생물경시문제집-Ⅱ. 물질대사

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Ⅱ. 물질대사

1. 광합성-객관식

1. 식물의 조직 중에서 광합성이 일어나는 장소는?

① 유조직 ② 형성층 ③ 표피조직 ④ 후벽조직 ⑤ 후각조직

[정답] ①
[해설] 유조직 세포는 식물의 대부분을 차지하고 있는 세포로 비교적 얇은 1차 세포벽만 가지고 있어 세포형태가 유연성이 있으며, 양분저장, 광합성, 호흡작용 등 매우 다양한 기능을 가지고 있다. 관다발 조직 중 체관은 대사 산물을 운반하기 위해 분화된 것이다. 관다발 조직 중 물관은 수분을 운반하는 것으로 성숙g면 죽는다. 후각세포는 2차 세포벽이 없다는 점에서 유조직 세포와 같으나 더 두껍다. 유조직 세포는 살아있으며, 생장하고 있는 식물을 지지해 준다. 후벽세포는 나무의 주성분인 니그닌이 포함된 견고한 2차 세포벽이 있다. 성숙한 후벽세포는 죽어있는 세포로 식물을 지지해주는 역할을 한다. 표피조직에 속하는 공변세포에서도 광합성이 일어나지만 주로 일어나는 장소는 아니다.

2. 엽록체 안에 더미로 쌓인 디스크성 막주머니는 무엇인가?
① 크리스타 ② 틸라코이드 ③ 그라나 ④ 액포 ⑤ 스트로마

[정답] ③
[해설] 엽록체는 세포질과 같은 액체 성분인 스트로마, 틸라코이드 막 주머니 더미가 모여 형성된 그라나로 구성된다. 엽록체는 미토콘드리아처럼 인지질 이중층이 2개가 있는 이중막으로 되어 있다. 캘빈회로에 의한 포도당 생산은 엽록체의 스트로마에서 일어나며, 이를 암반응이라고 한다. 빛에너지는 틸라코이드막에서 이용되어 ATP, NADPH, O2가 만들어지며, 이를 명반응이라고 한다. 이산화탄소의 환원에 필요한 전자는 물분자로부터 나오며, 이를 최종적으로 받아들이는 것은 NADPH이다.

3. 광계 I과 II의 반응 중심은 어떻게 다른가?
① 약간 다른 파장의 빛을 흡수한다.
② 틸라코이드막에 있는 다른 단백질과 붙어 있다.
③ 하나는 틸라코이드막에 있으며, 다른 하나는 스트로마에 있다.
④ 엽록소 a가 광계 I에서 발견되며, 엽록소 b가 광계 II에서 발견된다.
⑤ 1와 2

[정답] ⑤
[해설] 광계 I과 II는 발견 순서에 따라 이름이 붙여졌다. 광계 I의 반응 중심에 있는 엽록소a 분자를 P700이라 하며, 그 이유는 이 분자의 최대흡수광이 700nm 파장의 적색광이기 때문이다. 광계II의 반응 중심 엽록소는 P680이라고 하며, 680nm의 빛을 최적 흡수한다. P680과 P700은 같은 엽록소a지만 틸라코이드막에서 각각 다른 단백질과 결합되어 있기 때문에 최적흡수광이 차이가 난다. 광계I로부터 잃어버린 전자는 광계 II로부터 얻는다. 광계 II의 반응중심으로부터 잃어버린 전자는 물로부터 얻는다. 즉, 전자의 흐름은 물→광계Ⅱ→광계 I→NADPH로 진행된다. 낮은 에너지의 전자는 빛으로부터 에너지를 얻어 고에너지 형태가 된다.

4. 헬몬트는 식물이 그들의 몸을 구성하는 물질을 어떻게 얻는지 알아보기 위해 화분에 어린 버드나무를 심고 물만 주면서 키웠다. 5년 뒤 버드나무의 질량은 76.8kg 늘었으나 흙은 0.06kg 밖에 줄지 않았다. 헬몬트는 어떤 결론을 내렸을까?
① 식물은 몸을 구성하는 물질을 물에서 얻는다.
② 식물은 CO2와 H2O을 흡수하여 탄소화합물을 만든다.
③ 식물은 몸을 구성하는 물질을 물과 공기로부터 얻는다.
④ 식물은 몸을 구성하는 물질을 토양이외의 것으로부터 얻는다.
⑤ 식물은 몸을 구성하는 물질을 물과 공기중의 CO2로부터 얻는다.

[정답] ①
[해설] 17세기 헬몬트는 버드나무가 자라는데 필요한 물질이 물이라고 하였으며, 1세기가 지난 후에 스테판 헤일은 식물은 주로 공기로부터 영양을 공급받는다고 하였다.

5. 식물은 왜 녹색인가?
① 엽록소가 녹색 빛을 반사하기 때문에
② 엽록소가 녹색 빛을 흡수하기 때문에
③ 녹색이 식물의 성장에 가장 좋은 색이므로
④ 카로티노이드가 녹색 빛을 반사하기 때문에
⑤ 광합성에 대한 에너지원으로 엽록소가 주로 녹색 빛을 이용하기 때문에

[정답] ①
[해설] 엽록소가 녹색 빛을 반사하기 때문에 엽록소 a에 의해 가장 적게 흡수되는 것은 녹색이 된다. 엽록소 a는 광계 반응 중심에서 나타난다. 엽록소 b는 흡수된 에너지를 엽록소 a로 보낸다. 가을에 보이는 잎의 색깔은 카로티노이드나 안토시안 때문에 나타난다.

6. 종이 크로마토그래피에 의한 색소분리 실험시 원점으로부터 분리되는 순서가 맞게 되어 있는 것은?
① 엽록소 b – 엽록소 a – 크산토필 – 카로틴
② 엽록소 a – 엽록소 b – 크산토필 – 카로틴
③ 엽록소 b – 엽록소 a – 카로틴 – 크산토필
④ 엽록소 a – 엽록소 b – 카로틴 – 크산토필
⑤ 카로틴 – 크산토필 – 엽록소 b – 엽록소 a

[정답] ①
[해설] 아세톤에 시금치 색소를 녹여, 여기에 종이를 담그면 아세톤이 모세관 현상에 의해 종이를 타고 올라가면서 색소를 운반한다. 이것은 색소가 아세톤에 녹기 때문이다. 그런데 종이는 복잡한 셀룰로오스로 돼 있으며 분자 구조상 색소의 성분들을 끌어당긴다. 따라서 색소는 아세톤(이동상)과 종이(고정상) 중 더 끌리는 쪽에 있으려고 하므로 어느 정도의 위치에서 종이에 머무르게 된다. 각 색소마다 분자 구조가 조금씩 다르기 때문인데 종이와의 흡착력도 약간씩 다르고, 따라서 같은 색소가 아니면 같은 장소에 머무르지 못한다. 그래서 색깔 분리가 이루어지는 것이다

Rf(이동률) = 원점에서 색소 이동거리 / 원점에서 전개 용매의 이동거리
7. 다음은 빛의 세기의 변화에 따른 양지식물의 CO2 흡수량과 배출량을 그래프로 나타낸 것이다.

CO2
흡수량
CO2
방출량
0
빛의 세기
A
B

그래프에 대한 설명으로 옳은 것은 ○, 틀린 것은 ×표시하시오.

(1) A 상태에서 식물은 광합성을 하지 않는다. ( )

[정답] ×
[해설] 외관상 기체의 출입이 없다고 광합성을 하지 않는 것이 아니라 광합성은 하고 있지만 상대적으로 호흡하는 속도가 비슷하여 마치 광합성이 일어나지 않는 것처럼 보이는 것이다. A와 같이 광합성 속도와 호흡 속도가 같을 때의 빛의 세기를 보상점이라고 한다.

(2) B 상태에서도 식물은 호흡을 한다. ( )

[정답] ○
[해설] B는 광포화점이다. 호흡은 생활에 필요한 에너지를 얻는 과정이므로 광포화점에서 식물은 호흡을 한다.

(3) 음지 식물의 경우, A와 B는 왼쪽으로 이동한다. ( )

[정답]: ○
[해설] 음지식물의 경우는 보상점과 광포화점이 양지식물보다 상대적으로 낮다.

 
8. 다음은 어떤 식물의 시간에 따른 이산화탄소의 흡수량을 조사한 것이다.

밤 낮 밤 (시간)
CO2
흡수량
12

8

4
( )안에 알맞은 말을 고르시오.

이 식물은 A(밤, 낮)에 기공을 열고, B(CO2, H2O)를 흡수하며, C(밤, 낮)에 기공을 D( 닫고, 열고) 광합성을 한다.

[정답] A(밤), B(CO2), C(낮), D(닫고)
[해설] 그래프는 CAM 식물의 CO2 흡수량을 나타낸 것이다. 사막에 서식하는 CAM 식물은 수분손실을 최소화하기 위해서 낮에는 기공을 닫고, 밤에 기공을 열어 CO2를 흡수한다. 밤에 들어온 이산화탄소는 일단 말산(Malate)에 저장되었다가 낮에 역반응을 통해 이산화탄소를 빼내어 칼빈회로를 통해 포도당을 합성한다.

9. 다음 색소 중 광합성과 관련이 없는 색소는?
① 엽록소 a ② 엽록소 b ③ 크산토필 ④ β카로틴 ⑤ 안토시안

[정답] ⑤
[해설] 광합성 색소에는 엽록소a, 엽록소b, 크산토필, 카로틴 등이 있다. 안토시안은 광합성색소가 아니라 화청소로서 꽃이나 과일의 색깔을 결정하는 색소이다.

10. C3식물의 광합성 과정에서 가장 먼저 합성되는 유기물과 당은 각각 무엇인가?
① RuBP ② PGA ③ PGAL ④ DiHAP
⑤ 과당 ⑥ 포도당 ⑦ 녹말

[정답] ②, ③
[해설] 암반응에서 CO2는 루비스코에 의해 RuBP 와 결합하여 두 분자의 PGA를 합성한다. 이후 PGA는 PGAL(G3P)로 전환되어 최초의 당인 3탄당으로 전환된다.

11. 녹색식물의 광합성이 왕성하게 일어나는 파장을 두 가지 고르면?
① 적색 ② 주황색 ③ 노란색 ④ 녹색
⑤ 파란색 ⑥ 남색 ⑦ 자주색

[정답] ①, ⑤
[해설] 광합성 색소 중 가장 많이 있는 엽록소a, 와 엽록소b 는 서로 구조가 비슷하나 다른 영역의 파장을 흡수한다. 이 두 엽록소는 각각 가시광선의 양쪽 끝 부분인 오렌지색-적색(600-700nm) 영역과 자주색-청색(400-500nm) 영역의 스펙트럼이 흡수된다. 이 중 적색과 청색 영역에서 더 많은 흡수율을 보인다.
[

12. 광합성의 암반응을 바르게 설명한 것을 모두 고르면?
a) 암반응은 반드시 빛이 없어야 한다.
b) 명반응의 산물인 ATP와 NADPH를 이용하고 있다.
c) 암반응은 명반응과는 달리 빛에너지가 직접적으로 사용되지 않는다.
① a ② a, b ③ a, b, c ④ b, c ⑤ a, c

[정답] ④
[해설] 빛이 없어야 암반응이 일어나는 것이 아니고 암반응은 빛과 무관하게 일어나는 반응이라는 뜻이다. 오히려 빛이 있어서 명반응이 일어나야 그 산물을 이용하여 암반응이 일어날 수 있다.

13. 광합성에서는 빛에너지를 화학에너지로 바꾸어 기공을 통하여 유입된 이산화탄소를 탄소화합물로 합성하는데 이용한다. 다음 중 광합성과 관련된 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?
a) 엽록소가 빛에너지를 인식한다.
b) 빛에너지를 받아 틸라코이드막에서 전자전달이 이루어진다.
c) ATP는 대표적인 화학에너지 물질이며 빛에너지가 변하여 만들어진다.
d) 사람에게도 비슷한 구조가 있어 빛을 이용하여 에너지를 만든다.
① a, b ② a, d ③ a, b, c ④ c, d ⑤ a, d

[정답] ③
[해설] 광합성은 빛 에너지를 이용한 광화학 반응(명반응)과 빛과 관계없이 일어나는 효소 반응(암반응)으로 나눌 수 있다.
명반응은 엽록체의 그라나에서 일어나며, 빛 에너지를 화학 에너지로 바꾸는 과정이다. 반응의 결과 NADPH2와 ATP가 생성된다.
암반응은 명반응에서 생성된 화학 에너지(NADPH2, ATP)를 이용하여 포도당을 합성하는 화학 반응으로 엽록체의 기질인 스트로마에서 일어난다. CO2를 받아들여 복잡한 과정을 거쳐 포도당을 만드는 화학 반응으로서 캘빈회로라고도 한다.

14. 광합성의 명반응에서 합성되는 물질로 짝지어진 것은?
① ADP-NADH2 ② ATP-NADPH2 ③ ATP-NADH2
④ ADP-NADPH2 ⑤ AMP-NADPH2

[정답] ②
[해설] 엽록체의 틸라코이드 속에는 빛을 흡수하는 안테나의 역할을 하는 여러 종류의 분자들이, 그 중에서 반응 중심이 되는 것이 엽록소 a분자이다. 이러한 분자들의 집단에는 광계Ⅰ과 광계Ⅱ가 있다. 광계Ⅱ의 작용 중심은 680nm의 빛을 이용하는 P680이고, 광계Ⅰ의 작용 중심은 700nm의 빛을 이용하는 P700이다. 광계Ⅰ과 Ⅱ는 협동적으로 작용하며, 비순환적 명반응을 통해서 ATP와 NADPH를 생성하고, 광계Ⅰ은 단독으로 순환적 명반응을 통해서 ATP만을 생성한다.

15. 다음 광합성에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 명반응은 포도당과 NADPH를 생성한다.
② 플라스토퀴논은 전자를 NADP+에 넘겨준다.
③ 순환적 명반응은 지속적으로 NADP+를 환원시킨다.
④ 캘빈회로에서 CO2를 첨가시키는 데 관여하는 효소는 리블로오스이인산 카르복시화 효소이다.
⑤ 광호흡이란 C4 식물이 매우 낮은 농도의 CO2 농도에서도 효율적으로 CO2를 고정하는 경로이다.

[정답] ④
[해설] ① 명반응은 ATP와 NADPH2를 생성한다. ② 플라스토퀴논은 전자를 시토크롬복합체로 전달한다. ③ 지속적으로 NADP+를 환원시키는 과정은 비순환적 광인산화이다. ⑤ C4 식물은 C3 식물에 비해서 높은 온도와 강한 광선에서 광합성의 속도가 빠르며, 같은 CO2 농도에서도 C3식물에 비해 광합성이 더 잘 일어난다.

16. 광합성에서 NADP+의 가장 중요한 역할은?
① 클로로필의 광흡수 보조
② 광계의 전자 수용체
③ ATP 합성
④ 캘빈 회로로의 전자 전달
⑤ 물 분해

[정답] ②

17. 명반응의 순환적 광인산화 반응과 비순환적 광인산화 반응에서 공통적으로 생성되는 물질은 무엇인가?
① O2
② ATP
③ NADPH
④ ATP, NADPH2
⑤ 02, ATP, NADPH2

[정답] ②
[해설] 명반응에서는 전자전달계에 의한 광인산화 반응이 일어나는데 이 반응의 경로가 순환적 광인산화 과정과 비순환적 광인산화 반응의 두 경로가 있다. 순환적 광인산화 반응에서는 ATP만 생성되고, 비순환적 광인산화 반응에서는 ATP와 NADPH가 모두 생성된다.

18. 녹색식물의 광합성에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 엽록소는 엽록체의 틸라코이드에 존재한다.
② 명반응에서 물로부터 산소가 생성되어 방출된다.
③ 엽록소는 녹색 파장의 빛을 거의 흡수하지 않는다.
④ 명반응에서는 ATP와 NADH가 생성된다.
⑤ 암반응의 최초산물은 3-인글리세르산(3-PGA)이다.

[정답] ④
[해설] 엽록체의 그라나에서 일어나는 명반응 과정에서는 물이 광분해되어 산소가 발생하고, ATP와 NADPH가 생성된다.

19. 엽록체 내막에서의 전자전달에 관한 <보기>의 설명 중에서 옳은 것을 모두 고르면?

<보기>
ㄱ. 광계 I과 광계 II는 그라나의 틸라코이드 막에 고르게 분포한다.
ㄴ. 광계 I을 중심으로 순환적 전자전달이 일어나면 ATP가 생성된다.
ㄷ. 광계 I과 광계 II가 함께 작동하여 ATP와 NADPH가 생성된다.
ㄹ. 광수확복합체는 틸라코이드 막에서 이동하면서 광계 I과 광계 II에 빛을 모아준다.
ㅁ. 광계 II에서 광계 I로 전자가 전달되면서 H+가 틸라코이드 루멘 안으로 들어온다.

 

[정답] ㄴ, ㄷ, ㅁ
[해설] 틸라코이드 막에는 빛을 포획하고 이용하는 특수한 구조인 광계Ⅰ (photosystem, PSⅠ)과 광계Ⅱ(photosystemⅡ, PSⅡ)로 불리는 두 복합체가 있다. 각 광계에는 빛을 포획하여 그 에너지를 축적하는 광수확안테나와 에너지가 축적되는 수용부인 반응중심이 있다. 광수확안테나는 엽록소 a, b, 카로티노이드로 구성되며 이들 엽록소는 고에너지 전자의 형태인 빛에너지를 잡아서 인접된 막단백질 복합체인 반응중추에 도달하도록 한다. 반응중추는 활성화된 전자를 엽록소로부터 주변으로 빨리 이동시켜 전자를 안정화시키고 엽록소는 전자를 잃어 양전하를 띤다. PSⅠ과 PSⅡ는 각각 700nm와 680nm 파장의 빛을 흡수하므로 P700, P680이라고도 한다. 빛 에너지는 PSⅡ(P680)에 의해 흡수되어 고에너지 전자를 생성한 뒤 이를 전자전달계를 통해 두 번째 광계로 전달한다. 전자전달계를 거치는 동안 전자는 틸라코이드막에 존재하는 양성자 펌프를 작동시켜 양성자구배를 형성한다. 그러면 틸라코이드막에 존재하는 ATP합성효소가 막의 스트로마 쪽에 ATP를 생성하게 되는데 이때 양성자구배가 원동력으로 작용하게 된다. 이 경로를 따라 PSⅠ(P700)에 도달한 전자는 두 번째 광자의 흡수로 생긴 이 광계의 반응중심의 전자공백 부분을 메꾸게 되는 것이다.
두 개의 광계는 전자전달계에 의하여 서로 연결되어 있다. 두 광계의 공간적 배치를 보면, 광계II는 주로 그라나 라멜라의 중첩부위에 위치하며, 광계I과 ATP 합성을 촉매하는 짝지음 인자는 거의 스트로마에 면한 틸라코이드 부분인 비중첩부위에 위치한다.

20. 캘빈 회로는 CO2 고정, 환원, RuBP 재생성 과정으로 나눌 수 있다. 다음 중 옳지 않는 것은?
① 환원과정에서 ATP와 NADPH2가 사용된다.
② CO2 고정과정에 ATP가 쓰인다.
③ RuBP 재생성 과정에서 ATP가 필요하다.
④ 루비스코(Rubisco)는 CO2 고정과정에 작용하는 효소로 O2도 기질이 된다.
⑤ CO2 고정의 초기 산물인 3-인글리세르산(3-PGA)은 환원되기 전에 인산화가 일어난다.

[정답] ②
[해설] 캘빈회로에서 CO2 고정단계(카르복시화 반응)는 리불로우스 이인산(RuBP)의 2번 탄소에 CO2가 첨가되어 불안정한 6탄당 중간산물을 형성한 후 가수분해되어 두 개의 3탄당 3-PGA 산물을 얻는다. 카르복시화 촉매 효소를 루비스코라고 한다.
환원 단계에서 3-PGA는 ATP를 사용하여 인산화되면서 반응성이 큰 글리세르산 이인산(1,3-diphosphoglyceric acid, DPGA)을 만들고 계속해서 효소에 의해 DPGA의 인산기를 H+로 치환하여 글리세르알데히드 3-인산(3-phosphoglyceraldehyde, 3-PGald)를 생성한다. 떨어진 인산은 NADP+및 ADP와 함께 명반응으로 되돌아간다.
재생성 단계에서 PGald는 캘빈회로에서 빠져나가 포도당경로/기타생성물 경로로 진행하거나 캘빈회로를 계속 유지시키기 위해 RuBP를 재합성하는 재생성경로를 선택해서 들어가게 된다.

21. C4 식물이 C3 식물보다 이로운 점을 다음 <보기>에서 모두 고르면?

<보기>
ㄱ. CO2가 유관속초 세포에 효과적으로 농축된다.
ㄴ. 산소가 유관속초 세포로 잘 확산되지 않는다.
ㄷ. C4 식물의 종류에 따라 유관속초 세포에 광계II가 없다.
ㄹ. 호흡에 의해 생긴 CO2를 쉽게 고정한다.
[정답] ㄱ, ㄴ, ㄹ
[해설] C4 식물의 이점으로, C4 식물의 CO2 동화량이 C3 식물에 비해 높고 C4 식물의 광합성은 강한 빛에서도 포화되지 않으며, 매우 낮은 CO2 농도에서도 지속된다. 생장률이 C3 식물보다 빠르고 더욱 생산적이다.

[참고자료] C4 식물
옥수수나 사탕수수 등은 CO2와 결합하는 수용체가 RuBP가 아니고 PEP이므로 만들어지는 초기산물 3탄소화합물이 아니고 OAA(Oxalacetate)와 같은 4탄소 화합물을 생성한다. OAA는 말산을 거쳐서 캘빈회로에 CO2가 공급되므로 이러한 경로로 이산화탄소의 고정이 일어나는 식물을 C4식물이라고 한다. C4식물은 C3식물과 달리 잎의 구조에 유관속초가 발달되어 있고 PEP carboxylase라고 하는 효소는 CO2에 대한 친화력이 강해 아주 낮은 CO2 농도에서도 효과적으로 광합성을 수행할 수 있다. 식물들이 광합성이 활발하여 일시적으로 CO2 농도가 뚝 떨어진 조건에서도 광합성이 일어나며, 또한 CO2가 일시적으로 저장되어질 수 있어서 기온이 증가할 때 수분 손실을 막기 위해 증산을 억제하도록 기공을 폐쇄시킨 상태에서도 광합성을 수행할 수 있어서 열대지방의 식물들에게 많이 분포한다. 광호흡이란 RuBP가 산화될 때 생기는 인글리콜산으로부터 유래되는 글리콜산을 산화시키는 과정을 말하는데 C4식물은 광호흡의 기질인 글리콜산을 만들지 않아 광호흡이 일어나지 않으므로 많은 CO2를 광합성에 이용할 수 있어서 생장이 매우 빠르다. C3식물은 잎에서 단백질이 만들어질 때 광호흡을 해야하므로 CO2를 50%만 광합성에 이용한다.

