[22~24] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.
1930년대에 개발된 설파제는 미생물에 의한 감염을 치료하는 데 효과가 있어 항생제로 널리 쓰였다. 얼마 후 설파제에 저항성을 갖는 돌연변이가 등장하면서 페니실린이 그 자리를 대체했지만, 설파제는 여전히 면역 체계가 약화된 환자들의 치료에 사용되고 있다. 설파제가 사용된 지 70년이 넘었지만, 그동안 설파제가 어떻게 작용하는지 정확하게 알 수 없었다. 그런데 최근 X선 결정 기술을 이용하여 미생물의 분자 구조를 들여다봄으로써 설파제의 작용 과정이 밝혀졌다.
미생물이 생존하고 번식하기 위해서는 DNA와 몇몇 아미노산의 생산에 꼭 필요한 비타민인 엽산이 있어야 한다. 포유류는 음식물을 통해서 엽산을 얻지만, 대부분의 미생물은 엽산을 스스로 합성한다. 미생물의 엽산 합성은 DHPP와 pABA(아미노벤조산)라는 두 분자의 화학 작용을 통해 이루어진다. 이때 효소인 DHPS가 촉매 작용을 하는데, 설파제는 이 효소에 작용하여 엽산의 합성을 억제한다.
분자 수준에서 관찰한 엽산의 합성 과정은 다음과 같다. 우선 미생물 중 탄저병과 페스트를 일으키는 2종류의 박테리아에서 DHPS효소를 분리한 뒤, DHPP와 pABA를 그 효소의 결정 안에 집어넣는다. 그러면 DHPS에 있는 주머니에 DHPP가 달라붙은 후, 마그네슘 이온의 도움을 받아 분해된다. 그러는 동안 DHPS에 있는 두 개의 유연한 고리가 결합하여 중간 구조물을 형성하고, pABA를 받아들일 준비를 한다. 이 구조물의 도움으로 pABA는 분해된 DHPP와 만나서 엽산을 합성하는 것이다. X선 결정 기술은 이들의 고해상도 구조를 알아내어 이 모든 과정을 정확하게 보여 준다.
그럼 설파제는 어떻게 항생 효과를 일으키는 것일까? 설파제는 pABA와 유사한 부위를 가지고 있어, pABA를 대신해서 DHPS의 구조물에 고정될 수 있다. 이렇게 되면 DHPS에는 pABA가 들어갈 자리가 없어지기 때문에 제 기능을 할 수 없게 되어 미생물은 엽산을 합성하지 못하고, 결국 생존과 번식에 실패하게 된다. 이러한 과정을 통해 미생물에 감염된 환자가 설파제를 복용하면 병이 낫게 되는 것이다.
[A][X선 결정 기술은 설파제에 저항성을 갖는 돌연변이의 특성도 보여 준다. 설파제에 저항성을 갖는 미생물은 설파제가 결합하는 DHPS에 변형이 일어난 것들로, 이 변형된 구조는 pABA와는 결합하지만 설파제는 결합할 수가 없다. 따라서 설파제에 저항성을 갖는 미생물에서는 설파제가 엽산의 합성을 억제하는 기능을 할 수 없다.]
22. 윗글의 내용과 일치하지 않는 것은?
① 설파제는 페니실린이 사용된 후에도 계속 치료제로 쓰였다.
② 미생물과 달리 포유류는 음식물을 먹어야 엽산을 얻을 수 있다.
③ 1930년대에는 분자 수준에서 설파제의 작용 과정을 모른 채 설파제를 사용했다.
④ 미생물에 감염된 환자가 설파제를 복용하면 미생물이 엽산을 합성하지 못하므로 병이 낫게 된다.
⑤ 탄저병과 페스트를 일으키는 박테리아에서 마그네슘 이온은 DHPS와 DHPP의 결합을 돕는다.
