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서울대 생물학실험1 A+ general observation

Module1. General Observation생물학실험1(004) / 실험 1,2,3: 4조Ⅰ. Abstract세포는 생물을 이루는 가장 작은 단위로, 세포를 이해하는 것은 생물의 생명활동을 이해하는 것으로, ..

리포트| 2024.05.25| 8페이지| 2,000원| 조회(237)

서울대학교, 생물학 실험, general observation

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서울대학교, 화학실험, 만점, A+, 화학전지 결과보고서

화학전지 실험 결과보고서2024-2 화학실험(028) 26동 507호일시: 2024.11.07(목)Objective이 실험은 물질의 전기적 성질에 의한 화학반응을 이해하고자 한다. 먼저 물질의 전기전도도를 측정하여 전기적 특성을 관찰하고, 구리, 아연, 납의 반응성을 비교하여 금속의 전기화학적 성질을 이해하고자 한다. 이후 아연과 구리 전극으로 다니엘 전지를 구성한 뒤, 농도에 따른 전지의 기전력을 측정하여 네른스트 방정식을 확인하고자 한다. 마지막으로 네른스트 방정식을 통해 기전력과 농도의 관계를 이해하고, 용해도 상수를 계산하여 전기화학의 기본 원리를 검증하고자 한다.Ⅲ. Results전기전도도가장 먼저 LED와 건전지를 연결하여 불이 들어오는지 측정한 결과, 불이 강하게 들어왔으며, 이후 증류수를 건전지 회로의 일부분이 되도록 연결한 뒤 LED를 관찰한 결과, 약하게 불이 들어오는 것을 확인할 수 있었다. 이후 설탕과 소금의 전기전도도를 측정하였다(Table 1).Table 1. 고체와 수용액 상태에서 소금과 설탕의 전기전도도 측정 결과.소금설탕고체약함들어오지 않음.수용액강함약함소금과 설탕을 고체상태에서 건전지 회로의 일부분이 되도록 연결하여 LED에 불이 들어오는지 측정하였으며, 비커에 증류수와 소금, 설탕을 넣어 수용액 상태로 만든 후, 건전지 회로의 일부분이 되도록 연결하여 LED에 불이 들어오는지 측정하였다.소금의 경우 고체와 수용액 상태에서 모두 불이 들어왔으며, 고체 상태에서는 약하게 불이 들어왔고, 수용액 상태에서는 강하게 불이 들어왔다. 이와 달리 설탕은 고체 상태에서는 불이 들어오지 않았으며, 수용액 상태에서는 약하게 불이 들어왔다(Table 1). 이를 보아 소금은 고체와 수용액 상태에서 모두 전기전도성이 있으나, 수용액 상태에서 강한 전기전도성이 있는 것을 알 수 있으며, 설탕의 경우 전기전도성이 매우 약하다는 것을 알 수 있다.전기화학적 서열Cu, Zn, Pb의 금속판을 사포로 간다음에 1.0M의 CuSO4, ZnSO4, Pb(NO3은 금속판의 금속 원자가 이온화되기 때문이다. 따라서 본 실험결과 Fig C에 따라 반응성은 Zn>Pb>Cu이라 판단할 수 있다.Fig 1. Zn, Cu, Pb 금속과 1.0M CuSO4, ZnSO4, Pb(NO3)2 용액 간의 반응 여부. (A)는 각 용액에 금속을 넣기 전의 모습이며, (B)는 용액의 금속을 넣고 약 1분이 지났을 때의 모습이다. 이때 금속의 크기는 가로, 세로가 약 0.5cm이다. (C)는 용액의 금속을 넣은 수 반응 여부를 나타낸 것으로, 반응이 나타난 것은 O로 표기하고, 반응이 나타나지 않은 경우는 X로 표기하였으며, -의 경우는 실험하지 않았다.화학전지Cu, Zn, Pb와 금속 용액을 염다리로 연결하여 전위차를 측정하였으며, 농도에 따라 조합하여 이들 간의 전위차를 정리하였다(Table 2).Table 2. 