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효소반응 속도론

1.실험제목효소반응 속도론2.실험 목적효소는 생체계의 촉매로서 화학변환의 방식을 결정하는 훌륭한 분자 장치이다. 효소는 또한 여러 가지 형태의 에너지의 변환도 매개한다. 효소의 가장 두드러진 특성은 촉매력과 특이성이다. 본 실험에서는 많은 종류의 효소들 중에서 비교적 분석이 쉽고 흔히 구할 수 있는 amylase를 이용하여 녹말을 분해하는 방응으로부터 효소의 활성과 반응 속도를 측정하려 보고 각각의 정의 및 개념을 파악하고자 한다.3.실험 원리효소 (Enzymes)?(1)특징1) 생 세포에서 만들어진다.2) 생체촉매제 작용을 한다.3) 기질특이성이 있다.4) 단백질이다.5) 산이나 PH에 의해 영향을 받는다.?(2) 성질1) 단백질의 모든 특성을 나타낸다.2) 열, 강산, 강염기, 단백질 변성제에 의해 구조가 변하며, 촉매활성을 잃어버리게 된다.3) 저분자화합물이나 금속이온과 같은 보조인자를 가진다.4) 단백질에 보조인자가 결합해 완전한 촉매활성을 나타내는 효소를 완전 효소라 한다.5) 효소는 기질에 대해 특이적인 선택성을 가진다.A. 효소의 특이성a. 작용특이성- 하나의 효소는 하나의 화학반응에 촉매를 나타내며 부 반응이나 부산물을 만들지 않는다.b. 기질 특이성- 효소의 반응부위와 기질은 상보적으로 결합한다.- 효소단백질의 입체구조와 기질분자의 입체배치에 의해 특이성이 나타난다.c. 입체특이성- 효소는 입체 이성질체 기질의 어느 한쪽만의 반응을 촉매 한다.d. 군 특이성- 일군의 화합물을 기질로 하는 효소가 가지는 특이성을 말한다.?(3) 효소의 단위1) 효소의 국제 단위는 (unit)이다.2) 효소가 최적 온도(30°C)에서 1분당 1mm 의 기질을 생성물로 변환시키는데 필요한 효소의 양을 1 단위(I.U)라 한다.?(4) 효소의 반응 특이성1) 촉매로서의 작용A. 효소는 활성화에너지를 낮추어 반응속도를 촉진시키는 역할을 한다.a. 절대적 특이성- 유사한 기질 중 한 기질만을 선택적으로 촉매 하는 효소특이성b. 절대군 특이성- 일정한 기를 가진 집단의 기질만을 선택적으로 촉매 하는 효소특이성c. 상대적 특이성- 어떤 류의 기질과 우선 반응한 후 다른 류의 기질과도 반응을 나타내는 효소특이성d. 광학적 특이성- 광학 이성질체 중 특정한 타입에만 반응하는 효소 특이성?(5) 효소 활성에 영향을 미치는 요인1) 온도온도의 영향? 효소는 단백질이어서 온도가 일정 수준 이상으로 상승하면 단백질의 열변성이 일어나 활성효소가 감소하므로 반응속도는 낮아진다. 일반적으로 45℃까지는 온도의 상승과 함께 반응속도가 증가하지만 45℃를 넘으면 열변성이 시작되고 55℃ 이상이되면 신속하게 변성을 일으켜 효소는 촉매로서의 기능을 잃게 된다.? 그러므로 효소에는 최대 반응속도를 나타내는 온도(35∼45℃)가 있으며 이것을 적온도(optimum temperature)라 한다.2) PHpH의 영향? 효소는 한정된 범위의 pH에서만 활성이 있으며 이 범위내에서 효소의 안정성이 나타나고 반응속도가 최대로 되는 최적pH(optimum pH)를 가진다. 양극단의 pH에서는 효소의 촉매부위가 파괴되기도 한다. 최적pH에서는 효소 촉매부위의 proton 공여기 및 수용기, 효소-기질 복합체 그리고 기질이 적당한 이온화 상태로 되어 기질과의 친화성이 증가되므로 반응속도가 최대로 된다.? 효소는 기질에 따라서 최적 pH가 변화하기도 하며 ATP, NAD+, 아미노산, coenzyme A 등과 같이 기질이 전해질인 경우에는 이들이 일정한 이온형이 아니면 효소는 작용하지 않는다. 세포내에서는 각 부위의 pH가 정확하게 유지되며 그 pH 조절기구는 세포의 대 사조절과 밀접한 관계가 있다. 효소의 pH에 대한 상대반응속도를 그래프로 나타내면 종(鍾) 모양의 곡선을 그리는 경우가 많으며 이런 형태의 pH 곡선은 활성부위에 2종류 의 해리기가 있는 효소모델로 설명된다.3) 기질농도그림 4.6 효소농도와 반응속도? 단순한 효소반응에서 효소농도가 일정할 때 기질농도를 증가시키면 반응속도가 점차 증가하지만 기질농도가 일정농도를 넘으면 효소의 활성중심은 기질로 포화되어 반응속도는 일정하게 된다.?Michaelis-Menten Model1. 많은 효소가 기질의 농도, [S]와 반응 속도, V의 관계가 비슷????- [S]가 낮을 때는 V가 [S]에 정비례하고, [S]가 높을 때는 V가 [S]에 무관2. 1913, Leonor Michaelis와 Maud Menten의 수학식????- ES 복합체의 존재가 중요한 특성 → 간단하지만 잘 맞음????- ES 복합체가 형성(반응 계수, k1)되면 다시 E와 S로 떨어지거나(k2), P 생성(k3)k1k3E + S→←ES→E + Pk23. 즉 효소의 촉매력, V와 ES의 생성률과 분해율은 다음과 같이 나타낼 수 있다????????catalytic rate V = k3[ES] (15)????????rate of ES formation = k1[E][S] (16)????????rate of ES breakdown = (k2 + k3)[ES] (17)4. 