생명과학Ⅱ — 고난도 주제 풀이요령

바로가기: ① 세포 호흡·광합성 · ② 유전자 발현 · ③ 유전 분석 · ④ 진화(하디-바인베르크)

① 세포 호흡·광합성 자료해석

핵심 개념 — 위치와 산물

세포 호흡 4단계와 광합성 2단계는 일어나는 장소·주요 산물을 정확히 구분해야 자료 문항이 풀린다.

과정	장소	주요 산물
해당과정	세포질(기질)	피루브산, 소량 ATP, NADH
피루브산 산화	미토콘드리아 기질	아세틸 CoA, CO₂, NADH
TCA 회로	미토콘드리아 기질	CO₂, ATP(GTP), NADH, FADH₂
산화적 인산화(전자전달·화학삼투)	미토콘드리아 내막	H₂O, 다량의 ATP
명반응	엽록체 틸라코이드 막	ATP, NADPH, O₂
캘빈 회로(암반응)	엽록체 스트로마	포도당(유기물)

산물 논란: 산화적 인산화에서 만들어지는 ATP 수는 교과서·조건에 따라 달라 특정 숫자로 단정하지 않는다 — "가장 많은 ATP를 생성하는 단계"로 기억한다.

풀이 STEP

① 자료의 물질(CO₂·O₂·H⁺·NADH 등)이 어느 단계 산물인지 라벨링

② "기질/막/스트로마" 중 장소를 물으면 위 표로 즉답

③ 화학삼투: H⁺ 농도 기울기(막 사이 공간→기질)로 ATP 합성효소가 ATP 생성 — 방향 확인

함정: CO₂는 명반응이 아니라 캘빈 회로로 들어가고, O₂는 물의 광분해(명반응) 산물이다. 호흡의 CO₂ 발생 단계(피루브산 산화·TCA)와 혼동 금지.

함정: 산소가 없으면 전자전달계가 멈춰 NADH가 쌓이고 해당과정 위주로만 진행된다(발효). "산소 유무"에 따른 물질량 변화 자료가 자주 나온다.

자체 예제: 어떤 반응에서 포도당 1분자가 완전히 분해되어 피루브산 산화 + TCA 회로를 거쳤다. 이 두 과정에서 방출되는 CO₂는 총 몇 분자인가?
풀이: 포도당(C₆) → 해당과정에서 피루브산(C₃) 2분자. 피루브산 산화에서 각 피루브산당 CO₂ 1분자 → 2분자. TCA 회로에서 아세틸 CoA(C₂)당 CO₂ 2분자 × 2 → 4분자. 합계 CO₂ = 2 + 4 = 6분자(탄소 6개가 모두 CO₂로 방출).

② 유전자 발현 (전사·번역·오페론)

핵심 개념 — 중심원리와 방향

DNA ──전사──▶ RNA ──번역──▶ 단백질

DNA·RNA 합성은 항상 5′→3′ 방향으로 진행된다. mRNA의 코돈과 tRNA의 안티코돈은 상보적으로 결합한다.

전사: RNA 중합효소가 DNA 주형가닥(3′→5′)을 읽어 mRNA를 5′→3′로 합성

번역: 리보솜이 mRNA를 5′→3′로 읽으며 코돈 하나당 아미노산 하나 연결(개시코돈 AUG → 종결코돈에서 종료)

코돈 판독: 주형가닥 서열이 주어지면 → mRNA(상보·U 사용) → 코돈표로 아미노산. "주형/비주형(암호)" 구분이 함정의 핵심.

오페론 (원핵생물 유전자 조절)

구분	젖당(lac) 오페론	트립토판(trp) 오페론
유형	유도(inducible)	억제(repressible)
기본 상태	보통 억제됨(OFF)	보통 발현됨(ON)
젖당 있을 때	젖당(유도물질)이 억제 단백질에 결합 → 억제 단백질이 작동 부위에서 떨어짐 → 전사 ON	—
트립토판 많을 때	—	트립토판(공동억제자)이 억제 단백질과 결합 → 작동 부위에 결합 → 전사 OFF

풀이 STEP: ① 물질(젖당/트립토판)이 있냐 없냐 → ② 억제 단백질이 작동 부위(operator)에 붙었냐 → ③ 붙으면 전사 X, 떨어지면 전사 O

함정: 젖당 오페론은 "젖당이 있으면 ON", 트립토판 오페론은 "트립토판이 많으면 OFF"로 방향이 반대다. 유도형/억제형을 뒤집지 말 것.

