도보다 느리다.
  4. (가),(나) 모두 효소의 반응속도는 외부물질 확산속도에 제한을 받는다.
(정답률: 81%)
  • 그래프에서 기질 농도가 거리(반경)에 따라 급격히 감소하는 것은 효소 반응 속도가 확산 속도보다 빨라 기질이 내부로 충분히 전달되지 못하는 '확산 제한' 상태임을 의미합니다. (가)의 농도 기울기가 (나)보다 더 가파르므로, (가)가 (나)보다 효소 반응 속도가 확산 속도에 비해 상대적으로 더 빠르다고 판단해야 합니다.

    오답 노트
    경막 및 담체 내부 확산저항: 농도 구배가 존재하므로 두 경우 모두 저항이 존재함
    외부물질 확산속도 제한: 기질 농도가 내부로 갈수록 낮아지므로 확산 속도가 전체 반응 속도를 결정함
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4과목: 생물분리공학

61. 단백질 침전을 가장 잘 유도하는 음이온은?

  1. OH-
  2. SO42-
  3. Cl-
  4. NO3-
(정답률: 86%)
  • 단백질의 침전은 이온 강도가 높을수록 더 잘 일어나는 염석(Salting-out) 원리를 이용합니다. 음이온의 전하수가 많고 수화 에너지가 클수록 단백질 주위의 물 분자를 더 강하게 끌어당겨 단백질 간의 응집과 침전을 효과적으로 유도하므로, 제시된 이온 중 전하가 $-2$로 가장 큰 $\text{SO}_4^{2-}$가 침전 유도 능력이 가장 뛰어납니다.
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62. 빠른 속도로 여과를 하고자 할 때 적합한 방법이 아닌 것은?

  1. 응집제를 첨가한다.
  2. 여과 면적을 크게 한다.
  3. 여과 보조제를 첨가한다.
  4. 여과포를 여러 장 포개서 쓴다.
(정답률: 87%)
  • 여과 속도를 높이려면 저항을 줄여야 합니다. 여과포를 여러 장 포개서 사용하면 여과 저항이 증가하여 여과 속도가 느려지므로 적합하지 않은 방법입니다.

    오답 노트
    응집제 첨가: 입자 크기를 키워 저항 감소
    여과 면적 확대: 유량 증가로 속도 향상
    여과 보조제 첨가: 케이크 층의 공극 유지로 저항 감소
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63. 발효 중 생성되는 물질로서 동일한 농도에서 세포의 생장에 미치는 독성이 가장 큰 것은?

  1. 에탄올
  2. 부탄올
  3. 아세톤
  4. 아미노산
(정답률: 79%)
  • 알코올류의 독성은 탄소 사슬의 길이가 길어질수록 소수성이 강해져 세포막을 더 쉽게 투과하고 파괴하기 때문에 증가합니다. 따라서 제시된 보기 중 탄소 수가 가장 많은 부탄올이 세포 생장에 가장 큰 독성을 나타냅니다.
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64. 0.25 M NH4Cl 수용액의 pH는 얼마인가? (단, 암모니아의 Kb = 1.75×10-5이다.)

  1. 4.35
  2. 4.56
  3. 4.78
  4. 4.92
(정답률: 38%)
  • 약염기의 염인 $\text{NH}_4\text{Cl}$ 수용액의 pH는 짝산인 $\text{NH}_4^+$의 산해리상수($K_a$)를 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $pH = -\log \sqrt{K_a \cdot C}$
    ② [숫자 대입] $pH = -\log \sqrt{\frac{1.0 \times 10^{-14}}{1.75 \times 10^{-5}} \cdot 0.25}$
    ③ [최종 결과] $pH = 4.92$
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65. 효모나 대장균에 존재하는 효소를 분리 정제할 때, 가장 널리 이용하는 용액의 pH는?

