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[일반생물학및실험(1)] 2. 용액의 산도 측정법 및 완충계

2주차 실험. 용액의 산도 측정법 및 완충계2019.03.21.Thu.학번 학과 이름1. 실험의 목적① 생물체액의 특성인 완충계를 조사, 비교한다.② 여러 종류의 용액을 사용하여 적정(titration)하면서 pH의 변화를 관찰, 비교한다.2. 실험 결과 및 분석① 다양한 용액의 pH 추정오렌지주스, 우유, 비눗물에 pH paper를 적셔 pH를 추정해보았다.우측의 pH paper 용기에 나타난 색과 비교한 결과, 오렌지주스는 pH 약 3~4, 우유의 경우는 pH 약 7, 비눗물의 경우 pH 약 10 정도로 나타났다.각각의 용액의 pH 값은 오렌지주스 약 3.5, 우유의 경우 시간에 따라 변하지만 대체로 6.4~6.8, 비눗물은 약 10 으로 알려져 있다. 실험 결과, pH paper를 통해서는 pH 값을 소수점 단위까지는 알아낼 수 없었지만 1이내의 오차로 각 용액의 pH를 확인해볼 수 있었다.② 인산 완충계 적정 및 pH 추적인산 완충 용액 0.1M 20mL에 5N NaOH 200μL씩 첨가하면서 pH를 측정하였다.사진 2. 인산 완충계 적정에 따른 pH 변화표 1. 인산완충계의 적정에 따른 pH 변화첨가한NaOH 부피pHpH paper첨가한NaOH 부피pHpH paper01200μL200μL1400μL600μL1800μL1000μL2200μL최초 pH 1.54에서 시작하여 최종적으로 NaOH 2200μL를 넣었을 때 pH 12.80으로 적정을 완료하였다.rm H _{3} PO _{4}의 적정에 따른 pH값은 다음과 같다.데이터의 수가 적어 완벽한 그래프의 개형은 알 수 없었지만, 총 세 부분의 완충구간과 pH가 급격하게 증가하는 두 부분(당량점)을 확인할 수 있었다. 이는rm H_3 PO_4가 다양성자산으로, 수소이온을 한꺼번에 내놓는 것이 아니라 단계적으로 내놓기 때문이다. 다양성자산은 둘 이상의 당량점을 갖는데, 이번 실험에서는 두 개의 당량점을 확인해 볼 수 있었다.헨더슨-하셀바하 식,rm pH=pK _{a} +log {[rmA ^{-} ]} over {[rmHA]}에서,rm {[A ^{-} ]} over {[HA]}의 값이 1이 되는 지점, 즉rmpK _{a}값이 곧 pH값이 되는 당량점에서의 pH를 살펴보면rm pK _{a1}는 3에서 4부근,rm pK_a2는 8에서 9부근에서 관찰되었다. 이론값은 각각 2.30과 7.21으로, 이론값보다 1~2가량 높게 측정된 것을 알 수 있다.3. Discussion이번 실험을 통해 여러 용액의 pH값을 관찰하고, 생물체액의 특성 중 하나인 완충계가 pH변화에 어떻게 대응하는지를 알 수 있었다. 실험에서의 NaOH는 강염기로서, 이를 첨가하여도 당량점을 제외한 완충 구간에서는 pH 변화가 완만하게 이루어지는 것을 확인해볼 수 있었다. 다만 당량점에서의 pH값으로 구한 pKa값은 이론값에 비해 다소 차이를 보였는데, 이러한 오차의 원인으로는 우선 pH meter의 calibration이 제대로 이루어지지 않았을 가능성이 있다. 두 개의 관찰값 모두 이론값보다 비슷한 정도의 +오차를 보인데서 이로 인한 오차가 컸음을 예측해볼 수 있다. 