○ 바이오 분야 개발 목록 및 관련 교육과정 내용

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○ 바이오 분야 개발 목록 및 관련 교육과정 내용

차시 학년 제목 내용 교육과정

1

초3-4

생물의 표면은 어떤 공통점과

차이점이 있을까?

사람의 피부 동물의 피부 식물의 표면

생물 표면의 공통점과 차이점

초3-4 과학 동물의 세계, 식물의 세계 (2007, 2009)

초5-6 실과 생활 속의 동식물(2009) 초5 미술 표현(2007, 2009) 2

3 4 5

초3-4 씨앗에서 배워요.씨앗과 생체 모방

생체모방 기술을 응용한 발명

초3-4 과학 식물의 한살이(2007, 2009) 초5-6 실과 생활 속의 동식물(2009) 초3-4 미술 표현(2007, 2009) 6

7

초5-6 가늘지만 힘센 머리카락

머리카락의 특징

머리카락으로 물건 만들기

초5-6 과학 1. 우리 몸(2007, 2009) 초5-6 미술 표현(2007, 2009) 초5-6 실과 생활 속의 동식물(2009) 8

9

초5-6 두근두근 내 심장은 펌프

심장과 펌프의 닮은 점 펌프 체험하기

인공심장과 인공장기 미래의 인공장기 디자인하기

초5-6 과학 우리의 몸(2007, 2009) 초6 실과 생활속의 전기전자(2007) 초5-6 실과 생활 속의 동식물(2009) 10

11 12 13

중

식물의 색은 무엇에 의해 결정될까?

보이는 색, 보이지 않는 색 변화하는 꽃 색의 비밀 식물의 색이 완성되려면 빛 공간상자를 만들어보자!

빛이 만드는 색깔

중1-3 과학 식물의 구조와 기능, 광합 성(2007, 2009)

중1-3 물질의 구성(2007, 2009) 중1-3 미술 표현(2007, 2009) 14

15 16 17 18

중

작지만 넓은 지문의 세계로

빠져 봅시다

여러 가지 지문 방법 지문에도 스타일이 있다!

똑같은 지문을 찾아라

중1-3 과학 유전(2009)

중1-3 수학 확률과 통계(2007, 2009) 중1-3 기술/가정 생명기술의 세계 (2007, 2009)

19 20 21

중

핏자국은 어디에서 날아왔을까?

특별한 핏자국의 모양 핏자국 모양으로 발혈점 찾기

중학교 과학 소화, 순환, 호흡, 배설 (2007, 2009)

중학교 과학 힘과 운동(2007, 2008) 22

23 고

유전자는 우리 몸에서 무엇을 하고 있을까?

DNA 유전암호로 음악을?

유전암호를 연주해보자 유전 암호 한 개의 변화 유전자 치료

고1 과학 생명의 진화(2009)

고 2-3 생명과학 2 유전자와 형질발현 (2007, 2009)

고 1 음악 음악적 표현과 소통(2009) 24

25 26 27

고

어떻게 하면 건강하게 생활할

수 있을까?

어떻게 움직일까?

흰 근육과 빨간 근육 건강하게 생활하려면!

고 생명과학Ⅰ자극의 전달(2007, 2009) 고 물리 1 힘과 에너지의 이용(2007, 2009) 고1 체육 보건 체육활동(2007, 2009) 28

29 30

고

어떻게 하면 김치를 안전하게 운송할 수

있을까?

알코올 발효 김치 만들기

안전한 김치 운송 방법 고안

고2-3 생명과학 2 세포와 에너지, 발효 (2009)

31 32

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(5)

목 차

1. 유전자는 우리 몸에서 무엇을 하고 있을까?

1차시. DNA 유전 암호로 음악을? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7

2차시. 유전 암호를 연주해 보자 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 23

3차시. 유전암호 한 개만 바뀌었을 뿐인데 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 37

4차시. 유전자 치료는 어떻게 하지 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 53

2. 어떻게 하면 건강하게 생활할 수 있을까? 1차시. 닭발, 어떻게 움직일까? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 71

2차시. 흰 근육과 빨간 근육은 무엇이 다를까? · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 85

3차시. 건강하게 생활하려면! · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 99

3. 어떻게 하면 김치를 안전하게 운송할 수 있을까? 1차시. 알코올 발효 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 115

2차시. 김치를 만들어 보아요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 125

3차시. 택배 회사의 고민 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 137

(6)

(7)

융합인재교육(STEAM) 주제별 프로그램 개발 - 바이오

‘유전자는 우리 몸에서 무엇을 하고 있을까?’

고등학교용

(8)

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- 3 -

◉ 교육과정 관련 안내

교육과정

과학 (3)생명의 진화

⑤염색체, 유전자, DNA의 개념을 이해하고, 지구상의 모든 생명체가 동일한 유전 암호를 사용하는 것에 근거하여 생명의 연속성을 이해한다.

생명과학Ⅰ(2)세포와 생명의 연속성

유전자의 전달을 통한 생명의 연속성을 세포분열, 염색체 행 동, 유전 현상과 관련지어 이해한다.

(나)유전

③염색체 이상과 유전자 이상으로 인한 현상을 이해한다.

생명과학Ⅱ (2)유전자와 생명 공학

생물의 형질 발현을 유전 정보의 특성, 유전자 발현 및 조절 과 관련지어 이해하고, 생명공학 기술을 유전자에 관한 지식과 관련지어 설명할 수 있다.

(가)유전자와 형질 발현

②유전자로부터 단백질이 합성되는 과정을 이해한다.

(나)생명 공학

②생명 공학의 발달 과정과 가능성 및 사회적 쟁점을 인식 한다.

해설

-본 수업은 유전 정보의 특성, 유전자 발현, 유전자 이상으로 나타나는 여러 가지 유전병의 내용을 기초로 한다.

-유전자 형질 발현의 원리를 이용하여 악보를 만들어 연주해보 고, 이를 새롭게 경험할 수 있는 상상력을 키운다.

- 유전 암호 해독 시 제기되는 여러 문제 들을 해결 해봄으로 써 개시코돈, 종결코돈의 개념을 이해하고, 염기 서열 순서가 달라졌을 때의 경우를 통해 돌연변이의 개념을 이해한다.

-유전적 결함의 진단 및 유전자 치료 등 생명 공학 기술을 이

해하고 생명 공학 기술의 원리와 활용, 사회적 쟁점 등에 대해

토론함으로써 과학적 소양을 함양한다.

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◉ 스팀 요소

S 유전자의 형질 발현, 돌연변이, 유전자 치료

T DNA유전암호를 이용하여 악보 제작하기

A 악보를 연주하고 차이점 찾아내기

M

DNA 4개의 염기가 20가지의 아미노산을 결정하는 경우의 수 계 산하기

단백질을 암호화하기 위해 필요한 염기 수와 전체 게놈에서 유

전자가 차지하는 비율 계산하기

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유전자는 우리 몸에서 무엇을 하고 있을까?

암호를 풀어라

출처: 크립토스 암호문

http://www.wired.com/science/discoveries/magazine/17-05/ff_kryptos?currentPage=all#

암호를 풀어라

오늘은 즐거운 동아리 시간. 컴퓨터실로 들어간 생물반 동아리 친구들은 칠판에 쓰여있는 알 수 없는 알파벳을 보고 어리둥절 했습니다.

“JHQHWLFFRGH ”

알 수 없는 철자들의 나열이 암호임을 눈치챈 친구들은 이리저리 머리를 굴려 암호를 해독 한 후 컴퓨터의 패스워드를 넣고 컴퓨터를 할 수 있었답니다. 친구들은 이 암호를 어떻게 해독했을까요?

