9과 테스트 문항 — Visualizing Cells and Their Molecules
5지선다 (Q1–Q15)
Q1. 가시광선을 이용하는 광학현미경의 이론적 분해능 한계에 가장 가까운 값은?
① ~20 nm
② ~50 nm
③ ~100 nm
④ ~200 nm
⑤ ~500 nm
Q2. 공초점(confocal) 현미경에서 광학 절편(optical section) 품질을 저하시키는 노이즈 원인으로 옳지 않은 것은?
① 초점면 위·아래 형광에서 발생하는 산란광
② PSF(point spread function) 꼬리 부분에서 기원하는 잔류 신호
③ 시료 내부에서의 굴절 및 산란
④ 레이저 파장이 가시광선 대역이어서 회절한계를 벗어나지 못함
⑤ 초점면 통과 경로 상의 형광 물질에서 발생하는 배경 신호
Q3. 위상차(phase contrast) 현미경에서 음의 위상차(negative phase contrast) 영상이 형성될 때, 배경 대비 시료가 밝게 보이는 원리로 옳은 것은?
① 시료를 통과한 회절광이 위상판에서 λ/4만큼 앞서 진행하여 직진광과 보강간섭한다.
② 위상판이 직진광을 λ/4만큼 추가로 지연시켜, 이미 λ/4 앞선 회절광과 위상이 일치하여 보강간섭이 일어난다.
③ 위상판이 회절광을 λ/4만큼 지연시켜 직진광과 위상 차이가 λ/2가 되어 상쇄간섭이 일어난다.
④ 직진광이 시료에 의해 λ/4 지연된 후 회절광과 합산되어 밝기가 증가한다.
⑤ 시료 통과 직후 회절광과 직진광의 위상 차이가 이미 λ/2이므로 상쇄간섭이 일어나 배경이 어두워진다.
Q4. 살아있는 두꺼운 조직(~500 μm 깊이)을 최소한의 광독성으로 장시간 이미징할 때 가장 적합한 현미경 기법은?
① 공초점(confocal) 형광현미경
② 디컨볼루션(deconvolution) 형광현미경
③ TIRF 현미경
④ 다광자(multiphoton) 현미경
⑤ STED 초고해상도 현미경
Q5. 100–300 keV로 가속된 전자의 드브로이 파장으로 가장 적절한 값은?
① 0.37 nm
② 0.0037 nm
③ 0.002 nm
④ 0.05 nm
⑤ 0.1 nm
Q6. TIRF(전반사 형광) 현미경에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 에바네센트 파(evanescent wave)는 유리-세포 계면에서 세포질 방향으로 약 200 nm 깊이까지 침투한다.
② 에바네센트 파의 깊이는 일반 세포 두께의 약 1–2%에 해당한다.
③ 세포막 근처에서만 형광이 여기되므로 배경 노이즈가 매우 낮다.
④ 살아있는 세포의 단일 분자 동역학 관찰에 적합하다.
⑤ 세포 전체를 균일하게 조명할 수 있어 두꺼운 조직 이미징에도 유용하다.
Q7. 전자현미경(TEM) 시료 제작 시 지질막 구조의 보존에 특히 효과적이며, 인지질 이중층을 어둡게 염색하는 데 사용되는 고정제는?
① 오스뮴 사산화물(OsO₄, osmium tetroxide)
② 글루타르알데하이드(glutaraldehyde)
③ 포름알데하이드(formaldehyde)
④ 탄닌산(tannic acid)
⑤ 아세트산 우라닐(uranyl acetate)
Q8. SMLM(단일분자 위치측정 기반 초고해상도, 예: PALM/STORM)이 ~20 nm 분해능을 달성하는 원리로 가장 적절한 것은?
① 여러 각도에서 격자 무늬 조명을 가하고 무아레 패턴을 수학적으로 처리하여 고주파 정보를 복원한다.