또 다른 오차의 원인으로는 용액의 제조 과정에서의 오차, 노후된 실험기구로 인한 오차 등을 생각해볼 수 있다.4. Further study① 흔히 사용되는 완충용액의 종류와 각각의 장단점(1) Tristris(hydroxymethyl)aminomethane을 이용한 완충용액으로서 pH 7.1에서 9.1 사이의 buffer range를 가진다. 이러한 buffer range는 대부분의 살아있는 유기체의 체액 pH와 유사하므로 광범위하게 사용될 수 있다. 또한 가격도 저렴하며 세포막의 투과성을 높이는 특징이 있으므로 관련 실험에서 유용하게 사용될 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 많은 수의 효소를 저해하는 특징이 있으므로 단백질에 대한 연구에서는 주의해야 하는 단점이 존재한다.(2) HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid)pH 2.5~3.5, 6.8~8.2의 buffer range를 갖는 완충용액이다. 세포배양에 널리 사용되는데, 이산화탄소의 농도변화에도 체액의 pH를 유지하는데 효과적이기 때문이다. 또한 물의 dissociation constant는 온도가 내려감에 따라 작아지는데, 온도 변화에도 pK값이 잘 변화하지 않는 다른 완충용액과는 달리 HEPES는 물처럼 온도가 내려감에 따라 dissociation constant도 내려가므로, 낮은 온도에서도 효소의 구조와 기능을 유지하는 완충용액으로 매우 효과적인 장점을 가진다. 그러나 빛에 노출되면 peroxide가 생성되는 phototoxicity가 존재하므로 보관을 주의해야 하는 단점을 가진다.(3) MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid)rm pK_a값이 20°C에서 6.15인 완충용액으로, 용액의 pH값이 농도와 온도에 따라 변하는 특징을 가진다. 변화값은 온라인 계산기를 통해 예측할 수 있다. 이 완충용액은 물에 대한 용해도는 크면서 다른 용매에 대한 용해도는 낮으며, salt effects가 적다. 또한 화학적으로 안정하고 UV-VIS 영역의 빛에 대한 흡광도가 낮으며 금속을 포함한 거의 모든 물질과 coordination을 하지 않는 장점을 가진다. 그러나 독성이 있어 피부나 눈에 닿지 않도록 해야 하며 연소시에 유독한 기체가 발생하므로 취급에 주의를 요해야 하는 단점을 가진다.② 생체 내에서 작용하는 완충계(1) 혈액의 중탄산 완충계운동을 하게 되면 세포호흡의 결과로서 이산화탄소 농도가 높아지고, 이산화탄소 농도가 높아짐에 따라 혈액에 용해되면rm H_2 CO_3, 탄산이 생성되어 혈액의 pH가 낮아질 수 있다. 이 때, 혈액의 중탄산 완충계는rm HCO_3 ^-와rm H_2 CO_3,rm H^+로 이루어져 위의 실험에서 본 것 같이 완충작용을 할 수 있다. 즉 우리 몸의 대사 결과로 인해 혈액에 산이나 염기가 유입되면 pH를 일정하게 유지하는 완충 역할을 한다.(2) 단백질 완충계단백질은 많은 아미노산의 중합으로 이루어져 있는데, 단백질을 이루는 이러한 아미노산은 아민기(rm NH_3 ^+)와 카복시기(rm COO^-)를 모두 가지고 있어 양쪽성 물질의 특성을 갖는다. 따라서 pH를 조절할 수 있는 완충효과를 가진다. 예를 들어, 주변의 pH가 높은 경우 아미노산이 산의 역할을 하여 수소이온을 내놓아 pH를 낮추는데 기여하고, 주변의 pH가 낮은 경우에는 반대로 염기의 역할을 하여 수소이온과 결합해 pH를 높이는데 기여할 수 있다.