생명체의 유전정보도 암호화 되어 DNA에 저장되어 있는데 이

유전암호는 어떻게 해독되며 어떤 과정을 거쳐 형질로 발현되는

것일까요?

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◉ 유전자는 우리 몸에서 무엇을 하고 있을까?

차시 주제 활동 내용 연계

교과/단원

1 DNA

유전암호로 음악을?

• 유전자 발현

- 형질 발현과 단백질 간의 관계 설명 - DNA에 담겨 있는 유전 정보가 어떻게 단백질 합성을 결정하는지 생각해보기

- 유전 정보에 따라 단백질이 합성되는 원리를 응용하여 유전 정보를 악보로 만들어보기

생명과학Ⅱ 유전자와 형질발현 음악과 진로 악곡을 구성 하는 기본 요소

2 유전암호를 연주해보자

• 염기서열을 이용한 악보 연주해보기

-스마트폰 어플리케이션에서 다운받은 피아노 건반을 이용하여 모둠별 악보 연주하기 -DNA염기가 지정한 음표가 다를 때 일어나는 문제점 찾기

• 코돈표와 같이 염기와 음표가 지정된 표를 이용하여 악보 만들기

-지정한 음표에 따른 각 모둠별 악보 제작

생명과학Ⅱ 유전자와 형질발현

음악과 진로 악곡을 구성 하는 기본 요소

3 유전 암호 한 개만 바 뀌 었 을 뿐인데

•A형 혈액형 염기서열 연주하기 -개시코돈, 종결코돈 개념 알아내기

•염기 치환, 삽입, 결실의 경우 연주하기 -돌연변이 개념 알아내기

생명과학Ⅱ 유전자와 형질발현 음악과 진로 악곡을 구성 하는 기본 요소

4 유전자 치료 어떻게 하지?

• 유전자 치료의 윤리적 문제 토의하기 - 유전자 치료 설명, 유전자 치료 사례 소개 - 유전자 치료의 윤리적 문제 토의 및 토의 내 용 정리

생명과학Ⅱ

유전자와

형질발현

생활과 윤리

(2009)_(3) /

과학기술･ 환

(13)

1차시

DNA의 유전 암호로 음악을?

교사용 교재

(14)

(15)

- 9 -

◉ 수업 지도안

단 원 Ⅱ.유전자와 생명공학 1.유전자와 형질발현(생명과학Ⅱ)

연계 단원 고 1 음악 음악적 표현과 소통(2009)

수업차시 1차시 지도대상 고 2, 3학년

활동유형 토론, 설계

교과 학습 목표

1. DNA 유전 암호의 해독 과정을 이해한다.

2. 유전 암호의 해독 과정 원리를 이용하여 악보를 만들 수 있 다.

교과 연계 성

고등 과학 생명의 연속성 2. 유전 암호

고등

생명 과학 Ⅱ 유전자와 생명 공학 1. 유전자와 형질발현

학습 단계 교수 ․ 학습 활동 시간

(분)

학습 자료 및 유의점

도입

형질에 대해 질문하기

다양한 종류의 형질 사진을 제시하고, 형질이란 무엇 이며 형질은 어떻게 나타나는 것인지 질문하여 유전 자, 단백질, 형질의 관계를 이해하고 있는지 알아본다.

형질은 사람의 눈동자 색깔, 머리카락 모양, 피부색, 혈액형 과 같이 생물이 지닌 여러 가지 특징이다.

유전자가 어떤 단백질을 만들어낼 것인가를 결정하고 생성된 단백질은 생물 고유의 형질을 나타나게 한다.

우리 몸에서 단백질이 하는 일과 세포가 단백질을 어떻 게 만드는 것인지를 질문하고 설명한다.

단백질은 세포들의 삶을 직접적으로 조절하는 결정적 역할 을 담당한다. 세포는 자신의 모양을 유지하고 광합성과 호 흡 같은 중요한 화학반응의 속도를 촉매하기 위하여 단백질 을 이용한다. 세포는 생존에 필수적인 단백질을 제대로 생 산하지 못하다면 죽을 수 밖에 없다.

10

∙ 형질 사진

∙ 단백질이 하는 일을 정 리한 ppt자료

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학습 단계 교수 ․ 학습 활동 시간 (분)

본활동

유전자 발현

유전 정보는 아미노산을 지정함으로써 단백질을 합성함을 설명하고 유전 정보를 이용하여 악보를 제작할 방법을 생각 하게 한다.

음표 20가지 제시

음의 높이를 결정하는 코드(계이름) 20가지를 제시하고 4개의 염기가 음표를 지정하는 방식을 생각하게 한다.

매우 다양한 단백질의 형태와 크기를 결정하는 유일 한 요인은 단백질을 이루는 아미노산 순서 뿐이며 동 식물을 포함하는 모든 생명체의 단백질 사슬을 만드는 데는 단지 20종류의 아미노산만이 참여한다. 유전자에 는 단백질 합성에 필요한 정보, 즉 단백질의 아미노산 배열 순서가 저장되어 있다. 유전자가 단백질의 아미 노산을 지정하여 그 결과 형질을 발현하는 원리를 유 전자가 20종류의 음표(아미노산)를 지정함으로써 다양 한 악보(형질)가 만들어질 수 있음을 연결지어 설명 한 다. 이 때 음표의 길이는 모두 4분 음표로 한다.

혈액형 A형의 염기 서열로 악보를 그린다.

각 모둠별로 A형의 염기 서열에 따른 악보를 제작한다.

3개의 유전정보가 하나의 묶음으로 유전정보를 저장 하는 트리플렛 코드의 개념을 이해하게 한다.

35분

∙ 오선지

∙ A4용지

∙ 20종류의 음표

∙A형 염기서열표

정리

차시 예고

모둠별로 만든 악보를 이용해 연주할 것임을 예고한다.

각 조별로 스마트폰 어플리케이션으로 다운 받은 피 아노 건반을 이용하여 연주할 것임을 예고한다.

수업이 끝나기 전 각 모둠의 대표 학생에게 같은 어플

리케이션을 다운받게 한다. 예) 안드로이드 건반

^5분

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01. DNA 유전 암호로 음악을?

한 때 영화와 노래에 ‘B형 남자’가 소재로 쓰 이면서 ‘B형 남자’들은 정말 성격이 변덕스러울 까?라는 의문을 갖는 사람들이 많았다. A형, B형, AB형,

O형의 혈액형은 무엇에 의해 결정되는 것일까?

다양한 생물의 형질은 어떻게 결정될까?

같은 반 친구들의 혈액형, 혀말기, 귓불형태, 새끼손가락 모양, 머리선 모양 등 을 조사해보면 서로 다른 것을 알 수 있다.

(1)혈액형, 혀말기등과 같이 생물이 나타내는 고유한 특성을 무엇이라 하는가?

사람의 눈동자 색깔, 머리카락 모양, 피부색, 혈액형 등과 같이 생물이 나타내 는 고유한 특성은 형질이다.

(2)생물체의 이러한 특성은 무엇에 의해 결정되는 것일까?

형질을 결정하는 유전 정보는 DNA에 있으며, 유전 정보가 있는 DNA의 특정 부분을 유전자라고 한다. 그리고 유전자로부터 형질이 표현되기까지의 과정을 형질 발현이라고 한다.

(3)부모로부터 받은 유전자는 어떻게 형질을 결정할 수 있을까?

