일단 (가)를 보면, I 은 물질이 저농도에서 고농도로 이동하고 있다. 즉 확산이 아니라는 것이다. 따라서, I 은 능동 수송이다. II 는 물질이 고농도에서 저농도로 이동하고 있다. 즉, 확산하고 있으므로 촉진 확산이다. (나)를 보면, X는 ATP농도에 따라 증가하고 있고, Y는 ATP 농도와 관계없이 일정하게 유지되고 있다. 능동 수송은 ATP를 필요로 하기 때문에 ATP가 많아질수록 이동 속도는 빨라지다가 일정해진다. 따라서, X는 능동 수송(a)이고, Y는 촉진 확산(b)이다. 

ㄱ. II 는 촉진 확산이다. ( O )

ㄴ. X의 이동 방식은 I 이다. ( O )

ㄷ. 인슐린이 세포 밖으로 이동하는 방식은 II에 해당한다. ( X ) -> 인슐린이 세포 밖으로 이동하는 것은 세포외 배출이다. 촉진확산, 능동 수송과는 관련이 없다. 세포외 배출을 할 때 에너지를 사용한다. 

답 : 3번

그림을 보면, ㄱ이 ㄴ보다 앞에 있으니 ㄱ은 엽록소 a, ㄴ은 엽록소 b이다. 엽록소 a는 광합성하는 모든 식물 및 조류에 공통적으로 있으며, 엽록소 b는 생물에 따라 다르다. 

ㄱ. ㄱ은 광합성을 하는 모든 식물에 있다. ( O )

ㄴ. 틸라코이드 막에 ㄴ이 있다. ( O ) -> 광합성 색소(엽록소 + 카로티노이드)는 엽록체의 틸라코이드 막에 존재한다. 

ㄷ. 단위 시간당 생성되는 산소의 양은 파장이 550nm인 빛에서가 450nm인 빛에서보다 많다. ( X ) -> 광합성 속도가 빠른 곳이 생성되는 산소의 양이 많은 곳이다. 그림을 보면 550nm인 빛에서보다 450nm인 빛에서가 더 많다. 

답 : 3번 

엽록체(가)를 보면, ㄱ은 스트로마(기질), ㄴ은 틸라코이드 내부이다. 엽록체 내부는 틸라코이드가 겹겹이 쌓여 있는 그라나와 기질 부분인 스트로마로 구성되어 있다. 미토콘드리아(나)를 보면 ㄷ은 ‘미토콘드리아 막 사이 공간’(외막과 내막 사이의 공간), ㄹ은 ‘미토콘드리아 기질’(내막으로 둘러싸인 안쪽 공간)이다. 

ㄱ. ㄱ에서 포도당이 생성된다. ( O ) -> 엽록체 내에서 탄소 고정 반응(캘빈 회로)을 통해 포도당이 생성된다. 

ㄴ. ㄴ과 ㄷ에 모두 리보솜이 있다. ( O ) -> 엽록체와 미토콘드리아는 모두 자체 DNA와 리보솜을 가지고 있다.

ㄷ. (가)와 (나)에서 모두 화학 삼투에 의한 인산화가 일어난다. ( O ) -> 엽록체에서는 비순환적 전자 흐름과 순환적 전자 흐름을 통해 형성된 수소 이온 농도 기울기에 의해 ATP의 합성이 일어나기 때문에 화학 삼투에 의한 인산화(인산화 = ATP 합성)가 일어난다고 볼 수 있다. 미토콘드리아에서는 미토콘드리아 내막을 경계로 형성된 수소 이온 농도 기울기에 의해 수소 이온이 막사이 공간에서 기질로 확산(화학 삼투)되면서 ATP가 합성되기 때문에 화학 삼투에 의한 인산화가 일어난다고 볼 수 있다. 

답 : 5번

순환적 전자흐름과 비순환적 전자흐름은 모두 광계 I 이 관여한다. 따라서 ㄱ은  ‘O’이다. 광계 II는 비순환적 전자흐름에만 관여한다. 그리고 NADPH는 비순환적 전자흐름에서만 생성된다. (나)가 확실히 ‘X’이므로 (가)는 ‘O’가 될 수 밖에 없다. 따라서 ?에는 ‘O’가 들어간다. 특징 2개를 갖는 (가)가 비순환적 전자흐름이고, 특징 1개만 갖는 (나)가 순환적 전자흐름이다. 

ㄱ. ㄱ은 ‘X’이다. ( X )

ㄴ. (나)에서 물의 광분해가 일어난다. ( X ) -> 물의 광분해는 비순환적 전자흐름(가)에서만 일어난다. 