자연과학| 2020.04.23| 5페이지| 2,000원| 조회(300)

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[일반생물학및실험(1)] 7. Osmosis and Plasmolysis

7주차 Osmosis and Plasmolysis2019.05.09.Thu.학번 학과 이름1. 실험의 목적① 삼투현상을 알아본다.② 다양한 삼투조건 하에서 동물세포와 식물세포을 관찰해보고 각각의 특징을 알아본다.2. 실험 결과 및 분석1) Observation of Hemolysis in Red Blood Cell① 0% NaCl사진 1. 저장액 속의 적혈구0% NaCl 용액에서의 적혈구는 크기가 불균일하고 일부는 원형이 아닌 모습이 관찰되었다. 세포질의 농도보다 낮은 용액에서 삼투현상에 의해 물은 세포 밖에서 세포 안으로 들어가기 때문에 세포 용혈이 나타나며 관찰한 모습은 이와 같은 이론과 일치함을 확인할 수 있다.② 0.9% NaCl사진 2. 0.9% NaCl 속의 적혈구0.9% NaCl 용액에서의 적혈구는 적혈구의 본래 모습으로 알려진 가운데가 패인 도넛 모양의 원반형태로 관찰되었다. 이는 적혈구가 0.9% NaCl 용액 속에서는 비교적 삼투현상이 덜 일어나 원래의 모습을 유지하는 것으로 볼 수 있으며 이 농도가 적혈구의 세포막 내부 농도와 비슷한 농도라는 것을 알 수 있다.③ 3% NaCl사진 3. 고장액 속의 적혈구3% NaCl 용액은 적혈구에게는 고장액에 해당한다. 이론적으로는 고장액 속에서 동물세포는 삼투현상에 의해 세포질에서 세포 밖으로 물이 빠져나가 다소 찌그러진 형태로 나타나야 하는데 관찰 결과 정확히 찌그러진 모습은 확인할 수 없었다.2) Observation of Plasmolysis in Epidermis of Onion① DW사진 4. 증류수 속의 식물세포증류수는 식물세포에 있어서 저장액에 해당하므로 삼투현상에 의해 세포밖에서 세포질로 물이 이동해 팽팽해지는 팽윤 상태가 관찰되어야 한다. 아래의 고장액에서의 식물세포와 비교해보았을 때 세포벽의 가장자리 부분이 부풀어 있는 것을 관찰할 수 있었다.② 10% NaCl10% NaCl 용액은 식물세포에게 고장액에 해당하므로 세포질에서 세포 밖으로 물이 빠져나가 세포막과 세포벽이 분리되는 원형질 분리가 관찰되어야 한다. 관찰 결과, 위에서 표시한 것처럼 세포벽에 해당하는 빨간색 선과 세포질에 해당하는 파란색 선이 분리되어 있음을 확인해볼 수 있었다.3. Discussion이번 실험을 통해 삼투현상을 알아보고 여러 가지 삼투조건 하에서의 동물세포와 식물세포를 관찰함으로써 이론과 실제를 비교해보았다. 삼투현상이란 에너지 소모가 없는, 반투과성 막을 경계로 저농도에서 고농도로 용매가 이동하는 현상이다. 생물체 내에선 물을 용매로 한 삼투현상이 나타난다. 삼투현상에 의해 고장액에서는 세포가 쪼그라들고, 저장액에서는 세포 내로 물이 유입돼 팽팽해지게 된다. 이때, 동물세포와 식물세포에 따라 차이가 생기게 된다. 동물세포의 경우 저장액에 들어가면 세포벽과 같은 단단한 구조물이 없기 때문에 물이 세포 안으로 과도하게 들어가 터지는 용혈이 일어나고, 고장액에서는 세포가 쪼그라든다. 식물세포의 경우 저장액에 들어가면 물이 세포 안으로 들어가지만 단단한 세포벽이 있어 세포가 터지지 않고 팽팽해지는 팽윤 상태가 되며, 고장액에 들어가면 세포질의 물이 빠져나가 세포질과 세포벽이 분리되는 원형질 분리 현상이 일어나게 된다.이번 실험에서 위와 같은 삼투현상을 대략적으로는 관찰할 수 있었지만 정확한 관찰은 어려웠다. 좀 더 정확한 관찰을 위해서는 좀 더 높은 배율의 광학현미경을 사용하거나, 구조가 쉽게 손상되기 쉬운 세포의 특성상 어렵긴 하지만 전처리 과정이 필요한 전자현미경을 사용함으로써 보다 정확한 관찰이 가능할 것 같다. NaCl 3% 용액에서 적혈구가 쪼그라든 모습이 관찰하기 어려웠던 이유로는 혈액의 양이 너무 많아 이에 의해 묽혀져 고장액으로서의 역할을 다하지 못한 것이 원인으로 추정된다.4. Further study1-1) 식물에 오랫동안 물을 주지 않은 경우, 식물은 시들게 된다. 식물이 땅으로부터 뿌리를 통해 물을 흡수하는 과정은 삼투압에 의존하는데, 토양에 수분이 충분하지 않은 경우 토양의 농도가 높아지게 되고 그 농도가 식물의 뿌리와 같아지게 된다면 삼투현상에 의해 물이 식물 내로 유입되지 않아 식물은 결과적으로 시들게 될 것이다.1-2) 비료를 많이 준 경우 토양수의 농도가 매우 높아지게 된다. 이에 따라 식물의 뿌리보다 토양수의 농도가 더 높아지게 되면 삼투현상에 의해 저농도인 식물의 뿌리에서 고농도인 토양으로 이동하게 되어 식물체 내의 물이 도리어 토양으로 빠져나가는 결과가 되어 식물은 정상적인 성장이 불가능하며 이와 같은 상황이 지속되면 죽게 될 것이다.