22. 다음은 옥수수의 광합성의 초기 단계를 나타낸 것이다. ( ) 속에 들어갈 물질은?
3리블로오스 2인산
6( )
3CO2
3H2O
① 인글리세르산(PGA)
② 인글리세르 알데히드(PGAL)
③ 포도당
④ 글리코겐
⑤ NADPH2

[정답] ①

23. 광합성의 명반응 과정에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 빛에너지를 화학에너지로 전환하여 유기물을 합성한다.
② NADPH2에 의한 포스포글리세르산의 환원과정이다.
③ ATP가 ADP로 전환될 때 발생하는 에너지와 효소에 의해 반응이 진행된다.
④ NADP+ 및 ATP에 의해 CO2를 탄수화물이나 다른 유기물로 전환시킨다.
⑤ NADPH와 ATP의 생성을 포함하는 반응이다.

[정답] ⑤

24. 광합성의 명반응 과정에서 순환적인 광인산화와 비순환적인 광인산화 반응의 차이를 설명한 것은?
① 순환적인 광인산화와 비순환적인 광인산화 반응은 제1광계와 제2광계 모두를 포함하고, ATP와 NADPH2를 모두 생성한다.
② 순환적 광인산화는 광계I만 포함하고 ATP를 생성하며, 비순환적인 광인산화는 광계I과 광계II 모두를 포함하고 ATP와 NADPH2를 모두 생성한다.
③ 순환적인 광인산화는 NADP+의 환원과 산소의 방출을 포함하고 비순환적인 광인산화에는 NADP+의 환원은 포함되나 산소의 방출은 없다.
④ 순환적인 인산화는 물의 광분해를 포함하는 반면, 비순환적인 광인산화는 물의 광분해를 포함하지 않는다.
⑤ 순환적인 광인산화는 산소를 방출하고, 비순환적인 광인산화는 이산화탄소만을 방출한다.

[정답] ②
[해설] 명반응은 사실상 전자의 전달 과정이며 이 과정에서 전자는 순환적으로 전달되거나 비순환적으로 전달된다. 광계I에서 출발한 전자가 다시 광계I으로 돌아오면서 ATP를 만드는 과정이 순환적 광인산화 반응이고, 광계II에서 나온 전자가 여러 전자전달계를 거치면서, ATP를 합성하고 NADP까지 전달되는 과정이 비순환적 광인산화 반응이다. 따라서, 비순환적 광인산화 반응에서는 ATP와 NADPH가 만들어지고, 순환적 광인산화 반응에서는 ATP만 만들어지고 NADPH는 만들어지지 않는다. 이렇게 하여 명반응에서 만들어진 ATP와 NADPH는 암반응에서 CO2를 탄수화물로 고정하는 데에 쓰이게 된다.

25. C4 식물에 해당하는 특징을 모두 고르면?
① 일반적으로 유관속초는 발달되어 있지 않지만 발달된 경우에도 그 세포 속에는 엽록체가 존재하지 않는다.
② 광포화점이 높다
③ 광합성의 최적 온도는 30~40℃이다.
④ 공기 중의 O2 농도가 증가하면 광합성은 저해된다.
⑤ 광호흡은 나타나지 않는다.

[정답] ②, ③, ⑤
[해설] C4식물의 특징
① C4 식물에는 유관속초 세포가 발달되어 있으며 엽록체가 존재한다.
② 광포화점이 높아서 고온에 유리하다.
③ 광합성의 최적 온도는 30~40℃이다.
④ 공기 중의 O2 농도가 증가해도 PEP-carboxylase를 이용하므로 효과적으로 이산화탄소를 고정할 수 있다.

26. 광합성은 활발하게 이루어지는데 그 식물의 NH4 합성 또는 유입은 거의 이루어지지 않는 경우에 이 식물에서 발생할 수 있는 사항을 모두 고르면?
a) 이 식물에서 아미노산의 합성이 줄어들게 된다.
b) 결국 광합성 효율도 줄어들게 된다.
c) NH4와 탄소유기물 합성이 균형을 이루는 방향으로 항상성이 유도될 것이다.
d) 구연산회로를 통하여 암모니아가 생체물질로 유입되게 된다.

 

① a ② a, b ③ b, c ④ a, b, c, d ⑤ b, c, d

[정답] ②

27. 질소 고정에 관한 기술 중 옳은 것은?
① 질소 고정은 질소의 산화 반응이다.
② 질소 고정 효소는 산소에 의해 그 활성이 촉진된다.
③ 질소 고정은 뿌리혹박테리아에 의해서만 일어난다.
④ 뿌리혹박테리아와 숙주간에는 특이성이 존재하지 않는다.
⑤ 식물은 뿌리혹박테리아에게 호흡의 기질을 공급한다.

[정답] ⑤
[해설] 식물이 흡수하는 질소의 상태는 NH3 , NO2-, NO3- 형태이기 때문에 식물은 공기 중의 질소를 직접 이용할 수 없다. 질소고정이란 대기 중의 기체상태 질소(N2)를 질소 동화에 필요한 무기질소 화합물을 유기질소 화합물로 만드는 것이다. 그 반응식은 N2 + 3 H2 → 2 NH3 이다. 질소 고정 세균으로는 아조토박터, 뿌리혹박테리아, 클로스트리듐, 아나베나(남조류)이 있으며 방전(번개)에 의해서도 고정될 수 있다.
콩과식물과 뿌리혹박테리아의 관계는 다음과 같다.

콩과식물
탄수화물
뿌리혹박테리아

질소화합물
뿌리혹박테리아
28. 식물의 질소 고정 능력을 증가시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구가 중요한 이유는 무엇인가?
① 뿌리혹박테리아의 질소고정 능력을 증가시키는 것이다.
② 질소는 단백질을 구성하는 아미노산의 필수 구성원소이다.
③ 질소 고정능력을 증진시킨 식물은 비료를 주지 않아도 된다.
④ 뿌리혹에서 세균을 제거해서 식물이 질소를 더 많이 사용할 수 있게 한다.
⑤ 식물이 많은 질소를 고정시키기 위해 뿌리혹의 크기를 감소시키는 것이다.

[정답] ①
[해설] 질소는 아미노산을 합성하는데 필수적인 원소이다. 질소고정은 콩과식물의 뿌리혹에 질소고정 박테리아가 있어 이를 담당한다. 식물은 탄수화물과 다른 유기물을 박테리아에게 주면, 박테리아는 질소를 NH4+로 전환시킨다.

29. 다음 필수 원소 중 토양으로부터 가장 용출되기 쉬운 것은?
① Ca2+ ② Mg2+ ③ K+ ④ H+ ⑤ NO3-

[정답] ⑤
[해설] 음이온인 질산염(NO3-)은 점토입자에 강하게 유착되어 있지 않아서 식물이 쉽게 이용할 수 있으나, 토양에서 쉽게 용출되기 때문에 토양의 질소 결핍을 초래한다. 대부분의 식물이 바로 흡수하고 사용할 수 있는 질소의 형태는 질산염(NO3-)과 암모늄염(NH4+)이다. 반면에, 칼슘(Ca2+), 칼륨(K+), 마그네슘(Mg2+)과 같은 양이온을 띤 무기이온은 음으로 하전된 점토입자의 표면에 정전기적으로 유착하려는 경향이 있다. 이와 같은 유착력이 폭우나 관개시 양이온이 용출되어 나가는 것을 방지한다.
<주관식>

1. 다음은 잎의 단면도이다. 각 부분의 이름을 쓰시오.

A ( ) B ( ) D ( ) E ( )

[정답] A – 책상조직, B – 해면조직, D – 공변세포, E – 잎맥(관다발)

[참고] 식물 잎 조직
표피: 크고 단순하며 평평한 세포들로 구성된다. 세포 바깥벽은 규틴을 포함하는 왁스층으로 덮여져 광택이 나고, 엽록체를 가지고 있지 않으며 매우 투명하다.
책상조직: 세포들이 매우 치밀하게 수직으로 배열되어 있다. 엽록체가 매우 많아 광합성을 수행한다.
해면조직: 물이나 습도가 매우 높은 공기로 채워진 많은 공간을 가지고 있으며, 이러한 공간은 이산화탄소와 산소의 확산에서 중요한 통로로 사용된다. 엽록체가 존재한다.
잎맥(관다발): 줄기에서 올라온 물관과 체관이 연결된 관이다. 물을 공급받고, 영양분을 내려보낸다.
공변세포: 공변세포는 강낭콩 모양이며 표피세포가 변한 것이다. 엽록체가 있으며, 기공 쪽의 세포벽은 두껍고 그 반대쪽은 얇은 구조로 되어 있기 때문에 세포가 부풀면 바깥쪽으로 세포가 휘게 되어 기공이 열린다.

 

 

2. 다음은 캘빈 회로를 간단히 나타낸 것이다.
CO2

(나)
포도당 ATP ATP
NADPH2
(가)
(다)
DPGA
PGAL
(가)에 해당되는 물질과 (나) 과정을 촉진시키는 효소의 이름은?

[정답] RuBP, RuBP 카르복시라아제(루비스코)
[해설] (가)는 CO2가 고정되기 전 단계의 물질로 RuBP이다. 리불로오스 2인산(ribulose bisphosphate, RuBP)은 RuBP 카르복실라아제(RuBP carboxylase/oxygenase, rubisco)의 촉매하에, CO2와 결합하는 카르복실화 반응을 거쳐 글리세르산 3-인산(3-PGA)을 만든다

3. 다음은 광합성의 명반응에서 PSⅡ의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
색소분자

반응중심
전자공여체
전자수용체

( )속에 알맞은 말을 쓰시오.

“빛에너지는 색소 분자에 ( )에너지로 흡수되어 반응 중심에 이르고 반응 중심은 ( )에너지로 전환하여 다음 수용체로 전달한다.”

[정답] 여기, 전기(전자)
[해설] 광합성의 에너지 전환 과정 : 빛에너지 → 여기에너지 → 전기에너지 → 화학에너지
반응중심(reaction center)은 에너지가 축적되는 지점으로 ‘에너지수용부’로 작용한다. 반응중심에는 두 가지 종류가 있는데, PSⅠ과 PSⅡ가 있다. PSⅠ은 700nm 의 파장을 흡수하고, PSⅡ는 680nm 의 파장을 흡수한다.

4. 다음 그림은 비순환적 광인산화 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.

광계 Ⅱ
광계 Ⅰ
A
B
(1) 광계Ⅱ에 전자를 제공하는 물질 A는?

[정답] H2O(물)

(2) 광계Ⅰ에서 방출된 전자를 최종적으로 받아들이는 물질 B는?

[정답] NADP+

5. 다음은 광합성 과정을 단계별로 나타낸 것이다. 광합성이 일어나는 순서대로 배열하면?

<보기>
ㄱ. 12NADP + 24e- + 24H+ → 12NADPH2
ㄴ. 12PGAL → C6H12O6 + RuDP
ㄷ. 24H2O → 24H+ + 24e- + 12H2O + 6O2
ㄹ. 6RuDP + 6H2O + 6CO2 → 12PGA
ㅁ. 12PGA + 12NADPH2 → 12PGAL + 12H2O + 12NADP
( )

[정답] ㄷ → ㄱ → ㄹ → ㅁ → ㄴ
[해설] ㄱ은 명반응, ㄴ은 캘빈회로 중에서 포도당합성 과정, ㄷ은 물의 광분해, ㄹ은 CO2 고정단계, ㅁ은 캘빈회로 중에서 환원 단계이다.

1. 아래의 식물들은 살고 있는 지역이나 생활 양식이 같거나 차이가 있다.

① 벼 ② 억새 ③ 떡갈나무
④ 선인장 ⑤ 바위 채송화 ⑥ 수수
(1) 수분이 적은 곳에서도 자랄 수 있는 식물은?

(2) 1년을 단위로 할 때 건중량의 생장속도가 가장 큰 식물은?

(3) 광합성의 최적 온도가 30℃ 이상인 식물은?

(4) 위의 식물을 광합성의 방식에 따라 분류하면?

㉠ C3형 식물 – ( , ) ㉡ C4형 식물 – ( , )
㉢ CAM식물 – ( , )

(5) 위의 식물들 중 낮에 기공을 닫고 밤에 기공을 여는 식물은? ( )

(6) 낮에 기공을 닫고 밤에 기공을 여는 식물이 살아가는데 가장 유리한 점은?

[정답]
(1) ③ ⑤
[해설] 바위채송화 <Sedum polystichoides> 돌나물과의 다년초식물로 산지의 바위 겉 등 건조한 곳에서도 잘 자란다.
선인장 – 건조 지대에 서식하는 식물의 대명사이다.
떡갈나무 <Quercus dentata> 참나무과의 낙엽교목으로 산지에서 자란다.
벼<Oryza sativa> 물이 없으면 자라지 못하는 식물이다.
억새 <참억새 : Miscanthus sinensis> 화본(벼)과의 다년초식물로 산이나 들에서 자란다. 비슷하게 생긴 갈대와 혼동하는 경우가 많은데 강이나 바닷가의 늪지에 자라는 것이 갈대이다.
수수 : <Sorghum bicolor> 외떡잎식물 벼목 화본과의 한해살이풀

(2) ② ⑥
[해설] 가장 큰 식물을 물었기 때문에 수수 하나만 답하는 것이 옳을 것이다. 하지만 억새는 포기로 자라는 양이 크기 때문에 이 문제의 정답은 억새와 수수로 처리되었다.

(3) ② ④ ⑤ ⑥
[해설] 고온에서도 광합성이 잘 진행되는 C4식물과 CAM식물을 찾으라는 것이다.
C4식물에는 옥수수, 수수, 사탕수수, 억새가 속하고 선인장, 바위채송화와 같이 엽육이 두터운 식물은 주로 CAM식물이다. C4식물과 CAM식물은 C3식물이 가지고 있는 약점인 광호흡현상이 없어 강한 빛과 고온에서도 높은 광합성 효율을 유지한다.

(4) ㉠ – ① ③ ㉡ – ②⑥ ㉢ – ④⑤
[해설] C3 식물은 광합성의 초기 산물이 3탄당인 PGA인데서 붙여진 이름이고 C4식물은 이산화탄소가 엽육세포에서 피루브산과 결합하여 4탄당인 옥살초산을 거쳐 말산으로 되어 유관속초 세포로 옮겨지는 데서 비롯된 것이다.

(5) 선인장

(6) CAM 식물의 경우 낮에 기공을 열 경우 이산화탄소를 받아들이는 것보다 수분의 손실이 더 많아 생존이 어렵다. 따라서 수분손실을 최소화할 수 있다.
2. 광합성 과정에서 CO2를 유기물로 합성하는데 촉매작용을 하는 효소는?
(1) C3식물
(2) C4식물
(3) CAM식물

[정답]
① C3 : Rubisco
② C4 : Rubisco, PEPco
③ CAM : Rubisco, PEPco

[해설] C4와 CAM의 PEPco (PEP carboxylase)를 기억해둔다.
3. 다음 반응을 촉매하는 효소의 이름은?
① ②
————->————>

①______________②______________

①과 ②의 효소는 각각 잎의 세포에 어디에 존재하는가?

①______________②______________

[정답]


효소명
장소
질산환원효소
세포질
아질산환원효소
엽록체
[해설] 질산의 환원과정.
질산->아질산->암모늄이온 의 순서를 잘 기억해둔다.

4. 광합성의 암반응 회로에서 CO2의 공급을 중단하면 어떤 물질이 가장 많이 축적될까?

[정답] RuBP
[해설] RuBP는 이산화탄소와 결합하여 두 분자의 PGA를 만들어 낸다. 따라서 이산화탄소가 없으면 RuBP에서 PGA로의 반응이 일어날 수 없어서 RuBP가 쌓이게 된다.

5. 식물세포에는 엽록체가 있어서 광합성의 명반응을 통해 ATP를 합성한다. 그럼에도 불구하고 식물세포에 미토콘드리아가 존재해야 하는지에 대한 논리를 기술하라.

[정답] 세포호흡 과정에 ATP가 필요하기 때문이다.

6. 빛을 쪼여주는 상태에서 클로렐라가 1% CO2의 존재에서 활발하게 광합성을 일으키고 있었는데 CO2의 농도를 갑자기 0.003%로 낮추었다고 가정하자. 또 불을 갑자기 껐다고 가정하자. 그 다음 1분 동안에 PGA와 RuBP의 농도에 어떤 영향을 주겠는가?

[정답] CO2의 농도를 감소시키면 PGA의 농도는 감소하지만 RuBP의 농도는 증가할 것이다. 불을 끄면 PGA의 농도는 증가하지만 RuBP의 농도는 감소할 것이다.
7. 미토콘드리아의 내막과 엽록체의 내막에서는 모두 전자 전달이 이루어지면서 ATP가 생성된다. 두 경우에 최초 전자공여체와 최종 전자수용체는 무엇인가? 이때 전자가 전달되며 자유에너지는 어떻게 변화하는가? 전자 전달 과정에서 H+는 막을 경계로 하여 어떤 방향으로 이동하는가? (99임용기출)
최 초
전자공여체
최 종
전자수용체
자유에너지의
변 화
H+의 이동
방 향
미토콘드리아
내 막
엽록체 내막

 
[정답]
최 초
전자공여체
최 종
전자수용체
자유에너지의
변 화
H+의 이동
방 향
미토콘드리아
내 막
NADH or
NADH2
O2
감소한다.
안에서 밖으로
엽록체 내막
H20
NADP+ 또는
NADP
증가한다.
밖에서 안으로
8.
<실험 A> : 20℃ 상대습도 50%인 방에 있던 식물을 30℃ 상대습도 50%인 방으로 옮겼다.
<실험 B> : 20℃ 상대습도 50%인 방의 그늘에 있던 같은 종류의 식물을 같은 방의 햇빛이 비치는 창가에 옮겨 잎의 온도가 30℃에 이르게 하였다.
아래의 표는 식물체와 그 주변의 토양 및 대기에서의 수분 이동과 관련된 자료이다. 다음 물음에 답하시오. (99임용기출)

위 치
수분퍼텐셜과 구성요소(단위:MPa)
수분퍼텐셜
압력퍼텐셜
삼투퍼텐셜
중력

대기
-95.1
0.1

뿌리에 인접한 토양

-0.4
-0.1
0.0

뿌리에서 10mm떨어진 토양

-0.2
-0.1
0.0

엽육세포벽(10m 높이)

-0.7
-0.3
0.1

잎의 물관

-0.8
-0.1
0.1

뿌리의 물관

-0.5
-0.1
0.0
(1) 각 부위의 수분퍼텐셜 값을 구하시오.
① 뿌리에 인접한 토양 : ( )MPa
② 뿌리에서 10mm 떨어진 토양 : ( )MPa
③ 엽육세포벽(10m 높이) : ( )MPa
④ 잎의 물관 : ( )MPa
⑤ 뿌리의 물관 : ( )MPa

(2) 물의 이동 경로를 표에 있는 기호(가~바)로 답하시오. 이러한 수송 방향은 무엇을 보고 알 수 있는가?
① 물의 수송 경로 :
② 근거 :

(3) 잎과 뿌리의 물관에서 음의 압력퍼텐셜이 형성되는 이유를 설명하시오.

[정답]
(1) ① 뿌리에 인접한 토양 : ( -0.5 )MPa
② 뿌리에서 10mm 떨어진 토양 : ( -0.3 )MPa
③ 엽육세포벽(10m 높이) : ( -0.9 )MPa
④ 잎의 물관 : ( -0.8 )MPa
⑤ 뿌리의 물관 : ( -0.6 )MPa

(2) ① 물의 수송 경로 : 다 → 나 → 바 → 마 → 라 → 가
② 근거 : 물은 수분퍼텐셜이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.

(3) 증산작용에 의해 물기둥이 위로 잡아당겨지면서 장력이 형성되므로

9. 잎의 온도가 증산에 미치는 영향을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다. 식물에서 증산이 더 많이 일어난 것은 <실험 A>와 <실험 B> 중 어느 경우인지, 아래의 표를 참고로 <실험 A>와 <실험 B>에서 식물의 증산에 영향을 미치는 잎 내부와 외부의 수증기압 차(ΔKPa)의 변화를 계산하여 답하시오. (단, 식물 잎의 기공은 늘 열려 있다고 가정한다.) (99임용기출)
상대습도
온도
20%
50%
80%
100%
20℃
0.47
1.17
1.87
2.34
30℃
0.85
2.12
3.40
4.25
계산 (실험 A : )
(실험 B : )

답 :

[정답]
계산 (실험 A : 2.34 – 1.17 = 1.17 kPa에서 4.25 -2.12 = 2.13 kPa )
(실험 B : 2.34 – 1.17 = 1.17 kPa에서 4.25 -1.17 = 3.08 kPa )

답 : B 의 경우 증산을 더 많이 하게 된다.
10. 다음은 CO2 농도를 1,000ppm까지 변화시키면서 전형적인 C3와 C4식물의 CO2 고정량(μmol CO2 m-2s-1)을 측정한 결과를 나타낸 것이다. (99임용기출)
C4
C3
0 200 400 600 800 1000
60

40

20
CO2
고정량
CO2 농도 ppm

(1) C4식물은 광호흡을 거의 하지 않는다. 그림에서 C4식물은 400ppm 이상의 CO2 농도에서 CO2 고정량이 거의 변하지 않았다. 그 이유를 설명하시오.
(2) 벼와 같은 C3식물은 그림과 같이 CO2 농도를 1,000ppm 까지 높여 주더라도 계속 CO2 고정량이 증가한다. 생육기간 동안 1,000ppm의 CO2를 계속 공급하더라도 종자의 생산량은 350ppm의 CO2를 공급할 때에 비해 그다지 증가하지 않는다고 한다. 그 이유를 설명하시오.

[정답]

(1) C4 식물은 엽육세포에서 CO2를 우선 PEP 카르복시라아제로 고정하고 말산으로 유관속초세포로 이동시킨다. 이 과정이 CO2농도 400ppm 이상에서 포화되었기 때문이다.

(2) 광합성 산물이 증가하더라도 식물의 모든 부분이 그 증가분 만큼 종자의 생산량이 증가하는 것은 아니다. 대부분의 경우 줄기나 잎, 뿌리 등 영양기관의 생장을 주로하기 때문에 종자의 생산량이 그다지 증가하지 않는다.