ㄷ. (가)와 (나)에서 모두 ATP가 생성된다. ( O )

답: 2번 

용액 A의 농도는 X 내액의 농도보다 높기 때문에 A가 고장액이기 때문에 X의 부피는 줄어든다. 세포 Y는 세포 X와 달리 용액 B에 넣었을 때 부피가 감소하다가 점점 커진다. 즉, 세포막을 통과할 수 있는 물질이 있기 때문에 그 물질이 세포 안으로 들어와서 부피가 늘어난 것이다. 따라서, ㄱ은 ‘세포막을 통과할 수 없는 물질’이고, ㄴ은 ‘세포막을 통과할 수 있는 물질’이다. 

ㄱ. (가)에서 A의 농도는 X 내액의 농도보다 낮다. ( X ) 

ㄴ. 구간 I 에서 X의 삼투압은 감소하였다. ( X ) -> 부피가 줄어들었기 때문에 삼투압은 증가한다. 

ㄷ. 구간 II에서 ㄴ이 세포 내로 유입되었다. ( O )

답 : 2번

일단, 3PG, PGAL, RuBP의 인산기 개수를 알고 있어야 한다. 3PG는 인산기가 1개, PGAL은 인산기가 1개, RuBP는 인산기가 2개이다. (BP가 bisphosphate의 약자로 2개의 인산을 갖고 있다는 뜻이다.) 표를 보면, ㄱ+ㄴ과 ㄴ+ㄷ이 1분자당 인산기 수를 더한 값이 a로 같다. 그러면, 공통인 ㄴ이 인산기가 2개인 RuBP라는 것을 알 수 있다. a는 3(1+2, 2+1)이고, b는 2(1+1)가 된다. 캘빈 회로에 따르면, 3분자의 RuBP가 3분자의 CO2와 만나 6분자의 3PG가 되고(탄소 고정), 6분자의 3PG가 환원되어 6분자의 PGAL이 되고(3PG의 환원), 6분자의 PGAL이 3분자의 RuBP로 재생(RuBP의 재생)된다. 그러면, 그림에서 ㄴ이 RuBP이니, ㄷ이 3PG가 되고, ㄱ이 PGAL이 된다. 

ㄱ. 과정 I 에서 ATP가 소모된다. ( O ) -> 6분자의 3PG가 6분자의 PGAL이 될 때, 6분자의 ATP가 소모된다. 

ㄴ. 과정 II 에서 NADPH가 산화된다. ( X ) -> NADPH의 산화는 과정 I 에서 일어난다. 산화가 일어나기 때문에 3PG가 환원되는 것이다.

ㄷ. 과정 III 에서 CO2가 고정된다. ( O ) 

답 : 3번

전자 전달계에 먼저 전자를 주는 ㄱ이 NADH(최초 전자 공여체)이고, ㄴ이 FADH2이다. 그리고, 최종 전자 수용체는 산소이다. 산소가 전자를 받아 수소와 결합하여 물이 된다. ㄷ이 H20가 된다. 전자가 전자 전달계를 이동하면서 미토콘드리아 기질에서 막 사이 공간으로 수소 이온을 능동 수송시키기 때문에 II 가 미토콘드리아 기질, I 이 막 사이 공간이 된다. 물질 X는 ATP 합성 효소를 통한 수소 이온의 이동을 차단하기 때문에 ATP 합성이 중단될 것이다. 그러면 막 사이 공간에는 수소 이온이 가득 찰 것이고, 수소 이온 농도 기울기가 감소하지 않아 전자 전달계로의 전자의 이동은 점점 감소하게 된다. 

ㄱ. ㄷ은 최종 전자 수용체이다. ( X )

ㄴ. 1분자의 ㄱ과 1분자의 ㄴ으로부터 각각 전자 전달계로 전달되는 전자의 개수는 같다. ( O )

ㄷ. 'I 에서의 수소 이온 농도 / II 에서의 수소 이온 농도'는 X를 처리한 후가 처리하기 전보다 작다. ( X ) -> X를 처리한 후가 처리하기 전보다 농도 기울기가 점점 커지기 때문에 'I 에서의 수소 이온 농도 / II 에서의 수소 이온 농도'는 X를 처리한 후가 처리하기 전보다 크다.

답 : 2번

문제를 풀기에 앞서, TCA회로에 대해 알고 갈 필요가 있다. TCA 회로는 세포호흡 과정 중 하나로, 미토콘드리아에서 일어나며 이 회로는 총 2번 작동한다. 회로 순서는 이렇게 된다. 괄호 안에 있는 수는 탄소 수이다. 반드시 기억하도록 하자.

(1) 피루브산(3)의 산화로 만들어진 ‘아세틸 CoA’(2)가 ‘옥살아세트산’(4)과 결합하여 ‘시트르산’(6)이 만들어진다.

(2) 시트르산(6)이 5탄소 화합물(5)로 산화되는 과정에서 탈수소 반응에 의해 NAD+가 환원되어 NADH가 된다. 또한, 탈탄산 반응도 일어나 이산화탄소가 방출된다.