자연과학| 2020.04.23| 4페이지| 2,000원| 조회(276)

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[일반생물학및실험(1)] 10. Photosynthesis

10주차 Photosynthesis2019.05.30.Thu.학번 학과 이름1. 실험의 목적식물세포 소기관의 추출법을 익히고 광합성에서 광분해와 전자전달, 그리고 산소 발생의 원리를 이해한다.2. 실험 결과 및 분석엽록체의 분리 실험은 따로 진행하지 않았으며, 조교님이 준비해주신 엽록체 현탁액을 이용해 관찰과 실험을 진행하였다.1) 엽록체의 관찰사진 1. 엽록체 관찰 모습 - 전체사진에서는 잘 드러나지 않지만 현미경을 눈으로 보았을 때에는 초록빛의 엽록체를 관찰할 수 있었다.사진 2. 엽록체 관찰 모습 - 확대초록색인 것을 보아 엽록체라는 사실은 알 수 있었으나 자세한 형태 및 내부 구조 등은 알아볼 수 없었다.2) Hill 반응에 대한 광합성 결과로써의 전자전달 관찰사진 3. DCPIP의 색 변화 관찰DCPIP는 원래 산화된 상태로 푸른색을 띠나, 환원되었을 때에는 무색으로 변한다. 왼쪽이 밝은 광원 앞에 수 분 노출된 시험관이며, 오른쪽이 알루미늄 호일로 감싼 시험관이다. DCPIP는 자연적인 전자수용체 대신에 전자수용체로서의 역할을 대신한다. 이론과 같이 빛을 쬐어준 시험관의 DCPIP는 전자를 받아 환원되어 무색으로 변한 것을 확인해볼 수 있었고, 알루미늄 호일로 감싸 빛을 받지 못한 시험관의 DCPIP는 산화된 상태로 남아있어 푸른색인 것을 확인해볼 수 있었다.3. Discussion이번 실험을 통해 엽록체를 관찰해보고 인위적인 전자수용체를 사용하여 광합성에서의 광분해와 전자전달을 알아보았다.광합성은 녹색 식물들이 빛에너지를 이용하여rm CO_2와 물로부터 유기화합물을 생성하는 과정이라고 할 수 있다. 광합성은 엽록체라고 불리는 식물의 특수한 기관에서 수행되는데, 엽록소에 의해 빛을 흡수하고 화학에너지로 전환시키는 명반응과정과,rm CO_2를 환원하기 위하여 이 화학에너지를 이용하는 암반응 과정으로 나누어 볼 수 있다. 온전한 잎에서는 물에서 나온 전자를 ferredoxin, NADP, 3-phosphoglyceric acid가 받아들이지만 이번 실험에서는 자연적인 전자수용체 대신에 DCPIP를 전자수용체로 첨가하였다. DCPIP는 산화된 상태에서는 파란색을 띠지만 환원되면 색깔이 사라지는 점을 이용해 DCPIP의 푸른색이 없어지는 정도로 분리된 엽록체로부터의 산소발생을 측정할 수 있다. 