11. 아래 그림은 광합성 과정의 일부를 나타낸 것이다. ㉮와 ㉯에 해당하는 물질의 이름을 각각 쓰시오. 그리고 엽록체 내에서 아래 과정이 일어나는 부위와 이 반응을 포함하는 회로의 이름을 쓰시오. 단, 반응물질은 약자가 아닌 원래의 명칭으로 쓰시오.(2001임용기출)

( ㉮ )
Ribulose bisphosphate + CO2 ——-> 2×3-phosphoglycerate
(몇 단계의 반응) 2ATP

2Pi 2ADP
2×( ㉯ ) <————- 2×1,3-diphosphoglycerate
포도당 2NADP+ 2NADPH

 

(1) ㉮ 효소의 이름

(2) ㉯ 반응물질의 이름

(3) 반응이 일어나는 엽록체의 부위

(4) 회로의 이름

[정답]
(1) ㉮ 효소의 이름 : RuBP 카르복시화효소
(2) ㉯ 반응물질의 이름 : 글리세르알데히드-3인산
(3) 반응이 일어나는 엽록체의 부위 : 스트로마
(4) 회로의 이름 : 캘빈회로

12. 루비스코(Rubisco)는 캘빈 회로의 카르복실화 반응을 촉매하는 효소이다. (2003임용기출)

(1) 루비스코는 큰 소단위체(large subunit)와 작은 소단위체(small subunit) 단백질로 구성되어 있다. 대부분의 고등식물에서 큰 소단위체 단백질을 암호화하는 유전자의 세포내 위치를 쓰시오.
。 세포내 위치 :

(2) 위의 두 소단위체 단백질은 결합되어야 기능을 수행한다. 루비스코의 두 소단위체 단백질이 엽록체에서 결합되기까지의 과정을 설명하시오.

(3) 루비스코 효소에 결합하는 기질 중에서 CO2와 O2를 제외한 기질의 이름을 쓰시오.

(4) 어두운 방에서 녹색의 잎 추출액을 담은 시험관 위에 강한 빛을 쪼여주면 어두운 적색의 형광을 볼 수 있다. 이런 현상을 볼 수 있는 이유를 쓰시오.

[정답]
1. 엽록체(Chloroplast)
2. 세포질에서 만들어진 루비스코 작은 소단위체 단백질이 풀린(unfolded) 후에 엽록체의 외막과 내막을 가로질러 엽록체 안으로 들어온다. 이 단백질은 다시 접힌(folded) 후 스트로마 내에서 루비스코 큰 소단위체 단백질과 결합되어 기능을 수행한다.
3. 리불로오스-1,5-이인산(Ribulose-1,5-bisphosphate(RuBP) 혹은 리불로오스이인산(Ribulose-1,5-diphosphate(RuDP)
4. 빛에너지를 받은 엽록소 분자가 빛을 방출하면서 에너지를 잃고 다시 바닥 상태로 내려올 때 형광이 나오기 때문이다.

13. 다음 그림은 뿌리혹을 만들지 않는 식물이 질소원을 흡수하고, 식물체 내에서 아미노산으로 전환하는 과정을 모식화한 것이다. (2003임용기출)
(1) 물질 A는 뿌리혹을 만들지 않는 식물이 뿌리를 통해서 토양으로부터 흡수하는 질소원이다. 물질 A의 화학식을 쓰시오.
。 물질 A :
(2) 다음 그림은 물질 A를 물질 B로 환원시키는 효소의 유전자 발현을 조사한 결과이다. 어린 보리에 물질 A를 처리한 후 시간별로 뿌리와 잎에서 각각 RNA를 추출하여 이 효소를 만들어내는 mRNA의 상대적인 수준을 조사한 것이다.

이 결과를 보고 뿌리와 잎에서 이 효소 발현의 공통된 특징을 한 가지만 쓰시오.

[정답]
(1) 물질A: NO3-
(2) 두 효소는 뿌리와 잎에서 물질A(NO3- 혹은 질산염)에 의해 유전자 발현이 급격하게 증가한다.

2. 소화-객관식

1. 다음 다당류 중에서 포도당이 β1→4 결합에 의해 이루어진 것은?
① 글리코겐
② 셀룰로오스
③ 아밀로펙틴
④ 아밀로오스
⑤ N-아세틸글루코사민

[정답] ②

아밀로오스는 포도당이 α1-4사이의 결합으로 형성된 것이고, 셀룰로오스는 β1-4사이의 결합으로 형성된 것이다.

2. 미지의 시료에 베네딕트 용액을 넣고 끓을 때까지 가열하였더니 적갈색 침전이 생겼다. 이 시료 속에는 어떤 영양소가 들어있다고 볼 수 있는가?
① 지방 ② 포도당 ③ 단백질 ④ 비타민C ⑤ 탄수화물

[정답] ②
[해설] 베네딕트 용액은 포도당이나 엿당과 같은 환원당을 검출하는 시약으로 가열해야만 황적색 발색 반응을 볼 수 있다. 지방은 수단Ⅲ 용액에 의해 검출되며(탁한 붉은 색에서 선홍색으로) 단백질은 뷰렛 반응으로 보라색 반응을 볼 수 있고, 탄수화물은 종류에 따라 반응이 다르다.

3. 다음은 단당류와 이당류의 일부를 나타낸 것이다. 베네딕트 용액을 이용하여 검출할 수 없는 것을 모두 고르면?

H
H C OH
H C O H
C OH H C
OH C C OH
H OH
H
H C OH
HO C O OH
C OH H C
H C C H
H OH


H
H C OH
H C O H
C OH H C
OH C C O
H OH

CH2OH
O H
C H OH C
C C CH2OH
OH H

H
H C OH
HO C O O
C OH H C
H C C H
H OH
H
H C OH
H C O H
C OH H C
C C OH
H OH

[정답] ④
[해설] ④번은 포도당과 과당이 결합한 설탕으로서 베네딕트 반응을 일으키지 못한다.

[참고] 포도당 검출
탄수화물 중 알데히드기(-CHO)나 케톤기(-C=O)를 가지고 있는 당(포도당, 엿당 등)은 펠링 용액을 환원시키므로 환원당이라 하고 단당류, 이당류는 설탕을 제외하고는 모두 환원당이다. 환원당은 알칼리성 용액에서 구리, 은, 이온들을 환원시켜 당류에 따라 여러 색깔의 침전물을 만든다. 베네딕트 시약에 함유된 황산구리는 알칼리와 반응하여 수산화구리(Cu(OH)2)로 되고 이것이 환원당에 의해 환원되어 적갈색의 산화구리(Cu2O)로 변한다.

4. 다음 지방에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 지방은 글리세롤과 지방산으로 구성되어 있다.
② 버터가 실온에서 고체인 까닭은 포화지방이기 때문이다.
③ 지방은 주로 탄소와 수소 원자로 이루어진 비극성 물질이다.
④ 대부분의 식물성 지방은 불포화지방이며 실온에서 응고되지 않는다.
⑤ 탄소와 탄소 사이에 이중결합을 포함하는 지방산을 포화지방산이라 한다.

[정답] ⑤
[해설] 상온에서 고체상태인 것을 특히 지방이라 하여 액상인 기름과 구별하지만, 본질적인 차이는 없다. 천연으로 존재하는 것은 3개의 히드록시기가 모두 에스테르화된 글리세롤이 대부분이며, 트리글리세리드라고 불린다. 동물성 지방과 식물성 지방으로 분류되는데, 동물성 지방은 동물체 피하의 지방조직이나 장기의 표면에 축적되고, 식물성 지방은 주로 종자에 축적되어 있다. 식물성 지방은 리놀레산, 리놀렌산 같은 불포화지방산을 많이 함유하고 있다.
생물체 내에서는 리파아제에 의해서 글리세롤과 지방산으로 가수분해된 다음 흡수되는데, 지방 그대로 직접 장관에서 흡수되는 경우도 많다. 흡수된 지방은 일단 간이나 피하의 결합조직, 장간막, 근육 사이 등에 축적되고, 그 후 필요에 따라 분해되어 에너지원이 된다. 발생 에너지는 9.45 kcal/g 정도로 높으며, 탄수화물의 2배의 열량을 공급한다. 또, 연소할 때 생기는 물의 양도 단백질이나 탄수화물의 2배나 되므로, 육상의 생물 특히 사막에서 생활하는 동물에게는 중요한 영양저장물질이다.

5. 동물세포의 세포막에 있는 콜레스테롤의 일반적인 역할은?
① 세포막을 통한 이온의 통과를 쉽게 한다.
② 불포화 인지질에 수소원자를 첨가할 수 있게 한다.
③ 온도가 내려갈 때 세포막이 유동성을 감소하게 한다.
④ 포화 인지질로부터 수소원자를 제거할 수 있게 한다.
⑤ 세포막의 유동성을 줄여서 세포 안으로부터의 압력을 견딜 수 있게 한다.

[정답] ⑤
[해설] 세포막에서 콜레스테롤은 인지질 사이에 끼워져 막의 유동성을 조절하는 역할을 한다. 추운 환경에서 막의 유동성이 저하되는 것을 막기 위해 콜레스테롤이 유동성을 증가시킨다. 반면 더운 환경에서는 인지질이 마음대로 운동하므로 빈 공간을 콜레스테롤이 적당히 채워 유동성을 저해한다. 이렇게, 콜레스테롤은 막의 유동성을 향상시키기도 하고 억제함으로써 세포막의 유동성을 일정수준으로 유지하도록 한다.
6. 수단 Ⅲ용액을 넣었을 때 선홍색으로 변하는 영양소는?
① 지방 ② 녹말 ③ 단백질 ④ 포도당 ⑤ 비환원당

[정답] ①
[해설] 수단Ⅲ 용액은 생물의 조직세포 속에 있는 지방 성분을 검출할 때 사용되는 염색색소. 알코올에 녹여서 사용하는데, 지방의 종류에 따라 색깔이 다르게 염색된다. 예를 들어 중성지방은 적색, 지질은 황적색이 된다.
참고로 단백질은 뷰렛용액(5% 수산화나트륨+1%황산구리 용액)으로 녹말은 요오드용액으로 검출한다. 환원당은 포도당, 과당, 엿당과 같이 펠링 용액을 환원시키는 작용을 하는 당을 말한다. 설탕은 환원성이 없다.

7. 미지의 시료에 1% NaOH 용액을 넣고 잘 흔들어 혼합한 다음, 5% CuSO4 용액을 한두 방을 떨어뜨렸더니 청자색으로 변하였다. 이 시료 속에는 어떤 영양소가 들어있는가?
① 지방 ② 포도당 ③ 단백질 ④ 비타민 ⑤ 탄수화물

[정답] ③
[해설] 뷰렛 반응을 말하는 것으로 단백질 검출 반응이다. 뷰렛반응은 단백질이나 펩티드의 발색반응의 하나로 뷰렛 (H2NCONHCONH2)도 색이 나타나므로 이렇게 부른다. 일반적으로 1개의 탄소원자 또는 질소원자를 사이에 두고 2개의 -CONH기를 가진 것이나 직접 2개의 -CONH기 등이 결합하는 것에서 볼 수 있으며, 트리펩티드 이상의 폴리펩티드사슬을 가진 것이 발색한다. 또 이 반응에 의하여 발색하는 물질은 반응식에 의하여 생성하는 비스(뷰타렛)구리(Ⅱ)산나트륨 Na2[Cu(C2H3O2N3)]이다.

8. 아미노산 중에 필수 아미노산이라고 불리는 것이 있는데, 그 이유는 무엇인가?
① 핵산을 만드는데 꼭 필요하므로
② 단백질을 만드는데 꼭 필요하므로
③ 주로 에너지원으로 쓰이기 때문에
④ 모든 동물이 필요로 하는 아미노산이므로
⑤ 다른 아미노산으로부터 합성할 수 없기 때문에

[정답] ⑤
[해설] 단백질은 체내에서 아미노산으로 분해되고 나서 흡수, 이용된다. 따라서 단백질의 영양가는 그 속에 함유되는 아미노산의 종류와 양에 의하여 정해진다. 아미노산은 동물의 체내에서 다른 아미노산으로부터 만들어지는 것과, 체내에서는 합성되지 않고 음식으로 섭취되어야 하는 것이 있다. 따라서 섭취하지 않으면 완전한 단백질이 되지 않는다. 이렇게 체내에서 합성할 수 없는 아미노산을 필수아미노산이라고 한다. 필수아미노산의 종류는 동물의 종류나 성장시기에 따라 다르지만, 성인의 경우에는 다음의 8종이다. 이소류신, 류신, 리신, 페닐알라닌, 메티오닌, 트레오닌, 트립토판, 발린이다. 어린아이의 경우에는 여기에 히스티딘이 더해진다.

9. 단백질 분자의 앞쪽에 위치한 알라닌 잔기(residue)가 돌연변이로 인해 발린으로 변하면 활성도가 감소되는 이유는 무엇인가?
① 발린은 산성이지만 알라닌은 염기성이므로
② 발린으로 인해 단백질의 등전점(isoelectric point)이 변하기 때문에
③ 발린은 알라닌 보다 더 많은 전하를 띠고 있어 결합이 강해지기 때문에
④ 알라닌은 α나선 구조 형성에 필요하나, 발린은 β-병풍 구조에 필요하므로
⑤ 발린이 더 많은 공간을 차지하여 단백질 분자의 입체구조가 변하기 때문에

[정답] ⑤
[해설] 알라닌(Ala)의 R기는 CH3이고 발린(Val)의 R기는 (CH3)2-CH이므로 알라닌보다 더 많은 공간을 필요로 하기 때문에 단백질 구조에 변화를 일으킨다.

10. 다음 중에서 RNA에는 있으나 DNA에는 없는 것으로만 짝지어진 것은?
① 티민, 리보오스
② 우라실, 리보오스
③ 데옥시리보오스, 티민
④ 데옥시리보오스, 우라실
⑤ 데옥시리보오스, 시토신

[정답] ②
[해설] DNA와 RNA의 비교
DNA
RNA
염기의 종류
A T G C
A U G C
5탄당
디옥시리보오스
리보오스
폴리뉴클레오티드
두가닥(이중나선)
한가닥
11. 사람이 비타민을 섭취해야 하는 이유는 무엇인가?
① 에너지원으로 사용하기 때문에
② 체내에서 효소로 작용하기 때문에
③ 음식물의 소화를 촉진시키기 때문에
④ 세포막의 유동성을 높여주기 때문에
⑤ 효소의 보조인자(cofactor)로 작용하기 때문에

[정답] ⑤
[해설] 고등동물의 체내에서 전혀 합성되지 않거나 필요한 만큼 합성되지 아니하여 식품으로부터 반드시 섭취해야 한다. 비타민은 소량으로 신체기능을 조절한다는 점에서 호르몬과 비슷하다. 그러나 호르몬은 신체의 내분비기관에서 합성되지만 비타민은 외부로부터 섭취되어야 한다는 점이 전혀 다르다.

12. 쓸개관이 막혔을 경우에 분해가 잘 이루어지지 않는 영양소는 무엇인가?
① 지방 ② 녹말 ③ 단백질 ④ 글리코겐 ⑤ 셀룰로오스

[정답] ①
[해설] 쓸개즙은 간에서 생성되어 쓸개에 저장되어 있다가 십이지장으로 분비된다. 쓸개즙에는 소화 효소는 없지만 지방을 미세한 과립상태로 유화시키는 약알칼리성의 지방연화제가 있어 리파아제의 소화작용을 도우며, 장내 부패를 방지한다.
리파아제
지방 지방산(3) + 글리세롤(1)

 

13. 다음은 소화효소의 pH에 따른 활성도를 나타낸 것이다.
2 4 6 8 10
활성도
A
B

(1) 효소 A의 이름, 분비장소, 활성화시키는 물질, 분해되는 영양소를 바르게 짝지은 것은?
이름 분비장소 활성화시키는 물질 분해되는 영양소
① 트립신 소장 쓸개즙 지방
② 펩신 위 염산 단백질
③ 트립신 위 엔테로키나아제 탄수화물
④ 펩신 소장 키모트립신 단백질
⑤ 펩신 위 아밀라아제 탄수화물

[정답] ②
[해설] 낮은 pH에서 활성화되는 소화효소로는 위에서 분비되는 펩신이 있다. 펩신은 단백질 소화효소로서 위에서 펩시노겐으로 분비되어 HCl에 의해 펩신으로 활성화된다.

트립시노겐
↓←엔테로키나아제
트립신

단백질 폴리펩티드 디펩티드 아미노산
↑ ↑
펩 신 펩티다아제
↑← HCl
펩시노겐
(2) 효소 B에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 효소 A와 작용하는 장소가 같다. ② 효소 A와 분비되는 장소가 같다.
③ 약알칼리성인 위에서 작용한다. ④ 약알칼리성인 소장에서 작용한다.
⑤ 약한 산성에서 왕성한 분해작용을 한다.

[정답] ④
[해설] B는 이자에서 분비되는 트립시노겐과 같은 효소로 약알칼리성일 때 활성도가 크다. 위에서 십이지장으로 내려오는 분해중인 음식물에는 염산이 들어있어 강한 산성이다. 이것은 이자에서 분비되는 탄산수소나트륨(NaHCO3)에 의해 중화된다. 트립시노겐은 작은창자에 있는 엔테로키나아제에 의해 트립신으로 활성화되어 단백질 소화에 관여한다.

14. 소화 과정의 조절에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 십이지장의 산성도에 따라 세크레틴 분비가 조절된다.
② 음식 냄새만 맡아도 위액이 분비되는 것은 미주신경의 작용이다.
③ 작은창자로 유입된 음식물은 쓸개로부터 쓸개즙 방출을 촉진한다.
④ 위에 들어온 음식물은 미주신경을 자극하여 가스트린이 분비되게 한다.
⑤ 십이지장의 산성도가 증가하면 엔테로가스트린이 위액 분비를 억제한다.
[정답]: ④
[해설] 미주신경은 소화에 관여하고 뇌로부터 오는 신호를 전달하여 위벽을 자극한다. 즉, 음식물이 미주신경을 자극하는 것이 아니라 감각을 통해 들어온 신호를 뇌로부터 전달받아 위벽을 자극하는 것이다.

[참고] 주요 소화 호르몬의 분비와 기능
① 가스트린: 위액을 분비시킨다. 음식물이 위벽을 자극하면 위벽에서 분비되어 정맥→심장→동맥을 거쳐 위샘을 자극하여 위액을 분비시킨다. 위샘에는 주세포(펩시노겐)와 부세포(염산)가 있다.
② 세크레틴: 이자액(NaHCO3), 쓸개즙 분비시킨다. 위의 염산의 자극으로 십이지장의 벽에서 분비되어 혈관을 통해 이자샘과 쓸개를 자극한다.
③ 콜레시스토키닌: 쓸개즙을 분비시킨다. 지방, 염산의 자극으로 십이지장벽에서 분비되어 혈관을 통해 쓸개를 자극한다.

15. 다음은 침 속에 들어 있는 소화 효소의 작용을 알아보기 위한 실험이다.
pH에 따른 소화 효소의 작용을 알아보려고 할 때 비교해야 할 시험관은?

A. 침 1 ml + 1% 녹말 2 ml + 물 2 ml, 반응온도 100℃
B. 침 1 ml + 1% 녹말 2 ml + 0.1 N HCI 2 ml, 반응온도 100℃
C. 침 1 ml + 1% 녹말 2 ml + 물 2 ml, 반응온도 37℃
D. 침 1 ml + 1% 녹말 2 ml + 0.1 N HCI 2 ml, 반응온도 37℃
E. 침 1 ml + 1% 녹말 2 ml + 0.1 N NaOH 2 ml, 반응온도 37℃
F. 침 1 ml + 1% 녹말 2 ml + 물 2 ml, 반응온도 0℃
① A, C, F ② B, D, E ③ C, D, E ④ B, D, E ⑤ A, B, C

[정답] ③
[해설] pH를 제외한 다른 조건이 동일한 것을 찾아야 한다. 녹말이 소화되는 정도를 알아보기 위해서 요오드 용액이 필요하고 침아밀라아제에 의해 분해된 엿당의 존재를 확인하기 위해 베네딕트 용액이 필요하다. 수단 Ⅲ는 지방 검출 용액으로 지방이 존재하면 주황색이 선홍색으로 변색한다. 뷰렛 용액은 1% NaOH용액와 5% CuSO4용액을 말하는데 단백질 검출 시약이다. 시료에 먼저 NaOH용액을 처리하여 염기성으로 한 후 CuSO4를 처리하면 보라색으로 변색한다. 닌하이드린 용액은 아미노산 검출시약으로 청자색을 나타낸다.

16. 이자액의 성분으로서 십이지장으로 분비되어, 위에서 내려온 산성 음식물을 중화시켜 약한 알카리성으로 만드는 물질은 무엇인가?
① 염산 ② 펩톤 ③ 트립신
④ 세크레틴 ⑤ 탄산수소나트륨

[정답] ⑤
[해설] 이자액에 섞여 있는 탄산수소나트륨(NaHCO2)은 중탄산나트륨이라고도 불리는 백색의 결정이다. 수용액은 약 알칼리성을 나타내기 때문에 위에서 내려오는 산성음식물을 중화하여 이자액과 장액의 효소들이 원활히 작용할 수 있게 하는 역할을 한다.

[참고] 유문 반사
위의 유문이 열리고 닫히는 반사 운동을 말한다. 십이지장의 pH가 산성이면 유문이 닫히고, 염기성이면 열린다. 이것은 위에서 내려오는 산성의 음식물이 적당량씩 소장으로 갈 수 있게 하는 기작으로 소화를 원활하게 하는 중요한 작용이다.

17. 다음 중 간의 기능이 아닌 것은?
① 해독 작용 ② 쓸개즙의 생성 ③ 적혈구의 파괴
④ 아미노산의 저장 ⑤ 프로트롬빈의 생성과 분비

[정답] ④
[해설] 간은 인체 장기 중 가장 큰 기관으로 체중의 약 3%를 차지하며 횡격막의 바로 아래, 복강 오른쪽 위에 위치한다. 무게는 사람의 경우 1~1.5 kg이다. 여러 가지 유독 물질을 인체에 무해한 물질로 전환하고 단백질, 핵산 등 질소를 포함하는 영양소가 분해될 때 발생하는 유독한 암모니아(NH3)를 인체에 해가 없는 요소(NH2)2CO로 전환하는 작용을 한다. 간에서 아미노산을 직접 저장하지 않고 단백질이나 폴리펩티드의 형태로 전환하여 저장한다.
프로트롬빈은 혈액응고에 관여하는 효소로 혈소판의 파괴로 생성되는 트롬보키나제(트롬보플라스틴)에 의해 트롬빈으로 되어 피브리노겐을 피브린으로 전환시키는 작용을 한다.

18. 다음 단백질 소화 과정에서 A, B, C에 작용하는 효소는?

A B C
단백질 펩톤 디․트리펩티드 아미노산





A
트립신
펩신
펩티다아제
트립신
펩신
B
펩신
트립신
펩신
펩티다아제
펩티다아제
C
펩티다아제
펩티다아제
트립신
펩신
트립신
[정답] ②

19. 소화에 관한 설명 중 틀린 것은?
① 위장의 연동운동은 기계적 소화의 일종이다.
② 쓸개즙은 지방을 분해하는 소화효소가 아니다.
③ 단백질 분해효소들은 활성이 없는 형태로 합성, 분비된다.
④ 소장에서 흡수된 단당류, 아미노산 등은 간문맥을 거쳐 간으로 들어간다.
⑤ 지방산과 글리세롤은 소장의 상피세포에서 지방으로 재합성되어 융털의 모세혈관으로 흡수된다.