정상 상태에서는 [ES]가 일정하므로, (16)과 (17)이 같아진다????????k1[E][S] = (k2 + k3)[ES]????or [ES] = k1[E][S]/(k2 + k3) (18,19)5. Michaelis constant, KM: (19)식의 반응 계수군의 역수를 Michaelis 상수라 한다????????KM = (k2 + k3)/k1(20)????즉????[ES] = [E][S]/KM(21)6. 계에 존재하는 전체 효소[ET]는 혼자 떨어져 있거나[E], 기질과 결합한 상태[ES]이므로????????[ET] = [E] + [ES]????or [E] = [ET] - [ES] (22)7. (22)를 (21)식에 대입 후 [ES]에 대해 정리????????[ES] = ([ET] - [ES])[S]/KM????or [ES] = [ET][S]/([S] + KM) (23-25)V=k3[ET][S] [S] + KM8. (25)식을 (15)식에 대입하면 ???(26)9. 여기서????Vmax = k3[ET]로 치환하면 (27)????????V=Vmax[S] [S] + KM????Michaelis-Menten 식(28)Michaelis-Menten 식, (28)식의 의미????- [S]가 낮으면, [S] + KM ≒ KM이므로 V = Vmax[S]/KM → 속도가 [S]에 정비례????- [S]가 높으면, [S] + KM ≒ [S]이므로 V = Vmax → 반응 속도가 [S]에 무관????- KM = [S]이면, V = 0.5Vmax → KM은 반응 속도가 최대값의 반일 때의 기질 농도Lineweaver-Burk Plot1. Michaelis상수, KM과 최대 반응 속도, Vmax는 (28)식의 역수를 취하여 얻는다1 V=1 Vmax+KMVmax·1 [S](29)2. Lineweaver-Burk plot: 1/V를 1/[S]에 대하여 그리면 직선을 얻음????이 직선은 절편이 1/Vmax이고 기울기가 KM/Vmax이다 →KM과 Vmax의 중요성1. KM은 효소의 활성 부위가 반만 차 있을 때의 기질 농도 (194쪽, 표8-2)????- KM을 일단 알고 나면, 효소의 활성 부위 중 기질과 결합하고 있는 분율 계산 가능fES=VVmax=[S] [S] + KM(30)2. KM은 (14)식에 나타난 각 반응의 계수들을 (20)식처럼 도식화????만약 k2가 k3보다 훨씬 크면, ES의 해리가 P의 형성보다 훨씬 빠르므로????????KM = k2/k1(31)????가 되고, ES의 해리 상수(dissociation constant)는????????KES = [E][S]/[ES] = k2/k1(32)??? 따라서 k2 ≫ k3이면, KM은 ES의 해리 반응의 (평형) 상수가 된다????즉, k2 ≫ k3일 때, 낮은 KM은 ES의 강한 결합; 높은 KM은 ES의 약한 결합을 의미amylase녹말(아밀로오스 및 아밀로펙틴)이나 글리코겐과 같이 α-결합의 글루코오스로 되어 있는다당에 작용한다. 작용하는 양식에 따라 α-아밀라아제, β-아밀라아제, 글루코아밀라아제의3종으로 나눈다. 녹말에 침을 섞어 따뜻하게 하면 요오드반응이 일어나지 않는데, 그 이유는 침 속의 아밀라아제의 작용 때문이다. 침 1ℓ 속에는 약 0.4g의 아밀라아제가 들어 있는데, 침이나 위액 속의 아밀라아제는 녹말을 가수분해하여 말토오스를 생성하므로 소화작용에 있어서 꼭 필요하다. 아밀라아제는 고등동물뿐만 아니라, 고등식물 ·곰팡이 ·세균 등 자연계에 널리 분포한다. 다카미네[高峰讓吉]는 누룩곰팡이가 배양액에 다량의 아밀라아제를 분비한다는 것에 착안하여 타카디아스타아제(takadiastase)라고 하는 소화제를 만들었다. 또, 어떤 종의 곰팡이의 아밀라아제는 녹말을 거의 완전히 가수분해하여 포도당(글루코오스)으로 변화시키므로 포도당 제조에 이용되고 있다.분광광도법(Spectrophotometry) (환원당을 이용하여 분석..)? 일반적으로 빛(백색광)이 물체에 닿으면 그 빛은 ① 물체의 표면에서 반사 ② 물체의 표면에서 조금 내부로 들어간 후 반사 ③ 물체에 흡수 ④ 물체를 통과하는 빛으로 나누어지는데 물체에 의하여 흡수되는 빛의 양은 그 농도에 따라 다르다. 그러므로 이와 같은 빛의 흡수현상을 이용하면 시료용액 중의 빛을 흡수하는 화학물질의 양을 정량할 수 있다. 이와 같이 시료용액, 또는 적당한 시약을 넣어 발색시킨 용액의 흡광도법이라고 하는데 주로 자외선(ultraviolet, 180~320nm) 및 가시광선 (visible, 320~800) 영역에서 빛의 흡수를 이용한다.?그림 3-1에서 보는 바와 같이 빛이 시료를 통과하게 되면 시료에 의하여 빛이 흡수되기 때문에 빛의 강도는 약해진다. 시료용액을 통과한 빛의 양(transmittance, T)은 흡광물질이 존재하지 않았을 때의 빛의 강도(I0)에 대한 흡광물질이 존재할 때의 빛의 강도(I), 즉 T=I/I0로 표시되기 때문에 빛의 통과율은 항상 1보다 작으며 다음과 같이 %로 표시될 수 있다.