실험 결과 또한 이와 같은 예측과 동일하게 빛은 쬐어준 시험관의 색은 투명해졌으나 알루미늄 호일로 감싸 빛을 쬐지 못한 시험관에서는 그대로 푸른색을 관찰할 수 있었다.다만 엽록체의 정확한 구조는 확인할 수 없었는데, 이는 실험에 사용한 광학현미경의 배율이 충분치 않고 내부구조까지 파악하기에 광학현미경으로는 한계가 있기 때문으로 생각된다. 또한 광합성에서의 명반응에 대해서만 중점적으로 알아보았을 뿐, 암반응에 대해서는 많이 알아보지 못한 것 같아 아쉬웠다.4. Further study1) 광합성의 명반응 과정그림 1. 광합성의 명반응 과정광합성의 명반응은 위의 그림을 통해 확인해볼 수 있다. 우선 위의 그림에서 빨간색 화살표로 표시된 것은 비순환적 광인산화로서, 여기서는 물의 광분해가 일어난다. 광분해를 통해 발생된 전자들은 광계Ⅱ로 이동하게 되고 P680은 빛의 흡수를 통해 얻은 에너지를 발생된 전자들에 제공한다. 그 다음 전자전달계를 통해 전달되면서 ADP를 ATP로 전환시키게 된다. 전자전달계를 통해 이동한 전자가 광계Ⅰ의 P700에 도착하게 되면 위의 광계Ⅱ에서와 같이 빛에너지를 전달 받아 excited state가 되고 이때에는 NADPH를 합성된다.파란색 화살표로 표시된 것은 순환적 광인산화로서, 광계Ⅰ의 반응중심색소가 빛을 흡수하게 되면 전자가 방출이 되고 이 전자는 전자수용체에 도착을 한 후 전자전달계를 이동하면서 ATP를 형성하고 다시 반응중심색소로 돌아오게 된다.2) Hill 반응을 저해하는 제초제와 uncoupler의 종류 및 원리Hill 반응이란 빛에너지를 받아 물이 분해되고rm NADP^+에 수소가 결합해 NADPH를 만들며 산소를 방출하는 반응을 말한다. 대부분의 제초제들은 대부분 광합성의 과정을 차단하는 기능을 수행한다. 광합성은 틸라코이드 막에서 일어나는데, 제초제들은 이 막에 작용하여 전자전달계를 차단시킨다. 이러한 제초제들은 주로 광계Ⅰ의 환원 부위나 광계Ⅰ과 광계Ⅱ 사이에 있는 전자운반체에 작용한다. 제초제들은 광합성의 전자전달계 중 특정 부위를 차단하기 때문에 관련 연구에 많이 사용된다.Uncoupler는 인산화 과정에서 산소호흡을 저해하지 않고 인산화 과정만을 저해하는 약제이다. 이를 이용할 경우 전자전달 과정은 방해를 받지 않는다. 산소호흡을 저해하지 않고 인산화 과정만을 저해하는 원리는, 인산화 과정은 proton 농도 기울기를 이용하는데 Uncoupler는 이를 파괴해 인산화 과정을 통한 ATP 합성을 저해한다. Uncoupler의 종류는 비산, 칼슘, 아드레노크롬, 올레오마이신 등 다양하며 이와 같은 Uncoupler를 이용하는 제초제의 경우 디니트로페놀계의 제초제가 대부분이다.