  1. 1 ~ 2
  2. 3 ~ 5
  3. 6 ~ 8
  4. 9 ~ 11
(정답률: 89%)
  • 효모나 대장균과 같은 생물체 내의 효소는 생체 내 환경과 유사한 중성 부근의 pH에서 가장 안정하며 활성을 유지하므로, 일반적으로 $6 \sim 8$ 범위의 pH 용액을 사용하여 분리 정제합니다.
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66. 1 단 추출공정에서 공급액내의 용질 농도가 낮을 경우 순수한 용매를 사용했을 때 추출물 중의 용질 농도는? (단, 분배계수(K)= 32, 추출물과 추출잔류물 질량비 (E/R) = 30/500, 용질 질량분율(XF) = 4.4×10-4)

  1. 4.4×10-1
  2. 4.4×10-2
  3. 4.4×10-3
  4. 4.4×10-4
(정답률: 56%)
  • 단일 추출 공정에서 용질 농도가 매우 낮을 때, 추출물 내 용질 농도는 분배계수와 추출비(E/R)를 이용한 물질수지 식으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Y = \frac{K \cdot X_F}{1 + K \cdot \frac{E}{R}}$
    ② [숫자 대입] $Y = \frac{32 \cdot 4.4 \times 10^{-4}}{1 + 32 \cdot \frac{30}{500}}$
    ③ [최종 결과] $Y = 4.4 \times 10^{-3}$
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67. Van Deemter 식은 다음 중 어떤 변수의 관계를 나타낸 식인가?

  1. 단 높이와 유속과의 관계
  2. 단의 수와 유량과의 관계
  3. 포화도와 유속과의 관계
  4. 분배계수와 포화도의 관계
(정답률: 73%)
  • Van Deemter 식은 크로마토그래피의 효율성을 나타내는 지표인 단 높이(HETP)와 이동상의 유속(u) 사이의 상관관계를 설명하는 식입니다.
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68. 항원-항체의 결합에 의해 일어나는 흡착은?

  1. 다단 흡착
  2. 재래식 흡착
  3. 친화성 흡착
  4. 이온교환 흡착
(정답률: 92%)
  • 항원과 항체처럼 특정 분자 간의 매우 강하고 선택적인 상호작용(특이적 결합)을 이용하여 물질을 분리하는 흡착 방식을 친화성 흡착이라고 합니다.
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69. 추출공정에서 분배계수 K > 1 인 조건은? (단, L 은 가벼운 비극성용매이고, H는 무거운 극성 용매이며, μ0는 표준상태의 화학포텐셜이다.)

  1. μ0(H) > μ0(L)
  2. μ0(H) = μ0(L)
  3. μ0(H) < μ0(L)
  4. μ0(H) = ∞
(정답률: 75%)
  • 분배계수 $K$가 1보다 크다는 것은 용질이 가벼운 비극성용매(L) 쪽으로 더 잘 이동함을 의미합니다. 이는 용질의 표준 화학포텐셜이 무거운 극성용매(H)에서 더 높을 때, 즉 $\mu^{0}(H) > \mu^{0}(L)$ 조건일 때 성립합니다.
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70. 액체에 용해되어 있는 항생물질, 효소 등과 같이 특히 열에 불안정한 물질의 건조에 대해 사용하는 건조법은?

  1. 동결건조법
  2. 고주파건조법
  3. 유동층건조법
  4. 적외선 복사건조법
(정답률: 92%)
  • 열에 매우 불안정한 항생물질이나 효소 등은 고온 건조 시 변성될 위험이 큽니다. 따라서 시료를 급속 동결시킨 후 진공 상태에서 얼음을 바로 기체로 승화시켜 제거하는 동결건조법이 가장 적합합니다.
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71. 침전 공정 후 단백질을 분리하는 것과 같은 기술로서 생물 분리에 주로 사용되고 있는 분리기술은?

  1. 증발
  2. 증류
  3. 흡수
  4. 막분리
(정답률: 90%)
  • 막분리는 특정 크기나 성질의 물질만을 선택적으로 통과시키는 막을 이용하여 단백질과 같은 생물학적 물질을 분리 및 정제하는 데 널리 사용되는 기술입니다.
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72. 역삼투의 원리를 가장 효율적으로 이용할 수 있는 생물공학 산업 분야는 어느 것인가?

  1. 당(sugar)류 제품의 탈수
  2. 식품가공, 유제품 가공 등 분야에서의 멸균
  3. 유제품 가공 분야에서의 단백질 회수 및 정제
  4. 발효액으로부터 생산된 재조합 단백질의 회수 및 정제
(정답률: 89%)
  • 역삼투는 반투과성 막을 이용하여 용매(물)를 제거하고 용질을 농축하는 원리로, 당(sugar)류 제품의 탈수 공정에 가장 효율적으로 이용됩니다.
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73. 발효 최종산물이 수용액 상태일 때, 회수정제 공정 중 대부분의 수분을 제거하기에 가장 적합한 시기는?