형질 발현은 단백질 합성과 밀접하다. 즉 유전자가 어떤 단백질을 만들어낼 것

인가를 결정하고 생성된 단백질은 생물 고유의 형질을 나타나게 한다.

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DNA 유전 정보를 이용해 악보 만들기

활동 유전정보를 악보로 표현해 보아요.

▪형질을 표현하는 것은 서로 다른 기능을 갖는 단백질 때문입니다. 단백질 합성 을 결정하는 것은 바로 DNA이죠. 즉 단백질을 이루는 폴리펩티드 사슬 내의 아 미노산 서열은 DNA상의 염기의 유전 정보에 의해 결정됩니다.

▪DNA 의 유전 암호가 아미노산을 지정하여 단백질을 합성하듯이 유전 암호가 음표(코드)를 지정한다면 유전 암호를 해독하여 악보를 만들 수 있지 않을까요?

☼ 목표

1. 형질 발현 과정을 이해할 수 있다.

2. 유전 정보가 단백질을 합성하여 형질로 발현 되는 원리를 적용하여 악보를 만 들 수 있다.

3. 계이름 (코드)을 악보에 옮겨 적을 수 있다.

☼ 유의사항

A형 염기서열의 개수(1063개) 중 1번부터 120개의 염기만 해독한다.

☼ 지도 시 주의사항

악보를 제작하는 것이 중요한 것이 아니라 형질 발현 과정을 이해하는 것이 목 표이므로 염기가 지정하는 음표가 아미노산이라면 악보는 단백질(형질)이 된다는 것을 이해하도록 지도한다.

☼ 준비물

오선지, A형 혈액형 염기 서열, 음표 20종, A4용지

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☼ 설계방법

1. 4개의 염기가 그림의 음표(코드) 20개를 지정할 수 있는 방법을 생각한다.

(1)염기 하나가 음표(코드) 1개를 지정한다면 4개의 염기로 몇 개의 음표(코드) 를 지정할 수 있는가? 4개

(2)염기 2개가 짝을 지어 음표(코드) 1개를 지정한다면 4개의 염기로 몇 개의 음표(코드)를 지정할 수 있는가? 16개 (4×4=16)

(3) 몇 개의 염기 짝을 지어 음표(코드)를 지정해야 20종류의 음표를 모두 지정 할 수 있는가? 3개 (지정할 수 있는 염기의 조합 수는 총 64개. 4×4×4)

2. 염기가 지정해야 할 음표를 보고 염기가 음표를 지정하는 표(유전암호)를 작성 한다.

3. A형의 염기 서열(1번부터 120개까지)을 해독하여 악보를 완성한다.

교사 지도 Tip

▪ DNA 염기 종류가 4개이고, 음표(코드)는 20개이므로 DNA 유전암호가 20개 이상이 될 수 있는 조합을 생각해야 함을 주지시킨다.

▪ 학생들이 3자리 유전 암호를 사용한다는 것을 알게 한 후 배부한 A4용지에 3개의 염기서열로 이루어진 유전암호의 경우의 수(64개)를 코돈표와 같이 만들 수 있도록 유도한다.

A G T C

A

AAA AGA ATA ACA A

AAG AGG ATG ACG G

AAC AGC ATC ACC C

AAT AGT ATT ACT T

G

GAA GGA GTA GCA A

GAG GGG GTG GCG G

GAC GGC GTC GCC C

GAT GGT GTT GCT T

C

CAA CGA CTA CCA A

CAG CGG CTG CCG G

CAC CGC CTC CCC C

CAT CGT CTT CCT T

T

TAA TGA TTA TCA A

TAG TGG TTG TCG G

TAC TGC TTC TCC C

TAT TGT TTT TCT T

(20)

▪ A형을 지정하는 염기가 모두 1063개이므로 모두 해독하는데 시간이 많이 걸리므로 120개의 염기만 해독하게 한다. 반드시 1번부터 해독할 필요는 없지 만 모둠별로 반드시 같은 부분을 해독하게 하도록 지도한다.

▪ 시간상으로 악보를 그리기 어려울 때는 아래의 예와 같이 염기 서열 종이 에 코드만 표시하도록 한다.

예 )

▪ 설계 방법에서 주어진 음표의 경우 ♭과 ＃이 많아 다음 차시에 연주를 하 면 다양한 높낮이의 음이 연주되지 않는다. 그러므로 오선지에 악보를 그리지 않고 염기 서열 종이에 코드만 표시하는 경우에는 ♭과 ＃의 코드보다는 1옥 타브 더 낮은 코드나 더 높은 코드를 제시하는 것이 다음 차시에서 연주할 때 듣기 좋을 수 있다.

☼ 결과 및 토론

1. 몇 개의 염기가 코드(계이름) 하나를 지정하도록 설정하였는가? 또한 그렇게 설정한 이유는 무엇인가?

코드는 20개이고 DNA 염기의 종류는 4개이다. 그러므로 유전 암호 종류가 20종 이상이 되려면 3개의 염기로 구성되어야 한다.

2. 염기가 지정한 음표(코드)와 염기서열에 따라 제작된 악보는 각각 형질 발현 과정에서 무엇에 해당하는가?

음표는 아미노산, 악보는 단백질로 형질이 된다.

3. 진핵 세포에서 유전 정보를 가진 DNA는 핵 속에 안전하게 보관되어 있다. 그 러나 단백질 합성은 세포질에서 일어나므로 DNA의 암호는 세포질로 이동하여야 한다. 중요한 정보를 지닌 DNA가 유전 정보를 운반하기 위해 직접 핵과 세포질 을 이동한다면 DNA의 정보가 손상될 수도 있다. DNA 유전정보가 손상되지 않고 세포질로 이동하기 위해서는 어떤 방법을 사용하는 것이 좋을까?

교사 지도 Tip

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☼ 원리 트리플렛 코드

DNA의 염기는 4 종류인데 반해 단백질을 이루는 아미노산은 20종류 이상이므로 DNA의 유전 암호는 20종류 이상이어야 한다. 만약 4종류의 염기를 2개씩 조합하 여 AA, AT, AC...같은 암호를 만들면 4

²

=16종류의 암호가 생기므로 20종류의 이상 의 아미노산을 모두 지정할 수 없다. 하지만 4종류의 염기를 3개씩 조합하여 AAA, AAC, AAT.... 같은 암호를 만들면 4

³

=64종류의 암호가 생성되므로 20종류 이상의 아미노산을 충분히 암호화할 수 있다. 실제로 DNA의 유전 암호는 3개의 염기로 구성되어 있는데 이를 트리플렛 코드라고 한다.

본 차시에서는 20개의 음표를 주고 DNA 염기가 음표를 지정하게 하는 방법을 생 각해보게 함으로써 트리플렛 코드의 개념을 이해할 수 있다.

생명의 중심 원리

유전자 발현 과정에서 DNA의 유전 정보는 곧바로 단백질 합성을 지시하지 못한 다. 따라서 DNA의 유전 정보를 단백질 합성 과정으로 전달해 주는 중계자가 필 요한데 이러한 역할을 하는 물질이 RNA이다. 즉 유전자에 담겨진 정보는 ‘DNA

→RNA→단백질’의 순서로 전달되어 발현되며 이러한 유전 정보의 흐름을 생명

의 중심 원리라고 한다.

