개념 한 쪽
아미노산은 단백질의 구성 단위로 산업적으로 대량 생산하여 식품·사료·공업용 소재로 활용한다. 주요 생산 방법은 효소법, 발효법, 추출법이며 생산 균주와 숙주 선택에 따라 공정 특성이 달라진다.
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출제기준 단원 「아미노산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 페니실린 성질 판별 | 1 | 페니실린 G의 산 안정성 및 투여 형태를 가리기 |
| 숙주세포 비교 | 1 | 재조합 단백질 생산에서 효모와 대장균의 장단점을 비교하기 |
| 효소 생산 숙주 장단점 | 1 | 미생물 이용 효소 생산의 장점이 아닌 점을 고르기 |
아미노산의 산업적 생산은 크게 세 가지 방식으로 구분한다. 첫째는 효소법으로 특정 효소의 촉매 작용을 이용해 목표 아미노산을 합성하는 방법이다. 둘째는 발효법으로 미생물을 이용해 대량으로 아미노산을 생성하는 가장 일반적인 생산 방법이다. 셋째는 추출법으로 동식물 또는 미생물 세포를 분해하여 아미노산을 분리·추출하는 방법이다.
미생물이 만드는 물질은 1차 대사산물과 2차 대사산물로 구분한다. 1차 대사산물은 아미노산·단백질·핵산처럼 균의 생장에 필수적인 물질을 뜻하고, 2차 대사산물은 생장과 직접적 관련이 없는 항생제나 독소 등 기능성 물질을 뜻한다. 핵심은 2차 대사산물이 균의 생장에 필수적이지 않다는 점이다.
아미노산의 전하 특성은 측쇄(R기)에 따라 결정한다. 예컨대 라이신은 측쇄에 염기성 아미노기를 가져 생리학적 조건에서 양전하를 띤다. 글라이신·발린은 중성, 세린은 극성이지만 중성인 아미노산으로 분류한다. 염기성 아미노산으로는 Lys, Arg, His를 우선 떠올리도록 한다.
아미노산 상업적 생산에 주로 사용되는 균주는 코리네박테리움과 브레비박테리움이며 마이크로박테리움도 관련 균주로 언급된다. 메틸로모나스는 메탄·메탄올을 이용하는 메틸로트로프균으로 아미노산 생산 균주로는 사용되지 않으므로 구분해야 한다.
재조합 단백질 생산에서 숙주로 대장균과 효모를 비교한다. 효모는 진핵생물로 번역 후 변형이 가능하고 분비가 쉬운 장점이 있으나 증식·생산 속도는 대장균보다 느리다. 대장균은 원핵생물로 증식이 빨라 단시간에 많은 단백질을 생산할 수 있으나 번역 후 변형 능력이 제한되고 분비가 어렵다.
미생물을 이용한 효소 생산은 배양이 용이하고 증식 속도가 빠르며 대량 생산과 원가 절감의 이점이 있다. 다만 식품·의료용 적용 시에는 안전성 검증·오염 검토 등 규제적 고려가 필요하므로 '즉시 사용이 용이하다'고 단정하지 않는다.
선다형 문제에서 '아미노산 생산 공정으로 관계없는 것'을 고르는 경우 분화법이라는 용어를 정답으로 판별한다. 출제 의도는 아미노산 생산 3대 방법인 효소법·발효법·추출법을 알고 나머지 용어를 배제하는 것이다.
전하를 묻는 문항에서는 측쇄의 작용기를 확인하여 염기성인 라이신을 양전하 아미노산으로 선택한다. 선택지에 글라이신·발린·세린이 있을 경우 이들은 중성으로 소거한다.
산업적 균주 판별 문제에서는 코리네박테리움·브레비박테리움·마이크로박테리움과 메틸로모나스를 대비하여 메틸로모나스를 정답으로 고른다. 핵심은 메틸로모나스가 메탄·메탄올 분해에 특화된 메틸로트로프균이라는 점을 이용해 소거하는 것이다.
재조합 단백질 숙주 비교 문제에서는 '효모의 장점'으로 번역 후 변형과 분비 용이성을, '단점'으로 생산 속도가 느린 점을 제시하면 정답 근거로 사용한다.
β -lactam 항생물질인 penicillin에 대한 옳은 설명은?
정답 ① · 문제는 페니실린 계열의 성질에 대한 설명에서 옳은 것을 묻고 있다. 페니실린 G는 β‑락탐 고리가 산성 조건에서 가수분해되어 불활성화되므로 위산에 약해 경구 투여에 제한이 있다.
페니실린 G는 β-lactam 고리가 산성 조건에서 가수분해되어 불활성화되므로, 위산에 불안정하여 경구 투여가 제한된다.
재조합 단백질 생산의 숙주세포로서 대장균 보다 효모가 유리한 점이 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 재조합 단백질 생산에서 대장균에 비해 효모가 유리한 점이 아닌 것을 묻고 있다. 효모는 진핵생물로서 세포 구조가 고등세포와 유사하고 단백질의 번역후 변형이나 분비가 가능하며 박테리오파지 감염 위험이 적다는 장점이 있다.
대장균은 효모보다 단백질 생산 속도가 훨씬 빠르므로, 속도가 빠른 것은 효모의 유리한 점이 아니다.
효소의 생산에서 동물과 식물에 비하여 미생물을 이용하는 것이 장점이 아닌 것은?
정답 ④ · 문제는 효소 생산에서 미생물을 이용하는 장점이 아닌 항목을 찾는 것이다. 미생물은 대량생산이 용이하고 원하는 효소 탐색이 쉬우며 생산원가가 낮은 장점이 있으나 식품·의료용으로의 즉시 사용이 다른 출처보다 용이하다고 단정할 수는 없다.
미생물 효소는 동물/식물 효소에 비해 식품/의료용으로 바로 사용하기에는 안전성 검증 등이 더 복잡하여 용이하지 않을 수 있다.
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