2021학년도 수능의 생명과학II 과목에서 출제된 코돈 문제를 풀어보자.

내가 현역으로 수능을 봤을 때도 지진으로 1주일 연기되었었는데 이번 수능도 코로나로 몇 주 정도 연기가 되었다는 듯 하다. 그래서 11월이 아닌 12월 초에 본 것 같던데... 여튼 코로나 때문에 참 많은 사람들이 고생하는 것 같다.

어찌되었든 풀어보자

정리된 손풀이는 위의 이미지와 같다.

이걸 그 좁은 시험지에 써야한다니 이게 공간이 남을 것이라 생각하는건가...
최대한 실수하지 않으려고 사소한것까지 하나하나 쓰긴 했지만 아무리 그래도.

대강의 풀이 과정은?

이런 느낌으로 풀이가 진행된다:

1. 두 번째 조건으로 제시된 아미노산 서열로부터 염기서열을 만들어낸다.
2. 세 번째 조건으로 제시된 돌연변이 중 ㉠이 가능한 염기서열의 부분을 찾는다.
3. 2번 과정에서 찾은 부분들을 결실시켜보고 네 번째 조건으로 제시된 아미노산 조건에 맞지 않는 경우를 쳐낸다. 이 과정에서 ㉠이 무엇인지 알 수 있다.
4. ㉠을 결실시킨 염기서열에서 한 개의 염기를 C로 치환하고(㉢) 한 개의 염기를 G로 치환하여(㉡) 네 번째 조건으로 제시된 아미노산 조건에 맞도록 변형한다. 이 과정으로 ㉡, ㉢이 무엇인지 알 수 있고, ㉮에 상보적인 가닥의 종결코돈을 제외 염기서열이 2개의 염기를 제외하고 밝혀진다.
5. 구한 ㉮에 상보적인 염기서열에 피리미딘 계열의 염기 하나를 삽입하여 여섯 번째 조건에 맞도록 변형한다.
6. 끝났다! 보기를 보면 된다.

하나하나 자세하게 살펴보자

이제 각 과정별로 어떻게 풀어지는지를 확인해보자.

첫 번째 과정: 조건 확인 및 기본 서열 표명

첫 번째 과정이다. 두 번째 조건으로부터 염기서열을 만들면 아래와 같아진다.

AUG GA(A/G) AC_ UA(U/C) CG_ GC_ AU_ GA(U/C) [종결코돈]

두 번째 과정: 조건에 맞는 부위 찾기

두 번째 과정이다. ㉠으로 가능한 염기서열 부분은, ㉮에서 퓨린계열이므로 첫 번째 과정에서 구한 염기서열에서는 피리미딘 계열의 염기이다. 따라서 가능한 부분은 아래와 같다.

[8-9], [9-10], [12-13], [17-18], [20-21]

세 번째 과정: 추론

세 번째 과정이다. 총 5개의 경우 모두 결실시켜봐야 하는데, 1가지 경우를 제외하면 조건을 만족하지 않는다. 맞는 경우를 제외하고 조건에 어긋나는 이유를 알아보자.

• [8-9]: Y의 3번째 아미노산이 트레오닌이라는 네 번째 조건에 위배된다.
• [12-13]: 4번째 코돈이 종결코돈이 되어 Y는 6개의 아미노산으로 구성된다는 네 번째 조건에 위배된다.
• [17-18]: ㉡과 ㉢ 돌연변이를 어떻게 만들어도 트립토판 1개, 프롤린 1개, 트레오닌 2개를 만들 수 없다. 따라서 네 번째 조건에 위배된다.
• [20-21]: 범위 내에서 종결코돈이 형성되지 않아 Y의 아미노산의 수가 7개 이상이 되어 조건에 위배된다.

결론적으로 이 과정에서 결실된 염기 부분은 [9-10] 부분이고 ㉮와 상보적인 가닥의 9번째 염기는 U이며 ㉠은 AA임을 알 수 있다.
 

네 번째 과정: 또 추론

네 번째 과정이다. 우선 ㉮에서 ㉠을 결실시킨 결과는 아래와 같다.