자연과학| 2020.04.23| 4페이지| 2,000원| 조회(248)

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[일반생물학및실험(1)] 6. 미생물 세포의 관찰

6주차 미생물 세포의 관찰2019.05.02.Thu.학번 학과 이름1. 실험의 목적① Gram 염색의 원리를 알아본다.② Gram 염색법을 통해 세균세포의 분류에 따른 차이점을 알아본다.2. 실험 결과 및 분석① 그람 양성균의 관찰관찰 결과, 염색된 그람 양성균을 관찰할 수 있었다. 세포를 자세히 관찰 가능한 정도까지의 배율은 아니었지만 그람 염색법에 의해 보라색으로 염색된 것을 확인해볼 수 있었다.② 그람 음성균의 관찰관찰 결과, 그람 양성균을 관찰한 결과와는 확연하게 다른 모습을 볼 수 있었다. 그람 양성균보다 옅은 색감을 가지는 붉은 색으로 염색된 것을 확인해볼 수 있었다.3. Discussion이번 실험을 통해 그람 염색법의 개념과 원리를 알 수 있었고, 직접 그람 염색법을 수행해봄으로써 그람 염색법 과정을 익힐 수 있었다.다만 염색이 보라색 또는 붉은 색으로 됐는지 여부만 확인할 수 있었고 균의 자세한 모양은 관찰하는데에 어려움이 있었다. 좀 더 자세하게 관찰하기 위해서는 광학 현미경의 배율을 높이거나 sample의 전처리가 어렵지만 TEM 또는 SEM 등의 좀 더 전문적인 현미경을 사용하는 것을 고려해 볼 수 있겠다.4. Further study① 그람염색에서 1차 염색 후 탈색을 했을 때, 세균에 따른 차이점 및 그 이유1차 염색은 crystal violet 용액을 한 방울 떨어뜨린 후 탈색까지의 과정을 말한다. 이 때 그람 양성균은 보라색으로 염색이 되고 그람 음성균은 염색되지 않는다. 이와 같은 차이가 나타나는 가장 큰 원인은 세포벽의 차이에서 기인한다. 우선 그람 양성균의 경우 두꺼운 펩티도글리칸층을 가지고 있는데, crystal violet으로 염색을 한 뒤 에탄올 처리 시 에탄올이 펩티도글리칸 층을 수축시키게 되고 따라서 탈색을 하더라도 crystal violet이 제거되지 않고 그대로 남아 보라색을 나타내게 된다. 그람 음성균의 경우 양성균과는 다르게 펩티도글리칸층이 얇고 막의 구멍이 크다. 또한 에탄올로 탈색할 때 음성균의 외막의 구멍은 더욱 커지게 되고 이 때 crystal violet도 같이 빠져나가므로 양성균과 달리 1차 염색에서는 염색되지 않는 것이다.② Gram positive 세균과 Gram negative 세균의 염색 시 차이점이 생기는 이유와 대표적인 Gram positive 세균과 Gram negative 세균의 종류그람 양성균과 음성균의 염색 시 차이점은 위에서도 언급했듯이 세포벽의 차이 때문이다. 그람 양성균은 펩티도클리칸으로 이루어진 두꺼운 세포벽을 가지고 있으며, 그람 음성균은 세포벽의 두께가 양성균에 비해 얇은 대신 지질로 이루어진 외막을 가지고 있다. 이로 인한 염색 시 차이점을 알아보기 위해서는 그람 염색법의 자세한 과정을 알아볼 필요가 있다. 염색 과정 중 iodine mordant를 몇 방울 떨어뜨리는 과정이 있는데, 이는 crystal violet과 CV-1 이라는 complex를 형성한다. 이는 불용성으로, 알코올에 의해서 용해된다. 여기서 그람 양성균과 음성균의 차이가 나타나게 된다. 양성균 같은 경우 알코올이 펩티도글리칸을 탈수시켜 구멍의 크기가 줄어들고 CV-1 complex가 균 안에 남게 되어 보라색으로 보인다. 반면, 음성균은 보다 얇은 펩티도글리칸 세포벽과 알코올에 의해 쉽게 용해되는 인지질로 구성된 외막과 세포막을 가지고 있기에 탈색시 CV-1 복합체가 모두 빠져나가면서 탈색이 된다. 그리고 마지막으로 safranin으로 대응염색을 할 때 음성균은 흰색으로 탈색되었기에 붉은색으로 염색이 되지만 양성균의 경우 탈색이 되지 않아 그대로 보라색을 나타내게 된다.

