생물학기초실험(1) 실험보고서학번: 학과: 이름:실험 날짜 (Date)실험 제목 (Title)효소의 작용 : 온도와 pH 영향실험 재료 (Material)1% starch 용액, 요오드 요오드화칼륨 용액, pH 샘플(3, 7, 12), 스포이드, 아밀라아제 용액, 비커, 온도계, 얼음, 핫플레이트, 실험복, 라텍스 장갑실험 방법 (Method)각각의 pH(3, 7, 12) 샘플을 시험관에 3ml 씩 넣어서 3set를 준비한다.1set는 얼음물(4℃), 1set는 40℃ 물, 나머지 1set는 70℃ 이상의 물(중탕 된 증류수)에 넣은 후 약 5분간 방치한다.pH(3, 7, 12) 샘플이 들어간 시험관에 1% Starch와 아밀라아제 용액을 한 방울씩 넣는다.다시 각 온도에 pH샘플을 넣은 후, 5분간 기다린다.5분 후 pH샘플을 꺼내어 요오드화칼륨 용액을 3방울 넣어 색 변화를 관찰한다.같은 실험을 실험시간 10분으로 변경하여 시도한다.5분과 10분 후의 반응을 관찰하고 어느 pH와 온도에서 효소가 가장 활성화되어 녹말을 분해하는지 기록한다.실험 결과 (Result)5분후(왼쪽부터 70℃ 이상의 물, 40℃ 물, 얼음물(4℃))10분후(왼쪽부터 70℃ 이상의 물, 40℃ 물, 얼음물(4℃)토의 (Discussion)Starch가 아밀라아제로 분해되면서 어떤 구조로 변하는지에 대해 조사하여 작성하시오.녹말은 주로 아밀로펙틴과 아밀로오스로 이뤄져 있다. 알파 아밀라아제는 녹말의 α-(1→4) 글루코시드 결합을 무작위적이게 가수분해하는 활성을 지닌 효소로 녹말을 분해할 때 약 90%는 엿당으로, 나머지는 소량의 포도당과 한계 덱스트린으로 분해시킨다.베타 아밀라아제는 녹말에 있는 포도당 사슬의 비환원 말단 부위에서 시작해 매 두번째의 α-(1→4) 글루코시드 결합을 가수분해하는 활성을 지진 효소로, 녹말을 엿당으로 분해시킨다.(녹말 구조식)(아밀로오스 구조식)(아밀로펙틴 구조)가장 최적의 온도와 pH를 작성하고 이러한 pH와 아밀라아제의 활성에 따라 녹말의 분해의 차이가 서로 다르게 나타난 이유에 대해 조사하여 작성하시오.변색 정도가 가장 작아야 녹말이 많이 분해돼 요오드화칼륨 용액에 의해 검출되지 않은 것이므로 pH12가 최적의 pH라 보일 수 있지만, 요오드화 칼륨 용액와 녹말의 반응은 염기성에서 변색이 미약하기 때문에 이를 제외하고 봤을 때 변색 정도가 제일 작은 pH 7이 가장 최적의 pH이다. 최적의 온도는 실험결과 상 색변화가 가장 없는 4℃이다. 아밀라아제는 효소로 주변환경에 영향을 받는데, 효소의 3차 구조와 활성부위에 있는 곁사슬의 화학적 성질 때문에 특히 온도와 pH 변화에 매우 민감하다. 일반적으로 온도가 올라가면 화학반응의 속도는 증가하게 된다. 그 이유는 반응에 필요한 활성화 에너지를 공급할만큼 충분한 운동에너지를 가진 반응물이 증가하기 때문이며 효소도 마찬가지이다. 하지만 효소의 경우 온도가 너무 높으면 효소의 3차 구조가 열에 의해 변성되면 기능을 잃게 된다. 때문에 각 효소는 특정 최적 온도에서 가장 높은 활성을 보이게 된다. pH가 효소의 기능에 영향을 미치는 중요한 요인은 기질이나 효소에 있는 카복실기, 아미노기, 기타 작용기의 이온화 때문인데, 중성이나 염기성 용액에서는 카복실기가 수소이온을 방출하여 음전하를 띠는 카복실기가 된다. 반면에 중성이나 산성 용액에서 아미노기는 수소 이온을 받아들여 양전하를 띤 -NH3+기가 된다. 따라서 중성 용액에서는 두 작용기가 모두 이온화되어 반대 전하를 가지므로 아미노기는 다른 분자 혹은 동일 분자의 다른 곳에 있는 카복실기에 전기적으로 끌리게 된다. 효소는 각자 특정한 pH에서 활성이 높은데, pH가 바뀌게 되면 이들 작용기의 이온화가 바뀌게 되어 단백질의 접힘이 변할 수 있고 이렇게 되면 효소는 더 이상 다른 기질들과 결합할 수 없게된다. 이러한 이유로 pH와 온도에 따라 아밀라아제의 활성이 달라져 녹말의 분해에 차이가 생기게 되는 것이다.염기성(pH 12)에서의 반응 변화가 중성(pH 7)과 비슷한 반응을 보였는데, 이와 같은 결과가 도출된 이유에 대해 조사하여 작성하시오.pH7 시험관의 경우 대부분 아밀라아제에 의해 녹말이 분해되어 요오드화칼륨 용액과 반응하였을 때 투명, 혹은 갈색이 나타나게 된다. pH12 시험관의 경우에도 투명하거나 갈색을 띠고 있었는데, 이는 요오드와 녹말의 반응이 주로 염기성에서는 그 발색이 미약하기 때문이다.