(22)

A 형 염 기 서 열

1 A T G G C C G A G G T G T T G C G G A C G C T G G C C G G A A A A C C A A A A T G C C A C G C A C T T C G A C C T A T G 6 1 A T C C T T T T C C T A A T A A T G C T T G T C T T G G T C T T G T T T G G T T A C G G G G T C C T A A G C C C C A G A 1 2 1 A G T C T A A T G C C A G G A A G C C T G G A A C G G G G G T T C T G C A T G G C T G T T A G G G A A C C T G A C C A T 1 8 1 C T G C A G C G C G T C T C G T T G C C A A G G A T G G T C T A C C C C C A G C C A A A G G T G C T G A C A C C G T G G 2 4 1 A A G G A T G T C C T C G T G G T G A C C C C T T G G C T G G C T C C C A T T G T C T G G G A G G G C A C A T T C A A C 3 0 1 A T C G A C A T C C T C A A C G A G C A G T T C A G G C T C C A G A A C A C C A C C A T T G G G T T A A C T G T G T T T 3 6 1 G C C A T C A A G A A A T A C G T G G C T T T C C T G A A G C T G T T C C T G G A G A C G G C G G A G A A G C A C T T C 4 2 1 A T G G T G G G C C A C C G T G T C C A C T A C T A T G T C T T C A C C G A C C A G C T G G C C G C G G T G C C C C G C 4 8 1 G T G A C G C T G G G G A C C G G T C G G C A G C T G T C A G T G C T G G A G G T G C G C G C C T A C A A G C G C T G G 5 4 1 C A G G A C G T G T C C A T G C G C C G C A T G G A G A T G A T C A G T G A C T T C T G C G A G C G G C G C T T C C T C 6 0 1 A G C G A G G T G G A T T A C C T G G T G T G C G T G G A C G T G G A C A T G G A G T T C C G C G A C C A C G T G G G C 6 6 1 G T G G A G A T C C T G A C T C C G C T G T T C G G C A C C C T G C A C C C C G G C T T C T A C G G A A G C A G C C G G 7 2 1 G A G G C C T T C A C C T A C G A G C G C C G G C C C C A G T C C C A G G C C T A C A T C C C C A A G G A C G A G G G C 7 8 1 G A T T T C T A C T A C C T G G G G G G G T T C T T C G G G G G G T C G G T G C A A G A G G T G C A G C G G C T C A C C 8 4 1 A G G G C C T G C C A C C A G G C C A T G A T G G T C G A C C A G G C C A A C G G C A T C G A G G C C G T G T G G C A C

(23)

- 17 -

(24)

A 형 염 기 서 열

(25)

- 19 -

(26)

참고 자료 유전자와 형질발현

1. 생명의 중심 원리(센트럴 도그마)

단백질은 세포들의 삶을 직접적으로 조절하는 결정적 역할을 담당한다 . 세포 는 자신의 모양을 유지하고 광합성과 호흡과 같은 중요한 화학 반응의 속도를 촉매하기 위하여 단백질을 이용한다 . 세포는 생존에 필수적인 단백질을 제대 로 생산하지 못한다면 죽을 수밖에 없다 .

예를 들면 , 단백질 중 의 일부는 화학 반응을 촉매하는 효소로 작용한다. 이러 한 화학반응들은 효소가 자신의 활성 부위에 기질을 결합시킨 후 일어나는데 , 효소의 활성 부위와 기질은 크기 , 모양, 화학적 성질 등이 서로 일치되어 있 다 . 효소의 활성 부위의 크기, 모양, 화학적 성질은 효소 내 아미노산의 조합 에 의해 결정된다 . 세포가 효소를 제대로 만들기 위해서는 효소를 합성하는 동안 세포는 단백질 내에 정확한 아미노산 서열을 갖도록 조절할 능력을 지녀 야 한다 .

이러한 조절은 세포내 DNA분자에 유전 정보로 저장되어 있다. DNA분자는 세포가 필요로 하는 모든 다른 단백질을 만들기 위한 일종의 청사진을 포함하 고 있고 특정 단백질을 암호화하고 있는 DNA가닥을 유전자(gene)라고 한다.

세포가 DNA내에 저장된 정보를 어떻게 이용하는지에 대한 개념을 센트럴도 그마 (central dogma)라고 하며 첫 번째 과정은 전사(transcription)이다. 전사과 정을 통해 DNA의 유전정보는 RNA형태의 유전정보로 복사되고 복사된 RNA 는 해독 (trnslation)에 이용된다. 해독은 RNA를 주형으로 단백질 합성을 하는 과정이다 .

DNA는 유전물질로서 기능을 발휘할 수 있도록 하는 네 가지 성질을 보유하 고 있다 .

(1)세포나 생물체의 특성을 결정짓는 정보 저장

(2)이러한 정보를 세포나 생물체를 유지하는데 필수적인 구조 단백질들을 합

성하도록 지휘하는데 사용

(27)

- 21 -

참고 자료 단백질이 하는 일

생물의 다양성은 단백질 분자의 종류와 배열의 차이에서 찾을 수 있다 . 우리 몸 의 세포에서 물을 제외한 무게의 절반 이상이 단백질이다 . 단백질은 일상 생활의 여러 작업을 수행하며 세포의 모양과 독특한 능력을 갖게 한다 .

1.효소

효소는 분자들의 분해와 결합 속도를 빠르게 해주는 촉매이다 . 효소의 표면은 특 정한 분자를 인식할 수 있는 특별한 모양으로 되어 있는데 이것은 자물쇠가 특정 한 열쇠로만 열 수 있는 것과 비슷하다 . 효소는 자신이 일으키는 변화에 영향을 받지 않기 때문에 다시 사용될 수 있다 .

2.수송

세포막에 있는 특수한 수송 단백질은 세포의 안과 밖의 물질을 통과시키는 통로 와 펌프의 역할을 한다 .

3.이동

단백질 사슬의 모양은 대부분 약하고 쉽게 끊어지고 다시 붙은 화학결합에 의해 결정되기 때문에 이 사슬들은 에너지의 출입에 따라 짧아지거나 길어지거나 그리 고 모양이 바뀔 수도 있다 .

4.지지

접히거나 꼬인 단백질의 긴 사슬은 기둥 , 재목, 합판, 시멘트 혹은 못 등에 해당 하는 세포의 얇은 판이나 관을 형성 할 수 있다 .

5.조절

어떤 화학 물질을 다른 물질로 전환시키는 효소들은 이 작업을 몇 단계에 걸쳐서 수행한다 . 회로 내의 첫 번째 효소는 언제 최종 생산물이 충분히 만들어져 생산 라인을 닫아야 할지를 감지한다 . 피드백에 응할 수 있는 이런 능력은 조절 단백 질의 구조 때문이다 .

6.통신

세포들이 조화롭게 일하기 위해서는 서로 정보를 교환해야 한다 . 호르몬 같은 단 백질은 세포의 화학적 전령 역할을 수행한다 . 수용체 단백질은 들어오는 신호를 받기 위해 수용 세포의 표면에 위치한다 .

7.방어

항체는 박테리아나 바이러스 같은 외부 물질을 인식해 결합할 수 있는 특수한 구 조로 된 단백질이다 . 항체가 외부 물질을 둘러싸면 백혈구의 식세포와 같은 청소 세포가 이들을 파괴해 몸 밖으로 몰아낸다 .

출처 : 생명과학 이야기. Mahlon Hoagland. 라이프 사이언스

(28)

◉ 평 가

학생들이 형질 발현의 과정을 이해하고 유전 암호를 음표로 변환하여 DNA 염기 서 열에 따라 악보를 제작할 수 있는지 평가한다.

