제 12 회 전국 중․고등학생 수학․과학 경시대회 고등학생부문 본선 1차(지필) 문제

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제 12 회 전국 중․고등학생 수학․과학 경시대회

고등학생부문 본선 1차(지필) 문제

 

1. 녹색식물은 광합성을 한다. 광합성에는 광(명)반응과 암반웅이 있다. 다음 그림은 광합성의 광반응을 상세히 모식적으로 설명하는 그림이다. 자세히 보고 이해한 후 물음에 답하여라.

 

(1) 광합성에서 광반응이란 무엇인가?

 

(2) 물의 광분해를 화학식으로 나타내어라.

 

( )

( ) —————> ( ) + ( )

 

(3) 다음 열거한 가시광선 중에서 광합성의 광반응에 가장 이용되지 않는 것은?

 

① 빨간색 ② 주황색 ③ 노란색 ④ 초록색 ⑤ 파란색 ⑥ 남색 ⑦ 보라색

 

(4) PQ pool과 Cyt b6-f 복합체의 역할을 설명하여라.

 

(5) 광합성에서 ATP의 합성을 화학식으로 설명하여라.

 

( ) 효소

( ) + ( ) —————> ( )

 

2. 다음 그림은 포도당이 피루브산으로 분해되고 피루브산이 완전히 분해되는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 그림을 참고로 하여 물음에 답하여라.

 

(1) 1몰의 포도당이 피루브산으로 분해되는 과정은 어디에서 일어나며 몇 몰의 NADH와 ATP를 생성하는가?

 

① ( ) ② ( )NADH ③ ( )ATP

 

(2) TCA 회로는 어디에서 일어나며, 2회의 TCA회로동안 생성되는 NADH, FADH2 및 ATP는 각각 몇 몰씩인가?

 

① ( ) ② ( )NADH ③ ( )FADH2 ④ ( )ATP

 

(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 686Kca1의 열에너지가 발생된다 산소호흡의 에너지 효율을 계산하여라. 단, ATP 1몰이 가지고 있는 에너지는 7.3Kcal이 다.

 

3. 다음 사진은 성게의 난자에 도달한 정자의 사진이다. 물음에 답하여라.

 

(1) 난자의 표면에 도달한 후 정자의 머리에서 일어나는 현상은 무엇인가? (2점)

 

(2) (1)의 과정과 결과를 설명하여라.(4점)

 

(3) 정자가 난자의 표면에 고르게 분포하고 있지 않은 이유는?(3점)

 

(4) 여러 개의 정자가 난자 속으로 들어가는 다정자 수정이 일어나면 어떻게 되는가?(3점)

 

(5) 다정자 수정을 방지하는 메카니즘을 설명하여라.(8점)

 

4. 다음 그림은 올챙이의 꼬리를 잘라 배양한 것이다. 물음에 답하여라. A그림은 배양액에 (가)물질을 첨가하지 않은 대조군이고, B는 (가)물질을 첨가하여 배양한 실험군이다.

 

(1) A와 B의 배양결과 나타난 차이점은 무엇인가?

 

(2) 올챙이의 변태과정에서 (가)물질은 어디에서 분비되는가?

 

(3) (가)는 어떤 물질인가?

 

(4) 만약 올챙이로부터 (가)를 분비하는 기관을 제거하면 어떻게 되는가?

 

(5) 어린 올챙이에 (가)를 포함하고 있는 먹이를 계속 주면 어떻게 되는가?

 

(6) 올챙이의 변태과정에서 꼬리의 퇴화 외에 또 다른 변화의 예를 들어라.

 

(7) 꼬리가 퇴화하는 변태과정동안 리소좀의 양과 그 속의 단백질에 어떤 변화가 일어나는가?

 

5. 칼슘이 없는 생리식염수에 다음의 그림과 같이 운동신경이 시냅스를 이루고 있는 근육을 담가놓고 운동신경에 동일한 크기의 자극을 주었을 때 나타나는 근육의 막전위(Vm)의 크기와 축색 말단에 흘려준 염화칼슘의 효과를 분석한 결과이다 (A-D).