고찰 (Remark)이번 실험은 소화효소인 아밀라아제가 녹말을 분해하는 능력이 pH와 온도에 따라 어떻게 다른지를 알아보기 위해 진행하였다. 실험결과, 요오드화칼륨 용액와 녹말의 반응은 염기성에서 변색이 미약하기 때문에 pH 12 를 제외하고, 변색 정도가 pH 7이 가장 최적의 pH이다. 최적의 온도는 실험결과 상 색변화가 가장 없는 4℃이다. 하지만 아밀라아제를 포함한 체내의 효소는 대부분 체온과 비슷한 온도에서 가장 빠르게 반응이 진행된다. 이러한 오차가 발상한 이유는 실험과정에서 녹말 용액 혹은 아밀라아제 용액을 정확히 한 방울 떨어뜨리지 못하고 더 넣어 녹말이 남게 되었거나, 40℃의 물에 시험관을 넣은 것이 아닌 손으로 직접 시험관을 쥐고 있었기에 온도가 40℃가 되지 못하여 오차가 발생했을 수 있다.참고문헌 (Reference)식물학백과, 녹말분해, Hyperlink "http://www.kspb.kr/" http://www.kspb.kr/생명 생물의 과학 12판/ 라이프사이언스/ 2021/ 170~171P
일반화학실험(1)실험 예비보고서화학양론과 한계반응물실험일시학과학번이름담당교수*** 작성 시 유의사항 ***- 폰트크기: 11- 글꼴 : 맑은 고딕- 줄 간격 : 130실험목표━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━금속 (아연 혹은 마그네슘)과 염산의 반응에서 생성물과 반응물 사이의 양적 관계를 관찰하고 양적 관계가 화학반응식에서의 양론계수와 일치하는지 알아본다.염산과 금속의 반응에서 어떤 반응물이 한계 반응물인지를 확인해본다.이론━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━1. 한계 반응물한계 반응물이란 화학 반응에서 다른 반응물보다 먼저 소모돼 생성물의 양을 제한하는 반응물이다. 때문에 어떠한 화학 반응에서 만들어지는 생성물의 양은 한계 반응물에 의해 결정되고, 이론적으로 구해지는 수율은 이 한계 반응물이 완전히 소모되었을 때 얻는 생성물의 양으로 결정되기에 한계 반응물을 확인해 반응의 수율을 얻는다.2. 수득률수득률이란, 화학 반응에서 생성된 생성물의 양과 이론적으로 생성 가능한 생성물의 양 사이의 비율을 나타내는 값으로, 반응 조건, 반응물 특성, 반응 중간체의 생성 등 다양한 요인에 따라 달라진다. 이론적인 최대 생성량은 화학식을 통해 계산할 수 있으며, 이를 이론 수득률이라 하고, 실험에서 실제로 얻어진 생성물의 양은 실험 수득률이라 한다. 수득률은 실험 결과의 신뢰성과 화학 반응의 효율성을 판단하는 데 중요한 지표이기에 화학 연구에서 반응 조건을 최적화하여 수득률을 향상시키는 것이 중요하다.3. 화학양론화학 반응에서 생성물과 반응물 간의 양적 관계에 대한 이론으로, 화학 반응 전과 후 원자의 개수와 양이 보존된다는 사실을 바탕으로 한다. 때문에 질량보존의 법칙, 일정성분비의 법칙, 배수비례의 법칙이 이에 해당된다.4. 양론계수양론계수란 화학 반응식에서 각각의 물질이 몇 개의 분자나 이온으로 반응하는지를 나타내는 계수로, 보통 몰수로 나타내며, 반응식에서 화학물질들의 양을 정확히 나타내기 위해 사용된다.기구 및 시약━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━조별● 250 mL 눈금실린더 (Mg), 50 mL 눈금실린더 (Zn)● 10 mL 피펫 2 개● 100 mL 또는 125 mL 필터 플라스크, 고무마개, 고무튜빙 - 2 세트● 물을 담을 수 있는 큰 용기 2 개● 클램프와 지지대 2 세트공통● 저울 (1 mg까지 측정할 수 있는 것)● 금속 가위 (또는 Mg, Zn을 자를 수 있는 도구)● Parafilm● Mg 리본 (A.W.: 24.30) ~10 g● Zn 파우더 (A.W.: 65.39) ~10 g● 1.0 M 염산(HCl) 용액 500 mL● 8.0 M 염산 용액 250 mL● 폐기물용 1 L 비이커실험 방법━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━Part II의 Zn + HCl의 반응은 매우 느리게 진행되므로 두 개의 장치를 설치하여 Part I과 Part II를 같이 수행하도록 한다.Part I: Mg + HCl의 반응1. 