LOGO MBL을 활용한 생물실험 경기과학고 이정현

오늘의 실험주제 MBL의 소개 및 장치설정 2. 실험: 기질의 농도와 카탈라아제의 활성도 3. 실험: 호흡운동의 조절요인 4. 보고서 제출 및 정리

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 호기성 생물 → 대부분 카탈라아제를 가짐 네 개의 폴리펩티드 사슬로 이루어진 4차 구조 활성화 에너지를 낮춤 → 반응 속도를 증가시킨다. 세포에서 대사과정의 결과 생성되는 유독 물질의 축적을 막음 참고 : www.science-projects.com/catalasekinetics.htm

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 본 실험에서의 효소의 반응속도 = 초기 기울기 참고 : www.science-projects.com/catalasekinetics.htm

E + S ↔ ES → E + P 기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 효소에 대하여 Click to add text to your presentation E + S ↔ ES → E + P E : 효소(enzyme) S : 기질(substrate) ES : 효소-기질 복합체 P : 생성물(products) 참고 : www.science-projects.com/catalasekinetics.htm

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 효소가 관여하는 반응의 특징 대부분의 효소의 변성시작점 → 40~50℃ 정도 일반적으로 염의 농도가 0.9%일 때 가장 빠른 반응속도 대부분 중성 정도의 pH에서 가장 활성화 낮은 pH → 효소를 구성하는 아미노산의 작용기와 H+ 이온의 결합비율이 높아짐 → 효소의 입체구조 변형 KCN이나 큐라레(curare) 등 : 필수 효소의 활성부위를 방해하는 억제제 계면활성제, 유기용매 등 : 폴리펩티드 사슬을 풀어버리는 억제제 참고 : www.science-projects.com/catalasekinetics.htm

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 효소의 활성도에 영향을 미치는 몇가지 요인들 염(salt)의 농도 pH 온도 활성제/억제제 0.9% 중성 pH 일부 효소는 아주 낮은 pH(펩신) 40℃ 이하 활성제 억제제 : 유기용매, 계면활성제, KCN, Curare 등 참고 : www.science-projects.com/catalasekinetics.htm

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험목표 Click to add text to your presentation 기체압력센서를 사용하여 시험관 내의 O2 발생에 따른 압력변화를 측정할 수 있다 1 기질의 농도에 따른 효소의 활성도와 반응 속도를 결정할 수 있다 2

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험 전 준비 : 효모액 배양 Catalase Source : 효모, 간조직(닭, 소), 생강뿌리, 감자 등 효모액 준비(활성화 과정) ① wet yeast 준비 ② 1% Sucrose 용액 준비 (37℃) ③ 5g wet yeast + 1% Sucrose 용액 100mL ④ 효모액을 35~40℃의 Water bath에 10분간 정치 주의사항 ① wet yeast는 1% sucrose 용액에 손가락으로 미리 풀어서 균질하게 ② 막걸리 냄새, CO2 거품 등이 확인되면 효모 활성화 끝 ③ 수온이 20℃이하로 떨어지지 않으면 남은 시간동안 충분히 실험가능 ④ 활성화된 효모액은 당일 사용으로 끝마쳐야 함

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험과정 Pressure Gas 1 센서 영점설정 2 효모액 첨가 (1방울) 3 데이터 수집 4 최신실행값 저장 5 H2O2 농도별로 반복

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 센서 영점설정 튜브에 H2O2 4mL를 넣은 후, 마개를 돌려막고 영점설정하세요. 실험과정 Pressure Gas 1 센서 영점설정 2 효모액 첨가 (1방울) 3 데이터 수집 4 최신실행값 저장 5 H2O2 농도별로 반복

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험과정 Pressure Gas 효모액 첨가 마개를 다시 연 후, 스포이드를 이용하여 효모액을 한 방울만 똑! 떨어뜨린 후, 재빨리 마개를 돌려막으세요. 1 센서 영점설정 2 효모액 첨가 (1방울) 3 데이터 수집 4 최신실행값 저장 5 H2O2 농도별로 반복

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험과정 Pressure Gas 1 센서 영점설정 데이터 수집조건 Sampling time : 60s Sampling rate : 0.2s/sample 2 효모액 첨가 (1방울) 3 데이터 수집 4 최신실행값 저장 5 H2O2 농도별로 반복

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험과정 Pressure Gas 1 센서 영점설정 2 효모액 첨가 (1방울) 최신실행값 저장 3 데이터 수집 4 최신실행값 저장 5 H2O2 농도별로 반복

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 실험과정 Pressure Gas 1 센서 영점설정 2 효모액 첨가 (1방울) 3 데이터 수집 반복실험 5%, 10%, 15%, 20%, 25% H2O2 에 대해서도 동일한 실험을 반복수행합니다. 4 최신실행값 저장 5 H2O2 농도별로 반복

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 데이터 분석 Click to add text to your presentation 각 그래프의 초기 기울기를 구한다. kPa/s 1 1분간 변화율을 구한다. kPa/s→kPa/min 2

기질의 농도에 따른 Catalase의 활성도 측정 데이터 정리 기질의 농도와 초기 반응속도 단위 : kPa/min 1% 5% 10% 15% 20% 25% 조 별 전체평균 교탁의 컴퓨터에 조별 데이터를 입력하신 후, 엑셀을 이용하여 그래프를 작성하세요.