(3) 5탄소 화합물(5)이 4탄소 화합물(4)로 산화되는 과정에서 앞의 과정과 같이 탈수소 반응이 작용해 NAD+가 환원되어 NADH가 된다. 또한, 탈탄산 반응도 일어나 이산화탄소가 방출된다. 이 과정에서는 ‘기질 수준 인산화’도 일어나 ATP가 생성된다. 

(4) 4탄소 화합물(4)이 산화되는 과정에서 탈수소 반응에 의해 FAD가 FADH2로 환원된다. 

(5) 4탄소 화합물(4)이 옥살아세트산(4)으로 산화될 때 탈수소 반응에 의해 NAD+가 환원되어 NADH가 된다.

정리해보면 1분자의 아세틸 CoA가 TCA 회로를 통해 완전히 분해되는 과정에서 탈탄산 효소의 작용으로 2분자의 CO2가, 탈수소효소의 작용으로 3분자의 NADH와 1분자의 FADH2가, 기질 수준 인산화로 1분자의 ATP가 생성된다. 

이제 표를 보면, 숫자가 2이하이다. 그 말은 TCA 회로를 2 바퀴 이상 돌지 않았다는 것이다. (옥살아세트산이 1바퀴 돌아 시트르산으로 전환된 게 아니라는 뜻) 일단 TCA회로에 대해 알고 있다면, ㄱ은 절대로 FADH2가 될 수 없다는 것을 알 수 있을 것이다. ㄱ은 NADH나 CO2가 될 수 있다는 말인데, 먼저, ㄱ이 CO2라고 가정해보자. ㄱ이 CO2라면, A가 C로 전환되는 III은 ‘시트르산->4탄소 화합물’이거나 ‘옥살아세트산->4탄소 화합물’ 이 둘 중 하나인데, 이미 시트르산이 있으므로, ‘옥살아세트산’ -> ‘4탄소 화합물’로 전환되는 과정이 된다. 그러나, 이 과정에서는 2분자의 NADH, 2분자의 CO2, 1분자의 ATP가 생성되므로, FADH2가 생성된다는 조건을 만족시킬 수 없다. 따라서, ㄱ은 CO2가 아니고, NADH가 된다. ㄱ이 NADH일 때 III은 가능한 경우가 ‘5탄소 화합물’->‘옥살아세트산’ 또는 ‘시트르산’->‘4탄소 화합물’로 2가지가 있는데 후자는 시트르산이 이미 있으므로 안되고, 전자인 ‘5탄소 화합물’->‘옥살아세트산’이 되는 경우가 된다. A가 ‘5탄소 화합물’이 되고, C가 ‘옥살아세트산’이 된다. 이 과정에서는 2분자의 NADH, 1분자의 CO2, 1분자의 FADH2가 만들어지기 때문에, 세 번째 줄에 있는 ‘?’에는 1 이 들어가게 된다. 그러면, 자동적으로 B가 ‘4탄소 화합물’이 된다.

이제 과정 I 으로 가보면, ‘시트르산’이 ‘4탄소 화합물’로 전환(산화)되는 과정이다. 이 과정에는 (1) 2분자의 NADH, 1분자의 ATP, 2분자의 CO2, 1분자의 FADH2가 생성되거나, (2) 2분자의 NADH, 1분자의 ATP, 2분자의 CO2가 생성되는 2가지 경우가 있다. 

(1)의 경우, 과정 I에서는 문제가 없지만, 과정 II에서는 NADH가 생성된다는 조건에 맞지 않게 된다. (ㄱ이 NADH, ㄴ이 CO2, ㄷ이 FADH2이고, a는 2, b는 1, c는 2가 되는데, 문제에서 a, b, c는 0, 1, 2중 하나라고 했으므로 모순된다.) 따라서, (2)의 경우가 맞게되고, a는 2, b는 0, c는 1이고, ㄱ은 NADH, ㄴ은 CO2, ㄷ은 FADH2가 된다. 두번째 줄에 있는 ‘?’는 1이 된다. 표를 정리해보면

ㄱ. a는 1이다. ( X )

ㄴ. II에서 기질 수준 인산화가 일어난다. ( O )

ㄷ. TCA회로에서 1분자의 B가 C로 전환되는 과정에서 생성되는 ‘ㄱ의 분자 수 / ㄷ의 분자 수’는 1이다. ( O ) -> 1분자의 4탄소 화합물이 1분자의 옥살아세트산으로 전환되는 과정에서는 1분자의 NADH(ㄱ)과 1분자의 FADH2(ㄷ)가 생성된다. 따라서  ‘ㄱ의 분자 수 / ㄷ의 분자 수’는 1이다.

