고2·3 생명과학Ⅱ의 「유전자 발현」 단원은 유전 정보가 DNA에서 RNA를 거쳐 폴리펩타이드로 나타나는 과정을 다룹니다. 원핵세포와 진핵세포의 차이, DNA 복제, 염기 결실 같은 돌연변이의 영향, 젖당 오페론의 조절이 한 흐름으로 이어집니다. 아래 20문항으로는 이 흐름을 개념과 계산 양쪽에서 얼마나 정리했는지 확인합니다.
📝 유전자 발현 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
저는 수학을 가르치는 사람이라 생명과학Ⅱ를 가르친다고는 말씀드리지 못합니다. 다만 이 단원 20문항을 훑어보면, DNA에서 RNA를 거쳐 폴리펩타이드로 가는 한 줄기가 문제마다 모양만 바꿔 나옵니다. 낱개로 외우면 금방 섞입니다.
풀기 전에 그 흐름을 백지에 직접 써 보게 하세요. 그다음에 문제를 풀고, 틀린 번호에는 동그라미만 쳐 둡니다. 정답을 옮겨 적는 건 맨 나중입니다.
동그라미 친 문항은 문제를 소리 내어 읽게 하고, 왜 그 답인지 한두 문장으로 말하게 해 보십시오. 말이 막히는 곳이 아직 아이 것이 아닌 곳입니다.
— 수학의 신호 원장
유전자 발현 시험지에 나오는 문항 모양
단답
선다
자료 분석
개념 확인
원리 적용
유전자 발현, 무엇을 배우나
먼저 유전 정보가 이동하는 순서를 잡습니다. DNA가 복제되고, 전사로 RNA가 만들어지고, 번역으로 폴리펩타이드가 만들어집니다. 진핵세포는 전사 직후의 1차 전사체에서 인트론을 제거하는 가공을 거치지만, 원핵세포는 핵막이 없어 전사와 번역이 같은 공간에서 동시에 일어납니다.
복제 부분에서는 반보존적 복제를 바탕으로 15N과 14N으로 표지된 DNA의 비율을 셉니다. 처음의 15N 가닥 2개가 계속 남는다는 점이 계산의 기준입니다. 지연 가닥은 오카자키 절편마다 RNA 프라이머가 필요해서, 프라이머 개수를 세는 문제로도 나옵니다.
조절 부분에서는 젖당 오페론을 다룹니다. 조절 유전자, 프로모터, 작동자 중 어디가 결실되었느냐에 따라 락토스가 있을 때와 없을 때 효소가 만들어지는지가 달라집니다. 돌연변이는 염기가 결실되어 읽기틀이 바뀌면 종결 코돈이 어디에 새로 나타나는지(앞당겨지거나 늦춰지는지)를 따라가며 확인합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
어떤 유전자의 주형 가닥 일부의 염기 서열이 3′-TACCGATTG-5′일 때, 이 부위에서 전사된 mRNA의 염기 서열을 5′→3′ 방향으로 쓰시오.정답 · 5′-AUGGCUAAC-3′ — mRNA는 주형 가닥과 상보적이므로 T→A, A→U, C→G, G→C로 바꾸어 쓴다. 3′-TACCGATTG-5′에 대응하는 서열은 5′-AUGGCUAAC-3′이다.
DNA 복제에 대한 〈보기〉의 설명 중 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? 〈보기〉 ㄱ. 지연 가닥은 짧은 오카자키 절편이 만들어진 뒤 연결되어 완성된다. ㄴ. DNA 중합효소는 새로 합성되는 가닥의 3′ 말단에 뉴클레오타이드를 붙여 나간다. ㄷ. 복제를 시작할 때 필요한 프라이머는 DNA로 이루어져 있다. ① ㄱ ② ㄱ, ㄴ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ정답 · ② ㄱ, ㄴ — 지연 가닥은 복제 분기점의 이동 방향과 반대로 합성되므로 오카자키 절편이 DNA 연결효소에 의해 이어지고, DNA 중합효소는 5′→3′ 방향으로만 가닥을 신장시킨다. 프라이머는 짧은 RNA이므로 ㄷ은 옳지 않다.
다음 조건에서 이 원형 DNA 전체가 복제되는 데 걸리는 최소 시간은 몇 분인가? (단위를 포함하여 쓰시오.) 어떤 세균의 원형 DNA는 4.8×10⁶ 염기쌍(bp)으로 이루어져 있고 복제 원점이 1개이다. 복제는 이 원점에서 시작하여 양방향으로 진행되며, 복제 분기점 1개는 일정하게 초당 1,000 bp의 속도로 이동한다. 두 복제 분기점은 원점의 반대편에서 만나 복제가 끝난다.정답 · 40분 — 양방향 복제이므로 두 복제 분기점이 동시에 이동하여 1초에 2,000 bp씩 복제된다. 걸리는 시간 = 4.8×10⁶ bp ÷ 2,000 bp/초 = 2,400초 = 40분이다.
11번째 염기가 결실된 돌연변이 mRNA로부터 합성되는 폴리펩타이드를 이루는 아미노산의 수는 몇 개인가? 어떤 원핵세포에서 전사된 정상 mRNA의 염기 서열은 5'-GGCAUGGCAGAAUUCGGAUAGCUAA-3'이다(왼쪽 첫 염기를 1번으로 센다). 번역은 처음 나타나는 AUG에서 시작되며, UAA, UAG, UGA는 종결 코돈이다. 이 유전자에 돌연변이가 일어나 mRNA의 11번째 염기 A가 결실되었고, 나머지 염기의 정답 · 6개 — 정상 mRNA는 AUG GCA GAA UUC GGA UAG로 읽혀 아미노산 5개이다. 11번째 염기가 결실되면 AUG GCA GAU UCG GAU AGC UAA로 읽는 틀이 바뀌어 처음 나타나는 종결 코돈이 UAA가
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
유전자 발현에서 헷갈리는 곳
원핵과 진핵의 가공 구분 캡 구조, poly-A 꼬리, 인트론 제거는 진핵세포의 RNA 가공입니다. 원핵세포의 mRNA에는 이런 가공이 없고 핵막도 없어서 번역이 바로 이어집니다.
분열 횟수와 DNA 분자 수 n회 분열 후 DNA는 2ⁿ분자이지만 15N 가닥은 처음 2개 그대로입니다. 중간 밀도 DNA가 늘 2분자라는 점을 놓치면 비가 틀어집니다.
조절 유전자와 작동자의 결실 조절 유전자가 없으면 억제 단백질이 만들어지지 않고, 작동자가 없으면 억제 단백질이 있어도 결합하지 못합니다. 결과는 같아 보여도 이유가 다릅니다.
집에서 공부하는 순서
하루에 한 주제씩 잡고, 먼저 복제, 전사, 번역의 순서를 백지에 적어 봅니다. 그다음 원핵세포와 진핵세포를 두 칸으로 나누어 인트론 제거, 캡, poly-A 꼬리, 핵막 여부를 채워 넣으면 첫 문항 유형이 정리됩니다.
계산 문항은 DNA 가닥을 직접 그려 세는 연습부터 합니다. 분열할 때마다 15N 가닥이 어느 DNA에 들어 있는지 그린 뒤 비율로 옮깁니다. 젖당 오페론은 균주마다 무엇이 결실되었는지 먼저 표시하고, 염기 결실 문제는 코돈을 세 글자씩 다시 끊어 읽습니다.