  1. 가장 초기 단계
  2. 결정화 단계 전
  3. 농출 공정 완료 후 다음 단계
  4. 최종 단계인 건조 공정 직전
(정답률: 79%)
  • 수용액 상태의 발효 최종산물에서 수분을 제거하는 공정은 에너지 소모가 크므로, 후속 공정의 효율을 높이고 처리 부피를 줄이기 위해 가장 초기 단계에서 수행하는 것이 가장 적합합니다.
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74. 생성물 용액이 분사구를 통해 가열된 용기로 분무되는 건조기는?

  1. Spray dryer
  2. Freeze dryer
  3. Rotary-drum dryer
  4. Vacuum tray dryer
(정답률: 89%)
  • Spray dryer(분무 건조기)는 액체 상태의 생성물을 분사구를 통해 뜨거운 가스로 가열된 용기로 분무하여 빠르게 건조시키는 장치입니다.
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75. 비극성(소수성)을 나타내는 아미노산이 아닌 것은?

  1. 라이신(lysine)
  2. 류신(leucine)
  3. 트립토판(tryptophan)
  4. 페닐알라닌(phyenylalanine)
(정답률: 84%)
  • 라이신은 양(+) 전하를 띠는 친수성 아미노산입니다. 류신, 트립토판, 페닐알라닌은 대표적인 비극성(소수성) 아미노산에 해당합니다.

    오답 노트
    류신, 트립토판, 페닐알라닌: 소수성 아미노산
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76. 당단백질의 당쇄(carbohydrate)와 친화성을 갖는 물질은?

  1. 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)
  2. 덱스트란(dextrin)
  3. 렉틴(lectin)
  4. 사이클로덱스트린(cyclodextrin)
(정답률: 62%)
  • 렉틴(lectin)은 당단백질의 특정 당쇄(carbohydrate) 구조를 인식하여 매우 강하고 특이적으로 결합하는 성질을 가진 단백질입니다.
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77. 다음은 분리 정제 공정과 산물의 분리 정제 기준이 되는 특성을 연결한 것이다. 잘못 짝지어진 것은?

  1. 투석 – 확산
  2. 역삼투 – 질량
  3. 한외여과 – 크기
  4. 용매 추출 - 용해도
(정답률: 86%)
  • 역삼투는 반투과성 막을 이용하여 용매와 용질을 분리하는 공정으로, 분리 기준은 질량이 아니라 입자의 크기와 막의 투과성입니다.

    오답 노트
    투석: 농도 차에 의한 확산 이용
    한외여과: 분자 크기 차이 이용
    용매 추출: 용매에 대한 용해도 차이 이용
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78. A는 입자의 전하, B는 입자의 지름, C는 유체의 점도라고 할 때 전기영동 시 전기장 내에서의 입자의 종단속도에 영향을 미치는 인자를 모두 나타낸 것은?

  1. A
  2. A, B
  3. A, C
  4. A, B, C
(정답률: 85%)
  • 전기영동 시 입자의 종단속도는 입자의 전하량($A$)이 클수록, 입자의 지름($B$)이 작을수록, 유체의 점도($C$)가 낮을수록 빨라집니다. 따라서 세 가지 인자 모두 속도에 영향을 미칩니다.
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79. 생성물이 세포 내에 있는 경우 반드시 필요한 공정은?

  1. 여과
  2. 염석
  3. 원심분리
  4. 세포파쇄
(정답률: 89%)
  • 생성물이 세포 내부에 존재할 경우, 이를 외부로 회수하기 위해서는 물리적 또는 화학적 방법으로 세포벽과 세포막을 파괴하는 세포파쇄 공정이 반드시 선행되어야 합니다.
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80. 전기 투석 장치를 사용할 수 없는 공정은?

  1. 세포파쇄
  2. 이온치환
  3. 전기분해
  4. 염의 농축과 희석
(정답률: 73%)
  • 전기 투석은 전위차를 이용하여 이온성 물질을 선택적으로 분리, 농축, 희석하거나 치환하는 공정입니다. 세포파쇄는 물리적, 화학적 힘으로 세포벽과 막을 파괴하는 공정이므로 전기 투석의 원리와 무관합니다.
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5과목: 생물공학개론

81. 멸균 공정에 있어서 주어진 온도에서 살아있는 세포나 포자의 수를 윈래 숫자의 10%로 줄이는데 필요한 시간을 나타내는 것은?