마그네슘(Mg)을 질량이 0.03 g 정도가 되도록 자른 후 질량을 1 mg까지 정확히 측정한다.2. 필터 플라스크에 1.0 M 염산 용액을 정확히 12.0 mL 넣고, sidearm에 고무튜브를 연결한다.3. 250 mL 눈금실린더에 물을 가득 채우고, 공기가 들어가지 않도록 주의하며 Parafilm으로 눈금실린더 입구를 막는다.4. 큰 용기에 물을 반쯤 채우고, 눈금실린더를 거꾸로 하여 용기 안에 담그고 Parafilm을 제거한다.5. 필터 플라스크에 연결한 고무튜브의 반대쪽 끝을 눈금실린더 안으로 집어넣고 눈금실린더를 고정시킨다.6. 필터 플라스크에 Mg를 떨어뜨리고 즉시 고무마개를 막은 후, 반응에 의하여 발생하는 수소 기체의 부피를 측정한다. (반응으로부터 발생하는 수소 기체를 가능한 전부 모으는 것이 중요하다.)7. 질량이 0.05, 0.07, 0.10, 0.13, 0.16, 0.20 g인 Mg의 질량을 1 mg까지 정확히 측정하고, 같은 방법으로 실험을 반복하여 수소 기체의 부피 vs Mg의 질량 관계의 그래프를 얻는다.Part II: Zn + HCl의 반응1. 질량이 0.03 g 정도인 아연(Zn) 시료의 질량을 1 mg까지 정확히 측정한다.2. 필터 플라스크에 8.0 M 염산 용액을 10.0 mL 넣는다.3. Part I에서와 같은 방법으로 장치를 설치하고 (단, 250 mL 대신 50 mL 눈금실린더를 사용할 것), Zn과 염산의 반응으로부터 생성되는 수소 기체의 부피를 측정한다.4. 질량이 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.12 g인 Zn의 질량을 1 mg까지 정확히 측정하고,같은 방법으로 실험을 반복하여 수소 기체의 부피 vs Zn의 질량 관계의 그래프를 얻는다.실험전 예비보고서━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━1. 다음의 시약들의 물리, 화학적 성질과 안전 관련 사항을 조사.magnesium (Mg)zinc (Zn)hydrochloric acid (HCl)hydrogen (H2)분자식구조분자량(g/mol)밀도(g/cm{}^{3})끓는점(°C)녹는점(°C)특징(색, 상태 등)위험성 및 주의사항마그네슘magnesiumMg24.3051.7411091650회색이고, 광택이 있는 고체이다.불을 일으키기 쉽고 물과 반응하면 폭발할 수 있다.아연 zincZn65.38(2)7.14907419.53청백색의 고체이다.불을 일으키기 쉽고 인체에 중독이 될 수 있다.염산 hydrochloric acidHCl36.461.18110-27.32무색의 기체로 자극적인 냄새가 난다.피부, 눈, 호흡기를 자극하며, 화학화상을 일으킬 수 있다.수소hydrogenH{}_{2}1.0080.08988-252.88-259.16무색, 무취의 기체이다.공기와 만나 폭발할 수 있다.2. 진한 염산 용액의 농도는 얼마인가? 진한 염산 용액으로부터 4.0 M의 염산용액 250 mL는 어떻게 제조할 수 있는지 설명하라. (M = mol/L)진한 염산 용액은 일반적으로 농도가 12 M 이상이다. 250 mL의 4.0 M 염산 용액을 만들기 위해서는 묽힘 공식을 사용하면 되는데 묽힘 공식이란 용액의 농도와 용액의 부피를 이용하여 새로운 농도를 계산하는 공식으로, C1V1 = C2V2 로 나타내고, 여기서 C1은 원래 용액의 농도, V1은 원래 용액의 부피, C2는 새로 만들 용액의 농도, V2는 새로 만들 용액의 부피이다. 이 식에 대입하게 되면, 12 M x X mL = 4.0 M x 250 mL 으로 4.0 M 염산 용액을 만들기 위해 필요한 진한 염산 용액의 양은 83.3 mL이다. 따라서, 12 M의 염산 용액 83.3 mL과 물 166.7 mL을 섞으면 4.0 M의 염산용액 250 mL를 제조할 수 있다.
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