23. 윗글을 바탕으로 보기의 ㉠, ㉡에 들어갈 말로 가장 적절한 것은? (3점)
(보기)
적혈구에 있는 헤모글로빈은 평상시에 산소와 결합하여 조직으로 산소를 운반한다. 그런데 일산화탄소의 농도가 높아지면 산소 대신 일산화탄소가 헤모글로빈과 활발하게 결합한다. 그 결과 조직으로 운반되어야 할 산소가 부족해져 일산화탄소 중독이 발생하게 된다. 사람이 일산화탄소에 중독되면 두통, 어지러움을 일으키고, 심각한 경우 사망할 수도 있다.
일산화탄소는 설파제와 비슷한 부분이 있다고 할 수 있다. 왜냐하면 설파제가 ( ㉠ ) 것처럼, 일산화탄소는 ( ㉡ ) 때문이다.
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㉠ |
㉡ |
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① |
환자를 생존하지 못하게 하는 |
사람을 죽일 수도 있기 |
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② |
엽산의 합성을 억제하는 |
조직에서 산소의 생성을 억제하기 |
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③ |
pABA와 유사한 부위가 있는 |
헤모글로빈과 유사한 구조로 되어 있기 |
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④ |
pABA 대신 DHPS에 결합하는 |
산소 대신 헤모글로빈과 결합하기 |
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⑤ |
DHPS가 미생물에 도움을 주게 하는 |
적혈구가 조직에 도움을 주게 하기 |
24. [A]를 통해 알 수 있는 사실로 가장 적절한 것은?
① 미생물에 따라 결합하는 분자의 종류가 달라진다.
② 돌연변이인 미생물들은 새로운 화학 작용을 통해 엽산을 합성한다.
③ 미생물의 돌연변이는 항생제에 대한 저항성을 낮추기 위해 일어난다.
④ 설파제에 저항성을 갖는 미생물의 효소는 돌연변이 이전과 다른 특성을 지닌다.
⑤ X선 결정 기술은 설파제의 분자 구조보다 pⓐⓑⓐ의 분자 구조를 더 정확하게 보여 준다.
2014년 EBS수능완성국어영역 국어 A형
[수능완성 국어영역 국어 A형 실전편]
실전 모의고사 4회
과학 (22~24)
‘설파제의 작용 과정’
지문 이해하기
(해제) 이 글은 X선 결정 기술을 이용하여 분자 수준에서 밝혀낸 설파제의 작용 과정을 설명하고 있다. 설파제는 미생물에 의한 감염에 효과적인데, 미생물이 생존하고 번식하기 위해서는 엽산이 반드시 필요하다. X선 결정 기술을 통해 관찰한 결과, ⓓHPS가 촉매 작용을 하여 분해된 ⓓHPP와 pⓐⓑⓐ 두 분자가 결합하면서 엽산이 합성되었음을 알게 되었다. 그리고 설파제는 pⓐⓑⓐ를 대신해 ⓓHPS와 결합하여 미생물이 엽산을 합성하지 못하게 만들어 항생 효과를 일으키며, 설파제에 저항성을 갖는 돌연변이는 pⓐⓑⓐ만 결합할 수 있도록 구조가 변형되었다는 것 또한 밝혀졌다.
(주제) X선 결정 기술을 통해 밝혀진 설파제의 작용 과정
흐름 파악하기
* 1문단: 설파제의 쓰임과 X선 결정 기술을 통해 밝혀진 설파제의 작용 과정
* 2문단: ⓓHPS 효소에 작용하여 엽산의 합성을 억제하는 설파제
* 3문단: 분자 수준에서 관찰된 엽산의 합성 과정
* 4문단: 설파제가 항생 효과를 일으키는 과정
* 5문단: 설파제에 저항성을 갖는 돌연변이의 특성
22. 세부 정보의 확인(답) ⑤
정답이 정답인 이유
⑤ 확인: 마그네슘 이온의 역할
3문단을 보면 탄저병과 페스트를 일으키는 박테리아가 엽산을 합성하는 과정에서 마그네슘 이온은 ⓓHPS에 있는 주머니에 달라붙은 ⓓHPP를 분해하는 역할을 한다는 것을 확인할 수 있다.