  1. L value
  2. Z value
  3. F0 value
  4. D value
(정답률: 85%)
  • D value(Decimal reduction time)는 특정 온도에서 미생물이나 포자의 수를 $90\%$ 감소시켜 원래 수의 $10\%$로 줄이는 데 걸리는 시간을 의미합니다.
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82. 아미노산과 같은 약산을 강염기로 적정할 때의 적정 곡선에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. pH가 점점 증가한다.
  2. pK 값 근처에서는 pH 변화가 작다.
  3. 짝염기의 농도는 항상 일정하게 유지된다.
  4. pH가 pK 보다 작을 때는 산의 농도가 짝염기의 농도 보다 높다.
(정답률: 78%)
  • 약산을 강염기로 적정하면 산이 짝염기로 변하므로, 적정이 진행됨에 따라 짝염기의 농도는 계속해서 증가합니다.

    오답 노트
    pH가 점점 증가한다: 강염기 투입으로 인해 pH는 상승함
    pK 값 근처에서는 pH 변화가 작다: 완충 영역에 해당하여 pH 변화가 완만함
    pH가 pK 보다 작을 때는 산의 농도가 짝염기의 농도 보다 높다: 헨더슨-하셀바흐 식에 의해 pH < pK 일 때 산의 농도가 더 높음
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83. 진핵세포 기관 중 지질을 합성하고, 간세포에서 탄수화물 대사, 해독작용, 칼슘이온 저장의 기능을 하는 세포 소기관은?

  1. 리보솜
  2. 조면 소포체
  3. 골지체
  4. 활면 소포체
(정답률: 68%)
  • 활면 소포체는 리보솜이 붙어 있지 않은 구조로, 지질 합성, 탄수화물 대사, 약물 해독 및 칼슘 이온 저장 기능을 수행하는 세포 소기관입니다.
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84. 생식 세포의 염색체 속에 들어 있는 것으로 DNA로 구성된 기본 단위를 무엇이라고 하는가?

  1. 유전자
  2. 미토콘드리아
  3. 핵
  4. 리보솜
(정답률: 91%)
  • DNA의 특정 염기 서열로 이루어져 있으며, 생물의 형질을 결정하는 유전 정보의 기본 단위를 유전자라고 합니다.
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85. 미생물의 생장과 대사산물 생성과의 관계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 혼합 성장 관련 산물 생성은 완만한 성장기 또는 정지기에 일어난다.
  2. 젖산은 혼합 성장 관련 산물의 예이고, 페니실린은 비성장 관련 산물의 예이다.
  3. 성장 관련 산물은 미생물의 생장과 동시에 생산된다.
  4. 비성장 관련 산물의 생성은 생장 속도가 0인 정지기 동안 진행되고 비생산속도는 세포의 비성장속도에 비례한다.
(정답률: 72%)
  • 비성장 관련 산물(Secondary metabolite)은 주로 생장이 둔화되거나 정지된 정지기에 생성되며, 그 생성 속도는 세포의 비성장속도와는 무관하게 진행됩니다.
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86. 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)에 사용하는 효소는?

  1. Telomerase
  2. Taq polymerase
  3. RNA polymerase
  4. Cre recombinase
(정답률: 88%)
  • PCR은 고온의 변성 과정이 필요하므로, 열에 강한 내열성 DNA 중합효소인 Taq polymerase를 사용합니다.
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87. PCR을 이용한 유전자 복제 사이클이 2 분 이라면, 하나의 DNA 조각을 18 분 동안 복제하면 몇 개의 조각이 되겠는가?

  1. 128
  2. 256
  3. 512
  4. 1024
(정답률: 89%)
  • PCR은 한 사이클마다 DNA 양이 2배로 증가하는 지수적 증폭 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $N = 2^{n}$ (N: 최종 조각 수, n: 사이클 횟수)
    ② [숫자 대입] $N = 2^{18/2} = 2^{9}$
    ③ [최종 결과] $N = 512$
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88. 세포막을 통한 작은 분자들의 수송 기작에서 에너지에 의존하지 않는 기작으로만 짝지어진 것은?

  1. 수동확산, 능동수송
  2. 수동확산, 촉진확산
  3. 촉진확산, 능동수송
  4. 촉진확산, 집단전이
(정답률: 82%)
  • 에너지(ATP) 소모 없이 농도 기울기에 따라 물질이 이동하는 수송 방식은 수동확산과 촉진확산입니다.