평가

영역 평가기준

평가척도

매 우 잘 함

잘 함

보 통

미 흡

미 완 성

미 제 출

5 4 3 2 1 0

통합적 사고

형질 발현 과정을 이해하고 유전 암호를 이용하여 악보를 만들 수 있는가?

진핵 세포에서 DNA의 유전 정보가 단백질 합성과정으로 전달해 주는 중계자의 필요성을 이해하는가?

창의적 설계

-문제정의 -창의성- 가치타협 -해법제시

DNA 4종류의 염기를 사용해 20종 류의 음표를 지정할 수 있는가?

감성적 터치

-재미 -감성 -열성 -능동적 -실천 -배려 -다양성 인정

혈액형 DNA 염기 서열을 이용해 악보를 만드는데 적극적으로 참여 하였는가?

서로의 경험을 나누고, 의견을 모으는 등 협력적인 태도를 갖는가?

교사 의견 및 채점

합산

(29)

2차시

유전 암호를 연주해보자

교사용 교재

(30)

(31)

- 25 -

◉ 수업 지도안

단 원 Ⅱ.유전자와 생명공학 1.유전자와 형질발현(생명과학Ⅱ)

연계 단원 고 1 음악 음악적 표현과 소통(2009)

수업차시 2차시 지도

대상 고 2, 3학년 활동유형 활동 및 생각해보기

교과 학습 목표

1. 유전암호의 해독 과정 원리를 이용하여 악보를 만들어 연주 할 수 있다.

2. 유전 정보의 동일성을 이해할 수 있다.

교과 연계 성

고등

(분)

도입

전시 학습 상기 및 스마트폰 어플리케이션(또는 컴퓨 터 프로그램) 확인

지난 시간에 유전 암호로 지정한 음표(코드)로 A형 혈액형 염기 서열 악보를 작성하였는지 묻는다.

각 모둠에서 연주를 할 수 있는 피아노건반 어플리케이션을 다운받았는지 확인한다.

스마트 폰의 소리가 너무 작아 수업시간에 활용하기 어려운 경우 교사용 컴퓨터 또는 모둠별 노트북 컴퓨터에 피아노 건반 연주 프로그램을 다운 받아 놓아 이용하도록 한다.

포털 사이트 검색창에 피아노 연주 프로그램이라는 검색어를 넣으면 여러 개의 무료 프로그램이 있으므로 미리 다운 받 아 사용한다. (예: SimplePiano)

5

스마트폰 또는

컴퓨터, 스피커

(32)

본활동

모둠별 연주

지난 시간에 각 모둠별로 작성한 악보를 모둠의 대표 학생이 나와 스마트폰 (또는 교사용 컴퓨터 피아노 연주 프로그램) 을 이용하여 연주한다.

모둠별로 같은 어플리케이션(예:안드로이드 건반 ) 또는 연주 프로그램을 다운로드 받아 이용하도록 한다.

생각해보기

연주 결과를 듣고 활동지의 문제를 생각해본다.

유전암호 제시

각 모둠별로 지정한 음표가 다를 때에는 같은 염기 서 열로도 서로 다른 악보가 만들어지게 된다는 사실 을 확인하고 모든 생물체는 동일한 유전 암호를 사용한다는 사실을 인식하게 한다.

다음 시간에는 mRNA 유전암호와 같이 모두 동일한 음표(코드)지정 암호표를 활용할 것이라는 것을 알 려준다.

40

∙ 전시에 작성 한 악보 또는 코 드를 써놓은 염 기서열 표

∙ 스마트폰 또는 컴퓨터

정리

차시 예고

제시한 유전 암호를 모든 모둠이 동일하게 이용하여 혈액 형을 연주하면 각 모둠별로 연주 결과가 같을 것인지를 묻 고 다음 시간에 확인 할 것이라는 것과 염기 서열이 달라 지면 연주 결과가 어떻게 나타나는지를 공부할 것을 예고 한다.

5

(33)

- 27 -

02. 유전 암호를 연주해보자.

악보를 연주할 때 ＃은 원음에서 반음 올린 음 을, ♭은 원음에서 반음 내린 음을 연주하라는 뜻 이다. 같은 악보의 여러 음표를 연주자가 저마다 다르게 해석하여 연주한다면 결과는 어떻게 될 까?

유전 암호를 연주해보기

활동 유전암호를 이용하여 제작한 악보 연주

☼ 준비물

지난 시간에 만든 악보, 스마트폰 또는 컴퓨터 (연주프로그램)

☼ 방법

1. 각 모둠별 대표 학생이 A형 혈액형의 염기 서열을 어떻게 해독하여 악보를 제 작하였는지 설명한다.

2. 제작한 악보를 스마트 폰 또는 컴퓨터 연주 프로그램을 이용하여 연주한다.

3. 연주를 듣고 개인별로 활동지를 작성한다.

교사 지도 Tip

▪ 모둠 별 발표 결과를 종합하여 각 모둠에서 모두 염기 3개가 하나의 음표

를 지정하였음을 확인하고 트리플렛 코드의 개념을 이해하도록 지도한다.

(34)

생각해보기 ^{유전 암호의 동일성}

▪각 모둠에서 발표한 연주를 듣고 생각해보자.

(1)각 모둠에서 몇 개의 염기가 하나의 음표를 지정하도록 하였는가?

3개의 염기가 하나의 음표를 지정하였다.

(2)지난 2001년 인간 게놈의 염기서열 1차 분석이 발표됐다. 이에 따르면 게놈 의 크기는 30억 염기쌍이며 약 4만개의 단백질 정보를 갖고 있다고 한다.

DNA 염기쌍 하나의 평균 분자량이 660이고 아미노산 하나의 평균분자량이 110이라 할 때 사람의 세포에서 발견되는 단백질의 평균 분자량이 3만 3000 정도라면 인간 게놈에 들어있는 전체 정보량 중 단백질에 대한 정보가 차지 하는 비율은 얼마일까?

단백질의 평균분자량이 3만3000이고 아미노산의 평균분자량은 110이므로 하 나의 단백질은 평균 300개의 아미노산으로 구성되었다. 또한 하나의 아미노산 은 염기 3개에 대응하므로 300개의 아미노산, 즉 단백질 하나를 만들기 위해 서는 900개의 염기가 필요하다. 게놈에 포함된 약 4만개의 단백질에 해당하는 염기의 수를 게놈을 이루는 총 염기의 수로 나누면 전체 정보량 중 단백질에 대한 정보가 차지하는 비율을 구할 수 있다.

 × ^

 × 

=0.012, 즉 단백질에 대한 정보가 전체 게놈에서 차지하는 비율은 약 1.2%이다.

(3)유전 암호를 이용한 악보 제작에서 A형 염기 서열을 악보로 만들어 연주한 결과 각 모둠의 악보는 모두 같았는가?

각 모둠별로 유전 암호가 지정한 음표가 다르므로 악보도 다르다.

(4)인간 세포가 바이러스에 감염되었을 때 인간 세포에서 바이러스의 단백질 과 동일한 아미노산 서열이 만들어지는 이유는 무엇인가?

인간과 바이러스가 동일한 유전 암호를 사용하기 때문이다.

(5)진핵세포에서 아미노산을 지정하는 유전 암호는 mRNA의 3개의 염기인 코

(35)

- 29 -

교사 지도 Tip

▪ 지구상의 모든 생명체가 동일한 유전 암호를 사용하는 것에 근거하여 생명 의 연속성을 이해하도록 지도한다.

▪ (5)번 문제를 풀기 전에 유전 암호가 공통적이라는 설명과 함께 mRNA 유 전암호(코돈표)를 제시한다.