금속과 금속용액 조합에 따른 전지의 전위차 및 오차율.전지에 따른 전위차를 실험값과 이론값을 구하여 나타내였으며, 이들의 오차율을 구하여 작성하였다. 전위차 이론값은 네른스트 방정식을 통하여 구하였으며, 표준환원전위는 Table 3에 나타내었다.Table 3. Zn, Pb, Cu 금속들의 표준 환원 전위값 표.[1]Table 2에서 이론값을 계산할 때, 네른스트 방정식 , [2]에서 n에 2를 대입하여 구한 값이며, E0를 구할 때는 캐소드(오른쪽 금속과 금속 용액의 표준 환원 전위)에서 아노드(왼쪽 금속과 금속 용액의 표준 환원 전위)의 전위를 빼서 구하였다. 네른스트 방정식에서 금속 용액의 농도차도 이와 같은 방식으로 구하였다. 이 결과 Table 2의 2번는 오차율이 매우 높게, 6,7,8번도 높은 오차율을 보이며, 나머지의 case에서는 매우 낮은 오차율을 보였다.Ⅳ. Discussion첫번째 실험(전기전도도)에서 LED와 건전지를 직접 연결하였을 때, 충분한 전류가 흐르기에 LED에서 불이 강하게 들어왔다. 이후 증류수를 통해 건전지와 LED를 연결한 경우, 불이 약하게 들어왔다. 이를 통해 증류수가 매우 낮은 전기전도도 차이는 약 0.35, C-O는 0.89, H-O의 차이는 1.24이다. 따라서 설탕을 구성하는 원소의 전기음성도 차이는 비금속 원소끼리의 결합으로 인해 작은 값을 가지며, 이들은 공유 결합으로 분자를 이루게 된다. 특히 C-H의 전기음성도 차이는 매우 작은 값으로, 무극성 결합을 형성할 가능성이 높다. 따라서 증류수에 이들을 녹였을 때, 소금은 Na+와 Cl-로 이온으로 해리되어, 수용액 내에서 이온을 생성하기 때문에 전기전도도가 높다. 설탕은 물에 녹아도 개별 이온으로 분리되지 않으며, 이로 인해 전기전도도가 낮게 나온다. 이러한 결과를 Table 1에서 확인할 수 있다.두번째 실험에서 금속을 금속용액에 넣었을 때, 변색과 부식이 일어나는 이유는, 금속의 반응성이 다르기 때문이다. 이는 표준 환원 전위를 통해 이해할 수 있다. 표준 환원 전위는 표준 수소 전극을 기준으로 산화훤원 경향을 나타낸 수치이며, 음의 환원 전위는 산화되게 쉽고 양의 환원 전위는 환원되기 쉬움을 의미한다. 따라서 낮은 환원 전위를 갖는 Zn의 반응성이 가장 높으며, 전자를 잃고 이온으로 변화가 쉽다는 것을 알 수 있다. 또한 Cu의 환원 전위는 양의 환원 전위 값으로, 환원되기 쉬우며, 산화되기가 어려워 다른 금속에 비해 반응성이 낮음을 알 수 있으며, 이는 Fig 1에서 금속판의 변색 및 부식의 결과를 통해서도 확인할 수 있다. 따라서 이온화 경향은 Zn>Pb>Cu 순이다.세번째 실험 결과 Table 2를 보면, 1,3,4,5번의 실험 오차율은 낮게 나타나나, 2,6,7,8번의 오차율이 매우 큰 것을 볼 수 있다. 실험 2의 경우, 실험 3 시작 전의 기계의 오류가 생겨 재시동으로 실험했던 기억을 떠올리면, 기계의 오류로 결과값이 제대로 나오지 않았을 가능성이 높다. 또한 6, 7,8번의 실험은 구리판은 동일하나, 구리의 용액의 농도 차이에 따른 실험으로, 구리판과 염다리를 재사용하는 과정에서 제대로된 세척이 되지 않아, 서로의 용액이 섞이며 농도의 변화가 생겼을 가능성이 있으며x축은 Table 2-2의 결과에서0.0592log([산화형]/[환원형]), y축은 측정된 전위차(V), (C)의 x축은 Table 2-3,4,5의 결과에서0.0592log([산화형]/[환원형]), y축은 각각의 경우에서 측정된 전위차(V), (D)의 x축은 Table 2-6,7,8의 결과에서0.0592log([산화형]/[환원형]), y축은 각각의 경우에서 측정된 전위차(V)를 나타낸 것이다. (C)와 (D)에서는 3개의 결과값에 대한 추세선과 이에 따른 R2의 값을 그래프 우측 위에 정리하였다.Table 2의 data들을 통하여 각 case의 0.0592log([산화형]/[환원형])에 대한 전위차(V)를 분산형 그래프로 정리할 수 있으며, 이는 Fig 2에 정리하였다. Table 2의 1번과 2번 실험은 금속 용액의 농도를 다르게 한 것이 아닌, 하나의 case 실험만 진행하여 추세선 및 R2값을 구할 수 없었다.