[정답] ⑤
[해설] 융모의 표면은 단층으로된 상피로 덮여 있고, 그 바로 밑에는 풍부한 모세혈관과 임파모세관의 그물이 있다. 특히 이곳의 임파모세관을 유미관이라고 한다. 소화작용에 의하여 작은 분자로 분해된 영양물질은 융모의 상피세포를 지나서 모세혈관과 유미관 내로 흡수된다. 상피세포를 통과하는 기작은 물과 전해질은 확산, 지방산과 글리세린도 확산, 아미노산과 당류는 에너지를 소모하는 능동적 운반에 의하여 흡수된다. 소장의 모세혈관 내 혈액으로 들어온 영양물질은 문맥계를 거쳐서 간에 이르러 여기서 저장되거나 특별한 화학적 변화를 받게 되며, 저장되지 않은 일부와 화학변화를 받지 않는 일부가 간정맥을 통해 혈류 속에 들어가 전신을 순환하게 된다. 지질의 흡수는 이와 달라서 극히 적은 부분만 문맥계로 들어온다. 상피세포 내로 들어온 지방산과 글리세린은 이 세포 내에서 다시 지방질로 재합성되어 미세한 기름방울, 즉 유미미립(chymomicron)이 된 후 대부분이 유미관 내로 들어와 임파계를 거쳐 흉관으로 들어와 정맥계로 유입된다.

20. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?
① 리파아제는 핵산을 분해한다.
② 키모트립신은 단백질을 분해한다.
③ 알코올은 위에서 흡수됨으로 반응이 매우 빨리 온다.
④ 헬리코박터는 위궤양을 일으키는 원인 중의 하나다.
⑤ 락타아제는 젖당 분해효소로 성인으로 갈수록 줄어드는 경향이 있다.
[정답] ①
[해설] 리파아제는 지방을 분해하는 효소이며, 핵산은 뉴클라아제에 의해 분해된다. 락타아제는 젖당을 분해하는데, 어떤 사람의 경우 어른이 되어 분비되지 않기 때문에 우유를 먹으면 설사를 한다.

21. 위벽 세포들이 위액에 의해 소화되지 않도록 해주는 기작이 아닌 것은?
① 위액은 항상 분비되지는 않는다.
② 점액이 분비되어 위의 내벽 표면을 보호한다.
③ 펩신은 처음에 펩시노겐의 형태로 분비된다.
④ 펩신은 연쇄 반응에 의해 펩시노겐으로 활성화된다.
⑤ 위 내벽의 세포들은 3일에 한번씩 세포분열을 통해 새로이 재생되어 교체된다.

[정답] ④
[해설] 활성화 형태인 펩신 대신에 비활성화 형태인 펩시노겐으로 분비됨으로서 효소를 분비하는 세포를 보호한다. 펩시노겐은 염산에 의해 활성화된다. 위벽의 부세포(혹은 벽세포)에서 염산을 분비하며, 주세포에서는 펩시노겐을 분비한다. 음식물이 위벽세포를 자극하면 가스트린이 분비되며, 혈류를 타고 순환하다가 위벽으로 되돌아와서 위액분비를 촉진한다. 위액은 점액, 효소, 그리고 강산으로 되어 있다.

22. 이자의 가장 중요한 소화 기능은 무엇인가?
① 담즙을 생산한다.
② 콜레스테롤의 조절에 도움이 된다.
③ 소화효소와 담즙염(bile salt)을 생산한다.
④ 점액을 포함하는 탄산수소나트륨을 생산한다.
⑤ 소화효소와 중탄산염이 풍부한 액체를 생산한다.

[정답] ⑤
[해설] 이자는 소화효소와 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 분비한다. 탄산수소나트륨은 강한 산성의 위액이 십이지장으로 내려오면 약알칼리성으로 바꾸어 주어 십이지장에서 작용하는 효소에게 적절한 환경을 제공한다. 또한, 호르몬(인슐린과 글루카곤)도 분비한다. 이자에서 분비된 아밀라제는 녹말을 이당류인 엿당으로 분해하며, 말타아제는 엿당을 포도당으로, 슈크라아제는 설탕을 가수분해하며, 락타아제는 젖당을 가수분해한다. 이자에서 뉴클라아제가 분비되어 DNA와 RNA를 뉴클레오티드로 분해한다. 뉴클레오티드는 소장에서 나오는 다른 효소에 의해 당, 인산, 염기로 분해된 후 흡수된다. 담즙(혹은 쓸개즙)은 간에서 생산되어 간 밑에 붙어 있는 쓸개에 저장된다. 쓸개즙은 지방을 유화시킴으로써 리파아제의 작용을 돕는다.

23. 다음 중 융털의 모세 혈관으로 흡수되는 영양소가 아닌 것은?
① 단당류 ② 아미노산 ③ 유화 지방
④ 무기 염류 ⑤ 수용성 비타민

[정답] ③
[해설] 수용성 영양소는 소장 융털의 모세혈관으로 흡수되고 지용성 영양소는 림프관인 암죽관으로 흡수된다. 지방의 분해산물인 지방산과 글리세롤, 지용성 비타민인 비타민 A, D, E, K를 제외한 대부분의 영양소와 무기염류는 모두 수용성이다.

 

3. 순환-객관식

1. 다음 중 혈액의 기능이 아닌 것은?
① 적혈구 생성 ② 호르몬의 운반
③ 체온을 균일하게 유지 ④ 삼투압을 적정하게 유지
⑤ 병원체의 감염에 대하여 몸을 보호

[정답] ①
[해설] 적혈구, 백혈구, 혈소판 등은 골수에서 생성된다. 혈액은 호르몬 뿐 아니라 대부분의 영양소, 노폐물, 가스 등을 운반한다. 혈액이 흐르면 열이 온몸에 전달되기 때문에

2. 혈액에 대한 설명 중에서 옳지 않은 것은?
① ABO식 혈액형에서 응집원은 적혈구의 표면에 있다.
② 산소는 적혈구 내의 헤모글로빈에 의해서 운반된다.
④ 이산화탄소, 호르몬, 항체 등은 혈장에 의해서 운반된다.
④ AIDS를 일으키는 HIV는 혈액 속의 헬퍼 T 림프구 속에서 증식한다.
⑤ 하나의 B 림프구는 여러 종류의 항체를 생성하여 항원을 제거하는데 이를 체액 성 면역이라 한다.

[정답] ⑤
[해설] 항체형성의 과정에 대해서는 아직도 자세히 밝혀져 있지 않지만, 항체 생산에 관계하는 림프구가 혈액 속에 있어서 이것이 특정 항원에 대항하는 항체를 생성하는 것으로 보고 있다. 즉, 항원이 우리 몸에 들어오면 이 특수한 림프구 (B림프구)는 항원을 식별하여 항원과 결합하고, 이어서 활발히 세포분열을 일으켜 그 수를 늘린다. 그 뒤 늘어난 림프구는 그 항원에 대한 항체를 생성할 수 있는 형질세포로 분화되어 다량의 항체를 생성한다. 하나의 B림프구가 여러 가지 항체를 생산해낼 수 없다.

3. 적혈구에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 적혈구의 직경은 약 8㎛이다. ② 적혈구의 수명은 약 120일이다.
③ 적혈구는 골수에서 만들어진다. ④ 적혈구는 신장에서 파괴된다.
⑤ 적혈구에는 핵이 없다.

[정답] ④
[해설] 사람의 적혈구는 직경이 6~8 μm 정도인 가운데가 오목한 원반형이며, 핵이 없다. 적혈구는 혈구 중에서 그 수가 가장 많아서 혈액 1 mm3 당 약 400~600 만 개가 들어 있다. 적혈구에는 산소를 운반하는 혈색소인 헤모글로빈이 들어 있기 때문에 붉게 보이며, 그 결과 혈액 전체도 붉은 색을 띤다. 또한 적혈구 속에는 이산화탄소를 탄산수소 이온의 형태로 만드는 반응을 촉매하는 탄산무수화 효소가 들어 있다. 이 효소의 작용으로 조직 세포에서 생성된 이산화탄소의 약 70%는 물에 녹는 탄산수소 이온의 형태로 혈장에 녹아 운반된다. 따라서 이산화탄소의 운반에도 적혈구가 작용한다. 적혈구의 평균 수명은 약 120일 정도로 추산되고 있다. 수명이 다한 적혈구는 간이나 지라에서 파괴되지만, 골수의 조혈기관에서 파괴된 만큼의 적혈구를 새로 만들어 보충하기 때문에 혈액 내의 적혈구 수는 항상 일정하게 유지된다. 골수에서 생성된 적혈구는 성숙하면 효소와 헤모글로빈으로 채워지고 핵이 없어져 더 이상 분열하지 못하게 된다.

[적혈구의 모습]

4. 성인의 적혈구는 어느 곳에서 생산해 내는가?
① 비장 ② 간 ③ 골수 ④ 복강 ⑤ 흉강

[정답] ③
[해설] 적혈구는 뼈 속에서 만들어지며, 3~4개월 혈액 내에서 순환하다 간과 지라에서 파괴된다. 적혈구의 주 기능은 산소 운반이며, 분화하면 핵과 미토콘드리아가 없어진다. 적혈구 속에 있는 헤모글로빈은 α와 β글로빈 2분자씩으로 구성된다. 태아 때에는 β글로빈 대신에 γ글로빈이 헤모글로빈을 형성하는데 β글로빈보다 산소에 대한 친화력이 더 높아 태아가 모체로부터 산소를 얻는데 유리하다.

5. 혈액세포 중의 상처부위에 모여서 박테리아나 죽은 세포의 찌꺼기들을 먹어치우는 것은?
① 적혈구 ② 염기성백혈구 ③ 식세포
④ 산성백혈구 ⑤ 림프구

[정답] ③
[해설] 백혈구에는 염기성, 중성, 산성백혈구, 단핵구 및 림프구가 있다. 염기성백혈구는 히스타민과 같은 화학물질을 분비하여 혈관을 확장시키며, 다른 백혈구가 모세혈관으로부터 나와 주위 조직으로 모이게 한다. 중성백혈구와 단핵구는 식세포로 세균, 외부단백질, 몸 내부에서 수명이 다한 찌꺼기 등을 먹어 치운다. 산성백혈구의 기능은 불분명하다. 림프구에는 B세포와 T세포가 있어 특이적인 면역 반응을 한다.

6. 다음 물질 중 혈액이 응고되는 과정에 관여하지 않는 것은 무엇인가?
① Ca2+ ② 트롬빈 ③ 헤파린 ④ 피브린 ⑤ 피브리노겐

[정답] ③

[혈액 응고의 기구]

Ca2+
혈소판————트롬보플라스틴

프로트롬빈 트롬빈
혈장
피브리노겐 피브린

피브린이 혈구를 얽어매어 혈병이 된다.
7. 혈액을 유리 막대로 저어주면 응고되지 않는다. 그 원리는 무엇인가?
① 적혈구 제거 ② 피브린 제거 ③ 혈소판 파괴
④ 칼슘 이온 제거 ⑤ 트롬보키나아제의 작용을 억제

[정답] ②
[해설] 피브린은 끈적끈적한 실같은 성분의 단백질로 혈구를 묶어 혈병을 만드는 역할을 하는데 유리막대로 저으면 이것이 제거된다.

8. 헤모글로빈의 헴구조에서 금속 원소인 Fe2+를 제외한 나머지 단백질을 무엇이라고 하는가?
① 피톨
② 피리딘
③ 피페리딘
④ 포르피린
⑤ 퓨란

[정답] ④
[해설] 헤모글로빈은 척추동물의 적혈구 속에 다량으로 들어 있는 색소단백질로 철을 포함하고 있는 포르피린 고리와 단백질의 일종인 글로빈으로 되어 있다. 철은 산소와 가역적으로 결합하는 능력이 있어, 생체 내에서 산소를 운반하는 일을 한다. 헤모글로빈은 산소 외에 일산화탄소와도 결합하기 쉬워서 일산화탄소헤모글로빈을 만든다. 일산화탄소의 친화력은 산소에 비해 크기 때문에 사람이 일산화탄소에 중독된 경우에 문제가 된다. 헤모글로빈 한 분자는 4개의 폴리펩티드 사슬로 되어 있고, 각각의 폴리펩티드 사슬에는 1개씩의 헴이 함유되어 있다. 적혈구가 붕괴하면 헤모글로빈은 간에서 분해되고, 포르피린 고리는 쓸개즙 색소가 되어 배출되는데 수명은 약 120일이다.

9. 혈액 내에서 대부분의 산소는 헤모글로빈과 결합하여 산소헤모글로빈의 상태로 운반된다(Hb+4O2 →Hb(O2)4). 이러한 반응을 촉진하는 조건들로 묶여진 것은?
① 높은 산소 분압, 낮은 이산화탄소 분압, 중성, 저온
② 높은 산소 분압, 낮은 이산화탄소 분압, 산성, 고온
③ 낮은 산소 분압, 높은 이산화탄소 분압, 중성, 저온
④ 낮은 산소 분압, 높은 이산화탄소 분압, 산성, 고온
⑤ 낮은 산소 분압, 높은 이산화탄소 분압, 염기성, 고온

[정답] ①
[해설] 헤모글로빈이 산소와 결합하기 위해서는 산소 농도가 높아야 하는 것은 당연한 사실이다. 온도가 높아지면 분자운동이 활발해지므로 두개 이상의 분자가 결합하기는 어려워진다. 그러므로 온도는 낮을수록 좋다. CO2는 산소와 헤모글로빈과의 결합에 경쟁적으로 작용하므로 분압이 낮을수록 좋다. CO2가 물에 녹으면 pH는 낮아지므로 헤모글로빈의 포화도를 높이기 위해서는 pH가 중성이거나 약염기성이어야 한다.

10. 다음 중 가장 강력하게 식세포 작용을 하는 과립형 백혈구는?
① 대식세포
② 호산성백혈구
③ 호염기성백혈구
④ 중성백혈구
⑤ 단핵구

[정답] ④
[해설] 백혈구는 과립백혈구와 비과립백혈구로 구분된다. 과립백혈구에 속하는 중성백혈구(neutrophil)는 염증 부위로 이동하여 활발하게 식세포 작용을 하고, 호산성백혈구(eosinophil)는 중성백혈구와 기능이 비슷하나 식세포 활동이 약하다. 호염기성백혈구(basophil)는 히스타민을 분비하여 염증을 일으킨다. 비과립백혈구에 속하는 단구(monocyte)는 혈액으로부터 조직으로 이동하여 대식세포로 전환되면서 식세포작용을 하며, 림프구(lymphocyte)는 항체를 생성하는 등 면역에 관여한다.

11. 주조직적합성 복합체(MHC)에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 처녀 T세포는 MHC 단백질과 항원을 인식하는 이중수용체를 갖는다.
② MHC Ⅰ종을 인식하는 수용체를 갖는 것은 보조 T세포이다.
③ 생체 내의 거의 모든 유핵세포는 Ⅰ종 MHC 단백질을 세포표면에 갖는다.
④ 기관이식 수술시의 거부반응은 이 MHC 단백질 때문이다.
⑤ 사람의 경우 6번 염색체에 이들 유전자가 존재한다.

[정답] ②
[해설] MHC는 주조직적합성 복합체로 사람의 6번째 염색체에 세 종류의 MHC 단백질을 합성하는 유전자가 있다. 이 유전자에 의해 합성된 MHC는 세포의 표면에 분포하는 단백질로 개인마다 달라서 개인차이를 유발하는 단백질이다. 표면 단백질 중 MHCⅠ은 세포파괴 T-세포와 결합하며, MHCⅡ는 보조 T-세포와 결합한다. T-세포의 세포막에는 항원을 인지하는 부위와 MHC를 인지하는 부위가 모두 있다.

12. 면역 글로불린의 작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① IgM은 단량체로 보체 활성화를 시작시킨다.
② IgE는 단량체로 히스타민의 분비를 촉진한다.
③ IgD는 단량체로 1차 면역반응의 수용체와 촉진제 역할을 한다.
④ IgG는 외부침입세포를 용해시키는 것을 도와준다.
⑤ IgA는 식세포작용시까지 움직이지 않고 세포 표면에 위치한다.

[정답] ①
[해설] IgM은 대개 5개의 단량체가 모인 구조로 존재하며 항원이 침투했을 때 가장 먼저 분비된다. 단량체로 존재하는 IgM은 B-세포의 막에서 항원에 대한 수용체로 작용하기도 하며, ABO식 혈액형에서 서로 다른 혈액형을 섞었을 때 일어나는 혈구의 응집반응은 바로 IgM이 응집소로 작용하여 일어난다.

13. 항체에 대한 특징을 설명한 것 중 잘못된 것은?
① 포유류의 항체는 특성에 따라 IgG, IgA, IgM, IgD, IgE의 5종류로 분류된다.
② 항체는 보통 2개의 H사슬과 2개의 L사슬로 구성되어 있다.
③ 항체는 B세포에서 생산되는 특수한 단백질로 구성되어 있다.
④ B세포는 T세포의 도움이 필요하며 T세포는 체액성 면역에 관여한다.
⑤ 어떤 부류의 항체는 B세포와 결합된 형태로 존재한다.

[정답] ④
[해설] ④항에서 T세포는 세포성 면역에 관여한다. 항체는 B-림프구가 변한 형질세포(plasma cell)에서 합성되어 분비되는 단백질로서 두 개의 길고 무거운 사슬(H 사슬)과 두 개의 짧고 가벼운 사슬(L 사슬)로 구성된다. 이들 사슬들은 이황화결합으로 연결되어 있으며, 전체적으로는 Y-자 모양을 띠고 있다. 각 사슬의 가지부분을 가변부라고 하여 항원과 상보적인 구조를 가지고 있으면서 항원과 결합하는 부위이다. 나머지 부분은 불변부라고 한다. 항체를 구조는 다음 그림과 같다.
14. 다음 중 항원을 주로 인지하는 세포는?
① 대식세포 ② B-림프구 ③ T-림프구 ④ 형질세포 ⑤ 기억세포

[정답] ③
[해설] T-림프구에 의한 면역 작용은 세포표면에 드러난 항원을 인지하여 감염된 세포를 죽이거나 항체생산을 촉진함으로 세포성면역이라고 한다. 세포성면역은 흉선에서 성숙한 T림프구가 항원을 인지하여 림포카인을 분비하거나 직접 감염된 세포를 죽이는 역할을 한다. 분비된 림포카인은 대식세포를 활성화시켜 식작용을 돕기도 한다. 이와 같은 세포성면역은 주로 바이러스 또는 세포 내에서 자랄 수 있는 세균에 감염된 세포를 제거하는 기능을 수행한다. 보조 T세포(helper-Tcell)가 에이즈 바이러스에 감염되어 괴사를 일으키면, 인체의 면역기능이 망가져서 후천적으로 면역결핍상태가 되며, 이로 인해 치명적인 2차 감염(예, 폐렴)과 같은 질병으로 죽게된다.

15. 다음은 우리 몸에 서로 다른 항원Ⅰ과 항원 Ⅱ가 들어왔을 때 일어나는 면역반응을 나타낸 모식도이다.
항원Ⅰ
항원Ⅰ
항원Ⅱ
일수
항체의양
항원Ⅱ

(1) 항원Ⅰ에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 1차 주입했을 때와 2차 때 항체가 생성되는 속도가 같다.
② 1차 주입했을 때와 2차 때 면역 반응이 같은 정도로 나타난다.
③ 2차 주입했을 때 이에 대한 면역 반응이 더 빠르고 강하게 나타난다.
④ 2차 주입했을 때가 1차 때보다 항체의 생산 속도는 빠르나, 같은 양이 생산된다.
⑤ 2차 주입했을 때가 1차 때보다 항체의 생산 속도는 같으나, 더 많은 양이 생산된다.

(2) 항원Ⅰ,Ⅱ에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 만들어지는 항체는 서로 같다.
② 항체를 만들어 내는 B림프구는 같은 종류이다.
③ 항원 Ⅰ은 T세포에 의하여, Ⅱ는 B세포를 통하여 항체를 생산한다.
④ 항원 Ⅰ에 대한 2차 면역반응이 다른 것은 기억 세포가 남아 있기 때문이다.
⑤ 항원 Ⅱ에 대한 2차 면역반응이 같은 것은 기억 세포가 남아 있기 때문이다.

[정답]: ③
[해설] 항원Ⅰ을 2차로 주입했을 때는 1차 때보다 짧은 기간에 더 많은 양의 항체가 만들어 졌음을 알 수 있다. 이것은 처음 항원Ⅰ이 침입 시 기억세포가 형성되어 몸에 들어왔던 특정한 항원을 인식하는 능력이 있기 때문이다. 이 기억세포는 수명이 길며, 이전에 들어왔던 항원이 들어오면 즉각적인 반응을 수행하여 더 빠르고 강하게 작용한다.

[정답] ④
[해설] 각각의 항원에 대한 항체는 모두 다르며, 작용하는 B림프구도 다르다. 또한 항체Ⅱ에 대한 2차 반응정도가 같은 것은 기억세포가 남아있지 않은 것으로 볼 수 있다.

16. 실험 결과 항체 A가 a, b와는 반응하였으나 c와는 반응하지 않았다. 이 실험 결과에 대한 해석으로 가장 적절한 것은?
① a, b는 동일한 물질이다.
② a, b는 병원성이 있으나 c에는 병원성이 없다.
③ a, b는 항원성이 있으나 c에는 항원성이 없다.
④ c에는 a, b와 같은 항체와의 결합 부위가 없다.
⑤ a와 c 사이에는 효소의 활성 부위의 구조에 차이가 있다.

[정답]: ④
[해설] 항원항체 반응은 모든 부위가 반응에 참여하는 것이 아니라 특정한 결합 부위가 존재하여 그 부분이 일치하였을 경우에만 반응이 일어난다.

[참고] 항원항체반응
항원은 동물의 몸 밖에서 들어온 이물질로서 항원의 대부분은 단백질이지만 핵산이나 탄수화물도 항원이 될 수 있다. 또 항원은 따로 떨어져 있는 하나의 분자일 수도 있고, 바이러스나 세균(박테리아) 같은 생명체의 표면에 들어 있는 분자일 수도 있다. 이물질 즉 항원이 침입한 것을 감지한 숙주의 혈액 속에서는 이물질에 대항하는 물질이 생긴다. 이것이 바로 항체이다. 항체의 정체는 단백질이다. 항체는 혈액 속에서 면역 글로불린, 또는 γ(감마)글로불린이라고도 하는 일종의 단백질로서 존재한다. 항체는 4개의 폴리펩티드가 모여 Y자 모양을 하고 있다. 그런데 하나의 항체는 그것을 만들게 한 항원하고만 반응한다. 이처럼 항체는 특정 항원하고만 반응하는 것을 항원․항체 반응의 특이성이라고 한다. 서로 다른 전염병에 대해 각기 다른 예방 주사를 접종하는 것도 이러한 특이성 때문이다.