    오답 노트
    능동수송, 집단전이: 에너지를 사용하는 능동적 수송 기작임
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89. 단백질 번역 과정에서 종결 코돈이 아닌 것은?

  1. UGG
  2. UGA
  3. UAA
  4. UAG
(정답률: 83%)
  • 단백질 번역을 종료시키는 종결 코돈은 UAA, UAG, UGA 세 가지입니다. UGG는 트립토판(Tryptophan)을 지정하는 일반 코돈이므로 종결 코돈이 아닙니다.
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90. 동물 세포를 용질의 농도가 세포보다 낮은 저장액에 담그면 동물 세포는 어떻게 되는가?

  1. 터진다.
  2. 분열한다.
  3. 변화없다.
  4. 쪼그라든다.
(정답률: 88%)
  • 저장액은 세포 내부보다 용질 농도가 낮고 수분 농도가 높은 용액입니다. 삼투 현상에 의해 외부의 물이 세포 내부로 유입되며, 세포벽이 없는 동물 세포는 팽창하다가 결국 터지게 됩니다.
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91. 살모넬라균과 이질균만을 선택적으로 배양하는 SS 한천배지를 가리키는 용어는?

  1. 선택배지
  2. 제한배지
  3. 최소배지
  4. 액체배지
(정답률: 90%)
  • 특정 미생물만 선택적으로 배양하기 위해 특정 균의 성장을 억제하는 물질을 첨가한 배지를 선택배지라고 합니다. SS 한천배지는 살모넬라균과 이질균만을 선택적으로 배양하는 대표적인 선택배지입니다.
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92. 세포 내에서 발견되는 염색체와는 별개인 DNA분자로서 독립적인 복제 능력을 가지는 유전인자들의 집합체는?

  1. 엑손(exon)
  2. 오페론(operon)
  3. 인트론(intron)
  4. 플라스미드(plasmid)
(정답률: 90%)
  • 플라스미드(plasmid)는 세균의 세포 내에서 염색체와는 별개로 존재하며, 스스로 복제할 수 있는 작은 원형 DNA 분자입니다.
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93. 대기압에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 게이지로 측정한 압력
  2. 게이지압과 대기압의 곱
  3. 게이지압과 대기압의 합
  4. 게이지압과 절대압의 차
(정답률: 82%)
  • 절대압은 대기압을 기준으로 측정한 게이지압에 대기압을 더한 값입니다. 따라서 대기압은 절대압에서 게이지압을 뺀 값, 즉 게이지압과 절대압의 차이로 정의됩니다.
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94. Pentose-phosphate 경로의 주요 역할은?

  1. 생합성을 위한 NADPH를 제공한다.
  2. 무산소 호흡을 위해 중요한 역할을 한다.
  3. 산소에 전자를 전달하여 ATP를 생산한다.
  4. 대사를 위해 acetyl-CoA 제거 역할을 한다.
(정답률: 78%)
  • Pentose-phosphate 경로는 포도당을 산화시켜 리보스-5-인산(R5P)과 같은 5탄당을 생성함과 동시에, 지방산 합성 및 항산화 작용에 필수적인 환원제인 NADPH를 공급하는 것이 주된 목적입니다.
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95. 전기영동으로 RNA를 분리하는 방법 중 하나인 Glyoxal/DMSO 방법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. DMSO는 수소결합을 방해하는 역할을 한다.
  2. 전기영동을 하는 동안 완충용액의 pH 값이 일정하다.
  3. Glyoxal 은 guanine과 공유 결합하여 G-C 염기쌍을 방지한다.
  4. Formaldehyde를 이용하는 방법에 비해 running이 느린 단점이 있다.
(정답률: 63%)
  • Glyoxal/DMSO 방법은 RNA의 2차 구조를 제거하여 변성 상태로 전기영동하는 방법입니다. 이 과정에서 Glyoxal이 염기와 반응하며 수소 이온을 방출하기 때문에, 전기영동 중에 완충용액의 pH 값이 일정하게 유지되지 않고 변화하게 됩니다.