공학/기술| 2004.12.19| 9페이지| 2,000원| 조회(1,136)

효소, 예비보고서, 효소반응속도론

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효소반응속도론결과보고서 평가D별로예요

? 실험결과우리 조에서 한 실험은 Maltose의 standard curve를 구하기 위한 것이었다. 4조의 실험 수치를 우리 조의 실험의 data로 알아낸 standard curve에 대입해야 베타-amylase에 의해 생성된 Maltose의 양을 정확히 알 수 있기 때문에 굉장히 정확한 실험이 요구 되었다.우선 농도를 서로 다르게 한 Maltose와 증류수를 37℃에서 10분간 정치시킨 후 DNS와 반응시켜 OD를 측정하여 Maltose의 standard curve를 작성하였는데 그 결과는 다음과 같다.1) Maltose의 standard curve사용한Maltose 의 양 (mg/mL)O D575 로 측정한 결과0.00.000.20.030.40.090.60.260.80.401.00.43최소 자승법을 이용하여 Y=aX+b에서의 a, b 값을 구할 수 있다. 여기서 구한 a값과 b값에 의해 다음의 식이 얻어졌다. a 값은 0.487714이 되고, b값은 -0.04286이 된다Y =0.487714X-0.04286 ----①이제 위의 식을 통하여 어떤 기질이 효소에 의해 환원되는 Maltose의 농도를 알 수 있게 되었다. 두 번째로 4조에서 실험한 starch solution과 phosphate buffer를 37℃에서 10분간 정치시킨 후( 효소가 가장 잘 반응하는 온도로 만들어 주기 위한 것임) amylase와 1.5분간 반응시킨다음 NaOH로 반응을 정지시킨다. 그러면 1.5분간 amylase가 반응하여 Maltose가 생성될 것이다. 그러나 생성된 maltose의 양을 직접 알아낼 수 없으므로 DNS시료를 취하여 OD값을 측정하였다. 4조의 실험 값은 OD값을 0.5 이내의 법위에서 측정이 가능하도록 각각의 시료를 희석하였다. (OD값이 높을 경우 투과하는 빛이 뒤의 분자를 측정하지 못하고 산란되어 실제 농도보다 낮은 OD값이 나올 수 있기 때문에 시료를 희석하여 앞의 시료가 뒤의 시료를 가리게 되는 것을 방지 하였다.)사용한 starch solution의 양 (g/L)OD 측정량(희석배수)50.175(4배)100.291(8배)150.240(16배)200.312(16배)희석한 값을 곱하면,사용한 starch solution의 양 (g/L)OD 측정량50.7102.328153.84204.992위의 결과를 토대로 해서 ①의 식을 이용하면 실제 생성된 maltose의 양을 알아낼 수 있다. 계산하면 다음과 같다.사용한 starch solution의 양 (g/L)생성된(결과물의) maltose (g/L)51.347104.685157.7862010.148위의 결과를 토대로 해서 반응속도와 activity를 구할 수 있다. 반응한 시간은 1.5분, 즉 90s 이므로 초기반응속도는 다음과 같다.V0(5g/L) = 1.347 g/L / 90s = 0.8982V0(10g/L) = 4.685g/L / 90s = 3.1236V0(15g/L) = 7.786 g/L / 90s = 5.1906V0(20g/L) = 10.148 g/L / 90s =6.7656그리고 Enzyme activity는,product양(mg/ml)*sample양(ml)*(1000㎍/mg)*(1micromol/360.32㎍)*1/1.5 min이므로,사용한 starch solution의 양 (g/L)Enzyme activity(micromol/min)57.47671026.00461543.21712056.3277이제 기질의 농도와 반응속도를 알았으므로 최소자승법을 사용하여 Vmax 와 Km 값을 구할 수 있다. 우선 최소자승법에 필요한 자료값을 구해보면 다음과 같다.X값(1/[S])Y값(1/V0)0.200001.11330.100000.32010.066670.19270.050000.1478최소자승법에 의해서 (Y = aX + b)에서의 a값과 b값을 구하면……a = 6.655643 , b =-0.2498 이 나오는데, .......이럼 안돼는데....ㅠ.ㅠ b값의 음수는 1/v의 음수이고....그럼.....속도가 음수가 나외여......

공학/기술| 2004.12.19| 5페이지| 2,000원| 조회(691)