오답이 오답인 이유
① 확인: 설파제가 계속 쓰임
1문단에서 설파제에 저항성을 갖는 돌연변이가 등장하면서 페니실린이 설파제의 자리를 대체했으나, 설파제도 여전히 환자들의 치료에 사용되었다는 것을 확인할 수 있다.
② 확인: 포유류의 엽산 합성
2문단에서 미생물은 엽산을 스스로 합성하지만, 포유류는 음식물을 통해서 엽산을 얻는다는 것을 확인할 수 있다.
③ 확인: 설파제의 작용 과정에 대한 이해
1문단에서 설파제가 1930년대 개발되어 항생제로 널리 쓰였다는 사실과 설파제의 작용 과정은 최근 X선 결정 기술을 통해 밝혀졌다는 것을 확인할 수 있다.
④ 확인: 미생물에 감염된 환자가 병이 낫는 이유
4문단에서 설파제가 미생물이 엽산을 합성하지 못하게 하여 미생물이 생존과 번식에 실패하고, 이 과정에서 해당 미생물에 감염된 환자가 병이 낫는다는 것을 확인할 수 있다.
23. 유사한 상황에 적용하기(답) ④
정답이 정답인 이유
④ 확인: 산소 대신 헤모글로빈과 결합
설파제가 작용하는 방식과 일산화탄소 사이의 유사점을 찾는 것이다. 설파제는 pⓐⓑⓐ를 대신하여 ⓓHPS와 결합해서 엽산의 합성을 억제한다. 보기에서 헤모글로빈은 원래 산소와 결합하는데, 일산화탄소가 산소 대신 헤모글로빈과 결합하여 체내 조직에 산소를 부족하게 만든다.
오답이 오답인 이유
① 확인: 환자를 생존하지 못하게 하는 것
설파제는 환자가 아닌 미생물의 엽산 합성을 막아 미생물이 생존하지 못하게 한다.
② 확인: 산소의 생성
일산화탄소는 산소가 조직으로 전달되는 것을 막는 것이지, 산소의 생성을 막는 것은 아니다.
③ 확인: 헤모글로빈과 유사한 구조
보기에서 일산화탄소가 헤모글로빈과 결합할 수 있다는 것은 알 수 있지만, 헤모글로빈과 일산화탄소의 구조에 대한 정보를 찾을 수는 없다.
⑤ 확인: 적혈구의 도움
일산화탄소로 인해 적혈구는 조직에 산소를 운반하지 못하므로 일산화탄소가 조직에 도움을 준다는 것은 적절하지 않다.
24. 미루어 알기(답) ④
정답이 정답인 이유
④ 확인: 효소는 이전과 다른 특성
설파제에 저항성을 갖는 미생물은 설파제가 결합하는 부위에 변형이 일어난 것인데, 설파제가 결합하는 부위는 효소인 ⓓHPS이다. 따라서 설파제에 저항성을 갖는 미생물은 효소의 특성이 달라졌다고 볼 수 있다.
오답이 오답인 이유
① 확인: 분자의 종류
이 글은 탄저병과 페스트를 일으키는 박테리아 종을 실험 대상으로 하고 있어, 미생물에 따라 결합하는 분자의 종류가 달라지는 것은 알 수 없다.
② 확인: 새로운 화학 작용
돌연변이는 ⓓHPS에 변형이 일어나 기존의 미생물처럼 pⓐⓑⓐ와 ⓓHPP의 화학 작용으로 엽산을 합성한다.
③ 확인: 항생제에 대한 저항성을 낮추는 돌연변이
(ⓐ)에서 알 수 있는 돌연변이는 설파제에 저항성을 갖는 것으로, 항생제에 대한 저항성을 낮추기 위해 돌연변이가 일어난다는 설명은 적절하지 않다.
⑤ 확인: pⓐⓑⓐ의 분자 구조를 더 정확하게
X선 결정 기술은 설파제에 저항성을 갖는 돌연변이 미생물의 특성을 보여 주는 것이지, 설파제의 분자 구조를 특별히 더 잘 보여 주는 것은 아니다.