일반생물학 및 실험(1) - 기질농도, 효소, 온도에 따른 효소의 반응속도 관찰 보고서

1. 실험제목 날짜

기질농도, 효소, 온도에 따른 효소의 최적의 반응조건을 알아보기 위한 효소 반응 시간 관찰 실험으로 2023 년 3월 30일 실험을 수행하였다.

 

2. 실험목적

pH, 기질농도, 온도를 바꾸어 효소의 반응속도를 측정하여 가장 빠르게 반응이 일어나는 조건을 찾는다. 또한, Michaelis-Menten Kinetics를 이해하고 실험결과를 적용하여 최대 반응속도의 절반의 속도일때의 기질의 농도, 즉, Km의 값을 유도한다.

 

3. 실험결과

 

- pH9에서 효소의 반응이 가장 큰 것이 관찰되었다.

- ICE 온도에서 효소의 반응이 가장 큰 것이 관찰되었다.

- 기질의 농도가 20%일 때 효소의 반응시간지수가 가장 큰 것으로 관찰되었다.

 

4. Discussion

실험원리 및 사전이론

 

효소: 효소는 주로 단백질이며 기질에 달라붙어서 특정 화학반응이 빨리 일어나도록 도와주는 역할을 한다. 이때 효소는 기질에서 일어나지 않는 새로운 화학반응을 일으키는 것이 아니고 일어나고 있는 화학반응을 더욱 빠르게 진행시킨다. 이때 미하엘리스-멘텐 식에 따라 기질의 농도에 따른 효소의 반응속도를 예측할 수 있다. 미하엘리스-멘텐 식에 따르면 기질의 농도가 증가하여도 반응속도는 특정한 값(최대반응속도)을 넘지 않는데, 이때, 최대반응속도의 절반의 반응속도일때의 기질농도를 Km 이라고 한다.

 

효소의 반응속도의 간접적 관측: 카탈레이스 효소는 과산화수소를 물과 산소로 분해하므로 산소가 발생하게 되는데 정량적인 산소발생량의 측정은 복잡하고 정밀한 장비를 요하므로 비누성분(SDS)을 용액에 첨가하여 발생한 산소가 용액 속 비누성분을 밀어내는 정도를 시험관의 눈금으로 측정하는 간접적 방법을 사용하였다. 이때 글리세롤을 첨가하여 비교적 오래 유지되는 거품을 만들어 관찰에 용이성의 도모하였고, 또한 글리세롤 산소가 비누거품을 통과하여 유출되는 것을 방지하여 실험의 신뢰성을 향상시켰다.

 

카탈레이스:인체의 치명적인 영향을 끼칠 수 있는 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 효소이며 감자즙에서 추출이 가능하다.

 

결과분석

pH의 농도를 점차 증가시켜 (알칼리화 시켜) 관찰한 결과, pH9에서 가장 빠른 반응을 보였다. 따라서 주어진 데이터로는 pH9에서 가장 변화가 크다는 사실을 관측하였다.

 

온도의 경우 섭씨 0도씨 부근에서 가장 효소가 활성화되는 것이 관찰되었으며, 온도를 증가시킬수록 효소의 활성도는 대체로 비례하며 감소한다는 사실을 관측하였다. 이는 효소의 단백질 구성에 열에 의해 파괴되어 특정 효소로써의 기능을 수행하지 못하는 것으로 사료된다.

 

기질 농도에 따른 효소의 반응성을 실험한 결과 20%의 기질농도에서 가장 효소의 반응성이 높은 것으로 관찰되었다. 이는 기질의 농도가 높을수록 효소의 반응성도 높아지는 미하엘리스-멘텐 식의 그래프의 개형을 따르지 않는 결과이다.

 

위의 세가지 결과를 종합하며 pH9일 때 섭씨 0도씨 근처에서 20%의 기질 농도에서 효소의 활성도가 가장 큰 것으로 나타났다

 

5. Further Study

1) 효소의 종류 중 카탈리스트는 어떤 분류에 속하는가?

 

-효소의 종류

1.  Oxidoreductases : 이 효소들은 전자들을 이동시켜 산화-환원 반응을 촉진하다.
2.  Transferases : 이 효소들은 인산염이나 메틸등을 운반을 촉진하다.
3.  Hydrolases : 이 효소들은 물과 함께 분자의 분해를 촉진하다. 대표적인 예로 음식의 소화가 있다.
4.  Lyases : 이 효소들은 물을 사용하거나 발생시키지 않고 분자의 결합을 끊는 반응을 촉진 한다. 카탈레이스는 이 효소 분류에 속한다.
5.  Isomerases :이 효소들은 분자내 원자의 위치를 이동시킨다. 글루코스에서 프럭토스의 전환이 대표적인 예이다.
6.  Ligases : 이 효소들은 두 가지 분자가 서로 결합하는 것을 촉진하다. 

2) 실험 과정에서 과산화수소가 담긴 시험관에 SDS 와 글리세롤을 첨가하는 이유는 무었인가?

 

카탈레이스 용액이 과산화수소의 분해를 촉진시켜 물과 산소가 발생된다. 발생된 산소의 발생량을 측정하기 위해 비누성분 즉, 계면활성제의 한 종류인 SDS (로릴 황산 나트륨)을 첨가하여 거품이 시험관을 따라 상승하는 것을 육안으로 관측하여 간접적으로 산소의 발생을 측정하였다. 이때, 글리세롤을 추가하여 거품에 점성을 더하여 산소가 거품을 빠져나가 유출되는 것을 방지하여 비교적 정확한 실험 결과를 도출해 낼 수 있었다.

 

6. reference

• Kempbell 생명과학 12판
• 네이버 지식백과, 화학대백과
• 네이버 지식백과, 화학용어사전
• 네이버 지식백과, 식품과학사전
• 두산백과 두피디아 -Britannica encyclopedia