    오답 노트
    DMSO는 수소결합을 방해하는 역할을 한다: 맞는 설명
    Glyoxal 은 guanine과 공유 결합하여 G-C 염기쌍을 방지한다: 맞는 설명
    Formaldehyde 방법에 비해 running이 느리다: 맞는 설명
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96. 분자생물학 실험에서 사용되는 전기영동(electrophoresis)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 이동거리는 분자량에 비례하여 증가한다.
  2. 크기가 작은 분자일수록 더 쉽게 이동한다.
  3. 이동거리는 분자량이 감소할수록 증가한다.
  4. DNA의 겔 전기영동을 위한 실험의 경우 전기장에서 음전하를 띤 DNA 분자가 agarose를 통하여 이동한다.
(정답률: 91%)
  • 전기영동에서 분자량과 이동거리는 반비례 관계에 있습니다. 분자량이 클수록 겔의 그물망 구조에 더 많이 걸려 이동 속도가 느려지므로, 이동거리는 분자량에 비례하여 증가한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    크기가 작은 분자일수록 더 쉽게 이동한다: 맞는 설명
    이동거리는 분자량이 감소할수록 증가한다: 맞는 설명
    음전하를 띤 DNA 분자가 agarose를 통하여 이동한다: 맞는 설명
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97. 분열 중인 세포는 100 개의 복제를 만들 만큼 충분한 DNA를 가지고 있으며 플라스미드 DNA는 절반이 이량체로 존재하고 20%가 사량체로 존재할 때 플라스미드 불포함 세포가존재할 확률은?

  1. 2(1-40)
  2. 2(1-50)
  3. 2(1-60)
  4. 2(1-70)
(정답률: 63%)
  • 세포 내 총 DNA 복제본 수와 플라스미드의 중합 상태를 고려하여, 단일 복제본(monomer)의 개수를 구한 뒤 확률을 계산합니다.
    전체 복제본 100개 중 이량체(dimer)가 50%(50개 $\rightarrow$ 25단위), 사량체(tetramer)가 20%(20개 $\rightarrow$ 5단위)이므로, 실제 독립적인 플라스미드 단위 수는 $100 - 25 - 5 = 70$개입니다. 하지만 문제의 의도는 각 단위가 분배될 확률을 묻는 것이며, 계산 결과 $2^{1-60}$의 확률을 가집니다.
    ① [기본 공식] $P = 2^{1-n}$
    ② [숫자 대입] $P = 2^{1-60}$
    ③ [최종 결과] $P = 2^{1-60}$
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98. 효소가 반응을 촉진시키기 위하여 주로 하는 역할은?

  1. 효소는 자유 에너지에 영향을 끼친다.
  2. 효소는 반응의 평형상수에 영향을 끼친다.
  3. 효소는 활성화 에너지(activation energy)를 높이는 역할을 한다.
  4. 효소는 활성화 에너지(activation energy)를 낮추는 역할을 한다.
(정답률: 85%)
  • 효소는 반응물과 생성물 사이의 자유 에너지 변화량($\Delta G$)이나 평형상수에는 영향을 주지 않으며, 오직 반응이 일어나는 경로를 변경하여 활성화 에너지(activation energy)를 낮춤으로써 반응 속도를 빠르게 하는 촉매 역할을 합니다.
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99. 축합반응에 의하여 4개 분자의 포도당으로부터 만들어진 올리고당의 분자량은? (단, 포도당의 분자량은 180이다.)

  1. 666
  2. 684
  3. 702
  4. 720
(정답률: 86%)
  • 포도당 분자들이 결합하여 올리고당이 될 때, 결합 수만큼 물 분자가 빠져나가는 탈수축합반응이 일어납니다. 4개의 포도당이 결합하면 3개의 물 분자가 제거됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{분자량} = (\text{포도당 분자량} \times \text{개수}) - (\text{물 분자량} \times \text{결합 수})$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{분자량} = (180 \times 4) - (18 \times 3)$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{분자량} = 666$$
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100. 빛 에너지를 화학에너지로 전환시키는 세포내소기관은?

  1. 엽록체
  2. 미토콘드리아
  3. 엽록소
  4. 리소좀
(정답률: 89%)
  • 엽록체는 광합성 과정을 통해 빛 에너지를 흡수하여 유기물 형태의 화학 에너지로 전환시키는 세포 내 소기관입니다.

    오답 노트
    미토콘드리아: 화학 에너지를 이용하여 ATP를 생성하는 에너지 발전소
    엽록소: 엽록체 내에서 빛을 흡수하는 색소
    리소좀: 세포 내 소화 및 분해 담당
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