AUG GA(A/G) ACA (U/C)CG _GC _AU _GA (U/C)[종결코돈]

이 때 Y의 아미노산 갯수는 6개라고 했으므로 19번째 염기는 U가 될 것이다.
여기서 적절히 한 개의 염기를 C로 치환하고(㉢) 한 개의 염기를 G로 치환하여(㉡) 네 번째 조건으로 제시된 아미노산 조건에 맞도록 변형하자.
아래처럼 두 가지로 나뉜다:

• 첫 번째 가지로 10번째 염기가 U고 11번째가 G로 치환되었으며 13번째 염기가 C이고 14번째가 C로 치환되었다고 가정해보자. 이렇게 하면 트립토판 한 개와 프롤린 한 개가 만들어진다. 그러나 그렇게 하면 이미 모든 돌연변이가 일어났는데 트레오닌 한 개가 모자라다.
• 두 번째 가지로 10번째 염기가 C이고 13번째 염기가 U이며 15번째 염기가 G로 치환되었다면 프롤린 한 개와 트립토판 한 개가 만들어진다. 남은 코돈은 여섯번째 코돈 뿐이며 이 코돈에서 첫 번째 염기(전체 서열에서 16번째 염기)가 A이고 두 번째 염기가 C로 치환되었다면 트레오닌이 되며, 세 번째 코돈인 트레오닌과 합해 조건을 만족하는 염기서열이 만들어진다.

따라서 맞는 가지는 두 번째 가지이며 ㉡은 15번째 염기이므로 ㉮에서 G이고 ㉢은 17번째 염기이므로 ㉮에서 T이다.

이렇게 변형하면 Y의 최종 서열은 아래와 같고,

AUG GA(A/G) ACA CCG UGG ACU UGA (U/C)[종결코돈]

X의 최종 서열은 Y의 서열에서 치환과 결실을 롤백하면 되므로 아래와 같아진다.

AUG GA(A/G) ACU UAC CGU GCA AUU GA(U/C) [종결코돈]

다섯 번째 과정: Z 만들기 결국은 또 추론

다섯 번째 과정이다. Z를 만들면 되는데, 2개의 아스파트산을 가지므로 피리미딘 계열의 염기 하나를 삽입해서 2개의 GA(U/C)를 만들면 된다.
그런데 C/U를 삽입해서 아스파트산을 만드려면 코돈의 3번째 염기에 삽입하는 방법 뿐이고 그렇게 했을 때 한 번에 두 개의 아스파트산이 나오려면 6번째 염기가 G이고 5번째 염기와 6번째 염기 사이에 삽입되는 경우 뿐이다.

결론적으로 X의 최종 서열은 아래와 같고,

AUG GAG ACU UAC CGU GCA AUU GA(U/C) [종결코돈]

Z의 최종 서열은 아래와 같다.

AUG GA(C/U) GAC UUA CCG UGC AAU UGA (U/C)[종결코돈]

여섯 번째 과정: 이미 뇌는 불타고 없어

길고 긴 풀이가 끝났다. 이제 보기를 보자(순서대로 ㄱ, ㄴ, ㄷ)...

1. ㉡은 G가 맞다. (O)
2. Z의 4번째 코돈은 UUA이므로 류신이 맞다. (O)
3. 5'-CGU-3'이므로 U가 맞다.(O)

후기

다행히 보기에서 말장난을 걸거나 함정을 파놓은건 없는 것 같다.
코돈 문제가 다 그렇지만 조건에서 기호로 붙혀놓은게 mRNA에서의 염기인지 전사 주형 가닥의 염기인지를 확인하는 것이 가장 중요한 것 같다.
다른 문제들은 집단유전을 제외하고 아직 살펴보지 않아서 이 문제를 푸는데에 시간을 얼마나 할애할 수 있을지는 잘 모르겠는데, 항상 그렇듯 어려웠던 것 같고...

수능 다 치고 한참 지난 직장인 입장에서야 푸는게 퍼즐같고 재미있지만... 흐음.