위 Fig 2(C), (D)에서 추세선의 기울기는 네른스트 방정식에 따라 -1/n임을 알 수 있으며, n은 전지의 반응에서 이동하는 전자의 몰수를 의미한다. 또한 그래프에서 y절편은 E0(표준전위)를 의미한다. 이를 통해 (C)와 (D)에서 n의 값과 E0의 값을 구하면, (C)의 경우 n은 2.89이며, (D)에서 n은 2.69로, 예상했던 n=2mol의 값과는 오차가 있었으며, E0의 값은 (C)의 경우 -1.0938V, (D)는 약 0V로, 이론값인 -1.1V와 0V 값과 매우 유사하게 결과가 나온 것을 확인할 수 있다. 몰수의 오차 경우, 본 실험의 data 자체가 작기 때문에 오차가 생긴 것으로 이해할 수 있으며, 이는 따라서 실험 횟수를 반복하는 추가 실험을 진행할 경우 해결할 수 있을 것이다. 또한 반응이 완료된 상태에서 전위차를 측정한 것이 아니라, 반응이 진행되는 과정에서 전위차를 측정하여 미세하게 오차가 생겼을 가능성이 있다. 그럼에도 R2의 값은 (C)와 (D)가 0.9951, 0.9472로, 1에 매우 가까운 것을 확인할 수 있2+(aq) ∥ Cu2+(aq)ㅣCu(s)의 산화/환원에 대한 각각의 반쪽 반응식과 전체 반응식을 기술하시오.Table 3에 따라 환원전지가 작은 Zn의 반응성이 Cu보다 높음을 알 수 있다. 따라서 Zn의 경우, 산화가 진행되며, Cu2+(aq)에서는 환원반응이 일어난다. 이러한 산화 반응식은 Equation 1로, 환원 반응식은 Equation 2로 나타낼 수 있다. 또한 이들을 모두 합친 전체 반응식을 Equation 3로 나타낼 수 있다.Equation 1. Zn(s)ㅣZn2+(aq) ∥ Cu2+(aq)ㅣCu(s)의 전지 중 Zn쪽에서 일어나는 산화 반쪽 반응식.Equation 2. Zn(s)ㅣZn2+(aq) ∥ Cu2+(aq)ㅣCu(s)의 전지 중 Cu쪽에서 일어나는 환원 반쪽 반응식.Equation 3. Zn(s)ㅣZn2+(aq) ∥ Cu2+(aq)ㅣCu(s)의 전지에서 일어나는 전체 반응식.다음과 같은 화학 전지에서 Salt bridge를 제거한 직후와 충분히 시간이 흐른 후 전압계에 측정되는 전압을 쓰고, 그 이유를 화학전지에서 Salt bridge 역할과 관련 지어 설명하시오.화학전지에서 염다리(salt bridge)는 전하의 균형을 유지하고, 전지 반응을 계속 일으키는 이온의 통로이다. 따라서 본 실험에서 금속에 반응성에 따라 산화, 환원이 계속 일어날 수 있도록 하였으며, 염다리를 제거할 경우, 제거 직후에는 반응이 일시적으로 이어지며, 남은 전자의 이동으로 전압계에 전압이 측정될 수 있을 것이다. 그러나 이온의 이동이 막히면서 전하의 흐름이 멈춰, 시간이 충분히 지나면, 전압은 0에 수렴할 것이다. 따라서 두 전극 용액 사이에서 전압을 관찰하기 위해서는, 두 용액의 이온 이동 통로 역할을 하는 염다리를 사용해야 하며, 이를 통해 양전하와 음전하의 균형이 유지되어 반응이 지속적으로 일어날 수 있을 것이다.References[1] Peter Atkins et al., “Chemical Principles (7th edition)”, Macmi846.