답: 4번

여기에 들어가기에 앞서, 경쟁적 저해제와 비경쟁적 저해제를 알고 가야 한다. 경쟁적 저해제는 구조가 효소의 활성 부위와 유사해 기질과 경쟁적으로 결합해 효소-기질 복합체의 형성을 저해한다. 하지만, 기질의 농도가 많아지면 저해 효과는 감소한다. 비경쟁적 저해제는 효소의 활성 부위에 결합하지 않고 다른 부위에 결합해 효소의 구조를 바꿔 기질과 결합하지 못하게 한다. 이 경우에는 기질의 농도가 증가해도 저해 효과는 감소하지 않는다. A는 '저해제가 없을 때'이고, B는 A와 비슷한 경로를 가지만 초기 반응 속도가 다소 느리지만 곧 A와 초기 반응 속도가 같아진다. 이 말은 기질의 농도가 증가하면 저해 효과가 감소한다는 뜻이므로 B가 '경쟁적 저해제가 있을 때'이다. C는 A와 B보다 초기 반응 속도가 현저히 낮고, 기질의 농도가 증가해도 A와 B와 같은 초기 반응 속도까지 따라가지 못하므로 비경쟁적 저해제를 처리했다고 볼 수 있다. 따라서, C는 '비경쟁적 저해제가 있을 때'이다. 

ㄱ. B에서 저해제는 X의 활성 부위에 결합한다. ( O )

ㄴ. A에서 효소-기질 복합체의 농도는 S1일 때가 S2일 때보다 높다. ( X ) -> 효소-기질 복합체의 농도는 S2일 때가 S1일 때보다 높다. 

ㄷ. S1일 때 '기질과 결합하지 않은 X의 수 / X의 총수'는 A에서가 C에서보다 크다. ( X ) -> X의 총수는 A와 C 모두 같기 때문에 기질과 결합하지 않은 X의 수를 비교하면 된다. 기질과 결합하지 않은 X의 수는 저해제가 없을 때(A)가 비경쟁적 저해제가 있을 때(C)보다 적다. 

답: 1번

힐의 실험은 (1) 명반응에서 전자를 받아 환원되는 물질이 있고 그 물질이 NADP+인 것과, (2) 공기를 뺀 상태에서 산소가 발생한 것을 미루어보아 명반응에서 발생한 산소는 물에서 유래했다는 것을 알아낸 실험이고, 벤슨의 실험은 광합성에서 빛이 필요하는 명반응이 먼저 일어나고 그다음 이산화탄소가 필요한 암반응(탄소 고정 반응, 캘빈 회로)이 일어난다는 것을 밝혀낸 실험이다. (가)를 보면, ‘공기를 빼고 콕을 닫는다’라고 되어 있는데 이는 이산화탄소를 제거했다는 것을 나타낸다. 광합성 식이 “물 + 이산화탄소 + 빛 -> 포도당 + 산소” 이다. 따라서, 기체 ㄱ은 산소이며, 이산화탄소를 제거했는데도 산소가 발생했다는 건 이산화탄소에서 산소가 만들어지는 게 아닌, 물에서 유래했다는 것을 의미한다. (나)를 보면, 세 번째 구간에서 광합성이 일어났다가 곧 끝나는 것을 알 수 있다. 이 말은 명반응은 일어났는데 암반응은 일어났다가 곧 멈춘 것이다. 즉, 빛이 먼저 공급되지 않고 이산화탄소가 먼저 공급되었다는 말이다. 빛에너지를 이용한 명반응이 일어나고 그 산물로 암반응이 일어나는 것인데, 만약에 a가 빛이고, b가 이산화탄소라면, 세번째 구간에서의 광합성은 일어날 수 없다. 고로, a가 이산화탄소이고, b가 빛이라는 것을 알 수 있다. 3번째 구간에서는 명반응의 산물이 빛의 공급 차단으로 더 이상 공급되지 않아 암반응이 멈춰 광합성이 중단된 것이다. 정리하면 아래와 같다. 

1번째 구간 - 이산화탄소 O / 빛 X

2번째 구간 - 이산화탄소 X / 빛 O

3번째 구간 - 이산화탄소 O / 빛 X

ㄱ. 엽록체에서 옥살산 철(III)과 같이 전자를 수용하는 물질은 NADPH이다. ( X ) -> 전자를 수용하는 물질은 NADP+이다.

ㄴ. b는 이산화탄소이다. ( X )

ㄷ. 구간 I 에서 ㄱ이 생성된다. ( O ) -> (가)의 실험에서 시험관에 든 것은 질경이의 잎에서 추출한 엽록체가 함유된 추출액이다. 추출액이기 때문에 엽록체가 있고, 물도 있다! 이산화탄소가 제거된 상태에서도 광합성이 일어났으니 광합성 산물(ㄱ)은 물이다. 

답 : 2번