▪ 차시에 사용할 음표 유전 암호를 제시하고 실제 유전 암호는 DNA의 염기 가 아닌 mRNA의 코돈임을 비교하여 전사의 개념을 이해하도록 지도한다.

☼ 원리

유전 암호는 (거의)공통적이다.

생물계에 있는 수천 종류의 생물체를 대상으로 지난 40여년 동안 수행된 실험을 통해 유전 암호는 거의 공통적인 것으로 나타났으며 이는 거의 모든 종에 해당한 다. 따라서 유전 암호는 생물체의 진화과정을 통하여 완전하게 유지되어 온 오래 된 것임에 틀림없다. 물론 예외도 있어서 미토콘드리아와 엽록체 안에서는 유전 암호가 원핵생물과 진핵생물의 핵에 있는 것과는 약간 다른데 어떤 집단의 원생 생물에서는 UAA와 UAG가 종결코돈으로 작용하는 대신 글루타민을 암호화한다.

이러한 차이점의 의미는 아직 분명하지 않지만 예외는 매우 적다. 공통적인 유전 암호는 진화에도 공통적인 언어가 존재한다는 것을 의미한다. 자연 선택의 결과 로 한 종이 다른 종을 대체하여 오는 동안에도 유전변이의 원료는 같은 상태로 유지되어 왔다. 사람의 유전자는 세균의 유전자와 같은 언어에 속해 있기 때문에 그 공통 암호는 유전 공학에도 커다란 영향을 준다. 세균의 단백질 전사-해독 기 구는 이론적으로 세균의 유전자뿐만 아니라 사람의 유전자도 이용할 수 있다.

출처: 생명 생물의 과학. Purves. 교보문고

(36)

☼ mRNA의 유전 암호

U C A G

U

UUU 페닐 알라닌

UCU

세린

UAU

타이로신

UGU

시스테인 U

UUC UCC UAC UGC C

UUA

류신

UCA UAA 종결 UGA 종결 A

UUG UCG UAG 종결 UGG 트립토판 G

C CUU

류신

CCU

프롤린

CAU

히스티딘 CGU

아르지닌 U

CUC CCC CAC CGC C

CUA CCA CAA

글루타민

CGA A

CUG CCG CAG CGG G

A AUU

아이소 류신

ACU

트레 오닌

AAU

아스파라진 AGU

세린 U

AUC ACC AAC AGC C

AUA ACA AAA

라이신

AGA

아르지닌 A

AUG 메싸이오닌 ACG AAG AGG G

G GUU

발린

GCU

알라닌

GAU

아스파트산 GGU

글라이신 U

GUC GCC GAC GGC C

GUA GCA GAA

글루탐산

GGA A

GUG GCG GAG GGG G

(37)

- 31 -

☼ 차시에 공통으로 사용될 음표 유전 암호

A G T C

A AAA

D

AGA

G

ATA

B♭

ACA

ocA A

AAG AGG ATG ACG G

AAT

E♭

AGT ATT 종결 ACT 종결 T

AAC AGC ATC 종결 ACC ocA♭ C

G GAA

E♭

GGA

A

GTA

ocC

GCA

ocB A

GAG GGG GTG GCG G

GAT GGT GTT

ocD

GCT T

GAC GGC GTC GCC C

T TAA

E

TGA

A♭

TTA

ocE

TCA

G

A

TAG TGG TTG TCG G

TAT TGT TTT

ocE♭

TCT

ocB T

TAC C TGC TTC TCC C

C CAA

F

CGA

B

CTA

ocF

CCA

ocB♭

A

CAG CGG CTG CCG G

CAT CGT CTT

ocG

CCT T

CAC CGC CTC CCC C

(38)

참고 자료 생명의 통일성

생명체는 매우 다양하다 . 뜨거운 온천에서 번성하는 박테리아, 깊은 바다 밑에 사는 물고기 , 중력을 거부하고 하늘을 향해 날아오르는 새들..하지만 이러한 겉모습 아래에 있는 세포에서 분자들이 작용하는 방법을 보면 우리는 다시 한 번 그 통일성에 놀라지 않을 수 없게 된다 . 모든 생물은 정보를 저장하고 복 제하기 위해 동일한 4가지 뉴클레오티드로 구성된 DNA 와 RNA를 사용한다.

모든 생명체는 아주 유사한 방법을 사용하여 네 종류의 뉴클레오티드를 만들 어낸다 . 그리고 똑같은 20가지의 아미노산과 똑같은 유전암호를 사용하여 뉴 클레오티드 사슬을 단백질로 번역한다 . 동시에 모든 생명체는 리보솜, tRNA, mRNA 및 활성화 효소와 같은 아주 유사한 번역 기구를 사용한다. 만약 박테 리아의 리보솜을 추출하여 시험관에 넣고 사람의 mRNA를 넣어주면 박테리 아의 리보솜은 이를 사람의 단백질로 번역할 수 있다 . 서로 바꿔도 마찬가지 이다 . 지지, 이동, 통신, 수송, 촉매 등의 역할을 하는 많은 단백질의 일차 구 조인 아미노산 서열은 살펴보면 대부분의 생명체에서 서로 아주 비슷하다 . 이 같은 사실들은 우리 모두가 서로 같은 출발점에서 시작했음을 깨닫게 한다 .

출처 : 생명과학 이야기. Mahlon Hoagland. 라이프 사이언스

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참고 자료 만약 30억개 염기쌍이 흩어져 있다면

미국 대통령 빌 클린턴의 사회 아래 미국 국립인간게놈연구소장 프랜시스 콜 린스와 유전공학회사 셀레라 대표인 크레이그 벤터가 인간게놈지도의 초안을 발표한 2000년 6월 26일은 생명과학의 세기가 되리라고 믿어지는 21세기의 서 막을 장식한 역사적인 날로 기록될 것이다 . 미국 록펠러 연구소의 에이버리가 유전정보는 DNA에 들어있다는 사실을 증명한지 채 60년이 되기 전인 시점이 다 .

사람의 몸에 들어있는 60조개의 세포 하나하나에는 30억개의 염기쌍이 23개의 염색체에 나누어져 들어있다 . 물론 부모에게서 각각 23개의 염색체를 받은 것 을 생각하면 60조개의 세포 하나하나에 각각 60억개의 염기쌍이 들어있는 셈 이다 . 60억개의 염기쌍이란 도대체 얼마만한 양의 정보인가. 그만큼의 정보는 어떤 방식으로 기록돼 있는 것일까 .

우선 간단한 박테리아의 경우를 살펴보자 . 대장균의 유전자 수는 4천2백88개, 염기쌍 수는 4백64만개로 알려졌다. DNA의 염기 서열은 결국 단백질의 아미 노산 서열로 바뀌어 생체 활동에 필요한 다양한 단백질을 만들어낸다 . 자연은 오랜 세월의 시행착오 끝에 3개의 염기 서열을 1개의 아미노산으로 읽어나가 는 유전암호를 개발했고 , 그 유전암호를 태초의 생명체로부터 지금까지, 또 단 세포 생물로부터 고등동물까지 공통적으로 사용하고 있다 . 그보다 더 좋을 수 가 없기 때문이다 .