17. 결핵에 대한 면역이 형성되었는지를 알아보는 투베르쿨린 반응의 원리는?
① 항체 형성 여부 확인
② 세포성 면역 형성 여부 확인
③ 대식세포의 활성 여부 확인
④ 인터루킨에 의한 B-림프구의 활성 확인
⑤ 조직 항원복합체(MHC)에 의한 거부반응 확인

[정답] ②
[해설] 투베르쿨린반응은 결핵균 감염의 유무 또는 BCG 접종 효과의 반응을 진단하기 위한 중요한 검사법으로 진단시약(튜버큘린)을 팔뚝의 앞쪽 피하에 주사 한 후 48시간이 지난 다음의 반응을 확인한다. 원리는 진단시약을 사람의 피하에 주사하면, 주사 지점에서 튜버큘린에서 반응하는 보조 T 세포에 의해 인터루킨이 분비되면서 특징적인 면역 반응이 피부에서 나타난다. 인터루킨이 대식세포와 림프구를 피부로 끌어들임으로써 피부가 부풀어오르는 양성반응이 나타난다. 붉게 부풀어 오른 부분의 지름이 4mm 이하를 음성(-), 5~9 mm를 의양성(±), 10 mm 이상을 양성(+)이라고 한다. 음성은 결핵균에 감염되지 않음을 나타내고, 양성은 결핵균에 대한 감염 또는 BCG 접종에 의한 것을 나타낸다.

18. 다음 중 면역에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 이식 거부 반응은 MHC에 의해 일어난다.
② 세포성 면역은 T림프구에 의해 이루어진다.
③ T 림프구의 선택 및 성숙은 가슴샘에서 이루어진다.
④ 대식세포는 병원균의 항원을 MHC에 결합하여 표출한다.
⑤ 각 항체를 만드는 유전정보는 하나의 오페론으로 구성되어 있다

[정답] ⑤
[해설] MHC는 Major Histocompatibility Complex의 약자로 주조직적합복합체를 말하는데 이식면역에서 가장 강한 이식거부반응을 일으키는 세포표면의 동종항원군 및 그것을 지배하는 유전자군을 지칭하는 것이다. T림프구의 T는 가슴샘(thymus)의 T에서 유래한 것으로, 가슴샘에서 T 림프구가 성숙한다. 오페론은 원핵생물에서만 적용되는 것으로 항체를 생산하는 진핵생물에 오페론이라는 말 자체도 옳지 않다.

19. 단일클론항체는 어떻게 만들어지는가?
① 악성 종양에 의해
② 암컷이 임신을 할 때
③ 동물이 한 형태의 감염원에 의해 감염될 때
④ B 세포가 T 세포와 융합할 때 만들어지는 세포에 의해
⑤ B세포가 종양 세포와 융합할 때 만들어지는 세포에 의해

[정답] ⑤
[해설] 항체를 얻기 위해서는 항원을 토끼나 쥐에 주사하여 얻는다. 일반적으로 하나의 항원이 들어가면 이것에 대하여 여러 종류의 항체가 만들어진다. 이것을 다클론항체(polyclonal antibody)라고 한다. 이 경우 많은 양의 항체를 만들기 위해서는 여러 마리의 동물을 이용하여야 한다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 단일클론항체(monoclonal antibody) 기술이 개발되었다. 항체를 만드는 혈장세포와 종양세포를 융합시키는 것이 핵심기술로, 이 융합된 세포를 하이브리도마(hybridoma)라고 한다. 하이브리도마 세포는 단 한 종류의 항체를 많이 생산하며, 세포가 죽지 않기 때문에 계속 이용할 수 있다.

20. AIDS 바이러스에 감염되었을 때 나타나는 면역 체계의 일반적인 이상은 ?
① 대식세포의 감소 ② B-림프구의 감소
③ 대식세포의 식균작용 착오 ④ T-림프구의 항원 인지 착오
⑤ 골수의 면역세포 증식 억제

[정답] ④
[해설] AIDS바이러스, 즉 HIV(human immunodeficiency virus)는 주로 세포성 면역을 담당하는 T 림프구 중 보조 T 세포의 세포 표면에 있는 단백질을 인식하여 세포 안으로 들어간 후 잠재 상태로 있다가 몇 년 후에 바이러스가 증식하면서 보조 T 세포를 파괴한다. 보조 T 세포는 세포독성 T 림프구와 대식세포를 활성화시키고, B림프구의 항체 생성을 도와주는 작용을 하므로 결국 HIV가 침범하면 T 림프구의 기능에 심각한 장애가 생겨 전체적인 항원 항체 반응에 이상이 오고 결국 사소한 질병에도 대처하지 못해 사망에 이르게 되는 것이다.

21. 다음 중 선천성 면역에 속하지 않는 것은?
① 백신
② 땀에 섞여 나오는 화학 물질에 의한 살균 작용
③ 체내에 들어온 세균에 대한 식세포들의 식균 작용
④ 음식물에 섞여 들어오는 미생물을 죽이는 위산이나 효소의 작용
⑤ 각종 상피세포에서 분비하는 효소인 리소자임에 의한 살균 작용
[정답] ①
[해설] 백신이란 항체를 형성하는 작용은 있으되 병원성을 제거한 항원을 말한다. 이것을 주사하면 기억세포를 생성하여 병원성을 지닌 진짜 항원이 침입했을 때 신속하게 면역작용을 할 수 있게 된다.

22. 혈액형이 A형인 사람이 한번도 B형의 혈액을 수혈하지 않아도 B형의 적혈구에 대한 응집소를 가지고 있는 이유에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 혈구 응집은 항원-항체 반응과는 다르기 때문이다.
② 항원의 출현과는 관계없이 항체가 형성되기 때문이다.
③ 응집소는 B형 항원을 만나는 순간 형성되기 때문이다.
④ 모체에서 B형 항원을 만나 항체가 형성되기 때문이다.
⑤ 성장 과정에서 B형 항원과 유사한 물질에 노출되기 때문이다.

[정답]: ②
[해설] 항체의 종류는 1억~1000억개 정도 된다고 한다. 이렇게 많은 종류의 항체들이 항원과 만나 만들어지기는 어렵다. 사람에게는 약 4-5만개의 유전자 밖에 없으므로 원칙적으로 이 숫자보다 더 많은 단백질 종류를 만들 수 없다. 이러한 문제점은 유전자간의 재조합, 체세포 돌연변이 등이 일어나 다양한 종류의 유전자가 만들어짐으로서 해결이 가능해 졌다.

23. B 세포는 세포 생활사 중 언제 특정한 표면 항체를 처음으로 나타내는가?
① 기억세포가 분열하기 시작한 후에 ② B 세포가 항원을 만나기 전에
③ B 세포가 여러 항원을 만난 후에 ④ B 세포가 하나의 항원을 만난 후에
⑤ 줄기세포가 분열하기 전에

[정답] ②
[해설] B세포와 T세포는 약 1억~1000억 개의 서로 다른 세포들이 존재한다고 한다. 각 림프구들은 우리 몸에서 특이한 항원을 인식하고 반응하도록 각각에 대하여 적은 수가 미리 준비되어 있다. 다양한 항체가 만들지는 것은 L사슬(light chain) 혹은 H사슬(heavy chain)을 만들 때 유전자 재조합이 일어나고, 또한 체세포 돌연변이가 일어나기 때문이다.

24. 1차 면역반응이란 무엇인가?
① 미생물에 노출된 첫날에 1차 형태의 항체의 생산
② 질병을 유발하는 미생물의 1차 항원에 의해 유도된 면역 반응
③ 질병을 유발하는 미생물의 1차 항체에 의해 유도된 면역 반응
④ 특정한 항원에 대한 림프구의 첫 노출에 의해 유도된 면역 반응
⑤ 특정한 항체에 대한 면역세포의 첫 노출에 의해 유도된 면역 반응

[정답] ④
[해설] 면역 반응에는 1차 면역과 2차 면역 반응으로 나눌 수 있다. 1차 면역반응은 림프구가 처음으로 항원을 만나 효과기 세포의 클론을 만들 때의 반응이다. 림프구가 활성화되어 효과기 세포를 만들기까지 여러 날이 걸린다. 효과기 세포가 만들어지면 혈액 내에 항체가 보인다. 만약, 같은 항원을 두 번째로 만나면 빠르고 강한 2차 면역반응이 생긴다. 2차 반응에서는 고농도의 항체가 만들어진다. 1차 면역 반응 후 효과기 세포가 생기면서, 동시에 기억세포가 만들어진다. 효과기 세포는 수일간만 살 수 있다.

25. 과민성 쇼크는 다음 중 어떤 것에 대한 예인가?
① 자가면역질병 ② 면역결핍증 ③ 알레르기 반응
④ 후천성 면역 결핍증 ⑤ 후천성 자가 면역증

[정답] ③
[해설] 과민성 쇼크는 특별히 위험한 형태의 알레르기 반응으로 알레르기 항원에 접하게 되면 비만세포(mast cell)가 히스타민을 매우 빠르게 분비하여 혈관이 비정상적으로 확장되고, 혈압이 급격하게 떨어져 생명에 위협을 준다. 항히스타민제는 히스타민의 기능을 약화시켜 알레르기 반응을 억제한다.

26. HIV에 의한 후천성 면역결핍증에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?
① HIV의 유전 정보 물질은 DNA이다.
② HIV는 공기 중으로 전염되지는 못한다.
③ HIV는 막단백질을 통하여 숙주세포에 감염한다.
④ AIDS는 환자 대부분 2차 감염원으로 인해 사망한다.
⑤ HIV는 T세포의 항원인지 기능에 결손을 일으킬 수 있다.

[정답] ①
[해설] HIV=human imunodeficiency virus. 이 바이러스는 유전물질이 RNA인 레트로바이러스이다. HIV는 감염자의 혈액이나 체액이 직접 다른 사람의 체액으로 들어와야 감염되기 때문에 공기를 통해서는 전염되지 않을 뿐 아니라 간단한 접촉, 키스 등으로도 전염되지 않는다. 감염되면 주로 보조 T 세포를 공격하여 면역기능을 파괴한다. T세포가 파괴되면 면역력이 떨어져 AIDS가 아닌 폐렴과 같은 다른 질환에 2차 감염되어 결국 사망하게 된다.

27. 면역을 담당하는 세포에 대한 바른 설명은?
① B-림프구는 가슴샘에서 성숙된다.
② 항원을 인지한 T-림프구는 형질세포가 된다.
③ 면역관련 세포는 골수의 줄기세포로부터 생성된다.
④ 대식세포는 항체를 생산하여 면역작용을 담당한다.
⑤ 세포성면역은 B-림프구가 생성한 항체가 항원과 결합하여 식균 작용을 하는 것을 말한다.

[정답]: ③
[해설] 가슴샘(Thymus)에서 성숙하는 것은 T림프구이다.(T는 가슴샘의 T에서 유래한 것이다)
대식세포는 백혈구 중 단핵구로부터 유래된 커다란 세포로 체액내를 활발히 이동하면서 박테리아나, 바이러스에 감염된 세포를 먹어치운다. 즉 항체를 생산하는 체액성 면역이 아니라 세포성 면역에 관여한다. 항원을 인지하여 형질세포가 되는 것은 B림프구이다. 세포성면역은 T림프구에 의해 이뤄진다.

28. 순환계의 중요한 기능이라고 볼 수 없는 것은?
① 산소 운반
② 이산화탄소의 운반
③ 세포질내의 용액의 조성을 조절
④ 세포 조직 사이 용액의 조성을 조절
⑤ 간이나 콩팥 같은 기관으로 혈액을 계속 이동시킴으로써 혈액상태를 조절

[정답] ③
[해설] 순환계는 기체의 교환에 관여하고, 세포에 영양분을 제공하며, 노폐물을 배출장소로 운반하는 역할을 한다. 또한 면역 단백질과 면역세포의 이동 통로로 작용하여 방어 작용을 하는데 기여한다. 혈액이 신장을 통과하면서 노폐물이 제거되며, 간에서 오래된 적혈구가 파괴된다. 적혈구는 또한 지라에서도 파괴된다.

29. 메뚜기와 가재의 순환계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 개방 순환계를 가지고 있다. ② 혈액은 수송을 담당하고 있다.
③ 혈액은 호흡 기능을 수행한다. ④ 혈액은 소공을 통하여 심장으로 들어간다.
⑤ 혈액은 동맥을 거쳐 혈강으로 들어간다.

[정답] ③
[해설] 곤충류의 호흡은 기관을 통해서 이루어지며, 갑각류의 가재는 아가미를 통해서 이루어진다.

30. 심박출량은 이곳에서 분당 내보내는 혈액의 양을 말한다. 이곳에 해당하는 것은?
① 심장 ② 좌심방 ③ 우심방 ④ 좌심실 ⑤우심실

[정답] ④
[해설] 심박출량이란 죄심실에서 대동맥으로 1분에 내보내는 혈액량으로, 좌심실에서 내보내는 혈액량(평균 75ml)에 심박동수를 곱한 값이다. 보통 사람은 70회 심장박동수를 보임으로 70×77=5.25(L/min)이 된다.

31. 심장 박동원이 있는 곳은 어디인가?
① 방실결절 ② 동방결절 ③ 푸르키녜 섬유
④ 뇌의 심장령 ⑤ 답 없음

[정답] ②
[해설] 심장 박동원은 우심방 위쪽에 있는 동방결절이다. 심장을 분리해도 박동하는 것은 자체 내에 박동원인 동방결절이 있기 때문이다. 박동원에서 나온 신호는 빠르게 양쪽 심방으로 퍼지며, 동시에 심방과 심실 사이의 벽에 위치하는 방실결절을 통과한다. 방실결절에서는 심실에 전달되기 전에 약간 지체함으로써 심방과 심실이 교대로 박동하게 한다. 퍼킨제섬유가 방실결절로부터 신호를 받아 심실의 근육으로 전달한다.

32. 척추동물의 모세혈관에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 혈관 벽은 한 층의 세포로 되어있다.
② 적혈구는 모세혈관 벽을 빠져나가지 못 한다.
③ 기체 성분은 모세혈관 벽을 빠져나갈 수 있다.
④ 혈장 성분은 혈관 벽을 통해 빠져나갈 수 없다.
⑤ 혈관 벽을 이루는 세포들 사이에는 작은 구멍이 있다.

[정답] ④
[해설] 모세혈관세포들 사이에는 소공들이 있어 혈장이 자유롭게 통과할 수 있다.

[참고] 모세혈관
지름은 8~20 μm이며 매우 가는 것은 적혈구 1개가 겨우 통과할 정도이다. 백혈구는 벽을 형성하는 단층의 내피세포의 간극을 자유로이 출입한다. 수축성이 풍부해서 혈류속도는 혈관 중에서 가장 느리며, 보통 가스교환을 비롯하여 분비, 흡수, 배설 등을 하는 기관(폐, 간, 신장 등)에 특히 많이 분포한다. 혈액과 조직액 등의 물질교환이 이루어진다.

33. 심장 근육에 영양분과 산소를 공급하는 혈관은?

① 좌심방 ② 좌심실 ③ 경동맥 ④ 간동맥 ⑤ 관상동맥

[정답] ⑤
[해설] 관상동맥(coronary artery)은 심장을 둘러싼 동맥으로 좌우로 2개가 있는데, 심방과 심실을 관모양으로 둘러싸고 있는데서 비롯된 이름이다. 관상동맥을 흐르는 혈액량은 대동맥에서 나오는 전신의 혈액량의 약 5%에 상당하고 심장활동이 왕성하여 대사산물이 많으면 관상순환계의 혈관은 확장되어 혈액의 순환을 좋게 한다. 이 현상은 혈액 중의 산소의 감소나 이산화탄소의 증가에 의해서도 나타날 수 있다. 보통 혈관은 교감신경에 의해 수축되고 미주신경에 의해 확장되지만, 관상순환계의 혈관에서는 반대로 된다.

34. 다음은 혈관의 생리를 나타낸 그래프이다.

A
C
D
E
B

혈류속도를 나타낸 그래프는?

① A ② B ③ C ④ D ⑤ E

[정답] ④
[해설] 모세혈관은 각각의 직경은 매우 작지만 온몸에 넓게 퍼져 있기 때문에 총단면적은 동맥, 정맥에 비해 훨씬 더 넓다. 그래프 D는 혈류속도를 나타내는 것으로서, Ⅲ구간에서 갑자기 속도가 떨어졌다. 이것은 모세혈관 구역을 나타내는 것으로, 혈관 중 가장 느린 속도로 혈액이 이동한다. 수축기혈압과 이완기혈압의 차이를 맥압이라하며 일반적으로 정상 성인에서 맥압은 대략 35-45 mmHg 정도가 되는데 이것은 주로 일회박출량과 동맥혈관의 탄성에 의해서 크게 영향을 받는다.

35. 비장(지라)의 기능이 아닌 것은?
① 식세포작용 ② 항체 생산 ③ 혈액 저장
④ 혈액 응고 ⑤ 적혈구 파괴

[정답] ②
[해설] 비장(지라 spleen)은 위와 가로막 사이에 위치해 있으며 순환계통에 있는 가장 큰 림프기관이다. 혈액을 걸러서 그 속에 침투해 들어온 미생물을 식세포작용에 의해 제거하며 오래된 적혈구를 파괴하는 기능도 한다.

36. 다음 중 혈구가 속한 조직을 설명하는 것은?
① 수축성이 뛰어나다.
② 자극과 흥분의 전달 작용을 한다.
③ 피부의 진피, 뼈, 힘줄 등이 속한다.
④ 납작하거나 기둥 모양의 세포로 구성된다.
⑤ 몸의 내․외부 표면의 보호, 물질의 분비 기능을 지닌다.

[정답] ③
[해설] 우리 몸에 가장 널리 분포하는 조직으로서 여러 세포와 그 사이 물질로 이루어져 있다. 상피 아래에서 상피를 고정시켜 몸의 형태를 만들고 유지시킨다. 또, 근육조직이나 신경조직을 이어주거나, 그 사이를 채우기도 한다. 혈구(혈액), 뼈, 힘줄 등이 결합 조직에 포함된다.

37. 모세혈관에서 빠져나간 혈장이 회수되는 경로에 대하여 옳지 못한 설명은?
① 조직액의 유체 정압은 모세혈관의 혈압과 동일하다.
② 모세혈관에서 빠져나간 혈장의 일부는 조직액이 된다.
③ 조직액은 림프관계를 거쳐 쇄골하정맥에서 순환계로 회수된다.
④ 모세혈관에서 빠져나간 혈장의 대부분은 모세혈관으로 회수된다.
⑤ 모세혈관에서 혈장의 유출 및 유입은 모세혈관의 혈압변화에 따른다.

[정답] ①
[해설] 조직액의 유체정압은 모세혈관에 비해 약간 높거나 낮은 상태이다. 모세혈관의 압력이 높으면 조직액쪽으로 혈장이 밀려나오고 낮을 경우에는 조직액이 혈장으로 들어오게 된다. 즉 모세혈관의 혈압변화에 따라 혈장의 유입유출이 이루어지는 것이다. 조직액은 림프관으로 들어가 최종적으로 쇄골하정맥에서 정맥과 합쳐져 심장으로 들어가게 된다.

38. 운동을 할 때 심장 박동이 빨라지는 것에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 연수의 호흡중추가 자극된다.
② 근육에서 세포호흡이 증가한다.
③ 혈중 이산화탄소의 양이 증가한다.
④ 부교감 신경을 통한 명령이 전달된다.
⑤ 동방 결절의 흥분 빈도수가 증가한다.

[정답] ④
[해설] 부교감신경은 몸을 이완, 휴식 상태로 전환시키는 작용을 하므로 운동을 할 때는 교감신경의 흥분이 많이 일어난다. 세포호흡이 증가하면 이산화탄소의 발생이 많아지고, 이것이 혈액 속으로 들어가면 혈중 이산화탄소 농도가 증가하고 그 결과 호흡, 순환의 중추인 연수가 자극되면 호흡과 심장박동이 빨라지게 된다. 심장의 박동은 박동원인 동방결절에 의해 이뤄지므로 흥분빈도수가 증가하는 것은 당연하다.

39. 조직액에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 세포 주위의 공간을 채우고 있다.
② 혈장에 비해 단백질의 양이 많다.
③ 림프관으로 들어가면 림프장이 된다.
④ 혈장 성분이 모세 혈관 벽을 통해 나온 것이다.
⑤ 혈액과 조직 세포 사이에서 물질 교환을 중계한다.

[정답] ②
[해설] 단백질은 모세혈관벽을 통과할 수 없기 때문에 조직액에는 단백질이 없거나 상황에 따라 극히 소량의 단백질이 존재한다. 조직액은 동물체의 구성부분 중에서 세포가 잠겨 있는 체액에서 혈액과 림프를 제외한 액체 성분으로 혈액으로부터 산소와 양분을 받아 세포에 공급하고, 세포로부터는 이산화탄소와 노폐물을 받아 혈액에 넘겨주는 역할을 한다. 모세혈관에서 혈장이 생리적으로 스며 나온 것으로, 대부분 림프관으로 들어가서 림프장이 되고, 일부는 모세혈관으로 들어간다. 다만 간세포에서는 조직액을 통하지 않고 모세혈관과 직접 접해 있는 것도 있다. 무척추동물 중에서 절지․연체 동물과 같은 개방혈관계에서는 혈액과 조직액을 구별하기가 어렵다.

 

 

 

<주관식>

1. 우리 몸의 세포 표면에서 발현되는 단백질로서, 자기-비자기 인식에 중요한 역할을 하는 단백질은?

[정답] MHC 단백질
[해설] MHC는 세포상호작용과 자신과 비자신의 구별 (self and non-self discrimination)에 중요한 역할을 하는 연관된 유전자들의 집단이다. 이 유전자 집단은 일반적으로 조직적합성(histocompatibility) 즉 조직이식을 받아주는 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 주조직적합 (major histocompatibility)라고 불렀으며, 그러한 성질이 하나의 유전자 자리(genetic loci)가 아니라 여러 개의 유전자 자리에 의하여 결정되기 때문에 복합적 자리라는 의미로 복합체(complex)라고 부르게 되었다. MHC에는 classI(제 1급)과 class II(제 2급) MHC의 두 가지가 있는데 제 1급 MHC는 조직이식 거부반응을 결정짓는 유전자 자리로 알려져 있으며, 제 2급 MHC는 면역반응성을 결정짓는 유전자 자리로 알려져 있다.

2. 사람의 면역세포가 1,000,000 종류의 서로 다른 항체를 생산할 수 있고 하나의 항체는 하나의 서로 다른 유전자로부터 생성된다면, 항체를 생산하는데 필요한 최소한의 DNA 크기는 얼마나 되어야 하나?
(단, 아미노산을 지정하는 코돈의 숫자만 고려하기로 하며, mRNA의 코돈이 아닌 부분은 제외시킨다. 항체의 크기는 150,000Da으로 계산하고 아미노산의 평균크기는 100 Da으로 계산한다)

[정답] 1500 x 3 = 4500 bp 4500 x 1,000,000 = 4,500,000,000 bp

3. 면역이란 체내에서 자기, 비자기를 구분하여 비자기를 공격하는 것이다. 이것에 예외적인 현상들을 써라.

