올림피아드 생물예비문제-1

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1. 다음 그림은 세포막의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다. 물음에 답하시오.

 

⑴ 이러한 세포막의 구조를 설명할 수 있는 모델의 명칭은?

 

⑵ 위의 세포막 구조를 증명할 수 있는 증거 중에서 간접 면역 형광현미경법을 이용한 실험 결과가 있다. 이 실험에 대해 간단히 설명하시오.

 

 

 

2. 다음 그림은 성게에서 정자와 난자가 수정하는 과정을 나타낸 것이다.

 

⑴ 정자에 있는 세포내 소기관으로서 난자의 막을 용해시키는 효소를 갖는 부분은?

 

⑵ 정자가 난자의 막에 결합하는 데 필요한 물질로서 난자의 막에 있는 수용체 단백질에 결합하는 물질은 무엇인가?

 

⑶ 수정막이 형성되는 과정을 ‘피층반응(cortical reaction)’을 이용하여 설명하시오.

 

 

 

 

⑷ 수정막에 의해 다수정을 방지하는데는 몇 분이 걸린다고 한다. 보다 빨리 다수정을 방지할 수 있는 방법(fast block)에 대해 설명하시오.

 

 

 

 

3. 다음 그림은 DNA를 전자현미경으로 찍은 사진이다.

 

 

⑴ 위의 모습은 세포주기 중에서 어떤 시기에 볼 수 있는가?

 

⑵ 위의 사진 결과로부터 알 수 있는 사실을 모두 기술하시오.

 

 

 

4. 진핵 세포의 DNA는 엑손(exon)과 인트론(intron)으로 구성되어 있다.

⑴ 인트론의 운명에 대해 설명하시오.

 

 

 

⑵ 한 과학자가 새로운 유전자를 발견한 다음, 어떤 부분이 인트론이고 어떤 부분이 엑손인지를 확인하고자 할 때 일반적으로 사용하는 방법은 무엇인가?

 

 

 

 

 

1. ⑴ 유동모자이크막 구조 ⑵ 사람 세포막에 있는 특정 단백질을 항체로 표지하고 쥐의 세포막에 있는 특정 단백질을 항체로 표지한 후 두 종류의 세포를 융합시킨 다음 40분 정도 두면 두 종류의 단백질이 서로 혼합된다.

2. ⑴ 첨체 ⑵ 바인딘(bindin) ⑶ 정자가 난자에 침입하게 되면 난자의 피층에 있는 과립들이 세포막에 부착하게 되고 그 내용물이 세포 밖으로 방출되는 피층반응이 일어난다. 그 결과 이 부분이 고농도가 되고 삼투 현상에 의해 물이 유입되어 세포막과 수정막이 분리된다. 이 때 피층 과립에 들어있는 효소가 바인딘 수용체를 제거하여 다른 정자가 더 이상 결합할 수 없게 한다. ⑷ 1개의 정자가 난자의 원형질막에 붙자마자 양이온이 난자 내로 유입되어 전기적인 변화가 생기는데 이를 탈분극이라고 한다. 이러한 전하의 변화에 의해 다른 정자가 난자 내로 유입되지 못한다. 탈분극 현상은 20초 내에 원래의 전하로 회복된다.

3. ⑴ 간기(DNA 복제기) ⑵ ① DNA는 여러 곳에서 복제가 일어난다. ② DNA는 양쪽 방향으로 일어난다.

4. ⑴ RNA 중합효소에 의해 핵에서 DNA를 주형으로 하여 합성된 1차 RNA(전사체)는 액손과 인트론을 모두 포함하고 있다. 이런 전구체 RNA로부터 인트론들이 제거되어 단백질의 아미노산 서열을 암호화하거나 5′-, 3′-비번역 부위인 엑손(exon)들만을 모으는 과정을 “스플라이싱(splicing)”이라 한다. 이 과정에 의해 인트론은 제거된다. RNA 스플라이싱은 진핵생물 유전자의 발현에 있어서 필수적인 과정 중의 하나이다. ⑵ 방법 1 : 이 유전자를 포함하는 염색체 DNA와 이 유전자의 cDNA를 접합시킬 때 접합이 일어나지 않는 부분이 바로 인트론이다. 방법 2 : 이 유전자 DNA의 염기 서열을 결정한 다음 mRNA 염기 서열과 비교하여 확인한다.