자연과학| 2020.04.23| 2페이지| 2,000원| 조회(495)

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[일반생물학및실험(1)] 8. Harvesting chemical energy - Cellular respiration and fermentation

8주차 Harvesting chemical energy: Cellular respiration and fermentation2019.05.16.Thu.학번 학과 이름1. 실험의 목적① 유기화학물질을 에너지원으로 사용하여 살아가는 생물의 에너지 대사인 산소성 호흡을 관찰해본다.② 생물의 에너지대사 현상에 대한 이해의 폭을 넓힌다.2. 실험 결과 및 분석1) 예상 실험 결과준비된 세균용액을 이용하여 A~G 까지 조건을 달리하여 메틸렌블루를 통해 숙신산의 산화 여부와 소요되는 시간을 관찰하였다. 먼저 시험관별 조건은 다음과 같다.표 1. 각 시험관별 조건실험 재료시험관ABCDEFG메틸렌블루 용액(murmL)50505050505050숙신산 용액(mL)0111111증류수(mL)2.52.52.2521.50.50.5세균 현탁액(mL)100.250.5122온도37°C0°C숙신산의 산화여부를 확인하기 위해 모든 시험관에 메틸렌 블루 용액을 넣어주었다. 숙신산의 원활한 산화를 위해서는 숙신산 용액과 세균 현탁액을 필요로 하며, 증류수는 각 시험관의 부피를 맞추기 위해 넣어주었다. 시험관 중 A~F는 37°C의 항온수조에, 시험관 G는 얼음 속에 두었다. 위 시험관들 중 숙신산과 세균 현탁액이 모두 들어있고 효소활성이 나타나는 37°C에 있는 C, D, E, F에서 숙신산의 산화가 관찰될 것으로 예상했다. 특히 세균 현탁액의 양이 많은 순서로 F, E, D, C 순으로 빠르게 탈색될 것으로 예상하였다.2) 실제 실험 결과시험관 탈색 여부와 시간은 다음과 같이 나타났다.(1) 탈색 여부A(△), B(X), C(O), D(O), E(X), F(O), G(X)(2) 탈색까지 소요시간표 2. 시험관별 탈색까지 소요시간시험관ABCDEFG소요시간(분:초)15:03-11:1211:07-5:13-예상과는 매우 다른 결과가 나타났다. 우선 숙신산을 넣지 않아 탈색이 되지 않을 것으로 예상되었던 A가 탈색되었으며, 탈색이 예상되었던 C, D, E, F 중 E에서 탈색이 관찰되지 않았다. 예상과 같이 세균현탁액을 가장 많이 넣은 F에서 탈색이 가장 일찍 관찰되었으나 세균현탁액의 양이 두 배 차이 나는 C와 D의 시간 차이는 거의 없었다. 예상과 같이 세균현탁액을 넣지 않은 B에서는 탈색이 나타나지 않았고 효소 활성이 저해될 것으로 예상되는 0°C에 넣어 놓은 시험관 G에서도 탈색이 일어나지 않았다. 예상과 다른 결과에 대해서는 discussion에서 다뤄보기로 한다.3. Discussion이번 실험을 통해 세균의 산소성 호흡을 직접 관찰해봄으로써 생물의 에너지대사 현상에 대한 이해를 높일 수 있었다. 메틸렌블루는 원래 염색약으로서 널리 쓰이지만 본 실험에서는 산소성 호흡이 일어나는지 여부를 확인하는 용도로 사용되었다. 메틸렌블루는 염색약뿐만 아니라 세포의 생존여부를 확인하는 지시약으로도 사용되는데, 살아있는 세포에서는 메틸렌블루가 환원되어 탈색되지만 죽은 세포는 메틸렌블루를 환원시키지 않아 푸른 상태로 남아있는 것을 이용한 것이다. 