자체 예제: 대장균 배지에 포도당이 없고 젖당만 있을 때 lac 오페론 상태는?
풀이: 젖당(유도물질)이 억제 단백질에 결합 → 억제 단백질이 작동 부위에서 떨어짐 → RNA 중합효소가 전사 진행 → ON(젖당 분해 효소 발현). (실제로는 포도당이 없어야 cAMP·CAP 활성이 높아져 전사가 촉진된다는 점도 함께 성립.)

③ 유전 분석 (우열·연관·교차)

핵심 개념 — 독립 vs 연관

구분	독립	연관
위치	서로 다른 상동 염색체	같은 염색체에 함께
배우자 비율	모두 균등(예: AB:Ab:aB:ab = 1:1:1:1)	연관형 배우자가 많고 교차형이 적음
교차	—	감수분열 중 교차로 재조합형 배우자 소량 생성

풀이 STEP: ① 우열 판정(교배 결과 표현형 비로 우성/열성 결정) → ② 유전자가 독립인지 연관인지 자손 비율로 판별 → ③ 연관이면 연관형·교차형 배우자를 구분해 확률 계산

판별 요령: 이형접합 × 이형접합에서 자손 표현형 비가 9:3:3:1에서 크게 벗어나면 연관을 의심한다(연관형이 많고 교차형이 적어짐).

함정: 성염색체(X) 연관 형질은 성별에 따라 표현형 비가 달라진다 — 상염색체 연관과 혼동 금지. 반성유전은 아들·딸을 나눠 계산한다.

자체 예제: 유전자형 AaBb인 개체에서 A와 B가 같은 염색체에 연관(AB / ab 배치)되어 있고 교차가 일어나지 않는다면, 만들 수 있는 배우자 종류와 비율은?
풀이: 교차가 없으면 연관된 그대로 배우자로 감 → AB : ab = 1 : 1 (Ab, aB 재조합형은 생성 안 됨). 만약 이 개체를 ab/ab와 검정교배하면 자손도 AB형·ab형만 1:1로 나온다.

④ 진화 — 하디-바인베르크

핵심 개념 — 유전적 평형

멘델 집단(무한대 크기·무작위 교배·돌연변이·이주·자연선택 없음)에서는 대립유전자·유전자형 빈도가 세대가 지나도 변하지 않는다(유전적 평형).

대립유전자 빈도: p + q = 1

유전자형 빈도: p² + 2pq + q² = 1

p = 우성 대립유전자(A) 빈도, q = 열성 대립유전자(a) 빈도. p² = AA, 2pq = Aa, q² = aa 빈도.

풀이 STEP: ① 열성 표현형(aa) 비율 = q² 로 놓고 q = √(q²) → ② p = 1 − q → ③ 필요한 유전자형 빈도(p²·2pq)를 대입해 계산

요령: 문제는 대개 "열성 형질 비율"을 주므로 q²부터 시작해 q를 구하는 것이 정석이다.

함정: "열성 대립유전자 빈도 q"와 "열성 표현형(aa) 빈도 q²"를 혼동하면 오답. 평형 조건(무작위 교배 등)이 깨진 집단에는 이 식을 그대로 쓸 수 없다.

자체 예제(계산): 어떤 멘델 집단에서 열성 형질(aa)을 가진 개체가 전체의 16%다. 이 집단에서 보인자(Aa, 이형접합)의 비율은?
풀이: q² = 0.16 → q = √0.16 = 0.4. p = 1 − 0.4 = 0.6. 보인자 2pq = 2 × 0.6 × 0.4 = 0.48 (48%). (참고: 우성 동형 AA = p² = 0.36 = 36%, 합 36+48+16 = 100% 확인.)