[대학 입시][논술] 2023학년도 서울대학교 생명과학 구술 면접 (1번 해설)

2023학년도 서울대학교 수시모집 일반전형 면접 및 구술고사 문항_생명과학 1번.pdf

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문제 1. 비소 광산 주변의 토양은 독성 중금속인 비소가 높은 농도로 포함되어 있다. 비소 광산 근처에서 발견되는 식물종 (가)의 개체군은 비소 광산에서 멀리 떨어진 지역에 서식하는 동종 개체군과 여러 가지 차이를 보인다. 제시된 지문을 바탕으로 아래 질문(문항 1-1 ~ 1-5)에 답하시오.

 

• 비소는 비소 화합물 a 형태로 식물 세포로 흡수되고 식물에 강한 독성을 나타낸다.
• 식물에 대한 독성이 강할수록 식물 생장이 저해된다.
• 개체군 1은 비소 광산 주변, 개체군 2는 비소 오염이 없는 먼 지역에 서식하는 개체군이다.
• 두 개체군에서 채집한 씨앗을 비소 오염 토양에서 재배하였을 때 개체군 1은 크고 건강하게 자라고 꽃을 잘 피우지만('건강'), 개체군 2는 왜소하고 꽃을 피우지 못한다('시듦').
• 두 개체군에서 채집한 씨앗을 정상 토양에서 재배하였을 때 개체군 1과 개체군 2 모두 크고 건강하게 자라고 꽃을 잘 피운다.
• 단백질 Z와 단백질 W는 식물 세포 내에서 비소 독성의 처리와 관련된 중요한 역할을 하는 단백질로 알려져 있다. (단, 식물종 (가)의 비소 독성 처리 관련해 이외의 단백질의 영향은 고려하지 않는다.)

 

 

1-1. 단백질 Z는 개체군 1과 개체군 2 중 한 개체군에서는 발현되지 않고('없음'), 다른 개체군에서는 대량 발현된다('높음'). 단백질 Z는 세포질에서 독성이 강한 비소 화합물 a를 독성이 약한 비소 화합물 b로 전환하는 과정을 촉매한다. 서식지와 비소 오염 토양에서의 생장 수준을 고려할 때 (1) 개체군 1과 개체군 2의 단백질 발현량이 각각 '없음'과 '높음' 중 무엇일지 설명하고, (2) 세포 내 비소가 개체군 1과 개체군 2에서 주로 어떤 형태로 존재할지 설명하시오.

단백질 Z는 독성이 강한 비소 화합물 a를 독성이 약한 비소 화합물 b로 전환하는 과정을 촉매한다.
 1) 단백질 Z이 발현이 많이 된다면 비소 화합물 a에 의한 성장 저해를 덜 받는다.
 2) 개체군 1은 개체군 2와 달리 비소 오염 토양에서 재배하였을 때, 크고 건강하게 자라는 것을 고려하였을 때, 단백질 Z의 발현량이 상대적으로 높을 것으로 추측할 수 있다.
 3)  따라서 개체군 1은 단백질 Z의 발현량이 많고, 개체군 2는 단백질 Z의 발현이 없다. 
 4) 만일, 두 개체군을 각각 비소 오염 수준이 높은 지역에서 재배한다면, 개체군 1은 단백질 Z가 많아 비소 화합물a가 비소 화합물 b로 전환되는 비율이 높은 반면, 개체군 2는 비소 화합물 a를 비소 화합물 b로 전환하지 못한다. 따라서 개체군 1은 세포 내에 주로 비소 화합물 b의 형태를 가지고 있을 것이고, 개체군 2는 주로 비소 화합물 a의 형태를 가지고 있을 것이다. 

 

 

1-2. 비소 오염 토양에서 재배하였을 때 자손 1대 개체들은 부모 개체군 1과 생장 수준 및 단백질 Z 발현량이 동일하다. 자손 2대 개체들은 비소 오염 토양에서 재배하였을 때 단백질 Z의 발현량이 개체군 1과 동일한 '높음'과 개체군 2와 동일한 '없음' 개체로 나뉘었고, '높음' 개체와 '없음' 개체가 3:1의 비율로 나타났다. (1) 단백질 Z 발현량의 두 가지 표현형  '높음'과 '없음' 중 어떤 상태가 우성인지 설명하고, (2) 단백질 Z의 발현량을 조절하는 대립유전자는 몇 쌍인지 설명하시오.