호흡운동의 조절요인 호흡의 조절 참고 : Life – The Science of Biology, 7th edition

호흡운동의 조절요인 호흡의 조절 Click to add text to your presentation 호흡 : 신경계의 자율적인 조절 호흡 조절의 중추 : 뇌간(brain stem) 목 부위의 척수(연수)가 손상 → 호흡 정지 연수와 척수 사이 손상 → 호흡 정지 흡기 : 연수의 신경충격 발생에 의한 능동적 과정 호기 : 연수의 신경충격 상쇄에 의한 수동적 과정 참고 : Life – The Science of Biology, 7th edition

호흡운동의 조절요인 호흡의 조절 Click to add text to your presentation 호흡 : 신경계의 자율적인 조절 호흡 조절의 중추 : 뇌간(brain stem) 목 부위의 척수(연수)가 손상 → 호흡 정지 연수와 척수 사이 손상 → 호흡 정지 흡기 : 연수의 신경충격 발생에 의한 능동적 과정 호기 : 연수의 신경충격 상쇄에 의한 수동적 과정 뇌간이란? 뇌에서 좌우 대뇌반구 및 소뇌를 제외한 나머지 부분 참고 : Life – The Science of Biology, 7th edition

호흡운동의 조절요인 되먹임 정보 참고 : Life – The Science of Biology, 7th edition

호흡운동의 조절요인 되먹임 정보 연수로부터 호흡 근육으로 신경신호가 전달 대동맥 소체와 목동맥 소체 : 혈중 O2의 분압에 민감 그러나, 포유류는 혈중의 산소 수준에는 그다지 민감하지 않음 연수 : 혈중 CO2 분압에 민감. 민감부위는 연수의 앞쪽 표면 연수에 존재하는 호흡 조절 영역(breathing control area) : 심장으로부터 나오는 큰 혈관의 화학수용기로, 보다 상위의 뇌영역, 그리고 연수표면의 화학수용기 등으로부터 정보를 입력받음 참고 : Life – The Science of Biology, 7th edition

호흡운동의 조절요인 1 2 실험목표 Click to add text to your presentation 들숨과 날숨에 잔류하는 산소의 농도를 측정하기 위해 O2 Gas Sensor를 사용한다. 1 혈중 CO2 분압이 호흡률에 어떤 영향을 주는지 알아본다. 2

호흡운동의 조절요인 선행질문 다음의 질문에 먼저 답해볼까요? 나는 얼마나 오랫동안 숨을 참을 수 있을까요?   나는 얼마나 오랫동안 숨을 참을 수 있을까요? 숨을 참고 있을 때, 폐포 속의 O2와 CO2 분압에는 어떤 변화가 있을까? 평균적으로, 사람들은 1분 정도 호흡을 멈출 수 있다. 그러나, 2-3분 까지는 숨을 참지 못한다. 그 이유는 무엇일까?

호흡운동의 조절요인 1 2 3 4 5 실험과정 장치꾸미기/센서보정 데이터 수집(조건1) 최신실행값 저장 데이터 수집(조건2) 데이터 분석

호흡운동의 조절요인 장치 꾸미기 센서 보정 : 산소 농도를 20.8%로 보정(calibration)합니다. 실험과정 1 장치꾸미기/센서보정 2 데이터 수집(조건1) 3 최신실행값 저장 4 데이터 수집(조건2) 5 데이터 분석

호흡운동의 조절요인 1 2 3 4 5 실험과정 데이터 수집 : 보통의 조건 피실험자는 숨을 최대한 들이마신 후, 더 이상 참기 힘들때 봉투를 열고 힘껏 불어넣는다. 그리고 봉투를 손으로 꽉잡고 있는다. Sampling time : 300s Sampling rate : 1s/sample 1 장치꾸미기/센서보정 2 데이터 수집(조건1) 3 최신실행값 저장 4 데이터 수집(조건2) 5 데이터 분석

호흡운동의 조절요인 1 2 3 4 5 실험과정 장치꾸미기/센서보정 최신 실행값 저장 데이터 수집(조건1) 최신실행값 저장 데이터 수집(조건2) 5 데이터 분석

호흡운동의 조절요인 1 2 3 4 5 실험과정 장치꾸미기/센서보정 데이터 수집(조건1) 데이터 수집 : 과환기/재호흡 피실험자는 과환기 또는 재호흡 후, 숨을 최대한 들이마신다. 그리고 더 이상 참기 힘들때 봉투를 열고 힘껏 숨을 불어넣는 후 봉투를 손으로 꽉잡고 있는다. Sampling time : 300s Sampling rate : 1s/sample 3 최신실행값 저장 4 데이터 수집(조건2) 5 데이터 분석

호흡운동의 조절요인 1 2 3 4 5 실험과정 장치꾸미기/센서보정 데이터 수집(조건1) 최신실행값 저장 데이터 분석 호흡정지시간, 산소농도 변화량 등을 분석한다. 4 데이터 수집(조건2) 5 데이터 분석

호흡운동의 조절요인 데이터 분석 Click to add text to your presentation Examine button을 클릭한 후, 각 지점의 산소 농도와 시간을 분석한다. 1 2 호흡정지시간, 산소농도 변화량 등을 기록한다.

호흡운동의 조절요인 데이터 정리 호흡정지시간 및 산소량 변화 호흡정지 시간(s) 산소농도(%) Max Min 변화량 보통의 조건 과환기 조건 재호흡 조건 교탁의 컴퓨터에 조별 데이터를 입력하신 후, 엑셀을 이용하여 그래프를 작성하세요.

수고하셨습니다. 보고서파일은 당일 제출합니다. (반장선생님 협조) e-mail: wolziplove@paran.com