자연과학| 2024.12.13| 5페이지| 2,000원| 조회(115)

화학실험, 서울대학교, 화학전지, A+, 만점

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서울대학교, 화학실험, 만점, A+, 화학전지 예비보고서

화학전지 실험 예비보고서 2024-2 화학실험(028) 26동 507호 일시: 2024.11.07(목) Abstract 원자 간의 결합으로 물질이 이루어지며, 결합 과정에서 전자가 관여한다. 따라서 본 실험에서는 물질의 전기적 성질과 이로 인한 화학반응을 이해하기 위하여 4개의 실험을 진행하고자 한다. 물질의 전기적 특성과 금속의 전기화학적 서열을 관찰한 뒤, 네른스트 방정식을 활용하여 기전력과 농도의 관계를 시험하며, 용해도곱 상수를 계산하고자 한다. 이 시험을 통하여 전기화학의 기본 원리를 이해하고자 한다 Ⅰ. Introduction 1) 실험 목표 네 번의 실험을 통하여 물질이 전기적 성질을 지닌다는 기본적 특성을 전기 전도도를 통해 확인하고, 구리, 아연, 납의 반응성을 비교하여 금속의 전기화학적 서열을 구한 뒤, 아연과 구리 전극으로 이루어진 다니엘 전지를 이용하여 기전력을 측정하고, 네른스트(Nernst) 방정식을 이해하고자 한다. 이후 4번째 실험에서 불용성 염의 용해도곱 상수를 계산하고자 한다. 위 4번의 실험을 통하여 전기화학의 기본 원리를 이해하고자 한다.[1] 2) 배경 이론 2-1) 전자의 특성 전자는 양성자와 동일한 크기의 전하를 가지며, 부호는 반대이다. 또한 전자의 질량은 양성자의 약 1/1840으로 매우 작으며, 이로 인해 이동성이 높다.[2] 2-2) 전기음성도 공유 결합에서 원자마다 전자를 끌어당기는 능력은 다르며, 이를 수치화한 것을 전기 음성도라고 한다. F의 전기음성도를 4.0 기준으로 하고 있으며, 전기음성도는 단위가 없다. 이러한 전기 음성도의 차이를 활용하여 다양한 화학 전지를 구성할 수 있다.[3] 2-3) 네른스트(Nernst) 방정식 화학 전지에서 기전력은 전지 내 화학종의 농도에 따라 달라지며, 이 관계를 나타내는 방정식이 네른스트 방정식이다. 네른스트 방정식은 Equation 1과 같이 나타낼 수 있으며, 이를 통해 화학 전지의 기전력으로부터 화학종의 농도 또는 용해도곱 상수를 구할 수 있다. Equation 1. 네른스트 방정식. E는 전지의 기전력(전위), E0는 표준전지전위, n은 반응에서 이동하는 전자의 몰수를 나타낸다. 이 방정식은 298K에서 정리된 식이다.[4] Ⅱ. Materials & Method[5] 1) 실험 기구 및 시약 4번에 실험을 하는데 있어, 건전지, 전선, LED, 설탕, 소금, 귤, 증류수, Cu, Zn, Pb, 1.0M Zn(NO3)2 용액, 1.0M Pb(NO3)2 용액, 1.0M Ci(NO3)2 용액, 염다리, 비커, 전압계, 전선, 사포, 은도선, 0.010M Ag(NO3) 용액, 0.020M Zn(NO3)2 용액, KCL이 필요하다. 2) 실험과정 2-1) 첫번째 실험, 전기 전도도 LED를 건전지에 연결하여 불이 들어오는 것을 확인 후, 비커에 증류수를 넣고, 이를 건전지 회로에 연결하여 LED에 불이 들어옴을 확인한다. 비커에 설탕을 넣고 건전지 회로에 연결하여 LED가 켜지는 것을 확인 후, 위 비커에 증류수를 추가한 후에도 LED에 불이 들어오는지 확인한다. 다음으로 동일한 방식으로 비커에 소금을 넣고 전전지 회로에 연결하여 LED가 켜지는 것을 확인한 뒤, 증류수를 추가하여 LED에 불이 들어오는지를 관찰한다. 이후 귤을 건전지 회로에 연결하여 LED에 불이 들어오는지 관찰한다. 2-2) 두번째 실험, 전기화학적 서열 구리, 아연, 납 판을 한 변이 0.5 cm 정사각형인 두 조각으로 자르고 양면을 사포로 갈아낸다. 두 개의 비커에 각각 10 mL의 1.0 M Zn(NO₃)₂ 용액을 넣고, 각각의 비커에 구리판과 납판을 넣어 화학 반응을 관찰한다. 이후, Zn(NO₃)₂ 용액을 Pb(NO₃)₂ 또는 Cu(NO₃)₂ 용액으로 바꾸어 위와 동일한 과정을 반복하여 화학 반응을 관찰한다. 이때, 금속판은 아연판을 사용한다. 2-3) 세번째 실험, 화학 전지 아연판, 구리판, 납판을 1 cm x 7 cm 크기로 자르고 사포로 표면을 정리한 후, 100 mL 비커 두 개 중 한쪽에는 80 mL의 1.0 M Zn(NO₃)₂ 용액과 아연판을, 다른 한쪽에는 80 mL의 1.0 M Cu(NO₃)₂ 용액과 구리판을 넣고 염다리로 연결하여 다니엘 전지를 만든다. 이후, 전압계를 통해 아연판과 구리판 간의 전위차를 측정하고, Cu(NO₃)₂ 용액과 구리판 대신 Pb(NO₃)₂ 용액과 납판을 사용하여 동일한 과정을 반복한다. 1.0 M Cu(NO₃)₂ 용액을 증류수로 희석하여 0.1, 0.01, 0.001 M 용액을 만든 후, 각 용액과 0.1 M Zn(NO₃)₂ 용액을 위 과정과 동일한 과정으로 실험을 진행하여 다니엘 전지를 만들어 전위를 측정한다. 2-4) 네번째 실험, 염의 용해도곱 측정 두 개의 비커에 각각 0.010 M Ag(NO₃) 용액 50 mL와 0.020 M Zn(NO₃)₂ 용액 50 mL를 넣어, 1 cm x 7 cm의 아연판과 은도선을 각각 담그고 염다리로 연결하여 전압계를 통해 전압을 측정한 후 계산값과 비교한다. 이후 Ag(NO₃) 용액이 든 비커에 KCl을 첨가해 칼슘 이온 농도가 0.030 M이 되도록 첨가하여 염화은 침전을 생성하고, 비커를 잘 흔든 후 전압을 다시 측정한다. 3) 유의사항 1) 첫번째 실험에서 시료 및 증류수를 넣을 때는, 충분히 저어 LED의 켜짐을 확인한다. 2) 세번째 실험에서 다니엘 전지를 만들 때, 전극을 잘 씻은 후 전위를 측정하여 오차를 줄인다. References [1] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 145면. [2] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 146면. [3] Peter Atkins et al., “Chemical Principles (7th edition)”, Macmillan Higher Education, 2016, pp.95-96. [4] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 146면. [5] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 147-148면.

자연과학| 2024.12.13| 2페이지| 1,000원| 조회(140)

화학실험, 서울대학교, 화학전지, A+, 만점

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서울대학교, 화학실험, 만점, A+, 펩타이드 질량분석 예비보고서