문항에서 제시된 현상은 유전 현상의 기본 원리가 되는 멘델의 '우열의 원리'와 '분리의 법칙'만을 고려하였을 때, 단백질 Z의 발현량이 '높음'이 우성 형질이고, 이를 결정하는 대립 유전자가 한 쌍임을 알 수 있다.
 1) 우선, 자손 1대 개체들이 모두 '높음' 표현형을 보임에도 불구하고, 자손 2대 개체에서 '없음' 개체가 나타났다. 멘델의 우열의 원리에 따르면 부모에게 없는 형질이 자손에게서 관찰되었을 때, 부모가 가진 형질을 우성 형질이라 한다. 
 2) 또한, 자손의 비율이 '높음'과 '없음'의 비율이 3:1로 나타난 것은 멘델의 분리의 법칙으로 설명이 가능하다. 
 3) 물론, 멘델의 유전 법칙을 따르지 않는 예외 현상들도 현대 유전학에서는 다수 밝혀진 바 있다. 하지만, 문항에서 제시된 현상은 멘델의 법칙의 예외 법칙으로 설명하기에는 다소 복잡한 설명이 필요하며, 따라서 주어진 단서만 고려한다면 멘델의 기본 원리를 따르고 있을 가능성이 높다.

 

 

1-3. 자손 2대 개체들은 비소 오염 토양에서 재배하여 생장 수준을 측정한 결과 세 수준으로 나뉘었다(그림 1A).

 - 개체군 1과 동일한 수준('건강')
 -  개체군 2와 동일한 수준('시듦')

 -  왜소하지만 꽃을 피우는 중간 수준('중간)

세 수준은 단백질 Z와 단백질 W의 발현 양상이 뚜렷하게 다르다(표 1A). 단백질 W의 기능에 대하여 아래와 같은 세 가지 가설이 존재한다. 각각의 가설에서 예측되는 결과가 주어진 실험 결과와 일치하는지 설명하시오.

  (1) 단백질 Z와 무관하게 비소 화합물 a를 독성이 낮은 상태로 전환

  (2) 단백질 Z의 기질 생성을 촉매

  (3) 단백질 Z의 반응 생성물(비소 화합물 b)을 더 독성이 낮은 상태로 전환

 

그림 1A 자손 2개 개체들의 생장 수준별 비

표 1A 생장 수준별 단백질 Z와 단백질 W의 발현량

 

먼저, 생장 수준에 대한 전체 표현형의 비는 '건강 : 중간 : 시듦 = 9 : 3 : 4'이다. 

이때, 단백질 W 표현형에 대한 자손 2대도 '높음 : 없음 = 3 :1'의 비율로 나타난다.
따라서 단백질 Z 표현형과 마찬가지로 멘델의 기본 유전 원리에 따라 유전된다고 가정해보자.
더 나아가, 단백질 W와 단백질 Z을 발현 형질을 결정하는 유전자가 독립에 법칙에 따라 유전된다고 가정해보자.
 
이러한 가정 내에서 문항에서 제시한 각 가설에 대하여 나타날 수 있는 표현형의 비를 추측해볼 수 있다.
우선, 표 자료의 내용을 고려할 때, 자손 2대에서 나타나는 단백질 Z, W 표현형의 비율은 다음과 같다.

단백질 발현량 표현형 비
: (Z 많음, W 많음) : (Z많음, W 없음) : (Z 없음, W 많음) : (Z 없음, W 없음) = 9 : 3 : 3 : 1

(1) 단백질 Z와 무관하게 비소 화합물 a를 독성이 낮은 상태로 전환
자료를 보았을 때, 단백질 Z가 높고, 단백질 W낮을 때 생장 정도가 중간이므로 비소 화합물 a를 독성이 낮은 상태로 전환하는 수준이 비슷하다고 추측해볼 수 있다. 그렇다면 (Z많음, W 없음) : (Z 없음, W 많음)은 모두 중간 정도의 생장 수준을 보이므로, 생장 수준 표현형비는 다음과 같이 나타나야 한다.