(그림 A-D 에서 ━ 는 칼슘을 흘려준 시간을, 세로줄은 자극을 준 시간이다.)

 

(1) 그림 A와 B를 비교하여 축색 말단에 흘려준 염화칼슘의 효과를 설명하여라.

 

(2) 그림 C를 보고 내릴 수 있는 결론은 무엇인가?

 

(3) 그림 D를 보고 어떤 결론을 내릴 수 있는가?

 

(4) 이 그림과 관련하여 근육의 강직경련을 설명하여라.

 

6. 다음 그림은 20종의 아미노산의 화학적 구조를 나타낸 것이다. 그림을 보고 다음 물음에 답하라.

 

(1) 위 20개의 아미노산으로 폴리펩티드를 만들려고 한다. 이 폴리펩티드의 아미노(N)-말단에는 측쇄(R기)가 양전하를 띠는 아미노산을 놓고, 카르복실(C)-말단에는 그 측쇄가 음전하를 띠는 아미노산을 배치할 경우 각 말단에 올 수 있는 아미노산의 명칭을 모두 쓰라.

N-말단 :

C-말단 :

 

(2) 위의 폴리펩티드에서 휨을 제거하려면 어떤 아미노산을 제거해야 하겠는가? 그리고 그 이유는 무엇인가?

 

(3) 위의 아미노산들이 폴리펩티드를 형성하였을 경우 이황화 결합(disulfide bond)를 만들 수 있는 아미노산은 어느 것인가?

 

(4) 이들 아미노산 15개를 중합한 폴리펩티드가 하나의 알파나선 구조로 세포막 속에 박혀있을 수 있도록 폴리펩티드를 설계하여라.(단, 아미노산은 중복하여 사용할 수 있으며, 다양한 종류를 사용해야 한다).

 

7. Khorana라는 과학자는 유전자 암호(genetic code)를 밝혀내기 위한 방법으로, 반복적인 염기서열을 가진 다양한 mRNA를 인위적으로 합성하여 대장균을 분쇄한 용액 속에 Translation(번역)이 일어나게 하여 폴리펩티드를 합성했다. – 예를 들어,(CAC)n의 경우, 이것은 다시 CACCACCACCACCACCACCAC…란 폴리펩티드가 합성된다. –

합성된 폴리펩티드는 단지 한 종류의 아미노산(a homopolymer)만을 가질 수도 있고, 때로는 사용된 반복 서열에 따라 한 종류 이상의 아미노산(a heteropolymer)을 가질 수도 있다. 더군다나, 같은 mRNA로부터 다른 종류의 폴리펩티드가 만들어지기도 한다. 이것은 단백질 합성의 시작이 항상 mRNA의 가장 끝 쪽 뉴클레오티드 에서만 시작되는 것이 아니라는 사실을 말해주는 것이다.

 

예를 들어, (CAC)n으로부터 3개의 폴리펩티드가 만들어졌다고 하면, 이들은 아마도 염기서열의 다른 지점에서부터 출발하여 다음과 같이 읽혀지게 된 것이라 할 수 있다.

CAC CAC CAC CAC ‥‥

ACC ACC ACC ACC ‥‥

CCA CCA CCA CCA ‥‥

 

다음 표는 Khorana의 실험에 의해 얻어진 결과들이다.