[정답] 인체의 면역계는 자기의 세포를 공격하지 않기 위해 복잡한 안전장치를 가지고 있는데, 건강한 사람에게서도 자신을 공격할 수 있는 능력을 가진 면역 세포를 발견할 수 있으며 이런 세포들은 보통 면역계에서 제거된다. 루푸스나 관절염, 당뇨병 같은 자가 면역 질환은 이런 면역 세포 파괴 과정에 문제가 생겨 발생하는 것으로 생각된다.

4. 다음 그림은 모세혈관이 소동맥에서 갈라져 나온 다음 소정맥으로 합해지는 모양을 나타낸 것이다. 모세혈관 벽을 통한 물질 이동을 알아보기 위해 혈관벽에 가해지는 압력을 조사했다. 혈액은 주변의 조직액에 비해 고장액이고 삼투압 차이는 25 mmHg이다. 모세혈관의 혈압은 소동맥 쪽에서 35 mmHg로 소정맥 쪽의 16 mmHg에 비해 높다. 다음 물음에 답하시오. (99임용기출)

(1) 소동맥과 소정맥 쪽의 모세혈관에서는 각각 어떤 방향으로 얼마만한 압력이 가해지는가?
① 소동맥 쪽의 모세혈관 :
② 소정맥 쪽의 모세혈관 :

(2) 혈압과 삼투압 때문에 모세혈관과 조직액 사이에서는 어떤 일이 일어나는가?
① 소동맥 쪽의 모세혈관 :
② 소정맥 쪽의 모세혈관 :

(3) 혈액 속에 녹아있는 용질의 양이 줄어서 삼투압이 떨어지면 어떤 일이 일어나는가?

[정답]
(1) ① 소동맥 쪽의 모세혈관 : 혈관 밖으로 10mmHg의 압력이 가해진다.
② 소정맥 쪽의 모세혈관 : 혈관 안으로 9mmHg의 압력이 가해진다.
(2) ① 소동맥 쪽의 모세혈관 : 혈관 밖으로 가해지는 압력 때문에 혈액 성분 중의 일부가 혈관 밖으로 나온다.
② 소정맥 쪽의 모세혈관 : 혈관 안으로 가해지는 압력 때문에 조직액이 혈관 안으로 들어온다.
(3) 조직액이 많아져 몸이 부은 상태가 된다.
5. 에이즈(AIDS)를 일으키는 바이러스와 그 숙주세포의 이름을 쓰고, 에이즈환자가 각종 질병에 쉽게 걸리는 이유를 쓰시오. 단 숙주세포의 이름은 구체적으로 쓰시오. (2001임용기출)
(1) 바이러스 이름

(2) 숙주세포 이름

(3) 이유

[정답]
(1) 인간면역결핍 바이러스(human immune deficiency virus, HIV)
(2) 보조 T 세포 (Helper T-Cell)
(3) 항체의 대량생산에 필수적인 Helper T-Cell이 죽게되므로 다른 병원균에 대한 면역성을 잃게된다.
[해설] 보조 T 세포는 B 세포를 도와 항체의 생산을 돕거나 다른 T 세포의 활성화를 돕는다.

6. 다음은 혈압을 측정하는 과정에서 상완 동맥의 혈압과 팔을 둘러싸는 혈압계의 공기 주머니인 커프의 압력 변화를 나타낸 것이다.(2002임용기출)

(1)혈압을 측정하는 동안 청진기를 통해서 처음 박동소리를 들을 수 있는 시점은 언제이며 그 때의 혈압측정값은 무엇을 의미하는가?
․시점 :
․의미 :

(2)혈압이 (가)의 값을 가질 경우 심장의 이첨판과 반월판의 개폐 상태를 쓰시오.
․이첨판 :
․반월판 :

[정답]
(1) ․시점 : b
․의미 : 최고혈압
[해설] 동맥을 누르는 압력이 최고혈압보다 높으면 혈액이 흐르지 않아 아무 소리가 들리지 않지만 b지점이 되면 혈액이 흐르기 시작하면서 청진기로 소리를 들을 수 있다. 이때가 최고 혈압이다. 또 f를 지나면 더 이상 혈관에 압박이 없으므로 청진기로 소리를 들을 수 없다. 이때가 최저 혈압이다.

(2)․이첨판 : 열려 있다.
․ 반월판 : 닫혀있다.
[해설] 최저혈압일 때는 좌심실이 이완된 상태이므로 이첨판은 열려 있고 대동맥으로 나가는 부분의 판막인 반월판은 닫혀 있다.

7. 다음은 동일한 종류의 세균에 두 차례 감염되었을 때 항체 생성량의 변화를 나타낸 것이다. (2003임용기출)
(1) 2차 감염시 항체 생성반응이 1차 감염 때보다 더 빠르고 강하게 일어나는 이유를 쓰시오.

(2) 항체가 생성되면 세균의 표면 항원에 결합하여 항원항체 복합체를 형성한다. 항체에 결합된 세균이 체내에서 제거되는 방법을 한 가지만 쓰시오.

(3) 한 두 차례 백신 접종으로 평생 면역이 보장되는 질병이 많다. 그러나 독감을 일으키는 인플루엔자 바이러스에 대한 예방 백신은 해마다 접종하도록 권장한다. 독감 백신을 해마다 맞아야 하는 이유를 쓰시오.

[정답]
(1) 1차 감염에서 감염된 세균(항원)에 대한 항체를 형성하는 B 세포가 자극을 받아 분열하여 혈장세포와 기억세포로 되고, 항원이 재침입시 기억세포가 빠르게 분열하여 세포수가 증가하면서 많은 항체를 생산하기 때문이다.

(2) 식세포(또는 백혈구)의 식균작용(phagocytosis)으로 제거된다.

(3) 인플루엔자 바이러스는 유전체에 돌연변이가 생겨 변종이 아주 빈번하게 나타나기 때문이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. 호흡과 에너지-객관식

1. 사람의 호흡 운동에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 조절 중추는 연수이다.
② 호기 때는 늑간근이 수축한다.
③ 횡격막의 운동에 의한 호흡은 흉식 호흡이다.
④ 혈액 속의 이산화탄소의 농도가 감소하면 호흡 속도는 느려진다.
⑤ 혈액 속의 이산화탄소의 농도가 증가하면 부교감 신경이 흥분한다.

[정답] ①
[해설] 호흡과 순환을 조절하는 중추는 연수이다. 늑간근이 수축하면 늑골이 상승하고 횡격막은 아래쪽으로 내려가서 흉강이 넓어지므로 흡기가 된다. 횡격막의 운동에 의한 호흡은 복식호흡이라 한다. 늑골의 상승, 이완에 의한 호흡은 흉식호흡이다. 호흡을 촉진하는 것은 교감신경이, 완화시키는 것은 부교감 신경이 담당한다.

2. 다음 그래프는 CO2 분압이 0, 40, 60 mmHg일 때의 산소 해리 곡선을 나타낸다. 산소 분압이 30mmHg이고, CO2 분압이 60mmHg인 경우에 산소 해리도는 얼마인가?

① 10% ② 20% ③ 40% ④ 80% ⑤ 90%

 

[정답]: ④
[해설] CO2 분압에 관계없이 폐에서의 산소헤모글로빈의 양은 100%이다. 세 개의 곡선 중 위쪽으로부터 0, 40, 60 mmHg CO2 분압을 나타내는 것이다. 산소분압 30, CO2 분압이 60 mmHg일 때의 산소헤모글로빈의 양이 20%이므로 해리도는 100-20 = 80%이다.

 
3. 다음은 산소와 이산화탄소의 농도에 따른 호흡횟수를 측정한 것이다.

산소 농도(%)
이산화탄소 농도(%)
호흡 횟수
21
0.03
20
92
8
30
100
0.03
18
21
8
30

위 자료를 통해 호흡 횟수를 결정하는 요인으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면?

< 보기 >
ㄱ. O2 농도 ㄴ. CO2 농도 ㄷ. O2와 CO2 농도

① ㄱ ② ㄴ ③ ㄷ ④ ㄱ, ㄷ ⑤ ㄴ, ㄷ

[정답] ②
[해설] 호흡횟수를 결정하는 가장 중요한 요인은 혈액 속의 CO2 농도이다. 혈액 내 CO2 농도가 높으면 연수에서 이를 감지하여 호흡 속도를 바르게 한다. 또한 폐 속에 남아 있는 잔류공기는 호흡률을 적절히 조절하데 필수적인 이산화탄소가 있어 매우 중요하다.

4. 다음은 산소 분압과 이산화탄소 농도에 따른 헤모글로빈(Hb)의 산소포화도를 나타낸 것이다.

이 자료를 통하여 알 수 있는 것은?
① 혈액 속의 CO2 농도가 높아질수록 산소의 해리 속도가 느려진다.
② 혈액 속의 CO2 농도가 낮아질수록 산소가 모세혈관을 빨리 통과한다.
③ 운동을 할 때는 산소의 해리도가 커져 조직 내 산소 공급이 많아진다.
④ 운동을 할 때는 혈액 속의 CO2 농도가 높아져 조직에 산소 공급이 적어진다.
⑤ 휴식할 때는 혈액 속의 CO2의 농도가 낮아져서 많은 산소가 조직으로 공급된다.

[정답] ③
[해설] 산소 분압이 같은 경우 운동상태는 휴지상태보다도 산소포화도가 떨어진다. 이것은 헤모글로빈에서 산소가 많이 해리 된다는 것이다. 따라서 운동할 때는 휴식을 취하고 있을 때보다 더 많은 산소가 조직으로 흡수된다.

5. 산소 해리 곡선에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 해리되는 산소의 양은 온도가 증가함에 따라 감소한다.
② 헤모글로빈 한 분자는 최대 산소 8분자까지 운반할 수 있다.
③ 해리되는 산소의 양은 혈액의 pH가 감소함에 따라 증가한다.
④ 헤모글로빈과 이산화탄소가 결합하는 비율을 나타낸 그래프이다.
⑤ 해리도가 낮아지는 것은 효과적으로 산소를 공급할 수 있음을 의미한다.

[정답] ③
[해설] 헤모글로빈 한 분자는 4분자의 산소와 결합하며 산소헤모글로빈으로부터 산소의 해리가 잘 일어나는 경우(즉, 산소해리도가 높은 경우)는 CO2 분압이 높고, pH가 낮고, 온도가 높은 때이다.

[참고1] 산소 해리 곡선
산소 분압, CO2 분압 등 외부 요인에 따라 헤모글로빈이 산소와 결합한 정도를 나타내는 곡선이다. 산소 분압의 변화에 따라 대체로 S자형을 하고 있는데, 이것은 산소 분압 0~60mmHg의 범위에서 분압이 조금만 변해도 산소 헤모글로빈의 생성이나 해리가 쉽게 일어난다는 것을 의미한다. 이러한 특성은 폐에서 흡수한 산소를 효과적으로 조직에 공급하는데 대단히 유리하다.

[참고2] 보어의 효과
HbO2의 O2 해리가 CO2의 분압이 클수록 촉진되는 현상을 말한다.
이것은 CO2가 Hb와 결합하면 Hb의 구조가 약간 달라지면서 헴의 Fe2+가 O2와 결합하기 힘든 위치로 가기 때문에 나타나는 현상이다. 혈액의 산성도가 낮아질수록, 온도가 높아질수록 같은 효과를 나타낸다.

6. 다음 중 혈액 내에서 이산화탄소 운반 경로가 아닌 것은?
① 혈장에 용해되어 이동한다.
② 산소와 화학 반응한 후 이동한다.
③ 헤모글로빈과 결합하여 이동한다.
④ 물과 화학 반응한 후 HCO3-로 이동한다.
⑤ 탄산무수화효소에 의하여 HCO3-로 되어 이동한다.

[정답] ②
[해설] CO2는 산소와는 달리 물에 잘 녹으므로 조직세포에서 발생한 CO2는 확산에 의해 혈장으로 용해된다. 혈장에 용해된 대부분(65~70%)의 CO2는 적혈구 속으로 들어가 적혈구 속의 탄산무수화효소에 의해 탄산(H2CO3)이 된다. 생성된 탄산은 곧 수소 이온(H+)과 탄산수소 이온(HCO3-)으로 해리된다. 해리된 탄산수소 이온은 다시 혈장으로 나와서 대부분은 혈장내의 Na+와 결합하여 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 되어 폐까지 운반되고, 나머지 일부는 탄산수소 이온 (HCO3-)의 형태 그대로 폐까지 운반된다. 한편, 적혈구 속에 남은 일부(23~25%)의 CO2는 헤모글로빈과 직접 결합하여 이산화탄소 헤모글로빈 (HbCO2)의 상태로 폐까지 운반된다.
7. 다음 중 세포 호흡과 광합성간의 차이가 아닌 것은?
① 광합성은 산소를 생산하지만, 호흡은 이산화탄소를 생산한다.
② 광합성은 이산화탄소를 소비하지만, 호흡은 산소를 소비한다.
③ ATP는 호흡하는 동안에 만들어지지만, 광합성 동안에는 만들어지지 않는다.
④ 광합성에서 1차 전자 전달자는 NADPH이며, 호흡에서는 NADH이다.
⑤ 광합성은 빛에너지에 의해 에너지를 얻지만, 호흡은 영양소의 화학에너지에 의해 얻는다.

*정답 ③
광합성의 명반응 과정에서 ATP가 만들어져 이산화탄소를 포도당으로 고정하는데 이용된다.

8. 광합성이 호흡의 화학삼투현상과 어떤 점에서 차이가 있는가?
① 전자전달계를 포함한다.
② 효소가 막에 붙어 있다.
③ 최종 전자수용체는 NADP+이다.
④ 에너지가 양성자 농도 차이의 형태로 축적된다.
⑤ ATP의 재합성이 ATP 합성효소를 통해 양성자가 흘러감으로써 유도된다.

[정답] ③
[해설] 광합성 화학삼투현상에서 최종 전자수용체는 NADP+ 인데 비해, 세포호흡의 화학삼투 현상의 최종 전자수용체는 O2이다. 미토콘드리아에서는 H+가 내막과 외막 사이에 축적되지만, 엽록체에서는 틸라코이드의 안쪽에 축적된다.

9. 유기호흡(aerobic respiration)에서 유기(aerobic)란 무슨 의미인가?
① 포도주를 만드는 ② 이산탄소를 사용하는 ③ 이산화탄소가 없는
④ 산소를 사용하는 ⑤ 산소가 없는

[정답] ④
[해설] 호흡은 산소가 없이 이루어지는 무기호흡과 산소를 필요로 하는 유기호흡으로 나눈다. 유기호흡에서는 포도당에 있는 약 40%의 에너지를 ATP로 전환하고, 나머지는 열로써 방출된다. 산소가 없으면 해당과정에서 만들어진 2개의 ATP로 살 수 있다. 해당작용에 의해 만들어진 피루브산이 발효 과정을 통해 젖산 혹은 알코올이 된다. 따라서 발효는 유기호흡에 대한 대안으로 이용되는 무기호흡과정이다. 발효과정은 해당과정에서 만들어진 NADH를 NAD+로 산화시킴으로써, 해당과정에 필요한 NAD+를 제공해주는 중요한 역할을 한다. 우리 몸에서는 심한 운동을 할 때 근육에서 젖산 발효가 일어난다.

10 포도당을 이용한 세포호흡 전과정을 화학식으로 맞게 표시한 것은?
① C5H12O6 + 6O2 -→ 5CO2 + 6H2O + 에너지
② 5CO2 + 6H2O -→ C5H12O6 + 6O2 + 에너지
③ C6H12O12 + 3O2 -→ 6CO2 + 6H2O + 에너지
④ C6H12O6 + 6O2 -→ 6CO2 + 6H2O + 에너지
⑤ 위에는 맞는 것이 없다.

[정답] ④
[해설] 세포호흡의 과정은 광합성 과정과 반대이다. 포도당의 분해로부터 나오는 에너지의 일부는 ATP를 만드는데 이용되고, 나머지는 열로써 방출된다. ATP로 전환되는 효율이 약 40% 정도로 가솔린엔진에 의한 25% 보다 그 효율이 훨씬 좋다.

11. 세포호흡을 하는 동안 전자는 전자전달계의 분자들을 통해 이동한다. 이러한 과정에 대한 설명 중 옳은 것은?
① 전자운반체는 모든 세포의 세포질에 발견된다.
② 산소분자는 전자에 의해 산화되어 물을 형성한다.
③ 전자는 친화성이 큰 곳에서 작은 곳으로 이동한다.
④ 전자가 운반체를 이동할 때마다 많은 양의 에너지를 방출한다.
⑤ 위에는 맞는 설명이 없다.

[정답] ⑤
[해설] 전자전달계는 계단을 천천히 내려가는 것과 같은 이치다. 전자가 한 운반체로부터 다른 운반체로 옮겨 갈 때마다 많은 에너지를 방출하는 것은 아니다. NADH나 FADH2로 온 전자는 궁극적으로 산소에 의해 받아들여진다. 따라서 산소는 전자를 얻어 환원된다. 진핵세포에서는 전자전달계가 미토콘드리아의 내막에 있지만, 원핵세포에서는 원형질막에 있다. NADH2는 한 분자 당 3ATP를, FADH2는 한 분자 당 2ATP를 생산할 수 있다. 원핵세포에서는 포도당 한 분자로부터 38ATP를 만들지만, 진핵세포의 경우 해당작용 중 세포질에서 만들어진 NADH 분자가 미토콘드리아로 들어가면서 각각 1ATP를 소모함으로 총 36ATP가 만들어진다.

12. 해당작용에 대한 설명으로 맞는 것은?
① 동물에서만 일어난다. ② 세포질과 미토콘드리아에서 일어난다.
③ 박테리아 세포에서만 일어난다. ④ 중간에 5탄당이 만들어진다.
⑤ 최종 산물은 2ATP, 2NADH, 피루브산이 있다.

[정답] ⑤
[해설] 해당작용의 최종산물은 NADH, 피루브산, ATP를 들 수 있다. 반면에 크렙스회로의 최종산물은 이산화탄소, ATP, NADH, FADH2가 있다. 해당작용은 세포질에서만 일어나며, 박테리아와 동물의 근육에서 모두 나타난다. 해당 과정 동안 단지 6탄당과 3탄당만 나타난다.

13. 화학삼투인산화 동안에 무엇이 일어나는가?
① 에너지는 발열반응이 다른 발열반응과 짝물림 반응에 의해 만들어진다.
② H+ 이온이 미토콘드리아 막을 가로질러 자유롭게 이동할 때 에너지가 만들어진다.
③ H+ 이온이 ATP 합성효소에 의해 제공된 단백질 구멍을 통과할 때 ATP가 합성된다.
④ H+ 이온이 미토콘드리아의 매질로부터 내외막 사이 공간으로 수송될 때 농도구배가 만들어진다.
⑤ 3와 4

[정]답 ⑤
[해설] 인산화과정은 기질수준의 인산화와 화학삼투인산화가 있다. 기질수준의 인산화는 해당작용과 크렙스회로 모두에서 일어나며, 전자전달계와는 독립적이다. 반면에 화학삼투인산화는 전자전달계를 통해 H+를 미토콘드리아의 매질로부터 내외막 사이의 공간으로 내 보낸 농도구배를 형성하며, 내막에 있는 ATP 합성효소를 H+가 통과할 때 ADP로부터 ATP가 합성된다. H+는 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 능동수송에 의해 방출되며, 이 때 필요한 에너지는 NADH 혹은 FADH2로부터 나오는 고에너지 전자로부터 얻는다.

14. 생체 화학에너지인 ATP에 대한 설명이 아닌 것은?
① ATP 분해는 발열 반응이다.
② 고에너지 인산 결합을 포함한다.
③ 전자 전달계에서 마지막 전자 수용체이다.
④ 세포질 또는 미토콘드리아에서 만들어진다.
⑤ ATP가 포함하고 있는 에너지는 궁극적으로 태양에서 온 것이다.

[정답] ③
[해설] 생체에서 ATP는 1929년 독일의 화학자 칼 로우만에 의해 처음으로 발견되었고 그 화학 구조는 1948년에 알려졌다. ATP는 아데노신 3인산(Adenosine triphosphate)의 약자로 핵산인 아데노신과 3개의 인산(PO42+)그룹을 가지고 있는 비교적 간단한 화학물질이다. 이 ATP에서 가장 바깥쪽 인산 그룹을 제거하면 ADP가 얻어지며 동시에 방출되는 상당한 에너지의 도움으로 세포내의 여러 생체반응들이 추진되거나 생체 온도의 유지에 쓰이고 있다. 반대로 무기 인산 그룹이 ADP에 붙게되면 ATP가 만들어지게 된다. 우리 몸에서 ATP는 주로 음식물로 흡수된 탄수화물과 지질이 생체 내에서 가수분해하는 과정의 복잡한 반응을 통하여 만들어지게 된다. 생체 내에서 필요한 대부분의 ATP의 합성은 ATP합성효소에 의해 세포 내에서 만들어지고 있으며 또 이렇게 얻어진 ATP의 1/3정도는 Na+K+-ATPase라는 ATP 분해효소가 ATP를 분해시키므로 없어지게 된다. ATP는 사람은 물론 동물, 식물, 균류, 박테리아에 이르기까지 모든 생물체가 생존하기 위하여 공통적인 에너지로 작용을 하고 있다. ATP는 에너지가 필요한 생체반응, 세포 구성성분의 생산이나, 근육운동, 신경전달의 신호등으로 수많은 중요한 생명현상의 기능을 하는 물질이다. 그래서 ATP를 세포의 “에너지원 또는 화폐”라고도 말하고 있다. 이러한 ATP는 1940년, 1950년대에 식물의 엽록소에서 광합성과정이나 미토콘드리아에서 대량으로 얻어진다는 사실이 밝혀지게 되었다.

15. 호흡과정에서 흡수된 산소가 최종적으로 소모되는 과정은?
① 해당 과정 ② TCA 회로
③ 전자전달계 ④ 모세혈관과 조직액 사이의 가스교환
⑤수소이온 농도 구배에서 ATP 생성과정

[정답] ③
[해설] 포도당의 분해 과정은 해당작용 → TCA회로 → 전자전달계의 순으로 이루어지며 해당과정과 TCA회로에서 생성된 NADH와 FADH2는 모두 미토콘드리아의 전자전달계에서 산화되어 ATP를 생성하게 된다. 이 과정에서 최종 전자 수용체가 산소이다.

16. 무리한 운동을 하면 근육 운동에 필요한 에너지를 충분히 공급할 수 없다. 이때 부족하나마 에너지를 공급하는 대사 과정과 최종 산물이 바르게 짝지어진 것은?
① 유기호흡성 해당과정 – 이산화탄소 ② 무기호흡성 해당과정 – 젖산
③ 유기호흡성 TCA회로 – 이산화탄소 ④ 무기호흡성 TCA회로 – 젖산
⑤ 무기호흡성 전자전달계 – 젖산

[정답] ②
[해설] 해당과정이 지속되기 위해서는 수소원자를 수용할 수 있는 NAD의 양이 충분히 존재하여야 한다. 따라서 해당과정에서 형성된 NADH가 신속히 다른 분자에게 수소원자를 전달해 주어야 한다. 유기호흡에서는 이 역할을 담당하는 분자들이 미토콘드리아에 존재하며 결국 최종적으로는 산소에 전달되게 된다. 산소가 충분한 양으로 공급되지 않을 때 해당과정에서 만들어진 NADH는 자신의 수소원자와 전자를 피루브산에게 주어 환원시킨다. 이렇게 해서 피루브산은 젖산으로 환원되게 되고, 이러한 과정을 젖산발효라고 한다.