(Z 많음, W 많음) : (Z많음, W 없음) + (Z 없음, W 많음) : (Z 없음, W 없음) = 9 : (3+3)  : 1
=9 : 6 : 1 = 건강 : 중간 : 시듦
따라서 첫 번째 가정은 자료와 맞지 않는 가정이다.

(2) 단백질 Z의 기질 생성을 촉매
단백질 W가 단백질 Z의 기질 생성을 촉매 한다면, 
- 단백질 Z가 높고, W가 없음 : 단백질 W가 없어, Z가 사용할 수 있는 기질이 없음 → 생장 = 시듦
- 단백질 Z가 없고, W가 높음 : 단백질 W에 의해 Z가 사용할 기질은 있지만, 결과적으로 Z가 없어 비소 화합물 b를 생성하지 못함. → 생장 =  시듦 

따라서 생장 수준의 표현형의 비는 다음과 같이 나타나야 한다.
(Z 많음, W 많음) : (Z많음, W 없음) + (Z 없음, W 많음) : (Z 없음, W 없음) = 9 : (3 + 3 + 1)
= 9 : 7 = 건강 : 시듦
따라서 두 번째 가정은 자료와 맞지 않는 가정이다.

(3) 단백질 Z의 반응 생성물(비소 화합물 b)을 더 독성이 낮은 상태로 전환
단백질 W가 단백질 Z의 반응 생성물을 더 독성이 낮은 상태로 전환한다면,
- 단백질 Z가 높고, W가 없음 : 단백질 Z의 기질(비소 화합물 b)의 생성 속도가 늦음 → 생장 = 중간
- 단백질 Z가 없고, W가 높음 : 단백질 Z에 의한 기질(비소 화합물 b)의 생성이 이루어지지 않음 → 생장 =  시듦 

따라서 생장 수준의 표현형의 비는 다음과 같이 나타나야 한다.
(Z 많음, W 많음) : (Z많음, W 없음) + (Z 없음, W 많음) : (Z 없음, W 없음) = 9 : 3 : (3 + 1)
= 9 : 3 : 4 = 건강 : 중간 : 시듦
따라서 세 번째 가정이 자료와 일치하는 가정이라 볼 수 있다.

 

 

1-4. 단백질 W는 액포막에 위치하고 작용시 ATP를 소모한다. 생장 수준이 '건강'한 자손 2대 개체들은 비소 화합물 b의 농도가 액포에서 높게, 세포질에서 낮게 나탄다. 반면, 생장 수준이 '중간'인 자손 2대 개체들은 비소 화합물 b가 세포질에서만 높게 나타난다. 두 수준 모두 비소 화합물 a는 농도가 매우 낮고 세포질에서만 관찰된다. 이를 바탕으로 (1) 단백질 W의 세포 내 기능을 설명하고, (2) 비소 화합물 b가 세포질과 액포에 위치할 때 식물 생장의 관점에서 독성 정도를 비교하시오.

단백질 W는 ATP를 소모하여 세포질에 있는 비소 화합물 b를 액포 내부로 이동시키는 기능을 할 것이다. 이는 자손 2대 개체 중 '건강'한 개체와 '중간'와 달리 액포 내의 비소 화합물 b가 높은 농도로 관찰되었다는 사실로부터 추측할 수 있다. 또한, 비소 화합물 b가 세포질에 있을 때 보다 액포 내에 있을 때, 생장 수준이 더 높아진다는 사실로부터 비소 화합물 b은 액포에 있을 때보다 세포질에 있을 때 더 높은 독성을 보인다고 추측할 수 있다.

 

 

1-5. 생장 수준이 '중간'인 자손 2대 개체들은 비소 오염 토양에서 재배하고 무작위로 교배하여 자손 3대 씨앗을 생산하였다. 자손 3대 개체들은 비소 오염 토양에서 재배하였을 때 생장 수준별 비율을 구하고 설명하시오. 하디-바인베르크 평형이 유지되는 집단임을 가정하시오.

 

문항 출처 : https://admission.snu.ac.kr/materials/downloads/samples?md=v&bbsidx=140669 

2023학년도 서울대학교 대학 신입학생 입학전형 면접 및 구술고사 문항 - 기출문제 및 예시문항 -