또한 숙신산은 세균이 호흡에 사용할 수 있는 영양분으로서 역할을 하게 된다.이번 실험에서 실험 전 시험관 조건별 예상한 내용과 실제 실험 결과가 상이했다. 우선 A의 경우 숙신산이 존재하지 않아 탈색되지 않을 것으로 예상되었으나 장시간(15분 3초)이 지난 후에 탈색을 관찰할 수 있었다. 이는 세균현탁액에 호흡에 필요한 영양소가 소량 첨가되어 있음을 의심해볼 수 있다. 세균을 배양하고 나서 현탁액을 얻어낼 때 배양액이 섞이거나 세균이 자체적으로 저장하고 있던 영양분을 이용해 호흡을 했을 가능성을 생각해볼 수 있다.B의 경우 세균현탁액을 넣어주지 않아 탈색이 일어나지 않을 것으로 예상되었고 실험 결과 또한 예상대로 탈색되지 않았다.C~F 시험관의 경우 세균의 산소성 호흡에 필요한 모든 조건을 갖추었으므로 탈색이 일어날 것으로 예상되었고, 보다 구체적으로 세균현탁액을 많이 함유한 F, E, D, C 순으로 탈색까지 소요시간이 짧을 것으로 예상되었다. 그러나 시험관 E에서는 색이 옅어지기는 했으나 완전히 탈색되지 않았다. 이에 대한 원인으로 탈색이 일어났으나 관찰하기 전 시험관을 흔드는 바람에 다시 파란색으로 변했을 가능성이 있다. 조교님께서 주의사항으로 말씀하신 사항 중에 탈색 후라도 시험관을 흔드는 경우 메틸렌블루가 다시 산화된 상태, 즉 파란색으로 변할 수 있다는 것이 있었는데, 이것이 가장 유력한 오차의 원인으로 생각된다. 예상대로 시험관 F에서 탈색이 가장 일찍 관찰되었으며 C와 D는 세균현탁액에서 그 양이 두 배 이상 차이가 남에도 소요시간이 비슷하게 측정되었다.또한 시험관 G의 경우 호흡에 적절하지 않은 온도인 0°C에 놓여져 탈색이 일어나지 않을 것으로 예상되었고 실험결과 또한 예상대로 나타났다.지시약으로 사용된 메틸렌블루의 색 변화가 뚜렷하지 않고 점진적으로 변화하므로 실험 전반적으로 탈색 여부를 판단하는 데에 어려움이 있었던 것 같다. 실제로는 호흡에 의해 탈색이 일어났으나 탈색여부를 확인하지 못했거나 탈색이 일어나지 않았는데 탈색이 일어난 것으로 혼동했을 가능성도 배제할 수 없다.4. Further study1) 산소성호흡과 무산소성호흡 중 사람의 체내에서 일어나는 호흡과정에 대해 알아보자.사람의 체내에서는 주로 산소성호흡을 통해 ATP를 생산하는데, 필요에 따라 무산소성호흡이 일어나기도 한다. 산소가 충분하지 않은 조건에서 갑작스럽게 ATP를 필요로 하는 경우 신체는 젖산발효라는 무산소성호흡을 통해 ATP를 보충한다.우선 체내에서 일어나는 산소호흡은 아래 그림1과 같이 크게 해당과정, TCA회로, 산화적 인산화의 세 단계로 나눌 수 있다. 해당과정에서는 한 분자의 포도당이 두 분자의 피루브산으로 나눠지며 이 과정은 세포질에서 일어난다. 그 뒤 피루브산은 TCA 회로에서 여러 과정을 통해 산화된다. 이 과정에서 ATP와 기타 물질이 생성된다. 산화적 인산화 과정에서는 화학삼투를 통해 여분의 ATP가 추가적으로 생성된다.

자연과학| 2020.04.23| 4페이지| 2,000원| 조회(425)

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