 

CH3-CO-COOH(피루브산) + NADH+H+ CH3-CHOH-COOH(젖산) + NADH
위와 유사한 반응이 효모에 의한 알코올발효 등이 있다. 발효과정은 포도당 1분자당 2ATP만을 형성하게 된다. 우리의 골격근육은 무기환경에서 심장근육보다 더 오래 생존할 수 있다. 골격근육은 젖산발효과정이 잘 발달된 독특한 조직이다. 근육에서 형성된 젖산은 통증과 근육의 피로를 가져온다. 심장근육은 오직 유기호흡만을 하게 된다.

17. 포도당이 산소가 충분한 상태에서 분해될 때 최종적으로 생기는 물질은 무엇인가?
① 옥살산 ② 시트르산 ③ 피루브산
④ CO와 H2O ⑤ CO2와 H2O, ATP

[정답] ⑤
[해설] 산소호흡과정인 TCA cycle 과 전자전달계를 통해 CO2와 ATP, 그리고 H2O 가 형성된다.

18. 산소 호흡에서 피루브산 1몰이 완전히 산화하면 생활 활동에 쓸 수 있는 에너지는 얼마나 생기겠는가? (단, ATP ⇒ ADP + Pi + 7kcal)
① 105kcal ② 180kcal ③ 300kcal ④ 360kcal ⑤ 380kcal

[정답] ①
[해설] 1분자의 포도당이 해당과정을 거치면 2분자의 피루브산이 생성되며 피루브산은 아래 그림과 같이 미토콘드리아로 이동하여 활성아세트산(아세틸-CoA)으로 전환되며 크렙스 회로를 거쳐 산화된다.

이 과정에서 4분자의 NADH, 1분자의 FADH2, 1분자의 ATP가 합성된다. 1분자의 NADH로부터 3분자의 ATP가 합성되고, FADH2로부터 2분자의 ATP가 합성되므로 1분자의 피루브산으로부터 합성되는 ATP의 수는 15이다. 따라서 15×7kcal =105kcal의 에너지가 발생한다.

19. 다음 보기의 효소들은 생체 내 산소 호흡 과정에서 수소가 이탈되어 전자전달계를 거칠 때 관여하는 것들이다. 반응에 관여하는 순서로 바른 것은?

A. 수소전달 효소 B. 전자전달 효소 C. 산화 효소 D. 탈수소 효소

① A → B → C → D
② D → A → B → C
③ D → C → B → A
④ A → C → B → D
⑤ D → B → A → C

[정답] ②
[해설] 호흡효소의 종류는 다음과 같다.
① 탈수소효소 : 기질로부터 수소를 이탈시킨다.(NAD, FAD)

② 전자 전달계 효소 : 탈수소효소의 작용으로 이탈된 수소를 받아 전자 전달계로 옮긴다. (시토크롬계 효소 b, c, a )
③ 탈탄산효소 : 호흡 기질의 카르복시기(-COOH)로부터 CO2를 이탈시킨다

(피루브산) (아세트알데히드)
④ 산화효소 : 산소와 결합시키거나, 전자 또는 수소를 잃게함
(시토크롬 )

20. 평소에 하지 않던 운동을 하고 난 후에 생기는 근육통에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 근육에 혈액순환 부족으로 포도당과 산소가 결핍되었다.
② 혈액순환 장애로 이산화탄소가 축적되었다.
③ 포도당 공급의 부족으로 단백질 분해가 이루어졌으며 암모니아가 생성되었다.
④ 포도당 공급의 부족으로 지방 분해가 이루어졌으며 지방산이 생성되었다.
⑤ 근육에 산소 공급의 부족으로 무기 호흡이 이루어졌다.

[정답] ⑤
[해설] 근육은 힘을 낼 때 글리코겐을 에너지원으로 사용한다. 이때 노폐물로 생겨나는 것이 바로 젖산이다. 피로하다고 느끼는 것은 글리코겐이 감소하고 젖산이 자꾸 증가함에 따라 근육이 정상적인 기능을 할 수 없을 때이다. 젖산은 근섬유를 이루고 있는 단백질과 작용해 그 일부를 굳어지게 한다. 그 결과 근육이 단단해 지기도 하고 또 통증을 느끼기도 하는 것이다. 어떤 운동을 처음 시작할 때는 근육이 아프다가도 운동에 익숙해지면 아프지 않는 것은 한번에 조금씩만 에너지를 소비하게 됨으로써, 젖산이 필요한 양만 만들어지게 되기 때문이다. 또 근육에 공급되는 혈액이 더욱 많아져서 젖산을 재빨리 제거해 주는 이유도 있다. 근육통일 때 마사지를 하는 이유도 피의 흐름을 좋게 하여 젖산을 제거시키려는 것이 목적이다. 최근에는 근육통이 근원섬유의 손상 때문에 생기는 것으로 설명하기도 한다.

21. 화학 삼투적 인산화에 대한 설명 중 옳은 것은?
① 1961년에 슈반에 의해 제안되었다.
② 포도당과 같은 세포 연료의 화학결합으로부터 ATP가 직접 생성되는 것이다.
③ 해당과정 결과 생성되는 수소이온(H+)이 미토콘드리아 내로 이동되며 ATP가 생성되는 것이다.
④ 전자의 자유에너지를 이용하여 양성자 기울기를 형성하여 ATP를 합성하는 것이다.
⑤ 산소가 없는 조건에서 해당과정만을 통하여 ATP를 생성하는 것이다.

[정답] ④
[해설] ATP는 ADP에 인산기를 붙여주는 인산화에 의해서 만들어진다. 인산화에는 화학삼투적인산화와 기질수준인산화 두 가지가 있다. 화학삼투적 인산화의 ATP 합성원리는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산되는 전자 전달이 계속되면서 막을 사이에 두고 생긴 H+ 농도차이에 의한 에너지가 막에 있는 ATP 합성 효소를 활성화하여 ATP를 합성한다. 기질수준 인산화의 ATP 합성원리는 화학삼투적 인산화보다 훨씬 간단하며, 세포막을 필요로 하지 않고, 효소에 의해 유기물 분자에 붙어있는 인산기를 ADP에 이동시켜 ATP를 생산한다.

22. 젖산 발효가 일어날 때 포도당 한 분자 당 얻어지는 ATP와 NADH의 양은?
① 4 ATP, 2 NADH2
② 2 ATP, 2 NADH2
③ 2 ATP
④ 4 ATP
⑤ 8 ATP, 2 NADH2

[정답] ③
[해설] 젖산 발효는 젖산균이 포도당을 무산소 상태에서 분해하여 젖산으로 만드는 것으로 동물의 근육 내에서도 무산소 상태에서 일어난다.
C6H12O6 → 2 C3H4O3(피루브산) + 2 NADH2 + 47kcal(2ATP)
2 C3H4O3 + 2 NADH2 → 2C3H6O3(젖산) + 2 NAD

23. 동식물의 호흡, 알코올 발효, 젖산 발효 과정에서 공통적으로 거치는 반응 단계는?
① TCA 회로
② 해당 과정
③ 전자 전달계
④ 크렙스 회로
⑤ 산화적 인산화 반응

[정답] ②
[해설] 유기 호흡과 무기호흡의 공통점은 해당과정이다. 해당작용(glycolysis)은 포도당을 분해하는 과정으로 산소를 이용하지 않고 ATP를 생성한다. 해당작용은 산소 없이 살수 있는 많은 혐기성 미생물들을 포함해서 대부분 세포의 세포기질에서 일어난다. 해당작용 중에 6탄당인 포도당 한 분자는 탄소 분자가 세 개인 피루브산 두 분자로 전환된다. 또한 열 개의 각기 다른 반응들이 연속적으로 일어난다.

24. 아질산균이 관여하여 화학 에너지를 얻는 과정은?
① HNO2 + 1/2O2 → HNO3
② 2H2S + O2 → 2H2O + 2S
③ CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
④ CO + 1/2O2 → CO2
⑤ NH3 + H2O + 2/3O2 → HNO2 + 2H2O

[정답] ⑤
[해설] 화학합성은 무기물을 산화시킬 때 생성되는 화학에너지를 이용하여 포도당(유기물)을 합성하는 과정으로 아질산균과 질산균이 대표적인 화학합성 세균이다.
2NH3 + 3O2 ———→ 2HNO2 + 2H2O + 130 ~ 158㎉
(질화작용) ↓
6CO2 + 12H2O ——-→ C6H12O6 + 6H2O + 6O2
25. 사람의 몸에서 크렙스 회로가 일어나는 곳은?
① 세포질
② 미토콘드리아의 기질
③ 미토콘드리아의 내막
④ 미토콘드리아의 외막
⑤ 미토콘드리아의 막 사이의 공간
[정답] ②
[해설] 크렙스회로(시트르산회로)는 미토콘드리아 기질에서 일어나며 피루브산을 이산화탄소로 완전히 분해하는 과정이다. 이 과정에서 만들어지는 ATP의 양은 적으며 이들의 주된 기능은 ATP 생성보다는 전자전달계에 전자를 공급하는 것이다.

26. 피루브산 1 분자가 시트르산 회로를 한 번 돌 때, 다음의 산물은 각각 몇 분자씩 생성되겠는가?
NADH2 FADH2 CO2 ATP
① 3분자 1분자 2분자 2분자
② 3분자 2분자 3분자 1분자
③ 4분자 1분자 2분자 2분자
④ 4분자 1분자 3분자 1분자
⑤ 4분자 1분자 2분자 1분자

[정답] ④
[해설] 피루브산 2 분자가 시트르산 회로를 완성할 때 생성되는 물질의 종류와 분자는 다름 반응식과 같다.

27. 다음 그림은 생물이 행하는 호흡과 발효 과정을 나타낸 것이다. (A) ~ (E) 중 김치가 시어지는 반응과 ATP가 가장 많이 생성되는 반응을 순서대로 고르면?
C6H12O6
C3H4O3
C3H6O3
C2H5OH
CH3COOH
A
B
C
D
E
CO2, H2O
① A, E ② B, C ③ C, D ④ B, D ⑤ D, E

[정답] ④
[해설] A →B 과정은 젖산 발효, A →C 과정은 알코올 발효, E 과정은 초산 발효이며 A →D 과정은 유기 호흡 과정이다. 따라서 김치가 시어지는 반응은 B이고 ATP가 가장 많이 생성되는 반응은 D이다.

28. TCA 회로(시트르산 회로)의 결과, 원래 포도당 분자에 저장되어 있던 에너지의 대부분이 어떤 물질 속에 포함되어 전자전달계로 이동하는가?
① ATP ② NADH ③ 시트르산 ④ NADPH ⑤ FADH2

[정답] ②
TCA 회로의 산물을 보면 포도당 1분자가 분해될 경우 2분자의 ATP, 8분자의 NADH, 2분자의 FADH2가 나온다. NADH 1분자로부터 3개의 ATP가 합성되고, FADH2 1분자로부터 2개의 ATP가 합성되므로 TCA 회로 결과 발생하는 ATP 총생산량 30ATP이며 다음과 같이 계산할 수 있다.
2ATP ————————> 2ATP
8NADH × 3개 —————> 24ATP
2FADH2 × 2개 —————> 4ATP
따라서 에너지의 대부분은 NADH를 통해 전자전달계로 이동함을 알 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 
<주관식>

1. 다음은 글리코겐이 근육조직에서 호흡에 의하여 ATP를 생산하는 과정이다. 그림의 ( )속에 알맞은 말을 넣으시오.

② ( ) 젖산
① ( )
효소 발효(무기호흡)
글리코겐 포도당
유기호흡
③ ( )
④ ( ) CO2 + H2O
*정답: ① 2ADP, ② 2ATP, ③ 36(38)ADP, ④ 36(38)ATP

[해설] 젖산발효는 해당과정과 같이 무기호흡이므로 2ATP를 형성한다. 한편, 1분자 포도당에서 총 38ATP가 형성되지만 피루브산이 세포질에서 미토콘드리아 내부로 들어갈 때 2ATP를 소비하므로 총 36ATP가 된다.(근육, 뇌세포) 하지만 간세포는 NADH가 직접 들어가지 않고 말산(Malate)를 매개해서 들어가므로 손실이 없어 38ATP를 생산한다.

[참고] 젖산발효
당류가 젖산균의 작용으로 젖산이 되는 발효 현상. 락트산 발효 또는 유산 발효라고도 한다. 알코올 발효와 함께 생물의 2대 주요 발효라고 할 수 있다. 동물의 조직에서는 특수한 장기를 제외하고는 대부분 젖산 발효를 한다. 동물 조직 내에서 일어나는 젖산 발효는 특히 해당 작용이라고도 한다. 젖산만을 생성하는 정상 발효(호모 발효)와 동시에 다른 물질(알코올, CO2), 아세트산)을 생성하는 혼합 발효(헤테로발효)의 두 형식으로 나뉜다. 이들은 모두 산유, 된장, 김치 등의 제조에서 중요한 구실을 한다.
2. 다음 반응식은 알코올 발효의 과정 중 일부이다. ( )속에 알맞을 것을 넣어 반응식을 완성하여라.

(나)
(가)
COOH-CO-CH3 —–> CHO-CH3——–> C2H5OH

[정답] (가) CO2 (나) NADH2

[참고] 알코올발효
알코올발효는 포도당이 해당 과정을 거쳐 피루브산이 된 다음, 이것이 다시 에탄올로 되는 과정이다.
CH3-CO-COOH(피루브산) ———————> CH2CH3OH(에틸알콜)
NADH2 NAD
CO2
3. 다음 물음에 답하라.

(1) 광합성에 영향을 주는 환경요인에는 어떤 것이 있는가?

(2) 광합성의 명반응은 그라나의 어디에서 일어나며 그 산물은 무엇인가?

(3) 감자에 있어서 광합성의 암반응 결과 생성되는 최초의 산물은 무엇이며, 최종산 물은 무엇인가?

(4) 세포호흡이란 무엇인지 그 과정을 간단히 나타내어라.

(5) 녹색식물에 있어서는 광합성과 호흡이 어떻게 일어나는지 비교하여 설명하여라.

(6) 포도당 1분자가 완전히 분해될 때 호흡전자전달계를 거치기 전단계의 산물을 모두 기술하여라.

가 : 세포질 : ( )
나 : 미토콘드리아 : ( )

(7) 우리나라 대관령 고원지대에서 감자농사가 잘되는 이유를 설명하여라.
[정답]
(1) 빛(햇빛), 온도, 이산화탄소의 농도
[해설] 광합성은 빛에너지를 이용하여 무기물로부터 유기물을 합성하는 과정이다. 광합성은 빛을 이용하여 물을 분해하는 명반응과 이산화탄소를 고정하는 암반응이 있다. 명반응에 영향을 주는 환경요인이 빛의 세기이며, 이산화탄소를 고정하는 암반응에서는 당연히 이산화탄소의 농도에 영향을 받는다. 그런데 암반응에는 효소가 작용하는 단계가 많기 때문에 온도의 영향을 많이 받는다.

(2) 틸라코이드, NADPH, ATP, O2
[해설] 광합성의 명반응은 그라나틸라코이드에서 일어난다. 구체적으로는 틸라코이드 막의 광계에서 이루어진다. 틸라코이드에는 그라나 틸라코이드와 스트로마 틸라코이드가 있다. 명반응 과정은 물의 광분해와 광인산화의 두 과정이 있다.
빛에너지
물의 광분해 : 2H2O + 2NADP+ 2NADPH + 2H+ + O2

빛에너지
광인산화 : ADP + Pi ATP

(3) PGA, 녹말
[해설] 암반응은 스트로마에서 이루어지며, CO2가 고정되어 포도당이 합성되는 과정이다. 암반응 과정은 캘빈과 그의 동료들이 14CO2를 이용하여 밝혀냈다. CO2는 리블로오스이인산 카르복시화효소(Rubisco)에 의해 리불로오스이인산(RuBP : ribulose-1, 5-bisphophate)와 결합하여 최초로 6탄당의 중간산물이 형성되나 매우 불안정하기 때문에 빠르게 2분자의 3탄당 물질인 인글리세르산(PGA : phosphoglyceric acid)이 된다. 이것이 사실상 최초의 암반응 산물이다. 감자는 저장성 식물로서 수용성의 포도당을 최종적으로 녹말로 전환하여 저장한다.

화학에너지
포도당 + O2 CO2 + H2O
미토콘드리아

(4)

 

화학에너지
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
미토콘드리아
[해설] 마찬가지로 세포 호흡의 일반식을 기술하면 된다.
세포호흡은 산소에 의해 포도당과 같은 유기물이 이산화탄소, 물 등의 무기물로 완전히 분해되어, 생체에 이용 가능한 형태(주로 ATP)로 에너지가 공급되는 현상이다.
(5) 녹색식물은 밤낮 구별 없이 항상 호흡을 한다. 그러나 광합성은 햇빛이 있는 낮에만 이루어진다. 그러므로 낮에는 호흡과 광합성이 동시에 일어나고 밤에는 호흡만 일어난다 낮에는 광합성이 활발하여 기공으로부터 CO2의 흡수가 주로 일어나고 밤에는 기공을 닫으므로 가스교환은 큐티클층으로 미미하게 일어난다.

(6) 가 : 세포질(2NADH, 2ATP, 2피루브산)
나 : 미토콘드리아 (8NADH, 2ATP, 2FADH2, 6CO2)
[해설] 포도당이 분해되는 과정은 세포질과 미토콘드리아에서 이루어진다. 세포질에서 이루어지는 해당과정은 포도당이 2분자의 피루브산으로 분해되는 것이며, 피루브산은 미토콘드리아에서 TCA회로와 전자전달계를 거쳐 완전히 분해된다.

(7) 우리나라 대관령의 고원지대의 여름은 낮은 덥고 청명하며 일교차가 심하여 밤에는 온도가 낮다. 그러므로 낮에는 최대의 광합성 조건이고 햇빛이 없는 밤에는 광합성은 일어나지 않고 호흡만이 이루어지는데 기온이 낮아 호흡량이 적어 낮에 합성한 유기양분(녹말)의 소모가 그만큼 적어 저장녹말이 많아지기 때문이다.
[해설] 광합성을 포함하는 모든 동화 과정에서 생성된 유기 양분의 양을 총생산량이라고 했을 때 호흡을 통해 소모되는 양을 빼준 것이 순생산량이 된다. 감자 농사가 잘 된다는 것은 감자가 굵게 잘 자라는 것을 의미하므로 순생산량이 많을수록 저장량도 많아진다는 것에 유의한다.

4. 다음은 해당과정과 TCA회로를 나타낸 것이다. 물음에 답하여라.

(1) 세포에서 해당과정이 진행되는 곳과 생성되는 물질과 몰 수는?

① ( )
② ( ) ( )몰
( ) ( )몰

(2) TCA 회로가 일어나는 곳과 1회의 TCA회로 동안 생성되는 NADH, ATP 및 FADH2의 몰 수는?

① ( )
② ( )NADH
③ ( )ATP
④ ( )FADH2

(3) 피루브산이 활성아세트산으로 되는 과정을 화학식으로 나타내어라.

(4) 포도당 1몰이 산소호흡으로 완전히 분해되어 생긴 ATP는 36몰이다. 그러나 ATP로 전환되기 전의 NADH와 FADH2의 에너지를 따지면 38몰로 계산된다. 이 까닭을 설명하여라.

(5) 호흡기질로 포도당 1몰이 쓰였을 때 세포의 산소호흡과정에서 발생되는 화학에너지는 36몰 ATP이다. 포도당 1몰을 열량계로 연소시키면 686Kcal의 열에너지가 발생된다 산소호흡의 에너지 효율을 계산하여라. 단, ATP 1몰이 가지고 있는 에너지는 7.3Kcal이다.
정답

(1) ① 세포질 ② 2 ATP ③ 2 NADH2
[해설] 해당과정(glycolysis)은 세포질에서 일어나며 포도당을 불안정화 시키기 위해 2ATP를 소모하고 차후 4ATP를 형성하여 순수하게 2ATP를 생성한다.

(2) ① 미토콘드리아 내부기질 ② 4 NADH2 ③ 1 ATP ④ 1 FADH2
[해설] 해당과정 결과 생성된 피루브산이 미토콘드리아의 기질(matrix)로 들어와 TCA회로를 거치게 된다. ‘2회의 TCA 회로 동안’이라고 한 것은 포도당 1분자 당 2분자의 피루브산이 생성되었기 때문이다.

(3)

[해설] NAD는 탈수소 효소의 조효소이다. 따라서 주효소의 명칭은 단순히 피루브산 탈수소효소라고 해도 무방하다. 피루브산은 C3(C3H4O3)인데 CO2 1분자가 빠져나감에 따라 활성아세트산은 C2가 된다.

(4) 포도당 1몰이 산화될 때 해당과정에서 생성된 세포질의 NADH 2몰이 산화되기 위해서 미토콘드리아로 들어 가야하기 때문이다. 세포질에 있는 NADH가 미토콘드리아로 들어갈 때 전자를 FAD로 전달하여 FADH2를 형성하기 때문에 결국 2개의 ATP만 생성된다. 그러므로 해당과정에서 형성된 2몰의 NADH에 대한 ATP가 2몰이 줄어들게 되어 36몰이된다.
NADH의 형태로 전자전달계에 투입된 것은 1분자당 3ATP를, FADH2의 형태로 투입된 것은 1분자 당 2ATP를 생성한다. 이로써 구해본 전체 ATP의 양은
(2+2)ATP + {(2+8)NADH×3ATP} + (2FADH2×2ATP) = 38ATP
이나 세포질에서의 해당과정 결과 생성된 NADH가 미토콘드리아로 들어갈 때 그것을 운반하는 shuttle protein이 2ATP를 소모하기 때문에 36ATP가 되는 것이다.

(5) 7.3Kcal/mol×36mol/686Kcal×100 = 38.3%

5. 미토콘드리아를 분리한 후, 여러 조건에서 산소 소비량을 측정함으로써 세포 호흡 과정을 알아낼 수 있다. 분리한 미토콘드리아에 충분한 피루브산을 공급하면 이산화탄소 발생량이 많아지지만, 이 상태에서 숙신산과 구조가 비슷한 말론산을 첨가하면 이산화탄소 발생은 줄어들고 TCA 회로의 중간 산물이 축적된다.
말론산을 첨가하였을 때, TCA 회로에 어떤 현상이 일어나며, 그 이유는 무엇인가?

[정답] 말론산이 숙신산의 경쟁적 저해제로 작용하기 때문에 숙신산이 축적되고 말산이 감소된다. TCA회로에서 숙신산은 말산으로 되는데 숙신산과 유사한 말론산이 들어가면 제대로 반응이 일어나질 못한다. 따라서 숙신산은 쌓이고 말산이 급격히 감소하게 된다. 숙신산과 구조가 비슷한데서 오는 경쟁적 저해 현상이다.