그렇다면 대장균은 4백64만개 염기 서열 안에 약 1백50만개 아미노산 서열에

관한 정보를 간직하고 있는 셈이다 . 4천2백88가지의 유전자 하나하나가 각기

다른 단백질을 만들어낸다면 대장균은 약 4천가지의 단백질을 가지고 있고,

이 4천가지 단백질에 관한 정보가 약 1백50만개 아미노산 서열에 기록돼 있다

면 이들 단백질은 평균적으로 3백50개의 아미노산으로 이루어졌다고 볼 수 있

다 . 그리고 아미노산의 평균 분자량을 1백20이라고 하면 단백질의 평균 분자

량은 4만 정도가 되는 것이다

(40)

염기가 30억개라도 꿰어야 DNA

인간은 박테리아보다 얼마나 더 복잡한 존재일까 . 인간의 단백질 하나가 박테 리아의 단백질 하나보다 고차적인 구조나 기능을 가질까 . 흥미롭게도 박테리 아와 사람에게서 어떤 특정한 기능을 가진 단백질을 분리해 조사해보면 단백 질의 크기 , 즉 평균 분자량은 별다른 차이를 보이지 않는다. 아미노산 서열도 크게 다르지 않다 . 생각해보면 너무나 당연한 일이다. 분자 단위에서 어떤 반 응이 일어날 때 그것이 박테리아에서 일어나는지 사람의 몸에서 일어나는지 , 분자들이 알 방법도 상관할 이유도 없기 때문이다 .

박테리아의 4천에 비해 사람의 유전자 수는 대략 8만이라고 한다. 8만대장경 의 경판 수와 비슷한 숫자다 . 그러니까 유전자 숫자 면에서, 다시 말해서 필요 한 단백질의 종류 면에서 사람은 대장균보다 약 20배 복잡한 존재다. 그런데 사람이나 대장균이나 단백질의 크기 , 즉 유전자의 크기는 비슷할 테니까 사람 이 대장균과 유사한 시스템을 가지고 있다면 약 9천만 개의 염기쌍만 있으면 족할 것이다 . 이것은 앞서 말한 30억개의 3%에 불과한 숫자다.

DNA를 지름이 1cm 정도 되는 밧줄로 확대하고, 30억개 염기쌍에 해당하는 DNA를 공 모양으로 빈틈없이 감는다면 그 공은 사람 키의 두배나 될 것이다.

그 중에서 3% 정도가 의미 있는 유전자라는 말이다. 그렇다면 인간 염색체에 들어있는 30억 개의 염기 중에서 97%에 해당하는 막대한 양은 단백질을 만드 는 정보를 가지고 있지도 않으면서 어떤 이유에서인가 3%에 해당하는 유전자 사이에 끼어 들어가 있는 것이다 .

아무튼 대장균의 4백64만개 염기이건 사람의 30억개 염기이건, 이 염기들을 특정한 순서로 연결해서 소위 염기 서열을 만들어주지 않으면 이 엄청난 숫자 의 염기들은 아무런 정보를 가지지 못한다 . 8만대장경의 글자들이 제멋대로 흩어져 있으면 아무런 의미를 지니지 못하는 것과 마찬가지다 . 구슬이 서말이 라도 꿰어야 보배이듯이 염기가 30억개라도 꿰어야 DNA가 되는 것이다.

인간은 유사이래 종이가 발명되기 전에는 흙판 , 석판, 파피루스, 죽간, 짐승의 가죽 등 다양한 재료를 정보 기록에 사용해왔다 . 이제는 종이가 필요 없는 컴 퓨터 세상이 돼가고 있다 .

글 : 김희준/서울대 화학과 교수 ( hjkim1@snu.ac.kr )

(41)

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◉ 평 가

학생들이 유전 암호를 악보로 변환하여 DNA 염기 서열에 따라 제작한 악보를 연주 한 결과를 통해 유전 정보의 동일성의 의미를 이해할 수 있는지 평가한다.

평가

영역 평가기준

평가척도

매 우 잘 함

잘 함

보 통

미 흡

미 완 성

미 제 출

5 4 3 2 1 0

통합적 사고

유전암호가 공통적으로 사용되어야 하는 것을 이해하는가 ?

각 조의 연주를 듣고 차이점을 찾 아내고 차이점의 의미를 해석할 수 는가 ?

일정 개수의 아미노산을 암호화하 기 위한 염기의 수를 계산할 수 있 는가 ?

감성적 터치

-재미 -감성 -열성 -능동적 -실천 -배려 -다양성 인정

혈액형 DNA 염기 서열을 이용해 만든 악보를 연주하는데 적극적으 로 참여하였는가 ?

서로의 경험을 나누고 , 의견을 모으는 등 협력적인 태도를 갖는가 ?

교사 의견 및 채점 평가

합산

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3차시

유전 암호 한 개만 바뀌었을 뿐인데..

교사용 교재

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(45)

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◉ 수업 지도안

단 원 Ⅱ.유전자와 생명공학 1.유전자와 형질발현(생명과학Ⅱ)

연계 단원 고 1 음악 음악적 표현과 소통(2009)

수업차시 3차시 지도

대상 고 2, 3학년 활동유형 설계, 해보기, 생각해보기

교과 학습 목표

1. 개시 코돈과 종결 코돈을 설명할 수 있다.

2. 유전자 돌연변이를 설명할 수 있다.

교과 연계성

고등

(분)

도입

지난 시간에 제시한 음표 유전 암호를 이용하여 A형 혈액형의 염기서열에 따라 음표를 지정한 후 연주한 다.

A형 혈액형 염기 서열 중 제 1모둠은 1번~120번까지, 2 모둠 은 61~180번까지, 3모둠은 121~240번까지...와 같은 방식으로 염기 서열에 따라 음표를 지정한 후 연주하게 한다.

연주를 들으면서 각 모둠에서 중복되는 부분의 염기서열은 다른 모둠에서 해독하여도 같은 결과가 나타난다는 것을 주지시킨다.

10

∙ 연주 프로그 램이 설치된 컴퓨터

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본활동

A형, B형 염기서열 연주하기

A형과 B형 혈액형의 염기 서열 중 서로 차이가 있는 부분을 연주한다.

코돈플레이어 프로그램을 이용하여 A형과 B형 혈액형 염기 서열이 다른 부분을 연주하여 들려주고, 염기가 달라지면 지정하 는 아미노산이 달라지고 그 결과 형질이 달라지게 된다는 것을 이해하게 한다.

A형 혈액형의 염기서열의 시작 염기 순서 바꾸어 해독 각 모둠은 자기 모둠의 번호에 해당하는 염기부터 연주

하고 각 모둠별로 차이가 있는지 알아본다.

해독을 시작하는 염기가 달라지면 연주 결과가 달라지는 것 을 통해 개시코돈의 개념을 이해하게 한다.

DNA 염기를 삽입, 결실, 치환한 후 연주하기

특정 염기를 삽입하거나 결실, 치환 한 후 연주하여 비 교한다.

코돈플레이어에서는 1개의 염기만을 삽입, 결실, 치환하기 어려우므로 염기서열 txt파일을 활용한다.

25

∙ 코돈플레이어 프로그램이 설 치된 컴퓨터

정리

각 모둠 별로 해보기 결과를 통해 알게 된 점을 발표하고 내용을 정리한다.

모둠 별 결과를 해석하여 유전자 돌연변이에 대해 설명하 고 정리한다.

15 ∙

(47)

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03. 유전암호 한 개만 바뀌었을 뿐인데..

왼쪽에 있는 보기 흉한 적혈구는 산소를 운반하는 단 백질인 헤모글로빈에 결함이 있어서 생긴 것이다. 이 적혈구는 폐와 같이 산소가 풍부한 곳에서는 세포의 구 조와 기능이 정상이지만 움직이는 근육에서와 같이 산 소 수준이 낮아지게 되면 적혈구가 낫모양으로 찌그러 져 혈액순환에서 이상을 초래한다. 이런 적혈구는 무엇 때문에 생길까?