합성 한 mRNA 합성 된 polypeptide(s)
(UC)n

(UG)n

(AC)n

(AG)n

(UUC)n

(UUG)n

(AAG)n

(CAA)n

(UAC)n

(AUC)n

(GUA)n

(GAU)n

(UAUC)n

(UUAC)n

(GAUA)n

(GUAA)n

( Ser-Leu)n

(Val-Cys)n

(Thr-His)n

(Arg-Glu)n

(Ser-Ser)n 과 (Leu-Leu)n 과 (Phe-Phe)n

(Leu-Leu)n 과 (Val-Val)n 과 (Cys-Cys)n

(Arg-Arg)n 과 (Lys-Lys)n 과 (Glu-Glu)n

(Thr-Thr)n 과 (Asn-Asn)n 과 (Gln-Gln)n

(Thr-Thr)n 과 (Leu-Leu)n 과 (Tyr-Tyr)n

(lie-lle)n 과 (Ser-Ser)n 과 (His-His)n

(Ser-Ser)n 과 (Val-Val)n

(Asp-Asp)n 과 (Met-Met)n

(Tyr-Leu-Ser-lle)n

(Leu-Leu-Thr-Tyr)n

없음

없음

※ 위에 나열된 폴리펩티드 또는 아미노산의 순서는 mRNA의 염기 순서와 관계없음. 단, (UAUC)n 과 (UUAC)n는 순서대로 적용할 것.

 

(1) 표-1에서 (GUA)n 과 (GAU)n는 왜 단지 2개의 homopolypeptides만 coding하고, (GAUA)n 과 (GUAA)n 는 폴리펩티드를 합성할 수 없었는가?

 

(2) 아래 제시된 각각의 트리플렛에 대한 아미노산을 지정하라.

( ⇒ 여러 개의 코돈이 한 종류의 아미노산을 결정할 수 있으며, 보통 첫 번째와 두 번째 염기는 중요하지만, 세 번째 염기는 항상 중요하게 작용하는 것은 아니다. 또 한, 매우 다르게 보이는 코돈이 때로는 같은 아미노산을 결정하기도 한다.)

 

AAC CAA GAA UAC
AAG CAC GAG UAG
  CAU GAU UAU
       
ACA CUA GUA UCA
ACU CUC GUG UCU
  CUU GUU  
       
AGA     UGA
AGU     UGU
       
AUC     UUA
AUG     UUC
      UUG

 

8. 과학이 발달되면서 과학자들은 생명체를 이루는 구성성분 중에서 제일 중요한 단백질의 구조를 알기 위하여 많은 노력을 하였다. 지금은 단백질을 이루는 아미노산의 서열을 알 수 있는 방법이 자동화되었지만, 그 당시에는 복잡한 방법을 사용했다. 단백질의 아미노산 서열을 알기 위하여, 먼저 단백질을 이루고 있는 전체 아미노산 종류와 수를 알아냈다. 다음에 단백질을 완전한 가수분해가 아닌 일부 가수분해를 시켜서 다시 작게 만들어진 펩티드를 분리하고, 분리된 각 펩티드를 이루는 각각의 아미노산 종류를 찾아내어 처음 단백질의 아미노산 서열을 밝혀냈다.

다음과 같은 실험결과로부터 처음 단백질의 아미노산 서열 전체를 밝혀내시오.

▶ Sanger reagent를 써서 단백질이 N-쪽 끝 아미노산이 Glu이라는 것을 알았다.

▶ 이 단백질을 이루는 아미노산의 종류와 수는 다음과 같다.

▶ 일부 가수분해 후 작게된 펜티드의 구성은 다음과 같다.

a 펩티드 (Asn, Glu)

b 펩티드 (Glu, Gly)

c 펩티드 (Asn, Glu, Gly)

d 펩티드 (Asn, Val)

e 펩티드 (Asn, Ser, Val)

f 펩티드 (Asn, Glu, Lys)

g 펩티드 (Leu, Ser)

h 펩티드 (Asn, Lys)

i 펩티드 (Arg, Leu)

j 펩티드 (Arg, Arg, Leu)

k 펩티드 (Arg, Lys)

1 펩티드 (Asn, Gly, Val)

 

9. 다음 그림은 인체에서 일어나는 해독 과정의 일부를 나타낸 것이다.

 

(1) 이 해독 과정이 일어나는 기관은?

 

(2) 아미노산의 분해 과정에서 생기고 인체에 해로운 물질은?

 

(3) 그림에서 (가)에 해당하는 물질은 무엇인가?

 

(4) 그림에서 (나)에 해당하는 물질은 무엇인가?

 

10. 어떤 생물학자가 다음과 같은 동물을 발견하여 분류하고자 한다.