6. 지방산의 대사에 의해 CO2가 형성되는 과정을 설명하여라.

[정답] 지방산 대사의 시작은 지방산에 조효소 A가 결합하면서 개시된다. 이 과정에서는 ATP가 분해되어 AMP와 2Pi가 형성된다. 지방산으로부터 유도된 조효소 A는 베타 산화라고 알려진 일련의 반응을 진행하며, FADH2와 NADH+H+ 각 한 분자씩을 형성하고 아세틸 CoA를 형성한다. 여기서 생성된 FADH2와 NADH+H+는 전자전달계로 들어가 각각 2ATP와 3ATP를 생산한다. 아세틸CoA는 크렙스 회로로 들어가 2분자의 CO2를 형성한다. 한 분자의 지방산이 분해되면 9개의 아세틸 CoA와 16개의 coenzyme-2H가 형성된다.

7. 1940년 대 크렙스 회로를 연구할 때에도 다음의 실험에 대해서는 그 의문이 쉽게 풀리지 않았다.
활발히 활동하는 근육 조직에서 방사성 동위원소로 표지된 활성 초산(CH3C14OOH))과 시트르산을 함께 넣으면, 2개의 산기 중에 한쪽 산기에서만 방사성을 띤 α-케토글루타르산이 생성된다.
COOH C14OOH
CH2 CH2
HO-C-COOH CH2
CH2 C=O
COOH COOH

시트르산 α- 케토글루타르산

 

시트르산이 대칭적인 구조를 갖고 있음에도 불구하고 생성된 α-케토글루타르산에서는 항상 한쪽 산기에서만 방사능을 갖게되는 이유를 효소의 입체 구조로 설명하여라.
[정답] 효소가 기하이성질체를 인식하기 때문에
[해설] 시트르산의 3번째 탄소(중심 탄소)를 중심으로 2가지 기하이성질체를 갖는데 효소는 이를 정확히 인식하여 한 -COOH 에서만 반응을 한다.

8. 지방산이 활성아세트산으로 되는 과정을 무엇이라고 하는가?

[정답] β- 산화
[해설] 지방산은 베타 산화 과정을 통해서 아세틸 CoA로 분해되어 TCA회로로 들어가는데 지방산에서 아세틸 CoA가 하나 떨어져 나올 때 NADH와 FADH2가 각각 한 분자씩 생성된다.

9. 알코올 발효와 젖산 발효는 산소 호흡과 마찬가지로 해당 과정을 거치지만 포도당 1분자당 2ATP 밖에 생성하지 못한다. 왜 NADH로부터 6ATP가 생기지 않는가?

[정답] NADH가 ATP로 전환되려면 전자전달계를 거쳐야 하는데 이 때 산소가 필요하다. 발효의 경우 산소를 소모하지 않으며 NADH의 수소가 전자전달계를 거치지 않고 알코올과 젖산의 일부분이 되기 때문이다.

10. 세포에서 ATP를 생성하는 기관에는 미토콘드리아와 엽록체가 있다. 두 세포기관에서는 ATP합 성에 필요한 에너지를 얻기 위해서 양성자를 펌핑(pumping)한다.(99임용기출)

(1) 각 기관에서 양성자는 어떤 방향으로 펌핑되는가? 각, 기관 내의 부분으로 설명하시오.
‧ 미토콘드리아 :
‧ 엽록체 :

(2) 두 기관에서 ATP 합성 효소는 어떤 형태의 에너지를 이용하여 ATP를 합성하는가?

[정답]
(1) 미토콘드리아 : 기질로부터 내막과 외막 사이의 공간으로 펌핑한다.
엽록체 : 스트로마부터 틸라코이드 막 안쪽의 루멘(lumen) 속으로 펌핑한다.
(2) 화학삼투적 기울기

11. 아래 그림은 전자전달계와 ATP 생성과의 관계를 알아보기 위해 분리한 미토콘드리아에 그림에 나타난 것과 같은 순서로 화합물을 첨가하고, 용액 중의 산소 소비와 ATP가 합성되는 양을 시간에 따라 측정한 결과를 모식도로 나타낸 것이다. (99임용기출)
-용액중의 O2 농도
…용액중의 ATP의 농도
시 간 →
숙신산 첨가
ADP Pi 첨가
올리고마이산첨가
DNP 첨가
(1) ADP와 인산(Pi)을 첨가하면 용액 중의 ATP 농도가 증가하고 산소 농도가 낮아지는 이유를 설명하시오.

(2) 미토콘드리아 내막 안팍의 H+이온(양성자) 농도 구배를 파괴시키는 DNP(2,4-dinitrophenol)를 첨가하면, 산소 농도가 감소되는 이유를 쓰고, 올리고마이신의 투여와 마찬가지로 ATP 합성은 여전히 억제되는 이유를 설명하시오.

[정답]
(1) 숙신산이 푸마르산으로 산화되면서 나온 전자가 전달되면서 미토콘드리아 내막을 경계로 양성자 농도 구배가 생성되고, 이 구배는 양성자를 다시 미토콘드리아 내부(matrix)로 밀어내는 힘을 가진다. 이 힘을 이용하여 기질로 제공되는 ADP 와 Pi는 ATP synthase 에 의해 ATP로 합성된다. 따라서 전자전달계를 거친 전자는 ATP를 합성하는 원동력이 되고 마지막으로 전자는 산소와 양성자와 결합하여 물이 된다. 이 때 산소가 소비된다.

(2) DNP에 의해 미토콘드리아 내막을 경계로 하는 양성자 농도 구배가 파괴된다. 이것은 전자의 전자전달계 통과를 더욱 용이하게 하고 결과적으로 산소가 더욱 소비되게 한다. 그러나 양성자 농도 구배가 파괴되었으므로 양성자가 내부로 들어오려는 힘은 없다. 따라서 ATP는 생성되지 않는다.

12. 다음 그림은 인체 내에서 CO2 운반 과정의 일부를 나타낸 것이다.
(2002임용기출)

 

 

1) CO2를 배출할 때, ①의 과정만 진행되지 않고, ②의 과정이 함께 진행되기 때문에 얻어지는 효과를 2가지 쓰시오.

2)심한 운동을 하면 호흡 속도가 빨라진다. 호흡 속도를 조절하는 중추와 이를 직접 자극하는 물질은 무엇인가?
。 호흡 중후 :

。 자극 물질 :

[정답]
(1) 첫째, 탄산탈수소효소(carbornic anhydrase)가 ②의 과정을 촉진하므로 이산화탄소를 빠른 속도로 흡수하고 배출할 수 있다. 둘째, HCO3-는 혈장으로 나와 NaHCO3상태(정확히는 Na+ + HCO3-상태)로 폐포로 이동하며 산, 염기 완충제로 작용하므로 pH를 일정상태로 유지할 수 있다.

(2) 호흡 중추 : 연수
자극 물질 : CO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. 배설-객관식

1. 다음 설명 중 옳은 것은?
① 파충류는 질소 노폐물을 요소로 분비한다.
② 암모니아를 배출하는데 상대적으로 물이 많이 필요하다.
③ 파충류는 어류나 양서류와 같은 방법으로 체온을 조절한다.
④ 물을 보존시켜주는 기관이 발달되어 파충류는 사막에서 살 수 있다.
⑤ 파충류의 몸은 수분과 부드러운 비늘로 덮여 있어서 탈수를 방지한다.

*정답: ③
파충류는 피부가 딱딱한 각질의 비늘로 덮여 있어, 몸 안의 수분을 보존할 수 있고, 요산을 통해 질소노폐물을 배출한다. 이것은 사막과 같은 곳에서도 생존할 수 있게 한다.

2. 단백질이 아미노산으로 분해되어 영양원으로 사용될 수 있다. 아미노산이 TCA회를 거치기 전에 이탈된 아미노기는 암모니아를 형성하므로 독성이 있다. 우리 몸에서 독성이 강한 암모니아를 독성이 약한 요소로 전환시키는 대사가 이루어지는 기관은?
① 폐 ② 간 ③ 신장 ④ 근육 ⑤ 심장

*정답 : ②
간에 있는 오르니틴 회로에 의해 암모니아가 요소로 전환된다.

[참고] 간의 기능
첫째 저장, 대사 작용으로 몸 안에 흡수된 영양소를 각 조직에 공급하고 잉여분은 저장한다. 또 간세포 내에는 대사에 필요한 각종 효소를 가지고 있어 탄수화물, 단백질, 지방질 뿐 아니라 핵산, 비타민, 호르몬, 전 해질 등을 합성, 분해한다.
둘째: 배설기능. 간에서 생성된 담즙을 십이지장으로 배설시키며 이외에 배설기능의 장애가 생기면 빌리루빈이 축적돼 황달이 나타난다. 또 인체에 해로운 물질을 불활성화시켜 배설한다.
셋째 해독작용. 외부 및 내부에서 생성된 약물, 독물, 호르몬 등은 대사 작용을 거쳐 적절히 해독되나 과잉노출시 간세포자체가 이를 견디지 못하고 손상을 받아 간질환을 유발하게 된다.
넷째 순환기능. 간 속을 흐르는 혈액의 양은 분당 약 1500ml로 이는 그 만큼 간에서 하는 일이 많기도 하지만 간에서 혈액을 저장하거나 방출하는 혈류조절 능력이 있음을 의미한다.

3. 질소대사 폐기물을 암모니아 형태로 배출하는 것의 이로운 점은 무엇인가?
① 암모니아는 요산보다 독성이 덜하다.
② 암모니아는 요산보다 용해가 잘 안된다.
③ 암모니아로 배출하면 에너지가 절약된다.
④ 암모니아는 세포막으로 확산이 되지 않는다.
⑤ 암모니아는 분자당 질소원자 함유량이 요산 보다 많다.

*정답 ③
질소대사 폐기물은 암모니아, 요산, 요소의 형태로 배출된다. 물 속에 사는 동물은 주로 암모니아의 형태로 배출하는데, 에너지가 적게 들고, 물 속에서 쉽게 확산되기 때문이다. 요산은 조류 등에서 배출되는 것으로 매우 불용성이며, 체내의 수분을 보존하는데 유리하다. 요소는 물에 잘 녹고, 독성이 암모니아보다 1/100,000 정도로 적으며, 농축된 형태로 체내에 있을 수 있고, 비교적 많은 수분을 잃지 않고 배설될 수 있다.

4. 다음 그림은 간의 해독 과정의 일부를 간단히 나타낸 것이다.
아미노산
CO2
H2O
H2O
H2O
H2O
시트룰린
아르기닌
A
B
C
에너지
에너지
세포내호흡

A, B, C에 해당하는 물질은?





A
요소
암모니아
오르니틴
요소
오르니틴
B
오르니틴
요소
암모니아
암모니아
오르니틴
C
암모니아
오르니틴
요소
오르니틴
암모니아

 

[정답] ④
[해설] 아미노산이 분해될 때 나오는 암모니아는 유독하기 때문에 이것을 해가 없는 요소로 전환하는 과정이다. 요소의 분자식이 (NH)2CO인데 이것은 암모니아(NH3) 두 분자와 이산화탄소(CO2) 1분자에서 물(H2O) 한 분자가 빠져나와 축합반응을 이루어져 만들어진다는 것을 알 수 있다.

5. 신장의 기능적인 단위의 이름은 무엇인가?
① 세포 ② 뉴런 ③ 네프론 ④ 보먼 주머니 ⑤ 사구체

[정답] ③
신장의 기능적인 단위를 네프론(신원, nephron)이라고 한다. 콩팥은 약 100만개의 네프론을 갖는다. 네프론은 세관과 이와 관련된 혈관으로 이루어져 있다. 네프론의 한쪽 끝은 보먼주머니이며, 다른 쪽 끝은 집합관(수집관)으로 되어 있다. 보먼주머니는 사구체라고 하는 모세혈관 덩어리를 둘러싸고 있으며, 사구체와 보먼주머니는 네프론의 혈액을 여과하는 기본 단위다.

6. 사구체에서 압력에 의해 보먼 주머니로 여과가 되는 물질이 아닌 것은?
① 물 ② 이온 ③ 설탕 ④ 혈장 단백질 ⑤ 아미노산

[정답] ④
[해설] 여과되는 물질은 크기가 작은 물질로 단백질 같은 크기의 물질은 통과되지 못한다. 단백질이 나오는 것을 단백뇨라고 하며, 신장의 이상을 알려주는 하나의 척도가 된다.

7. 신장의 세뇨관에서 이루어지는 요소의 재흡수의 기능은 무엇인가?
① 혈중 요소의 농도를 제대로 회복시킨다.
② 신장 수질 속의 염도를 감소시켜 수분의 재흡수 양을 조절한다.
③ 요소가 헨레고리의 올라가는 관으로 들어가서 오줌으로 분비된다.
④ 모세혈관으로 이동하는 NaCl의 양을 감소시켜 혈중 염도를 유지한다.
⑤ 신장 수질 속에 있는 세포사이액의 삼투압을 증가시켜서 더 많은 물을 흡수하도록 한다.

[정답] ⑤
[해설] 요소는 질소 영양소의 부산물인 암모니아가 전환된 물질로 몸밖으로 배출해야 하는 물질이므로 재흡수가 되지 않는다고 생각하기 쉽다. 하지만 세뇨관에서 물의 99%가 재흡수 되기 때문에 요소는 매우 높은 농도로 농축되게 되는데 이때 농도 차이에 따른 확산현상으로 요소의 약 50% 정도는 다시 재흡수된다. 재흡수라는 개념이 포도당이나 아미노산에서처럼 능동적으로 흡수하는 것으로 생각해서 오답을 하기 쉬운 부분이다.

8. 혈액의 유체정압(Blood hydrostatic pressure)이 일으키는 작용은?
① 사구체를 통한 여과작용
② 헨레고리에서 Na+의 재순환
③ 세뇨관에서 나트륨 농도 차의 유지
④ 세뇨관에서 염분과 글루코스의 재흡수
⑤ 모세혈관에서 일어나는 물과 용해된 물질의 재흡수

[정답] ①
[해설] 소동맥의 혈액이 사구체의 모세혈관으로 밀려들어 갈 때의 혈압을 유체정압이라 하는데, 이 유체정압에 의해 사구체에서 여과가 일어난다.

9. 사구체에서 보먼주머니로 여과되는 원리로 옳은 것은?
① 사구체에서 확산으로 여과된다.
② 사구체에서 능동수송으로 여과된다.
③ 사구체에서 외포 작용에 의해 이루어진다.
④ 사구체와 보먼주머니의 삼투압 차이로 여과된다.
⑤ 사구체의 혈압과 보먼주머니의 압력 차이로 여과된다.

[정답] ⑤
[해설] 신장동맥으로부터 나온 수입소동맥은 보먼주머니로 들어가 모세혈관 덩어리를 형성하는데 이때 소동맥의 혈액이 사구체로 들어가면 굵은 혈관에서 가는 혈관으로 들어가기 때문에 엄청난 압력을 받게 되어 혈액의 약 1/5이 모세혈관벽을 통해 여과된다. 콩팥의 기능적인 단위를 네프론이라고 하며, 사구체와 보먼주머니는 네프론의 혈액을 여과하는 기본단위다.

 

10. 오줌의 양은 뇌하수체 후엽에서 분비되는 ADH(항이뇨 호르몬)에 의하여 결정된다. 겨울철에 여름철과 같은 양의 물을 마셨을 때 여름철과 비교하여 네프론의 활동과 ADH분비량의 변화를 바르게 짝지은 것은?

네프론의 활동 ADH의 분비량
① 물의 재흡수 증가 증가
② 물의 재흡수 감소 증가
③ 물의 재흡수 감소 감소
④ 원뇨 재분비 증가 감소
⑤ 원뇨 여과량 증가 증가

[정답] ③
[해설] 여름철에는 겨울철보다 땀을 통한 수분의 배출량이 많다. 따라서 이 경우 평소보다 물을 많이 마신 상태와 같이 신장에서의 수분 조절이 이루어진다. 물을 많이 마신 사람은 혈액의 삼투압이 낮아지므로 여분의 수분을 오줌을 통해 배출해야 한다. 오줌을 많이 배출하려면 수분의 재흡수량을 줄여야 한다. 그러기 위해서는 뇌하수체 후엽에서 분비되는 ADH의 양은 감소해야 하며, 그러면 집합관에서 수분 재흡수도 감소한다. ADH의 분비가 잘 안되면 요붕증이라는 병에 걸리는데, 이런 사람은 하루 20 L 이상의 많은 소변을 보게 되므로 탈수증에 걸리게 된다.

11. 소변 검사 결과 포도당이 검출되었다. 그 이유를 바르게 설명한 것은?
① 사구체에서 원뇨가 많이 형성되었다.
② 사구체에서 세뇨관으로 포도당이 여과되었다.
③ 모세혈관에서 세뇨관으로 포도당이 분비되었다.
④ 집합관에서 포도당의 재흡수가 완전히 이루어지지 않았다.
⑤ 세뇨관에서 모세혈관으로 포도당의 재흡수가 완전히 이루어지지 않았다.

[정답] ⑤
[해설] 묽은 상태의 원뇨가 기부세뇨관을 지날 때, 농도가 높고 고장상태인 수출소동맥과 접촉하면서 자연히 삼투압 차이로 인해 물이 원뇨로부터 혈액으로 흡수된다. 이때, Na+, 포도당, 아미노산 등도 능동수송되어 세뇨관 주변의 세포로 들어가게 된다.

12. 다음 중 세뇨관에서의 재흡수율이 가장 적은 물질은 무엇인가?
① 물 ② 포도당 ③ 아미노산 ④ 나트륨 ⑤ 요소

[정답] ⑤
[해설] 요소는 독성이 있어 체내에 오래 머무르게 되면 해로우므로 가능한 한 많이 배출을 하려 한다.

13. 술을 마신 다음에는 오줌을 많이 누게되는 주된 이유는 무엇인가?
① 혈액의 부피가 증가한다.
② 네프론에서 수분 재흡수가 많이 이루어진다.
③ 방광의 괄약근에 흥분전달이 많이 이루어진다.
④ 혈중 알코올은 세뇨관에서 수분의 재흡수를 증가시킨다.
⑤ 뇌하수체 후엽의 항이뇨 호르몬의 분비가 억제된다.

[정답] ⑤
[해설] 소변 양이 늘어나기 위해서는 세뇨관에서 재흡수가 적게 이루어져야 한다. 혈관 내 수분의 양이 많아도 항이뇨 호르몬의 분비가 억제되지 않으면 오줌의 양은 늘어나지 않는다.

14. 사람의 오줌 생성 과정에서 물의 재흡수를 촉진하는 호르몬은?

① 옥시토신 ② 바소프레신 ③ 아드레날린
④ 프로게스테론 ⑤ 당질 코르티코이드

[정답] ②
[해설] 바소프레신은 항이뇨호르몬(ADH)이라고도 하며, 신장의 집합관에서 물의 재흡수를 촉진하여 오줌의 양을 줄이는 작용을 한다. 소동맥을 수축시켜 혈압을 올리기도 하며, 이 호르몬이 부족하면 오줌의 양이 증가하고 심한 갈증을 나타내는 요붕증의 증세가 나타난다.

15. 고양이를 대상으로 다음과 같은 실험을 하였다.
(1) 고양이를 하루동안 먹이를 주지 않고 굶겼다.
(2) 아르기닌만 제거하고 다른 아미노산은 충분한 먹이를 1회 주었다.
(3) 먹이를 준 후, 일정한 시간 간격으로 혈액을 채취하여 혈액 속의 암모니아 농도를 측정하였더니 다음과 같았다.

 

[실험 결과]

시 간
먹이를 먹기 직전
1시간 후
2시간 후
3시간 후
5시간 후
암모니아 농도
(㎍/L)
18
55
140
206
312
고양이의 상태
정상

중독 증상이 나타남
사망
(1) 이 실험에서 하루동안 먹이를 주지 않고 굶긴 이유를 간단히 적어라.

 

(2) 이 실험에 이어 고양이에게 오르니틴만을 첨가한 동일한 먹이를 주었더니 전혀 중독 증상이 나타나지 않았고 암모니아 농도도 20㎍/L 이내로 유지하였다. 이러한 실험 결과로 유추할 수 있는 내용을 말하여라.

[정답]
(1) 체내의 아미노산(특히 아르기닌)을 고갈시키기 위해 고양이를 굶긴다.
(2) 오르니틴에서 아르기닌이 합성된다.

16. 물은 우리 몸에서 일어나는 모든 생화학 반응의 매개체로서 가장 중요한 물질이라고 할 수 있다. 어떤 원인으로 심한 탈수 상태에 빠지게 될 경우 우리 몸은 더 이상 수분의 손실을 막기 위해 오줌의 형성을 억제하여 항상성을 유지한다. 오줌의 형성을 줄이기 위한 우리 몸의 작용에 대하여 다음 2가지 면에서 설명하시오.(98임용기출)

(1) 신장(콩팥)의 기능

(2) 뇌하수체의 기능

[정답]
(1) 신장의 기능 : 네프론의 집합관을 구성하는 세포의 물에 대한 투과성이 높아져 물의 재흡수가 증가한다.
(2) 뇌하수체의 기능 : 뇌하수체 후엽으로부터 바소프레신의 분비가 증가한다.

17. 다음 그림은 신장의 네프론에서 오줌이 생성되는 과정을 나타낸 것이고, 표는 어떤 사람의 네프론 각 부위에서 몇 가지 물질의 양을 조사한 것이다. (2002임용기출)
(단위는 %)

위치
물질
A
B
C
포도당
0.1
0.1
0
아미노산
0.05
0.05
0
요소
0.03
0.03
1.8
단백질
8.0
1.5
1.5

 

(1) A에 있는 요소(urea)는 어느 영양소의 분해로부터 유래한 것인가?

(2) 이 사람에게 신장 기능의 이상이 있음을 알 수 있는 자료는 무엇인가?

(3) 정상인의 경우 혈액이 A에서 D로 이동할 때, 표에 나타난 물질 중 가장 크게 감소하는 것은 무엇인가?

[정답]
(1) 단백질
[해설] 요소[(NH2)2CO]의 분자식에서 보는 바와 같이 한 분자의 요소에는 두 분자의 암모니아와 1분자의 이산화탄소가 포함되어 있다. 이 세 분자에서 물 한 분자가 빠지면 요소가 된다. 그러므로 요소는 분해산물에서 암모니아를 생성할 수 있는 영양소에서 생성됨을 알 수 있다. 단백질은 C, H, O, N으로 구성되어 있기 때문에 분해 산물에서 암모니아가 생성되고 이것이 간에서 요소로 전환된다.

(2) 원뇨(B)와 오줌(C)에서 단백질이 검출되었다.
[해설] 단백질은 고분자 물질이므로 정상적으로는 사구체에서 보먼주머니로 여과되지 않는다.

(3) 요소
[해설] 요소는 재흡수되지 않고 분비가 일어나 농축되어 오줌으로 배설되기 때문이다.

 

조상환

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