효소, 결과보고서, 효소반응속도

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Protein analysis

1.실험제목Protein analysis2.실험 목적단백질의 비색정량법으로 가장 많이 사용되고 있는 것이 Lowry법과 Biuret법이며 감도는 각각 1-200ug, 0.25-200mg으로 lowry법이 biuret반응보다 훨씬 좋다.Biuret반응은 biuret이 alkali성 용액중에서 Cu2+ ion 과 반응 하여 보라색으로 되는 것에서 유래한 것이며 peptide결합의 존재에 기인되는 반응이기 때문에 어떠한 종류의 단백질에 대해서도 정색반응을 나타내므로 정량에 응용되고 있다.Lowry등의 고안한 Lowry정량분석법은 용액에 있는 단백질뿐 아니라 건조도나 시료에도 이용될수 있다.특히 이 정량방법은 5㎍/ml 정도의 단백질 양을 정량할 수 있는 대단히 민감한 방법이여서 널리 쓰이고 있다.이 방법에서 사용하는 Folin-Ciocalteau시약에 의한 발색은 비우렛 실험에서와 마찬가지로 단백질과 알칼리성 구리와의 반응과 포스포몰리브덴산 포스포텅스텐산 염들이 단백질에 있는 티로신과 트립토판 등에 의한 환원반응으로 생긴다.색의 세기는 이러한 물질들의 조율에 따라 상당히 다르므로 1mg의 단백질에 대한 색의 세기가 일정하지가 않다.그럼에도 불구하고 이 방법은 미량의 단백질을 효과적으로 측정하는 것이 가능하므로 단백질을 정제하는 과정에 있어서 단백질의 함량변화를 측정하는 데는 매우 유용한 방법이다.lowry법에서 생기는 청색은 뷰렛 반응에서와 같이 구리이온이 펩티드 결합과 반응하는데 기인되며, 포스포몰리브덴 산을 함유하는 착화합물 시약을 단백질에 있는 티로신과 트립토판 잔기들이 환원시키는데도 기인된다.이번 실험에서는 Lowry법의 원리를 이해하고 이 방법을 이용하여 단백질을 정량화한다.3.실험 원리단백질 정량(1)닌히드린 시험: α-아미노산, 펩티드 및 단백질들은 pH 4~8에서, 그리고 100℃ 근처에서 닌히드린과 반응하여 자주색 또는 붉은 자주색의 착색물질을 만든다. 착색물질의 색깔은 아미노산에 따라 다르며, 아미노산인 프롤린과 히드록시프롤린의 경우에는 황색이다.닌히드린 시험은 매우 예민하기 때문에 아미노산 및 단백질의 확인에 보편적으로 쓰일 뿐 아니라 아미노산의 정량에도 쓰인다.(2)Kjeldahl법에 의한 단백질의 정량:보통 단백질의 질소함량은 약 16%(12∼19%)이므로 질소함량을 정량하여 단백질량을 구하는 방법이 고안되어 있다. 단백질 함유시료를 진한황산 중에서 가열분해하면 유기화합물 중의 질소는 암모니아로 되고 황산암모늄으로 반응액 중에 남는다. 분해반응 후 용액을 알칼리성으로 하여 유리하는 암모니아를 수증기와 함께 증류하고 산성용액에 다시 흡수시켜 적정, 비색 등의 방법으로 정량한다. 이렇게 하여 얻어진 암모니아량으로부터 시료 중의 단백질량을 계산하는 방법이 Kjeldahl법이다. 시료 중에 단백질 이외의 함질소화합물이 있는 경우나 질소함량이 매우 많거나 적은 단백질의 경우는 오차가 크게 된다. 이 방법은 감도가 좋고 식품과 같은 단백질 혼합물의 단백질함량을 분석하는데 적당하다.(3)뷰렛반응에 의한 단백질의 정량: 뷰렛은 알칼리성 와 반응하여 보라색의 착화합물을 만든다.두 개 이상의 펩티드 결함을 가진 화합물도 마찬가지로 유사한 착화합물을 만들며 단백질의 경우에는 청자색 또는 적자색을 나타낸다. 이 원리를 이용하여 단백질을 정량한다. 보통 이 방법으로는 약 1~10mg의 단백질을 정량할 수 있지만, 미량 뷰렛법은 양 0.25~2.0mg까지 정량할 수 있는 감도를 가진다. 착화합물의 색은 1~2시간 동안은 안정하지만, 그 이상의 시간에서는 점점 색도가 증가한다.(4)Lowry법에 의한 단백질의 정량: Lowry법에서 생기는 청색은 뷰렛반응에서와 같이 펩티드 결함과 반응하는데 기인되며, 포스포몰리브덴산을 함유하는 착화합물 시약(페놀 시약, Folin 시약, Lowry 시약, Folin-Ciocalteau 시약)을 간백질에 있는 티로신과 트립토판 잔기들이 환원하는 데도 기인된다. 이 방법의 감도는 10~200μg의 단백질량이다.(5)자외선 분광광도법에 의한 단백질의 정량: 뷰렛반응 및 Lowry법에 의한 단백질의 정량은 발색제를 가하여 발색시켜 가시광선 영역에서 측정하는 방법으로는 Warburg-Christian법과 Waddell법이 있다.1. Warburg-Christian법- 이 방법은 280nm 및 260nm에서의 단백질 및 핵산의 상대흡광도에 의해서 단백질의 양을 결정하는 방법이며, 단백질 중의 티로신 및 트리토판 잔기들이 280nm의 자외선을 흡수하는 사실에 바탕을 둔 것이다. 단백질에 따라 이들 잔기의 총수가 크게 다르기 때문에 단백질의 준정량분석에만 이용된다. 그러나 간편할 뿐만 아니라 비교적 예민하고 빠른 방법이다. 시료에 오염된 핵산에 의한 방해가 문제가 되지만, 핵산은 단백질과는 달라서 280nm에서보다 260nm에서 더 강하게 흡광한다는 사실을 이용함으로써 이 문제를 극복할 수 있다. 이 방법의 감도는 0,05~2.0mg 단백질/ml이다.Warburg-Christian은 효모에서 얻은 결장상태의 엔놀라아제와 순수한 핵산을 사용하여 이 두 성분을 여러 비율로 섞은 혼합물들에 대하여 280nm와 260nm에서의 흡광도를 측정하였다. 이에 기초하여 비들과 이에 상응하는 오염된 핵산 함량을 예시하였다.2. Waddell법- 이 방법은 230nm 이하에서 단백질영액의 흡광도가 급격히 증가하는 사실에 근거를 두고 있다. 이러한 흡수를 말단흡수( absorption)라고 하며, 주로 펩티드결합에 기인한다. 이 방법의 감도는 10~100μg 단백질/ml이다.