MALDI-TOF 펩타이드 질량분석 실험 예비보고서 2024-2 화학실험(028) 26동 502호 일시: 2024.10.31(목) Abstract 단백체학(proteomics)이란 단백체의 구조와 기능을 총체적으로 연구하는 학문이다. 분 실험에서는 MALDI-TOF 질량 분석을 통하여 lysozyme, BSA, ovalbumin를 동정하는 단백체학을 학습하고자 하며, 동정하고자 한다. 임의의 단백질을 트립신으로 가수분해한 후, 질량 분석 장비를 통하여 펩타이드 조각들의 질량을 분석한다. 이후 펩타이드 조각 특유의 질량 지문을 분석하여 단백질을 구별한다. 위 실험을 통하여 단백체학에서 질량 분석을 활용하여 단백질을 분석하는 방법과 MALDI-TOF MS 장비의 원리와 사용법을 학습하고자 한다. Ⅰ. Introduction Ⅰ-Ⅰ) 실험 목표 본 실험의 목표는 트립신으로 가수분해한 단백질 샘플을 MALDI-TOF MS로 분석하여 lysozyme, BSA, ovalbumin 중 어떤 단백질인지 알아내고자 한다. 이를 통해 펩타이드 질량을 이용한 단백질 동정 방법을 이해하고, 질량 분석의 기본 원리와 MALDI-TOF 기기 사용법을 습득하는 데 중점을 둔다.[1] Ⅰ-Ⅱ) 배경 이론(실험주제 관련 배경지식, 이론, 수식) 단백체학(Proteomics) 단백질의 구조를 살펴보면, 단백질은 아미노산이 축합된 구조이다. 아미노산은 중심 탄소에 아미노기, 카복실기, 수소 원자, 곁사슬(R기)이 결합된 분자로, 아미노기와 카복실기 간의 펩타이드 결합을 통하여 연결되어 1차 구조를 형성한다. 이후 아미노산 간에 수소결합을 통하여 alpha helix 또는 beta sheet의 2차 구조를 형성한다. 구조 간 상호작용으로 입체적인 3차 구조를 이루며, 단백질 사슬이 결합하여 4차 구조를 형성하기도 한다. 이러한 단백체(proteome)의 구조와 기능을 총체적으로 연구하는 학문을 단백체학(proteomics)이라고 한다. 이를 통해 단백질 식별이 가능하며, 단백질의 상호작용, 발현 양상, 구조적 변화 등의 분석하여 세포 내 다양한 생리적 과정을 이해한다.[2] 트립신 가수분해 트립신은 단백질의 주로 lysine과 arginine 아미노산 잔기를 선택적으로 절단하는 소화효소이다. 트립신을 통해 단백질이 가수분해되면, 다양한 펩타이드 조각이 형성된다. 이때 각 단백질마다 아미노산의 조성이 다르기에, 가수분해로 생성된 펩타이드 조각의 질량을 분석하여 단백질의 특성을 분석할 수 있다.[3] 펩타이드 질량분석(MALDI-TOF) 펩타이드 질량 분석 중 MALDI-TOF는 단백질을 가수분해하여 생성된 펩타이드 조각의 질량을 분석하고, 이를 통해 단백질을 동정하는 방법이다. 류신과 아이소류신을 제외하면 아미노산의 질량이 서로 다르기 때문에, 질량 분석을 통해 단백질을 분석할 수 있고, 이를 펩타이드 질량 지문법이라고 한다. 이때 펩타이드 혼합물을 분석하기 위해 자외선 레이저의 에너지를 matrix 통해 혼합물에 전달하고, 펩타이드를 기화시켜 질량을 분석한다. 이는 펩타이드의 time of flight 차이에 따른 분석으로, 이 방법을 MALDI-TOF MS(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry)이라고 한다.[4] Ⅱ. Materials & Method[5] Ⅱ-Ⅰ) 실험 기구 및 시약 트립신, CHCA matrix(CHCA 10mg/10% trifluoroacetic acid in 1mL of ACN:H2O=6:4), lysozyme, BSA, ovalbumin, 마이크로 피펫, 가열 블록, 시료판, MALDI-TOF 질량 분석기가 필요하다. Ⅱ-Ⅱ) 실험과정 1) 마이크로 피펫을 이용하여 임의의 1 mg/mL 농도의 단백질 용액 50 µL를 취해, 90℃ 가열 블록에서 10분간 열처리하여 단백질을 변성시킨다. 2) 변성된 단백질 용액에 트립신 용액(0.1 mg/mL, 10 mM 탄산수소암모늄 완충액) 50 µL를 첨가하고, 37℃ 가열 블록에서 10분간 반응시켜 단백질을 펩타이드로 가수분해한다 3) 가수분해된 펩타이드 용액 10 µL에 CHCA matrix 10 µL를 첨가하여 혼합한다. 4) 혼합 용액 1 µL를 시료판에 로딩한다. 5) 모든 조의 시료 로딩이 완료 후, 조교가 각 조의 시료들을 질량 분석 장비로 분석한다. 이때 본인 조의 시료가 분석되는 동안 조교의 설명을 들으며 장비 사용법과 분석 원리를 익히고, 다른 조는 각 단백질(Lysozyme, BSA, Ovalbumin)에서 얻어질 것으로 예상되는 대표 펩타이드들의 분자량을 계산한다. 6) 최종적으로 얻어진 펩타이드 질량 데이터를 바탕으로, 주어진 단백질이 세 후보 중 어느 것인지 결정한다. Ⅱ-Ⅲ) 유의사항 1) 단백질 용액을 취할 때, 정확한 농도로 취해야 하며, 오염에 주의해야 한다. 2) 트립신 가수분해 과정에서 시간 초과로 트립신 자기소화 등 트립신의 효율이 저하될 수 있기에, 37℃ 가열블록의 반응시간을 초과하지 않도록 주의한다. References [1] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 187면. [2] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 188-190면. [3] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 191면. [4] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 192-193면. [5] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 194-195면.