다양한 염기서열 연주하기

해보기 A형, B형의 염기 서열 연주하기

☼ 준비물

컴퓨터, A형, B형 혈액형 염기서열 용지, 코돈 플레이어 프로그램, A형, B형 혈액형 염기서열 파일

1. 각 모둠별로 A형, B형 염기 서열 용지와 컴퓨터에 A형, B형 염기 서열 파일, 코돈플레이어 프로그램이 설치되어 있는지 확인한다.

2. A형 모둠에서는 A형 염기서열 파일을 열어 781번 염기부터 24개의 염기(GAT TTC TAC TAC CTG GGG GGG TTC)를 복사하여 메모장에 붙인 후 A_1.txt로 저장한다.

B형 모둠에서는 B형 염기서열 파일을 열어 781번 염기부터 24개의 염기(GAT TTC TAC TAC ATG GGG GCG TTC)를 복사하여 메모장에 붙인 후 B_1.txt로 저장한다.

3. 코돈 플레이어 프로그램을 실행하고 재생 속도를 700으로 조절한다.

4. A형 모둠에서 먼저 A_1.txt을 열어 동시에 플레이 버튼을 눌러 연주를 실행한 다.

이어 B형 모둠에서 B_1.txt을 열어 동시에 플레이 버튼을 눌러 연주를 실행한

다.

(48)

교사 지도 Tip

▪ 학생 모둠을 크게 2개로 나누어 각각 A모둠과 B모둠으로 명명한다.

▪ 코돈 플레이어 프로그램은 txt파일을 읽어 실행되므로 A형 염기 서열과 B형 염기 서열 한글 파일을 적절히 복사하여 메모장에 붙인 후 txt파일로 저장하 여 이용한다.

▪ 각 모둠에서 A_1.txt 파일과 B_1.txt 파일을 연주할 때 ‘시작’이라고 하여 동 시에 연주되도록 한다. 한번으로 잘 구분이 안 되는 경우에는 2~3회 정도 실 시하도록 한다.

▪ 학생용 컴퓨터가 없는 경우 교사가 시범으로 A_1.txt 파일과 B_1.txt 파일을 반 복하여 연주한다.

▪ 코돈 플레이어 프로그램을 실행하기 어려운 경우에는 염기 서열 종이에 직접 해독한 결과를 아래와 같이 적고 연주해본다. 아래의 경우는 염기 서열이 달 라져도 음표(코드)에는 변화가 없는 경우이다.

해보기 A형 염기 서열 해독 시 시작 염기 바꿔 연주하기

1. 각 모둠에서는 A형 염기서열 파일에서 1번부터 30개의 염기를 복사하여 메모 장에 붙인다.

2. 1모둠은 1번부터 21번까지 21개의 염기를 txt파일로 저장한다.

2모둠은 첫 번째 염기(A)를 삭제한 후 21개의 염기만을 두고 나머지 염기는

삭제한 후 파일을 저장, 3모둠은 첫 번째(A)와 두 번째(T)염기를 삭제한 후 21

개의 염기만을 저장하는 방식으로 각 모둠은 자기 모둠의 번호에 해당하는

염기를 시작으로 21개의 염기가 연주될 수 있도록 염기를 적절하게 삭제한

후 파일로 저장한다.

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3. 코돈 플레이어를 실행한 후 1모둠부터 자기 컴퓨터에 저장된 파일을 불러 연주 를 시작하여 마지막 모둠까지 자기 모둠의 파일을 연주한다.

교사 지도 Tip

▪ 코돈플레이어 프로그램을 활용하지 않을 경우에는 염기 서열 인쇄물에 코드를 직접 표기한 후 피아노 연주 프로그램으로 연주해서 비교한다.

▪ 21개 정도의 염기만을 연주하는 것이 집중하여 듣기에 가장 적당하다.

생각해보기 폴리펩타이드 사슬의 시작을 지시하는 신호

▪ A형, B형 염기 서열 연주하기

(1)염기 서열이 달라지면 지정하는 음표가 다른가? 달라지지 않는 경우가 있다면 그 이유는 무엇인가?

같은 경우도 있고 다른 경우도 있다. 달라지지 않는 경우는 유전 암호의 중복성 때문이다.

(2)유전 암호가 달라져 지정되는 아미노산이 달라지면 궁극적으로 어떤 변 화가 생길까?

아미노산이 변화하면 단백질이 달라져 형질에 변화가 생길 수 있다.

▪ A형 염기 서열 시작 염기 바꿔 연주하기

(1)시작점을 달리하여도 유전 정보의 해독 결과는 같은가?

다르다.

(2)동일한 염기 서열의 유전정보가 동일하게 해독되기 위해서는 어떤 조건 이 필요할까?

단백질 합성 시작을 알리는 부위(개시코돈)와 단백질 합성을 마치기 위한

부분(종결코돈)이 있어야 한다.

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☼ 원리

개시 코돈과 종결 코돈

단백질 합성은 mRNA의 맨 처음 뉴클레오티드에서 시작하는 것이 아니고 mRNA의 중간에서 시작된다. 그렇기 때문에 세포는 ‘여기서 시작하라’고 알려주는 신호가 필요하다. 그 신호는 개시 코돈(initiation codon)으로 명명된 AUG 뉴클레오티드 서 열이다. 개시 코돈은 메싸이오닌을 가져오게 하고 이후부터 뉴클레오티드는 세 개 씩 차례대로 읽혀 올바른 아미노산이 전달된다. 단백질 합성을 끝마치기 위하여 단 백질이 암호화 되어 있는 mRNA가 끝까지 읽힐 필요는 없다. 단백질 합성 시작의 개시 코돈과 같이 mRNA분자의 중간에 단백질 합성을 마치기 위한 종결 코돈 (termination codon)이 존재한다. 단백질 합성을 끝낼 수 있는 세 개의 코돈(UAA, UAG, UGA) 중 어느 것이든 나타나면 새 아미노산 대신 방출인자(release factor)가 리보솜으로 전달된다. 생성되는 단백질은 새 아미노산 공급의 중단으로 방출된다.

단백질이 방출되면 리보솜은 mRNA를 방출하고 이 mRNA는 다시 단백질 합성을 위 해 재사용되거나 세포 내 효소들에 의해 분해된다.

(출처: 생명과학개론. 생명과학개론편찬위원회 옮김. McGraw-Hill Korea)

(51)

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☼ 차시에 공통으로 사용될 음표 유전 암호

A G T C

A AAA

D

AGA

G

ATA

B♭

ACA

ocA A

AAG AGG ATG ACG G

AAT

E♭

AGT ATT 종결 ACT 종결 T

AAC AGC ATC 종결 ACC ocA♭ C

G GAA

E♭

GGA

A

GTA

ocC

GCA

ocB A

GAG GGG GTG GCG G

GAT GGT GTT

ocD

GCT T

GAC GGC GTC GCC C

T TAA

E

TGA

A♭

TTA

ocE

TCA

G

A

TAG TGG TTG TCG G

TAT TGT TTT

ocE♭

TCT

ocB T

TAC C TGC TTC TCC C

C CAA

F

CGA

B

CTA

ocF

CCA

ocB♭

A

CAG CGG CTG CCG G

CAT CGT CTT

ocG

CCT T

CAC CGC CTC CCC C

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