공학/기술| 2004.12.19| 4페이지| 1,000원| 조회(409)

Protein, 단백질분석, protein analysis

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lipid analysis

1.실험제목lipid analysis2.실험목적지질은 자연계에서 긴사슬 지방산과 glycerol이 결합하고 있는 물질로 물에 녹지는 않지만 acetone, alcohol, chloroform benzene등의 유지 용매에는 녹는다.유지는 알칼리로 가수분해되어 지방산과 글리세롤로 된다(비누화 반응)이들 생성물은 물에 녹는 성질을 가지고 있다. 화학적으로 지질은 단순지질과 복합지질로 대별할수 있다. steroid 및 지용성 비타민도 그의 용해성이 비슷하기 때문에 지질로 간주해서 유도지질이라 부른다.유지는 오랬동안 저장하는 동안에 공기중의 산소 및 미생물의 작용을 받아 산폐하게 되는데, 이 때 불포화 지방산의 아중결합에 상소가 첨가되어 과산화물이 생기게 된다. 이것이 분해하여 탄소수가 적은 유리 지방산이 생기게 되는데 이 유리 지방산이 유지의 품질과 신선도의 기중이 된다. 유리 지방산의 양은 유지 1g을 중화시키는데 필요한 KOH의㎎수로 측정되며 이를 유지의 산 값이라고 한다.이번 실험에서는 유지의 성질을 이해한뒤 유지의 분석법을 익히고 산도를 구한다.3.실험원리1)단순 지질유지(fat and oil) =중성지질(Triglyceride=TG)=지질=glycerol와 지방산이 에스테르 결합한것=glyceridea. 구성 ; 고급지방산 + glycerol(glycerine)b. 분해 ; 산이나 알칼리, 효소로 분해하면 glycerol + 지방산으로 나뉜다.c. 지질이 지용성인 이유 ; 안쪽은 수용성이고 바깥 즉 노출부분이 지용성이므로d. 지방산구조식 ; CH3(CH2)nCOOH 혹은 RCOOH구조 ; 알파(α) 부분은 카르복실기(-COOH)로 시작오메가(ω) 부분은 메틸기(-CH3) 끝남e. 분류지방산의 수, 형태에 따라(glycerol은 공통부분이므로 성질을 결정하지 못하고 지방산에 따라 성질이 달라짐)①길이에 따라짧은 사슬 지방산(short chain fatty acid SCT); 탄소수 4-6개로 이루어진 지방산중간 사슬 지방산(medium chain fatty acid MCT); 탄소수 8-12개로 이뤄진 지방산긴 사슬 지방산(Long chain fatty acid LCT); 탄소수 14-20개로 이뤄진 지방산그 외 매우 긴 사슬 지방산(Very Long chain fatty acid VLCT); 탄소수 22개이상으로 이뤄진 지방산② 포화 정도에 따라(즉, 이중결합 수에 따라)* 포화지방산(Saturated fatty acid SFA) ; 이중결합이 0개, 우지, 돈지와 같은 동물성 기름, 코코넛유, 마가린에 많다.팔미트산(C16:0), 스테아르산(C18:0)* 불포화지방산(unsaturated fatty acid) ; 단일불포화지방산(Mono- MUFA) 이중결합이 1개, 올리브유의 올레산(C18:1;9 ω9)* 다가불포화지방산(Poly- PUFA) ; 이중결합이 2개 이상, 옥수수 기름, 콩기름, 참기름 에 많다 계통적명명 숫자기호 오메가법리놀레산 linoleic acid(C18:2;9,12 ω6)α-리놀렌산 linolenic acid(C18:3;9,12,15 ω3)③ 이중결합의 위치에 따라n-6(ω-6)계 지방산 ; 메틸기로부터 6번째 탄소에서 처음 이중결합이 나타나는 불포화 지방 산 예) 리놀레산(C18:2 ω6),n-3(ω-3)계 지방산 ; 메틸기로부터 3번째 탄소에서 처음 이중결합이 나타나는 불포화 지방 산 예) α-리놀렌산(C18:3 ω3)④ 기하입체배치cis 형 - 천연에 존재하는 불포화지방산의 이중결합 형태로 알킬 사슬의 골격이 45。 굽어지며 이중결합에는 회전의 자유도가 없다 (이와 같이 이중 결합을 가지고 있는 불포화 지방산은 포화지방산에 비하여 구부러져 있으므로 자리를 많이 차지한다)trans 형 - 박테리아, 혹은 버터를 마가린(수소처리)으로 만들 때 생김. 체내에서 포화지방산과 유사한 특성을 갖는다.⑤수에 따라지방산이 한 개인 경우 ; monoglyceride=monoacylglycerol지방산이 두 개인 경우 ; diacylglycerol지방산이 세 개인 경우 ; triacylglycerol⑥형태에 따라단순 글리세라이드(simple glyceride) : R1=R2=R3 즉, 같은 지방산이 glycerol과 결합 한 것 쇠기름은 tristearin, 올리브기름의 triolein혼합 글리세라이드(mixed glyceride) : 두 가지 이상의 다른 지방산과 glycerol 결합, 대부분의 유지 R1≠R2≠R3, R1=R2≠R3, R1≠R2=R3(2) 납(wax)a. 