[생2총론] 1-1. 샤가프의 법칙 (1)
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안녕하세요, 물개물개입니다.
앞으로 진행될 [생2총론] 칼럼에서는 준킬러/킬러 유형 하나하나에 대한
상세한 분석 및 해설을 진행할 예정입니다.
그 첫 번째, 샤가프의 법칙 유형입니다.
이번 유형 칼럼 (1), (2), (3)편을 통해 여러분은 샤가프의 법칙 유형을 정복하고
생2에서, 뿐만 아니라 과탐 전반에서 활용할 틀인
분수해석과 귀류의 기초를 이해할 수 있을 것입니다.
모두들 아시다시피, 이중 나선 구조를 이루는 DNA에서 염기들은 특정한 규칙을 따릅니다.
A는 T와, G는 C와 상보적으로 결합합니다.
따라서 DNA 이중 가닥에서 A의 개수와 T의 개수는 같고, G의 개수와 C의 개수는 같습니다.
A=T
G=C
연립방정식을 풀듯이 양변을 더하면 A+G=T+C
즉, DNA 이중 가닥에서 퓨린 계열 염기의 개수와 피리미딘 계열 염기의 개수는 같습니다.
마찬가지 원리로 A+C=T+G 임을 알 수 있습니다.
이것이 바로 샤가프의 법칙입니다.
수능에서는 샤가프의 법칙을 활용하여 DNA와 mRNA 가닥의 A, T, G, C, U 염기 조성을 구하는 문제가 출제됩니다.
(2025 수능 12번)
문제를 풀 때는 각 단일 가닥, 위 문제에서는 X1과 X2, Y에서 각각 A, T, G, C, U의 개수를 적어야 합니다.
이때 매번 A 21개, T 12개, G 9개, C 24개 이런 식으로 시험지에 적는 건 무척 시간 낭비입니다.
따라서 저희는 특별한 표기법을 통해 염기의 개수를 표시할 것입니다.
십자가를 그리고, A T G C의 개수를 위치에 맞춰 적어줍니다.
이 도식에는 몇 가지 중요한 시각적 특징이 있습니다.
첫 번째, 위쪽에 있는 염기들끼리, 아래쪽에 있는 염기들끼리 결합합니다.
문제를 풀다 보면 A와 T의 합, G와 C의 합을 구해야 하는 상황이 꽤 많습니다.
이때 위에 있는 염기, 아래에 있는 염기라고 빠르게 판단할 수 있습니다.
두 번째, 왼쪽에 있는 염기들은 퓨린 계열, 오른쪽에 있는 염기들은 피리미딘 계열입니다.
마찬가지로 시각적으로 퓨린 계열 염기, 피리미딘 계열 염기의 개수를 빠르게 구할 수 있습니다.
가볍게 연습하고 가 보겠습니다.
Q. DNA X는 120개의 염기쌍으로 구성되어 있다. DNA 단일 가닥 X1에서 A의 개수는 24개, C의 개수는 12개이다.
퓨린 계열 염기의 개수가 피리미딘 계열 염기의 개수의 2배라면, X에서 염기 간 수소 결합의 수는?
우선 십자가를 그리고 문제에서 제시한 염기의 수를 적습니다.
120개에서 퓨린이 피리미딘의 2배이기 때문에, 퓨린 계열 염기는 80개, 피리미딘 계열 염기는 40개입니다.
왼쪽에서 합이 80이려면 G 자리에는 56이 들어가야 합니다.
오른쪽에서 합이 40이려면 T 자리에는 28이 들어가야 합니다.
표를 채웠으니 수소결합 개수를 구하면 됩니다.
A와 T는 수소결합을 2개, G와 C는 수소결합을 3개 형성하기 때문에
(24+28)×2+(56+12)×3=104+204=308
총 308개의 수소결합을 가집니다.
이와 같이 십자가 표기를 활용하면 염기 개수를 간결하게 표기할 수 있습니다.
방금 풀이, 정말 깔끔했지만 한 가지 하자가 있습니다.
(24+28)×2+(56+12)×3=104+204=308
이걸 계산하는 게 힘들진 않지만, 귀찮습니다.
암산으로는 실수할 가능성이 높고, 쓰면서 풀면 시간이 오래 걸립니다.
수소 결합 개수는 더 간단하게 구할 수 있습니다.
(A+T)×2+(G+C)×3
=(A+T+G+C)×2+(G+C)
(A+T+G+C)는 DNA 이중 가닥의 염기쌍 수,
(A+T+G+C)×2는 DNA 이중 가닥의 뉴클레오타이드 수를 의미합니다.
따라서 수소 결합의 개수는 이중 가닥의 뉴클레오타이드 수 + GC쌍 수입니다.
앞서 살펴본 문제에 적용해 보면
염기쌍이 120개니까 뉴클레오타이드는 240개, GC쌍 68개
240+68=308
훨씬 간단합니다.
수소 결합 개수 표현에는 다양한 바리에이션이 있지만, 이 정도만 알고 계셔도 충분합니다.
(2)편에서는 본격적으로 실전 문제풀이를 진행하도록 하겠습니다.
감사합니다.
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올려.
이거보고
내년엔 이거다
작년 고2 이맘때쯤 생2 선택하려고 마음먹을 때 이분 칼럼 찾아봤는데 벌써 수능이 이틀 남았네요ㅠㅠ
와... 사랑해여어렵노..