자연과학| 2024.12.13| 2페이지| 1,000원| 조회(74)

화학실험, 서울대학교, A+, 만점, 펩타이드 질량분석

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서울대학교, 화학실험, 만점, A+, 펩타이드 질량분석 결과보고서

MALDI-TOF 펩타이드 질량분석 실험 결과보고서 2024-2 화학실험(028) 26동 502호 일시: 2024.10.31(목) Objective 본 실험에서는 trypsin으로 가수분해한 단백질 샘플을 MALDI-TOF MS로 분석하여, 미지의 샘플이 lysozyme, BSA, ovalbumin 중 어떤 단백질에 해당하는지 알아내고자 한다. 위 과정에서 peptide mass 기반의 단백질 동정 방법을 이해하고, 질량 분석의 기본 원리 및 MALDI-TOF 기기의 사용법을 습득하고자 한다. Ⅲ. Results 본 실험에서는 Hemoglobin, BSA, Ovalbumin 3가지의 단백질 중 미지의 단백질을 가지고 실험하였다. 미지의 단백질을 trypsin으로 잘라 peptide의 질량을 통하여 미지의 단백질을 밝히기 위하여, trypsin에 의해 잘린 후보 단백질(Hemoglobin, BSA, Ovalbumin)의 peptide mass를 Expasy 사이트의 PeptideMass를 통하여 구하였다(Table 1). Table 1. 후보 단백질(Hemoglobin, BSA, Ovalbumin)의 trypsin을 처리했을 때의 예상 결과. Hemoglobin, BSA, Ovalbumin을 miscleavage=0이며, trypsin으로 처리했을 때, peptide의 mass와 position을 나타내는 표이며, 위 결과는 Expasy 사이트의 peptidemass를 통하여 가져온 결과이다. Peptide mass는 500Da 이상인 값만 나타내었다. 또한 BSA 표 중 형광펜 처리된 msaa 결과는, 이후 본 실험에서 사용한 임의의 단백질 샘플를 알아내는데 기준이 된 mass 결과이다.[1][2][3] Peptide 조각의 수는 BSA가 가장 많으며, peptide mass는 3개의 단백질 모두 유사하나, 어느 정도의 차이가 있음을 알 수 있다. 이후, 미지의 단백질을 trypsin으로 가수분해하여 MALDI-TOF MS를 통해 peptide의 질량을 측정하01 값은 Table 1(BSA)에서 유사한 mass값을 찾을 수 없었으며, miscleavage를 고려하여, Expasy 사이트에서 miscleavage=5인 상태로 돌려 BSA의 mass값을 구하였다(Table 2). Miscleavage가 존재할 때, BSA의 mass는 590으로, 실험을 통해 구한 m/z와 유사하다는 점에서, m/z 값이 601인 data는 miscleavage에 의해 발생하였음을 추측할 수 있다. Table 2. miscleavage = 1일 때, BSA의 mass 및 position. Expasy 사이트의 PeptideMass에서 miscleavage=5인 상태일 때, trypsin으로 자른 BSA의 peptide mass와 position을 나타낸 표이다. trypsin으로 자른 모든 mass 중 일부만을 가져온 것이며, miscleavage=1일 때, peptide mass는 590.314이다. 100%의 sequence가 covered되었다. Expasy의 PeptideMass에서 구한 mass data와 실험으로 통한 m/z data 중 차이가 100Da 이하인 값들을 매치시켜 Table 3에 정리하였으며, 이들의 오차율도 구하였다. Table 3. MALDI-TOF MS를 통해 얻은 m/z data와 Expasy를 통해 구한 이론상의 mass data, 이에 따른 오차율을 나타낸 표. 번호 실험 m/z data 이론 mass data 오차율 1 659.718 660.3563 0.00097 2 656.379 658.3155 0.00294 3 650.357 649.3338 0.00158 4 610.81 609.2878 0.0025 5 600.785 590.3144 0.01774 Fig 1(B)에서 가져온 m/z값을 순서대로 번호를 붙였으며, 각 실험 m/z data와 유사한 이론 mass data를 Table 1에서 가져왔다. 5번의 data인 600.785와 유사한 data는 miscleavage=1일때의 값으로 가져왔다(T를 plot과 table을 통해 얻을 수 있었다(Fig 1). 이때 MALDI-TOF 과정은, 먼저 trypsin으로 생성된 peptide 혼합물에 레이저를 조사하며, 이는 peptide를 이온화시킨다. 이때 peptide 분자들은 주로 +1, +2의 전하를 갖게 되며, 이온화된 peptide는 비행시간이 다르게 나타나며, m/z 값은 peptide의 질량과 전하량의 비율에 따른 비행시간으로 결정이 되며 Equation 1을 통하여 구할 수 있다. Equation 1. kinetic energy of the drifting ion을 통하여 m/z를 구하는 식. 