구성 ; 고급 1가 alcohol + 지방산비고) 고급 1가 알코올이란 탄소를 15-20개의 탄소를 가진 알코올b. 성질 ; 동식물체 표면의 물질상온에서 거의 고체물에 잘 안녹는다가수분해가 안되므로 에너지 역할을 못한다.2) 복합지질비고) 유사지방체(lipoid) - 복합지질, 유도 지질(1) 인지질(phospholipid)a. 글리세롤+2개의 지방산 + 인산(PO3), 염기(콜린, 에탄올 아민, 세린, 이노시톨)각각 phosphatidylcholine(=lecitin),phosphatidylaminoethanol(=cephalin),phosphatidylserin,phosphatiylinositolb. 뇌, 신경조직에 많이 존재, 세포막 구성성분c. 종류 ; lecitin - 유화제, 계란 노른자에 있음cephalin - 젖먹이 동물의 뇌, 척추에 있다shingomyelin - (스핑고인지질로서 글리세롤 대신 스핑고신이 있음 )뇌, 신경조직d. 소장내의 인지질중 식품에서 유래되는 것은 1-2g인데 비해 담즙으로 분비된 인지질은 11-12g을 차지(2) 당지질a. 인지질인 shingomyelin의 인산과 cholin 대신에 galactose : gangliosideglucose : cerebrosideb. 뇌조직에 많다(3) 그 밖에함황지질, 아미노지질, 단백지질(지단백질)3) 유도지질(1) steroid ;a. steroid핵을 가지는 물질 ( 스테롤: 스테롤핵을 가지는 물질)b. 2/3는 각종지방산과 ester가 되어 세포의 성분을 구성하고1/3은 유리된 상태로 체액 중에 존재c. 식물성 sterol -ergosterol, sitosterol, compesterol동물성 sterol - cholesterol, 7-dehydrocholesterold. 비타민 전구체ergosterol (provitamin D2) →햇빛→ Vit D27-dehydrocholesterl(provitamin D3) →햇빛→ Vit D3또한 식물성 스테롤은 동물성 스테롤 즉 콜레스테롤의 흡수를 감소시킨다.일반적으로 동물성 유지는 포화지방산을 함유하고 있는데 반해 식물성 유지는 한 개 이상의 이중결합을 가진 불포화지방산을 많이 함유하고 있다.지방질에 속하는 물질들의 구조나 기능은 다양하지만 기능별로 구별하면1. 에너지 저장물질과 운반의 구실을 하는 지방2. 동식물 조직의 보호기능을 하고 있는 밀납,탄화수소,고급알코올들과 같은 비극성 지방질3. 인산지방질,당지방질 스핑고리피드,스테올등과 같이 세포막을 이루고 있는 지방질들4. 비교적 분자량이 작은 스테로이드류, 텐르펜퓨, 프로스타글란딘류, 퀴논류와 같은 생리적 으로 중요한 구실을 하는 지방질들로 구분 되어진다.유지는 오랫동안 저장하는 동안에 공기중의 산소 및 미생물의 작용을 받아 산폐하게 된다.이 때 불포화 지방산의 이중결합에 산소가 첨가되어 과산화물이 생성되며 이것이 분해하여 탄소수가 적은 유리 지방산이 생기게 된다.유지 속에 포함되어 있는 유리지방산의 양은 유지의 품질과 신선도를 나타내는 기준이 된다.유리 지방산의 양은 유지 1g중에 들어있는 유리지방산을 중화시키는데 필요한 KOH의 mg수로 측정되며 이를 유지의 산값이라고 한다.* 산가(酸價, acid value)산가는 유지 중의 유리지방산의 함량을 표시하는 척도이다. 유지를 공기 중에 오래 방치하면 산소, 빛, 세균, 습기 등에 의해 유리지방산이 증가하며 이를 산패(酸敗)라고 하며 불쾌한 냄새를 가지며 심할 대는 독성을 나타낸다. 산패를 방지하기 위해서는 차고 어두운 곳에 보관하여야 하며, 산화방지제를 사용하기도 한다.* 요오드가(Iodine value, IV)지방 100g에 첨가되는 요오드(I2)의 g수를 요오드가라 한다. 불포화지방산을 많이 포함하는 지방은 요오드가가 높다. 요오드가가 높다는 것은 공기 중에 산소를 흡수하여 고화(건조되기 쉬운 정도를 나타낸다.요오드값이 높다는 것은 2중결합의 수가 많다는 것을 의미하며 불포화지방산은 요오드값이 높다.요오드값이 낮으면 단단한 비누가 만들어지고, 요오드값이 높으면 부드러운 비누가 만들어진다. 일반적으로 동물성기름은 요오드값이 낮으며, 식물성기름은 요오드값이 높다. 그러나 예외적으로 코코넛유는 식물성기름임에도 포화지방산의 구성비가 높아서 요오드값이 나다. 타조유는 동물성기름임에도 불포화도가 높다.