② 도넛형 소광 빔으로 PSF 외곽을 억제하여 형광 발광 가능 영역을 물리적으로 줄인다.
③ 소수의 분자만 순차적으로 활성화하여 각 분자의 위치 중심을 정밀 결정한 후 수천~수만 프레임을 중첩·재구성한다.
④ 전자빔 대신 X선을 활용하여 파장을 극단적으로 줄인다.
⑤ 시료를 급속 동결 후 에칭하여 단백질 복합체의 3차원 표면을 직접 관찰한다.
Q9. 간접 면역형광법(indirect immunocytochemistry)이 직접법보다 민감도(sensitivity)가 높은 이유로 옳은 것은?
① 1차 항체 하나가 시료의 항원에 직접 결합하므로 신호 손실이 없다.
② 1차 항체와 2차 항체가 모두 동일한 형광 색소를 공유하므로 에너지 전달 효율이 높다.
③ 하나의 1차 항체에 여러 2차 항체가 결합할 수 있어 형광 신호가 증폭된다.
④ 2차 항체가 비특이적 결합을 차단하여 배경 노이즈를 제거하기 때문이다.
⑤ 고정 처리 없이 살아있는 세포에 적용할 수 있어 항원성이 보존되기 때문이다.
Q10. FRET(형광 에너지 공명 전이)의 조건 및 특성에 관한 설명 중 옳지 않은 것은?
① donor의 방출 스펙트럼과 acceptor의 흡수 스펙트럼이 겹쳐야 한다.
② 에너지 전달 효율은 두 형광 색소 간 거리의 6제곱에 반비례한다.
③ 측정 가능한 유효 거리 범위는 약 1–5 nm이다.
④ donor와 acceptor는 에너지 전달이 일어나려면 반드시 동일한 형광 색소여야 한다.
⑤ 두 단백질의 물리적 상호작용 여부를 살아있는 세포 내에서 실시간으로 추적할 수 있다.
Q11. 초고해상도 현미경 기법 중 모든 종류의 일반 형광 염료를 사용할 수 있어 probe 선택 자유도가 가장 높은 것은?
① STED
② PALM
③ SIM(structured illumination microscopy)
④ STORM
⑤ SMLM
Q12. 위상차현미경을 발명하여 노벨상을 수상한 Frits Zernike의 수상 연도와 분야로 옳은 것은?
① 1986년 물리학상
② 1953년 물리학상
③ 2008년 화학상
④ 1953년 화학상
⑤ 2014년 화학상
Q13. FRAP(fluorescence recovery after photobleaching) 실험에서 표백 후 형광 회복 곡선의 **초기 기울기(slope)**가 나타내는 정보는?
① 단백질의 절대 분자 수
② 세포 내 mobile fraction 비율
③ 단백질의 확산 계수(diffusion coefficient)
④ 단백질과 구조물 간 결합 에너지
⑤ 형광 색소의 광표백 속도 상수
Q14. GFP(green fluorescent protein)의 구조와 성숙에 관한 설명으로 옳은 것은?
① 7개의 α-helix 다발로 이루어진 barrel 구조 내부에 발색단이 형성된다.
② 11개의 β-strand로 구성된 barrel 구조 내부에 발색단(chromophore)이 형성되며, 번역 후 약 1시간이 경과해야 형광이 발현된다.
③ 발색단은 별도의 번역 후 수정(post-translational modification) 없이 즉시 형광을 방출한다.
④ GFP barrel 구조는 열에 불안정하여 37°C 이상에서 형광이 소실된다.
⑤ GFP 융합 단백질은 항상 원래 단백질과 동일한 기능을 보존하므로 별도의 기능 검증이 필요 없다.
Q15. 주사전자현미경(SEM)에 관한 설명으로 옳은 것은?
① 중금속으로 염색된 시료의 내부 단면 구조를 높은 해상도로 관찰한다.