이며, v는 속도, L은 TOF의 길이, t는 시간, M은 분자량, H는 양성자 질량을 의미하며, m은 질량, z는 전하를 의미한다. H1.007로, 이 보고서에서는 1로 가정하겠다. [4] 본 실험은 CHCA matrix를 사용하여 peptide를 이온화한 뒤, MALDI-TOF를 통해 m/z 값을 측정하였으며(Fig 1), 이를 통해 단백질을 식별할 수 있었다. Fig 1의 m/z 값 결과에서 600-700 범위의 m/z로 peak가 나타났으며, 이는 BSA의 예상 peptide mass(Table 1)와 일치한다는 점에서 미지의 단백질은 BSA이라 판단할 수 있다. 이는 Table 1과 Fig 1(B)의 노란 형광펜과 Table 2를 비교하여 확인할 수 있다. 또한 peptide의 coverage가 90.1%이며, 신호 대비 잡음 정도(S/N)를 통해 동정의 신뢰도가 높다는 것을 확인할 수 있다. 여기서 coverage는 실험으로부터 얻은 peptide가 전체 단백질 서열에서 차지하는 비율을 나타내며, coverage 수치가 높을수록, 높은 신뢰도를 의미한다. 또한, trypsin의 소화가 모두 이뤄지지 않아 miscleavage가 발생하여, 예상 범위에서 벗어나는 m/z 값이 발생할 수 있다. 따라서, 단백질의 예상 peptide mass를 구할 때, miscleavage까지 고려하여 단백질 동정 dry인데, 위 과정에서 공기의 흐름이 있을 수 있으며, 이는 불규직한 증발로 인해 결정의 균일성이 떨어지고 noise가 증가할 수 있다. 따라서 적은 양의 sample을 여러 번 추가하며 건조시켜, 결정들을 더욱 균일하게 형성하는 dot blot를 통하여 MALDI-TOF실험을 할 경우, 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것이다.[5] Ⅴ. Conclusion 본 실험에서 MALDI-TOF를 통하여 구한 peptide의 질량을 비교함으로써 단백질을 동정할 수 있었다. 실험에서 사용된 미지의 단백질 m/z 값과 Hemoglobin, BSA, Ovalbumin들을 trypsin으로 잘랐을 때 예상되는 peptide mass 중 BSA의 peptide mass와 일치하였으며, 이를 통해 미지의 단백질은 BSA라고 판단할 수 있었다. 또한 실험 data를 분석하는 과정에서 MS data, peptide coverage, miscleavage, noise(S/N)를 고려하여 분석의 정확도를 높이는 중요성을 알 수 있었다. Ⅵ. Assignments 본 실험에 사용한 MALDI-TOF의 mass analyzer에는 두가지 사용 모드가 있다. Linear TOF와 Reflectron TOF의 차이점을 서술하라. MALDI-TOF의 mass analyzer에는 Linear TOF와 Reflectron ROF로 2가지 모드가 있다. 먼저 Linear TOF는 말 그대로 직선이 linear하게 flight하여 탐지기에 도달하며, 이때 탐지기에 도달하는 시간을 측정하여 m/z값을 도출한다. Linear TOF는 일반적으로 큰 분자량을 가진 이온의 신호를 강하게 얻기에, 고분자의 물질을 분석할 때 사용된다. 따라서 분해능 및 질량의 정확도가 상대적으로 낮게 나타날 수 있다는 단점이 있다. 본 실험에서 사용한 Reflectron ROF는 reflectron에 의해 이온이 flight 경로가 반사되고, 이에 따른 이온의 속도 및 시간차이에 따라 m/z값을 얻는다. Reflectron sec, kg, m이다.) Da는 약 으로, 1200Da는 1.993이다. 이 질량을 Equation 2에다가 넣으면 v를 구할 수 있다. 이다. 따라서 임을 알 수 있다. Equation 2. Kinetic energy of the drifting ion을 구하는 식. 이며, v는 속도, m은 질량, z는 전하, V는 가속 속도를 의미한다.[7] 주어진 조건에서 구한 를 Equation 3에 넣으면 t를 구할 수 있다. L=1m이므로, t의 값은 이다. Equation 3. Velocity(v)를 구하는 식. L은 TOF의 길이, t는 시간을 의미한다 References [1] SIB Swiss Institute of Bionformatics, PeptideMass tool , Expasy, Hyperlink "https://web.expasy.org/cgi-bin/peptide_mass/peptide-mass.pl" https://web.expasy.org/cgi-bin/peptide_mass/peptide-mass.pl, 2024.10.31. [2] SIB Swiss Institute of Bionformatics, PeptideMass tool , Expasy, Hyperlink "https://web.expasy.org/cgi-bin/peptide_mass/peptide-mass.pl" https://web.expasy.org/cgi-bin/peptide_mass/peptide-mass.pl, 2024.10.31. [3] SIB Swiss Institute of Bionformatics, PeptideMass tool , Expasy, Hyperlink "https://web.expasy.org/cgi-bin/peptide_mass/peptide-mass.pl" https://web.expasy.org/cgi-bin/peptide_mass/peptide-mass.pl, 2024.10.31. [4] 김희준, 일반화학실험, 자유아카데미, 2010, 197다.