공학/기술| 2004.12.19| 6페이지| 2,000원| 조회(582)

실험, 유지분석, lipid

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광합성생물의 배양/ 광합성 생물의 특성분석

1.실험제목광합성생물의 배양/ 광합성 생물의 특성분석2.실험원리광합성 미생물을 키워보고, 광합성을 하는 생물체와 빛이 필요하지 않은 생물체의 배양에 차이가 있는 배지, 빛 광합성 내용을 고찰한다. 다른 세균처럼 OD로 세포의 생장을 측정할 수 없는 이유와 광합성생물의 농도를 COULTER COUNTER를 이용하여 측정, 광합성 생물 전처리후,spectrophotometer를 이용한 chlorophyl양 측정, PAM fluorometer를 이용한 광합성량의 측정을 통하여 광합성량과 생장량의 관계를 분석하여 본다.3.실험원리광합성(Photosynthesis)1. 의미태양에너지가 특정 분자들의 결합에 의해 포도당의 생성에 이용되는 과정??※ 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (△G = + 686kcal/mol; 흡열반응)?2. 광합성의 두 부분??(1) 명반응 (light reaction)빛을 요구하는 반응이며, 계에 에너지를 충전시킴, 태양에너지는 ADP와 NADP+를 각각 ATP와 NADPH로 전환시키는 데에 사용?※ ADP + Pi + NADP+ → ATP + NADPH + H+?(2) 암반응 (dark reaction)빛을 요구하지 않는 반응이며, 계를 원상태로 되될림 ATP와 NADPH는 포도당 생성에 사용된 후 원래 상태로 되돌아감 ????????※ CO2 +H2O + ATP + NADPH + H+ → C6H12O6 + ADP+Pi + NADP+3. 비순환적 과정※ 비순환과정의 모식도 설명???① 광입자(photon)는 광계Ⅱ(PSⅡ)에 있는 전자(electron)를 흥분시킴???② 들뜬 광계Ⅱ(PSⅡ)의 전자가 Cytb6f 복합체의 전자전달계로 이동???③ 광계Ⅱ(PSⅡ)의 전자를 재충전하기 위하여 물을 분해하여 전자를 공급받음???④ 광계Ⅱ(PSⅡ)의 들뜬 상태의 전자의 자유에너지를 이용하여 스트로마의 양성자를틸라코이드 공간으로 유입(전자의 흐름이 양성자를 틸라코이드 내부로 들어오게 하여 화학삼투적 기울기인 양성자구동력 설명??① NADPH를 생성하지 못하는 대신 광계Ⅰ(PSⅠ)의 전자의 에너지를 이용해 스트로마로부터 틸라코이드 공간으로 양성자를 펌프함??② 틸라코이드막에 존재하는 CF0CF1 ATP synthase에서 ATP 생성만 진행??③ 암반응이 산화된 NADP+를 명반응으로 되돌려 보낼 때까지 계속?5. 캘빈회로(Calvin cycle)??6. 광호흡(photorespiration)탄소고정효소인 루비스코(Rubisco)는? CO2뿐만 아니라 O2하고도 결합되어질 수도 있다.? CO2와 결합되어지면 캘빈회로를 정상적으로 작동시켜 당을 합성하지만? CO2 농도가 일정수준 이하로 감소되어지면 O2와 결합되어져 캘빈회로에서 글리콜산(glycolate)을 만드는 광호흡이 일어나게 된다.? 이후 글리콜산은 엽록체에서 빠져 나와 세포질에 존재하는 퍼옥시솜(peroxisome)이라는 미소체(micobody)로 들어가 글리옥실산으로 전환되어지고 이 글리옥실산은 다시 미토콘드리아로 들어가 CO2와 PGA로 전환되어지는데, 이 때 CO2는 방출되고 PGA는 연료로 사용되어진다.?반면 C4와 CAM 식물은 최초 CO2고정효소가 루비스코(Rubisco)가 아니라 PEP carboxylase로서 거의 광호흡이 일어나지 않아 효율적인 탄소고정을 한다.coulter counter전기저항법 이라고도 불리는 이 측정원리는 다음과 같습 니다. 그림에서와 같이 Aperture tube라는 작은 구멍이 있는 유리관 내부와 외부에 각각 1개의 전극이 있고 전 해질을 통해 전류가 흐르게 됩니다.이때 전류는 유리관에 있는 작은 구멍을 통해서만 흐르 게 됩니다.전해질에 분산되어있는 입자가 이 구멍을 통과하게되면 순간적으로 저항의 변화가 생기게 됩니다. 이 저항은 입 자의 크기(부피)가 클수록 커집니다.저항의 변화는 곧 전압 의 변화이며 이 전압의 변화는 펄스로서 나타나게 됩니다. 이 펄스의 개수와 크기를 통 해 입자의 개수와 크기를 측정할 수 있습니다.1. 입자의 부피를 기준으로 구로 환산된 크기를 구하기 때대한양자수율도유사하게정의할수있으며, 한 경로에 대한Φ는 0 (그경로를통하여들뜬에너지가소멸되지않을때)에서 1.0 (모든 들뜬에너지가 그 경로로만 소멸될때)의 값을 가질 수 있다. 또한 전체 가능한 경로에 대한 양자수율의 합은 1.0이다. 건강한 잎에서 뽑은 엽록체에 약한광을 쪼이면, 광화학의양자수율은약 0.95이고, 형광의양자수율은 0.05이거나 더 낮으며, 그 외의 과정의 양자수율은 무시할 정도이다. 그러므로들뜬엽록소분자에서빛의흡수에서얻어진에너지는거의대부분이광화학반응을수행하는데사용되며, 따라서이러한엽록소에서형과은매우약하게방출된다.형광유도과정과광합성효율엽록소에서 방출되는 형광은 광합성 초기광화학반응에 사용되지 못한 빛에너지의 일부가 다시 빛으로 방출되는 것이다. 이와 같이 버려지는 에너지로서 형광은 식물에게는 쓸모가 없으나 광화학반응이 감소하면 형광이 증가하며 반대의 경우에는 증가하는 상보적인 양상을 보이므로, 형광의 측정 및 분석을 통하여 광합성기구의 구조 및 기능의 변화를 민감하게 알 수 있다.