 

몸은 검은 갈색이면서 길이는 30cm정도이다. 피부가 점액으로 덮여있고 매끄럽다. 수중 생활을 하고, 납작한 꼬리가 있다. 납작하고 짧은 머리에는 붉은 색의 외부 아가미가 있다. 4개의 약한 다리를 갖고 있다. 발가락은 있으나, 발톱은 없다. 등 쪽에는 신경색이 있고, 두개골과 척추를 갖고 있다. 이 동물은 물고기 알, 가재, 또는 다른 수중 동물을 먹고산다.

 

(1) 이 동물 속하는 문에 대한 단서는 무엇인가?

 

(2) 이 동물은 다음 중 어느 무리일 가능성이 가장 큰가?

 

① 어류 ② 조류 ③ 파충류 ④ 양서류 ⑤ 포유류

 

(3) 이 동물을 분류하는 데 있어서 가장 도움이 안 되는 정보는?

 

① 척추를 가지고 있다. ② 등쪽에 신경색이 있다.

③ 몸의 길이가 30cm이다. ④ 4개의 약한 다리를 가지고 있다.

⑤ 피부가 점액으로 덮여있고 매끄럽다.

 

(4) 이 동물의 특징으로 보아 배엽은 어느 단계까지 분화하였겠는가?

 

 

제 12 회 전국 중․고등학생 수학․과학 경시대회

고등생물부문 본선 2차(실험) 문제

1.

(1) 마이크로미터를 사용하여 다음 프레파라아트에 있는 포자의 가로, 세로의 길이를 구해보시오. 반드시 단위를 쓰시오.

단, 400배로 관찰했을 때 대물마이크로미터 (굵은선)와 접안마이크로미터 (가는 선)의 눈금은 왼쪽그림과 같고, 대물마이크로미터 한 눈금 길에는 10㎛이다.

 

가로: ( ) 세로: ( )

 

(2) 무궁화의 화식도를 그리시오.

 

(3) 다음 두 군집의 유사도를 계산하시오.(단, 각 기호는 종을 의미한다.)

유사도지수 = 2c/(a+b) (a는 A군집의 종수, b는 B군집의 종수, C는 공통인 종수)

 

(4) 다음 시험대에 있는 시약을 사용하여 녹말이 들어 있는 시험관을 찾아보시오.

 

2. 현미경 아래에 있는 것은 초기 발생 단계의 개구리 배 (Xenopus embryo)이다. 그 중 낭배를 골라라.

 

낭배라고 주장하는 근거는?

 

3. 아메바의 수축포 관찰 실험

 

(1) 다음 그림과 같이 슬라이드 글라스 위에 커버 글라스 조각을 올려놓고 아메바 배양액을 한방을 떨어뜨린 다음 커버 글라스를 덮어서 프레파라트를 만들어라.

 

(2) 프레파라트를 현미경에 올려놓고 아메바를 가장 잘 볼 수 있도록 배율, 조명 상태 등을 조절한 다음 수축포를 찾았으면 손을 들어라.

 

4. 비커에 대장균이 들어있는 100ml의 액체가 담겨있다. 이 액체 1ml당 들어있는 대장균의 수를 알아보기 위하여 다음의 기구와 배지를 가지고 실험을 하려고 한다. 구체적인 실험 과정을 쓰고 각 과정에 대한 논리적인 근거를 쓰시오.

단, 액체 1ml당 1개에서 1010개까지 대장균이 들어있을 수 있다.

준비된 배지에서 모든 대장균이 살 수 있다.

직경 9cm의 페트리접시에서 보통 300~500개의 콜로니를 셀 수 있다.

 

기구와 배지

원심분리기, 배양기(37℃), 교반기, 피펫(1ml, 10m1), 저울, 여러 가지 크기의 비커, 액체배지와 고체배지

 

5. 녹색 식물의 광합성에 이산화탄소가 필요하다는 가설을 검증하기 위한 실험을 설계하시오.

 

가설 : 녹색 식물의 광합성에 이산화탄소가 필요하다

 

실험을 위한 가설로부터의 예측 :

 

실험 설계 :

조상환

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