자연과학| 2024.12.13| 6페이지| 2,000원| 조회(99)

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서울대학교, 화학실험, 만점, A+, 캐털레이즈의 반응속도 예비보고서

캐털레이즈의 반응속도 실험 예비보고서 2024-2 화학실험(028) 26동 506호 일시: 2024.11.21(목) Abstract 물질의 변화를 연구하는 화학에서 변화의 속도를 이해하는 것은 중요하다. 화학 반응에서 속도를 조절하되 본인은 변하지 않는 물질을 촉매라고 하며, 생체 내에서 작용하는 촉매를 효소라고 한다. 대부분 단백질로 이루어진 효소는 기질과 결합함으로써 반응을 촉진하며, 본 실험에서는 감자즙에서 얻은 캐털레이즈를 통해 기질인 과산화수소 농도에 따른 산소 생성 속도를 측정하고자 한다. 이를 라인웨버-버크 식을 통해 기질의 농도와 반응속도의 관계를 이해하고, 와 을 구하여 미하앨리스-맨텐 식을 이해하고자 한다. 1. Introduction 1) 실험 목표 효소의 반응 속도는 기질 농도에 따라 달라지며, 이를 설명하기 위해 미하엘리스-멘텐 반응속도론과 라인위버-버크 식이 주로 사용된다. 라인웨버-버크 식은 효소 반응에서 기질 농도([S])와 반응 속도(v) 사이의 역수 관계를 나타내며, 식으로는 Equation 1과 같다. 본 실험에서는 과산화수소(H₂O₂)를 기질로 사용하고, 캐털레이스(catalase)를 효소로 사용하여 다양한 농도 조건(0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 6%)에서 반응 속도를 측정한다. 반응 속도는 생성물인 산소(O₂)의 압력 변화를 압력 센서를 통해 모니터링하여 계산한다. 이를 바탕으로 미하엘리스-멘텐 상수 와 반응 속도의 최댓값 를 구하고, 효소 반응 속도론의 원리를 학습하는 것을 목표로 한다.[1] Equation 1. 라인웨버-버크 식. v는 반응속도, [S]는 기질의 농도, 는 최대 반응 속도를, 는 미하엘리스-멘텐 상수를 의미한다.[2] 2) 배경 이론 2-1) 효소 효소는 생체 내에서 화학 반응의 속도를 조절하는 촉매로, 고분자 단백질이다. 효소는 기질과 결합하는 부위(binding site)를 가지고, 특정 기질과 결합할 시 반응을 촉매한다. 이 과정을 열쇠와 좌물쇠 관계로 비유되며, 효소는 특정 기질과만 결합하기 때문에 높은 특이성을 지닌다. 또한 효소는 활성화 에너지를 낮춤으로써 정반응과 역반응 모두의 속도를 증가시키는 촉매는 정촉매, 이와 달리 활성화 에너지를 높여 반응속도를 늦추는 촉매를 부촉매라고 한다. 효소의 반응 과정은 Equation 2와 같다.[3] Equation 2. 효소 반응의 과정. E는 효소, S는 기질, ES는 효소-기질 복합체, P는 생성물, 은 반응의 속도 상수를 의미한다.[4] 2-2) 캐털레이즈 캐털레이즈는 과산화수소(H2O2)를 물과 산소로 분해하는 효소로, 활성 산소(ROS)를 제거하여 세포를 보호한다. 특히 간, 신장 등 산화적 스트레스에 민감한 조직에서 많이 발견된다. 이 효소는 한 분자가 1초당 수천만 분자의 과산화수소를 분해할 정도로 매우 효율적이다.[5] 2-3) 미하앨리스-맨텐 식 효소 반응은 효소(E)와 기질(S)이 결합하여 효소-기질 복합체(ES)를 형성하고, 생성물(P)로 전환되는 과정을 포함한다. 이를 속도상수를 통해 나타낸 것이 Equation 2이며, 반응 중간 단계에서 ES의 농도가 일정하게 유지된다는 정류상태 가정 하에, 정류 상태 s근사를 통해미하엘리스-멘텐 식을 도출할 수 있다(Equation 3). 이 식은 반응 속도가 기질 농도와 어떠한 관계를 가지는지 수학적으로 증명한 것이며, 와 의 선형관계로 변환하여 Equation 1로 나타낼 수 있다. Equation 3. 미하엘리스-멘텐 식. v는 반응속도, [S]는 기질의 농도, 는 최대 반응 속도를, 는 미하엘리스-멘텐 상수를 의미한다. 이 작을수록 효소와 기질 간의 결합이 강한 것을 의미한다.[6] 2. Eperimental Procedure[7] 1) 실험 기구 및 시약 압력계, 250mL의 삼각 플라스크 7개, 30%의 H2O2, 감자, 비커, 강판, pipette, pipette tips, 열교반기, 얼음 2) 실험과정 2-1) 증류수를 사용하여 30% 과산화수소 용액을 희석하여 최종 농도가 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 6%가 되도록 만든다. 이때 6% 용액은 2개를 준비한다. 2-2) 감자를 이용해 즙을 짜거나 원심분리를 통해서 효소 추출액을 구한다. 추출된 효소 용액은 실험 전까지 ice bath에 넣어 효소의 활성을 유지한다. 2-3) 압력계를 플라스크 입구에 연결하고 초기 압력을 0으로 설정한다. 이후 플라스크에 준비된 과산화수소 용액 30mL를 넣고, (2-2)과정에서 얻은 효소 추출액 2mL를 첨가한 뒤 잘 섞는다. 저농도 과산화수소 용액은 10초 간격으로, 고농도의 과산화수소는 5초 간격으로 압력을 기록하며, 6% 용액 하나는 다음 실험을 위해 남겨둔다. 이때 측정 압력이 200hPa를 초과하지 않도록 주의한다. 2-4) 남은 효소 추출액을 끓는 물에 중탕하여 (2-3)에서 보관해둔 6%의 과산화수송 용액과 혼합한다. 동일한 과정으로 산소 발생에 의한 압력 변화를 control로 사용한다. 2-5) 효소 반응을 통해 생성된 산소의 부피와 플라스크 내 온도를 측정한다. References [1] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 179면. [2] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 179-180면. [3] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 180-181면. [4] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 184면. [5] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 181면. [6] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 184-186면. [7] 김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 182면.

자연과학| 2024.12.13| 2페이지| 1,000원| 조회(102)

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