잎을 어두운곳에 두어 적응(암적응)이 된, 다시말하면 전자전달과정의 전자운반체들이 산화된 상태의 식물잎에 빛을 쪼이면 그림 2와3과같이 형광이 증가하였다가 감소하여 정류 상태(steady state)에 도달하게 된다. 이 현상을 Kautsky 효과 또는 형광유도(fluorescence induction)과정이라고 부른다. 그림 2는형광유도과정의 빠른 형광증가곡선을 보여주며, 극대치(p)에 이르기까지 보통 2-3초 걸린다.그림 2에서 보듯이 형광유도곡선의 변곡점들을 O, I, D, P로 명명하였다. O는 QA가 아직까지 완전히 산화되어 있는 상태 (이 level에서 Fo가결정-뒤에설명), O-I로의 형광증가는 QA의 환원에 기인하고 I-D로의 감소는 QA에서 QB로의 전자전달에 의한것이고 P로의증가는 PQ pool이 급격하게 환원되므로 일어난다.그림 3에서와 같이 P형광에도달한형광은수분간서서히감소하여정류상태에이러면, 이과정의변곡점들은 P, S, M, T로 명명된다. 그림달상태의 변화와 함께 광합성외적인 요소들도 복합적으로 관여한다고 본다.빛이 매우 약할 때 잎에 빛을 비추면 형광이 그림 2의 O수준까지 순간적으로 증가하였다가 일정한 값을 유지하는데 이를 초기형광(Fo)(initial, constant or prompt fluorescence)라고 한다. 이때 반응중심은 모두 빛에너지를 받을 준비가 되어있는 상태 즉 열린상태에 있다. Fo 광보다 강한 광을 비추면 그림 2와같은 형과유도곡선을 보이며 포화광을 비추거나 DCMU나 diuron계의제초제를 처리하여 전자전달계를 차단하면 광화학반응이 일어날 수 없기 때문에 형광은 그림 2의 CA지역 아래경계선과 같이 급격히 증가한 후 최대치를 보이게되고 이때의 형광값을 Fm이라고 한다. 이때 반응중심의 전자수용체는 모두 환원된 닫힌상태로 있다.빛이 약할 때 엽록소가 흡수한 빛에너지는 광합성에 거의 이용되지 못하고 형광으로 방출된다. 안테나로서 기능을 수행할 수 없는 즉 반응중심에 에너지전달을 할 수 없는 엽록소분자들이 많아지면 Fo값이 증가한다. 일반적으로 식물이 스트레스(특히 heat stress)를 받을 때 Fo가 증가한다. 스트레스를 받은 식물에서는 보통 Fm의 감소도 보여준다. 이들 두 값은 엽록소의 함량이 많으면 큰값을 나타내므로 잎의 두께나 나이에 따라값에 차이가 있으므로 두값의 비, 즉 Fm/Fo를 스트레스지표로 사용한다.Fm에서 Fo를 뺀값을 Fv(maximum variable fluorescence)라하며 Fv을 Fm로 나눈값은 광화학반응에 대한 양자수율의 최대치를 의미한다. 다시말하면 이 값은 식물잎의 광합성을 수행할 수 있는 최대값 즉 잠재력을 의미한다.이해를 돕기 위하여 다시설명하면 PS II 형광에 대한 양자수율은 아래와 같다= kF / ( kF + kP + kT + kD ),= A * ΦFo (Fo 상태의 PS2 형광에 대한 양자수율)+ (1-A) * ΦFm (Fm 상태의 PS2 형광에 대한 양자수율),여기서 kF, kP, kT, kD 각각은 현광, 광화학반응 kP /( kF + kP + kT + kD ) = ΦPS2 Photochemistry= 1 - Fo/Fm = (Fm - Fo)/Fm = Fv/Fm.이상과 같이 Fv/Fm은광합성이 최대한 효율로 운영(포화광에서 형광이 Fo값으로 나오는 이상적인 상태)될 때의 PS2 광화학반응에 대한 양자수율을 의미한다. 따라서 이 값을 PS2 광화학반응에 최대 또는 잠재적(potential) 양자수율 이라고 부르며, 보통 광합성을 전문적으로 다루지않을 문헌에서는 광합성효율(photochemical efficiency)이라고 부르기도 한다. 스트레스정도를 보여주면서 이와 같은 의미도 가지기 때문에 Fv/Fm은 스트레스생리학을 포함하여 광합성 연구분야에서 가장 널리 이용되는 지표이다.형광유도과정의 분석과 광합성연구광합성은 식물의 매우 기본적인 대사과정이다. 엽록소형광지표인 Fv/Fm을 측정하면 광합성효율을 알 수 있음을 보았다. 엽록소형광은 주로 광계 2에서 방출되기 때문에 Fv/Fm은 광계 2의 효율을 반영한다.이와 같이 엽록소형광은 주로 광계 2의 상태를 반영하지만 그림 2에서 보여주는 형광유도곡선의 모양은 광계 2 초기광화학반응 다음에 일어나는 광계 1을 포함한 모든 명반응 과정, 암반응과정에 영향을 받는다. 그리고, 세포내대사과정은 모두 복잡하게 얽혀있으므로, 광합성이외의 다른 주요 기능의 장애는 바로 광합성기능의 장애로 나타나기 때문에 형광유도과정의 측정으로부터 몸속의 이상을 청진기로 조사하듯 이 식물의 건강상태를 진단할 수 있다.이와 같이 형광유도과정은 광합성기구의 구조 및 기능뿐만 아니라 주변환경의 변화를 모두 매우 민감하게 반응하기 때문에 그 곡선의 변화를 모두 해석하기가 쉽지않다. 그러나, 이번 실습과정에서 깊게 다룰 수는 없지만 형광유도과정을 정밀히 분석하면 매우 많은 정보를 얻을 수 있다. 내포하고있는 정보가 많기 때문에 모두 이해하기가 복잡하고 어렵지만, 아래에서 다루는 바와 같이 기본적으로 중요한 정보들을 쉽게 얻을 수 있고, 적절한 분석기술을 확보하면 매 된다.

공학/기술| 2004.12.18| 7페이지| 2,500원| 조회(763)

광합성, 생물공학, 배양

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