세포생물학: 해설이 있는 연습 문제

1세포란

세포는 생명의 가장 작은 단위입니다. 세포설은 모든 생물이 세포로 이루어져 있고 모든 세포는 이미 있던 세포에서 나온다고 말합니다.

두 가지 주요 유형이 있습니다:

• 세균 같은 원핵 세포는 작고 단순합니다. DNA가 세포 안에 풀어져 있으며, 핵도 막으로 둘러싸인 다른 세포소기관도 없습니다.
• 동물, 식물, 균류의 세포 같은 진핵 세포는 더 큽니다. DNA는 핵에 보관되고, 각자 맡은 일이 있는 작은 구획인 세포소기관이 많이 있습니다.

식물 세포에는 동물 세포에 없는 세 가지가 있습니다: 셀룰로스로 된 세포벽, 광합성을 하는 엽록체, 큰 중앙 액포.

진핵 세포를 공장이라고 생각해 보세요. 핵은 설계도가 있는 사무실, 리보솜은 기계, 미토콘드리아는 발전소, 세포막은 출입문입니다.

2세포소기관과 세포막

• 1 세포막: 단백질이 있는 인지질 이중층입니다. 무엇이 들어오고 나가는지 조절합니다.
• 2 핵: DNA를 담고 있습니다. 그 안의 인(핵소체)은 리보솜을 만듭니다.
• 3 거친면 소포체: 단백질을 만드는 리보솜이 붙어 있는 막 네트워크입니다. 리보솜이 없는 매끈면 소포체는 지질을 만듭니다.
• 4 골지체: 단백질을 변형하고 분류하여 소낭에 포장합니다.
• 5 미토콘드리아: 호기 호흡으로 세포 에너지 화폐인 ATP를 대부분 만듭니다.
• 6 리소좀: 효소로 낡은 부분과 삼킨 물질을 분해합니다.

물질은 여러 방식으로 막을 통과합니다:

• 확산: 입자가 에너지 없이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. O₂와 CO₂ 같은 작은 비극성 분자가 이렇게 통과합니다.
• 삼투: 물이 막을 통해 녹아 있는 입자가 더 많은 쪽으로 이동합니다.
• 촉진 확산: 통로 단백질이나 운반체 단백질을 통한 확산으로, 여전히 에너지는 필요 없습니다. 포도당은 대부분의 세포에 이렇게 들어옵니다.
• 능동 수송: 펌프가 ATP를 써서 물질을 농도 기울기에 거슬러 이동시킵니다. 나트륨-칼륨 펌프가 그 예입니다.

3DNA, 단백질, 세포 분열

DNA는 뉴클레오타이드 두 가닥으로 이루어진 이중 나선입니다. 각 뉴클레오타이드는 당(디옥시리보스), 인산, 네 가지 염기 중 하나를 가집니다. 염기는 A는 T와, C는 G와 짝을 이룹니다.

세포가 분열하기 전에 DNA를 복제합니다. 복제는 반보존적입니다. 새 이중 나선마다 옛 가닥 하나와 새 가닥 하나를 가집니다.

유전자는 두 단계를 거쳐 단백질이 됩니다:

1. 핵에서의 전사: RNA 중합효소가 유전자를 mRNA로 복사합니다. RNA에는 티민 대신 우라실(U)이 있습니다.
2. 리보솜에서의 번역: mRNA의 세 염기마다, 즉 코돈 하나가 아미노산 하나를 지정합니다. tRNA가 아미노산을 가져오고, 사슬은 접혀 단백질이 됩니다.

세포는 두 가지 방식으로 분열합니다:

• 체세포 분열: 세포 하나가 염색체 전체 세트(사람은 46개)를 가진 유전적으로 동일한 세포 둘이 됩니다. 성장과 재생에 쓰입니다.
• 감수 분열: 2배체 세포 하나가 염색체가 절반(23개)인 유전적으로 서로 다른 반수체 세포 넷이 됩니다. 난자와 정자를 만들 때 쓰입니다. 교차와 독립적 분배가 변이를 만듭니다.

체세포 분열의 단계는 전기, 중기, 후기(염색 분체가 끌려 분리됨), 말기이며 그 뒤에 세포질 분열이 이어집니다.

4단계별 방법

대부분의 문제는 구조, 수송, 정보의 흐름(DNA → RNA → 단백질), 분열의 네 가지 주제 중 하나를 묻습니다.

1. 문제의 주제와 핵심어를 찾으세요: 세포소기관, 수송 유형, 효소, 단계.
2. 그에 속하는 기능을 한 문장으로 떠올리세요.
3. 과정이라면 순서대로 따라가세요: 어디서 시작하여 어떤 구조를 지나 어디서 끝나는지.
4. 사례라면 무엇이 달라지는지 물어보세요: 어떤 구조나 단계가 고장 났고, 그로부터 무엇이 따라오는지.
5. 체세포 분열과 감수 분열, 전사와 번역, 확산과 능동 수송처럼 비슷한 용어를 혼동한 선택지를 제거하세요.

5풀이 예제

모든 단계를 따라가 보세요. 다음 단계를 열기 전에 미리 예측해 보세요.

6흔한 실수

• 체세포 분열과 감수 분열을 혼동하기. 체세포 분열: 동일한 2배체 세포 2개. 감수 분열: 서로 다른 반수체 세포 4개.
• 전사(DNA → mRNA, 핵에서)와 번역(mRNA → 단백질, 리보솜에서)을 혼동하기.
• 원핵생물에 DNA가 없다고 생각하기. DNA는 있지만 핵이 없습니다.
• 삼투가 용질을 이동시킨다고 생각하기. 삼투는 물의 이동입니다.
• 촉진 확산을 능동이라고 부르기. 단백질을 쓰지만 에너지는 쓰지 않으며 농도 기울기를 따라갑니다.
• DNA에서 A를 U와 짝짓기. DNA에서 A는 T와 짝을 이루며, U는 RNA에만 나타납니다.

7시험 문제의 유형

• 쉬움: 핵심 용어와 사실. 세포소기관의 기능, 염기 짝짓기, 확산이나 체세포 분열이란 무엇인지, 식물 세포와 동물 세포.
• 보통: 개념 적용. 주어진 용액에서의 삼투, 체세포 분열과 감수 분열의 단계, 코돈과 돌연변이, 해당 과정과 호흡.
• 어려움: 사례와 분석. 고전 실험(메젤슨–스탈, 허시–체이스), 세포 수준에서 설명되는 질병, 세포 신호 전달, 세포 주기와 암.

사례 문제에서는 가장 먼저 실패하는 구조나 과정을 말하세요. 정답은 그 실패의 직접적인 결과입니다.