 

 

 

 

1. 스플라이싱(Splicing)

RNA 중합효소에 의해 핵에서 DNA를 주형으로 하여 합성된 1차 RNA(전사체)는 액손과 인트론을 모두 포함하고 있다. 이런 전구체 RNA로부터 인트론들이 제거되어 단백질의 아미노산 서열을 암호화하거나 5′-, 3′-비번역 부위인 엑손(exon)들만을 모으는 과정을 “스플라이싱(splicing)”이라 한다. RNA 스플라이싱은 진핵생물 유전자의 발현에 있어서 필수적인 과정 중의 하나이다. 일반적으로 1차 RNA는 전사후 공정과정(posttranscriptional modification)을 거친 후 mRNA로 전환된다. 전사후 공정과정은 인트론을 제거하는 스플라이싱 과정 외에, 전사체의 5′-말단에 모자 씌우기(5′-capping)와 3′-말단의 polyA 꼬리 첨가과정을 수반한다. 변형 과정을 마치고 성숙된 mRNA는 핵공(nuclear pore)을 통해 원형질로 나가게 되고, 이어 단백질 합성을 위한 번역 과정에 참여하게 된다.

① 스플라이싱 부위의 특징 : 스플라이싱 부위는 RNA의 절단과 결합이 이루어지는 엑손- 인트론의 경계에 존재한다. 이러한 부위는 구조 유전자와 mRNA의 염기 서열을 비교해 보면 이 부위가 쉽게 발견되는데 그 부위의 중요한 특징은 아래와 같다. 인트론의 양 말단에는 진화상 잘 보존된 짧은 염기 서열이 존재한다. 이것을 GT-AG법칙이라고 하기도 한다 (5′-GT—-(인트론)—-AG-3′). 그러나 양끝 두 염기서열 사이의 인트론 서열은 아무런 상동성이나 상보성을 보이지 않는다. GT-AG 법칙은 거의 모든 진핵생물 mRNA의 스플라이싱에 적용되고 있어서, 스플라이싱이 여러 생물에서 매우 공통된 메카니즘에 의해서 수행됨을 알 수 있다. 그러나, 식물의 엽록체나 동물의 미토콘드리아, 효모에서는 다른 메카니즘에 의해서 수행되기도 한다.

② 스플라이싱이 어떻게 작용하는가? : 한 유전자 안에 2개 이상의 인트론이 존재하는 경우, 각각의 양 끝에 공통적인 염기 서열에 의해 시험관 내에서는 한 5′-엑손 말단이 여러 가지 다른 3′-엑손 말단과 결합할 수 있음에도 불구하고, 세포 내에서는 정확하게 모든 인트론들이 제거되면서 엑손들이 원래의 순서를 유지한 상태로 이어 맞추어진다. 이는 아마도 스플라이싱이 순차적으로 진행되도록 조절하는 메카니즘이 세포내에는 존재하기 때문인 것으로 여겨진다. 즉, 5′-엑손을 인지한 스플리싱 기구는 일정한 방향을 가지고 RNA를 훑으면서 바로 다음에 존재하는 3′-엑손을 찾는 것이다. 그러데 모든 경우에 이런 식으로 이어맞추어지는 것은 아니다. 예를 들어 엑손을 건너 뛰어 이어맞추기를 하는 경우가 있는데. 이런 경우를 선택적 스플라이싱(alternative splicing)이라 부른다.

 

조상환

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