② 시료 표면에서 방출되는 이차전자(secondary electron)를 검출하여 3차원적 표면 이미지를 얻는다.
③ 투과된 전자를 검출하므로 시료를 매우 얇게 절편해야 한다.
④ 살아있는 세포의 표면 분자를 실시간으로 나노미터 수준에서 조작할 수 있다.
⑤ 에바네센트 파를 이용하여 세포막 근처 단백질만 선택적으로 관찰한다.
OX 퀴즈 (Q16–Q30)
Q16. 디컨볼루션(deconvolution) 현미경은 수학적 알고리즘으로 노이즈를 제거하여 광학 분해능 한계(~200 nm)를 극복하는 초고해상도 기법이다.
⬜ O ⬜ X
Q17. FRAP(fluorescence recovery after photobleaching)은 표지된 단일 분자의 이동 경로를 실시간으로 추적하는 기법이다.
⬜ O ⬜ X
Q18. Aequorin은 Ca²⁺와 결합하면 형광(fluorescence)을 방출하여 세포 내 Ca²⁺ 농도 변화를 측정하는 데 사용된다.
⬜ O ⬜ X
Q19. STED 현미경에서 소광 빔(depletion beam)은 도넛(doughnut) 형태이며, 유도방출(stimulated emission) 원리로 외곽 형광을 억제한다.
⬜ O ⬜ X
Q20. SIM(structured illumination microscopy)은 광전환(photoswitchable) 형광 probe가 반드시 필요하다.
⬜ O ⬜ X
Q21. 형광현미경의 이색성 거울(dichroic mirror)은 여기(excitation) 파장은 반사하고, 더 긴 방출(emission) 파장은 투과시킨다.
⬜ O ⬜ X
Q22. GFP를 관심 단백질에 융합 발현할 때, GFP 태그가 단백질 기능에 영향을 주지 않는다는 것은 자명하므로 별도의 기능적 동등성 검증이 필요하지 않다.
⬜ O ⬜ X
Q23. 간접 면역형광법은 직접법에 비해 민감도(sensitivity)가 높고, 특이도(specificity)는 상대적으로 낮다.
⬜ O ⬜ X
Q24. TEM 밝은장(bright-field) 이미지에서 오스뮴 등 중금속으로 염색된 부위는 전자를 많이 산란시켜 검출기에 전자가 적게 도달하므로 밝게 보인다.
⬜ O ⬜ X
Q25. Cryo EM의 유리화(vitrification) 과정에서 물은 비결정질(amorphous) 상태로 동결되어, 결정 형성에 의한 시료 손상 없이 생체 구조를 보존한다.
⬜ O ⬜ X
Q26. TIRF에서 에바네센트 파의 침투 깊이 ~200 nm는 일반적인 세포 두께(~10 μm)의 약 1–2%에 해당한다.
⬜ O ⬜ X
Q27. 다광자(multiphoton) 현미경이 공초점(confocal)보다 더 깊은 조직(~500 μm)을 이미징할 수 있는 주된 이유는 근적외선(NIR) 레이저가 가시광선보다 생체 조직에서 산란이 적기 때문이다.
⬜ O ⬜ X
Q28. 원자간력현미경(AFM)은 수직 방향 ~0.1 nm, 수평 방향 ~1 nm의 분해능을 가지며, 살아있는 세포 표면을 생리적 조건에서 직접 관찰하고 힘을 측정할 수 있다.
⬜ O ⬜ X
Q29. 음성 염색(negative staining) TEM에서는 중금속 염색제가 시료 주변을 채우므로, 시료 자체는 염색되지 않아 배경 대비 밝게 보인다.
⬜ O ⬜ X
Q30. 단일입자 재구성(single particle reconstruction)은 다수의 동일한 분자를 다양한 방향으로 촬영한 2D 이미지들을 정렬·평균화하여 3D 구조를 계산해 낸다.
⬜ O ⬜ X