기말고사 7번 문제 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 환경공학과 20021455 이승후.

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1 기말고사 7번 문제 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 환경공학과 이승후

2 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
Monod Equation

3 위의 그림과 같이 세포 배양시 비성장 속도와 기질 농도 간의 관계는 종종 포화 현상을 갖는 형태를 취하게 된다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 위의 그림과 같이 세포 배양시 비성장 속도와 기질 농도 간의 관계는 종종 포화 현상을 갖는 형태를 취하게 된다. 이 때 단 하나의 화학물질 S가 생장을 제한하는 것으로 사정할 때(즉, S의 증가는 생장 속도에 영향을 미치는 반면 다른 영양소들의 농도 변화는 영향을 미치지 않는다.) 이 반응과정은 효소반응 과정과 비슷하다. 세포를 다루는 시스템에 적용될 경우 이 반응과정은 Monod 식으로 설명될 수 있다.

4 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
μg = μmS / Ks + S 여기서 μm은 S>Ks일 때의 최대 생장 속도이다. 내인성 대사가 무시할 만한 경우 μnet = μg이다. 상수 Ks는 포화 상수 또는 반속도 상수로 알려져 있으며 비성장 속도가 최대값의 반이 될 때의 제한 기질의 농도와 같다.

5 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.

6 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
이는 Michaelis-Menten 반응과정을 따르는 하나의 효소 시스템이 S의 섭취에 관여하고 해당 효소의 양 또는 활성이 생장을 제한할 정도로 충분히 낮다는 전제 조건으로부터 유도된다. Monod 식은 생장이 느리고 세포 농도가 낮은 경우에 국한하여 기질 제한 생장 현상을 설명한다. 이러한 경우 환경 조건들은 단순히 S와 연관될 수 있다.

7 Blackman 식 : μg = μm, if S ≥ 2Ks μg = μm / 2Ks * S, if S < 2Ks .
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 기질 제한 생장기를 설명하기 위해 다른 식들도 제안되었다. μ-S 곡선의 모양에 따라 이 식들 중의 하나가 다른 것들 보다 더 적합한 것으로 나타날 수 있다. 다음의 식들이 Monod 식의 대안이다. Blackman 식 : μg = μm, if S ≥ 2Ks μg = μm / 2Ks * S, if S < 2Ks . Tessier 식 : μg = μm(1-e-KS) . Moser 식 : μg = μmSn / Ks + Sn = μm(1 + KsS-n)-1 Contois 식 : μg = μmS / KsxX + S

8 이들 식 중 Moser 식이 가장 일반적인 형태이며 n = 1 일 때 Monod 식과 똑같다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 이들 식 중 Moser 식이 가장 일반적인 형태이며 n = 1 일 때 Monod 식과 똑같다. 한 개 이상의 기질이 잠재적으로 생장을 제한할 경우에 사용할 올바른 속도식은, 앞으로 해결해야 할 의문사항이다. 그러나 대부분의 경우 상호작용이 없다는 접근 방식이 가장 잘 맞는다. 효소 동역학은 보다 복잡한 속도식을 도출한다. 이 복잡한 속도식은 단순한 반응이 아니며 단순 속도식 또는 단순한 반응차수를 산출하지 않는다.

9 Michaelis-Menton 효소 동역학의 전형적인 경우는 2단계 반응 기작을 수행한다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. Michaelis-Menton 효소 동역학의 전형적인 경우는 2단계 반응 기작을 수행한다.  여기서, E는 효소, S는 기질, ES는 효소-기질 화합물, P는 반응의 생성물 효소는 반응속도를 촉진시키는 촉매제이지만(낮은 활성 에너지) 반응에 소모되지는 않는다.

10 ES 화합물의 형성 속도는 속도상수의 세 가지 반응 모두를 의미한다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. ES 화합물의 형성 속도는 속도상수의 세 가지 반응 모두를 의미한다. 그리고 생산물의 형성 속도는 ES화합물의 1차식이다.

11 정상상태 (d[ES]/dt = 0, k3 << k2)라고 가정하면
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 정상상태 (d[ES]/dt = 0, k3 << k2)라고 가정하면 시스템내의 총 효소를 (E + ES)라고 간주하면, E = ET - ES 로 표현되어진다. 그 다음 식에서 E에 대해 대입 및 정리한다.

12 위 식의 ES를 식에 대입하면, 다음 식을 유도한다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 위 식의  ES를 식에 대입하면, 다음 식을 유도한다.

13 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
생성물 P가 세포합성(세포 생물량)이라면, k3[ET]는 생성물의 최대증가속도를 나타내며, Michaelis-Menton 식에 대한 최종식은 다음과 같다.

14 기질농도가 낮을 때(S<< KM), 2차 반응식화된다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 이 식은 1차반응과 2차반응의 중간단계이다. 기질농도가 낮을 때(S<< KM), 2차 반응식화된다.

15 기질농도가 높을 때(S>>KM) 1차 반응식화된다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 기질농도가 높을 때(S>>KM) 1차 반응식화된다.

16 제한 영양소, 빛, 온도에 대한 조류 성장속도에 대한 반응곡선
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 제한 영양소, 빛, 온도에 대한 조류 성장속도에 대한 반응곡선

17 병렬 전자 저항 analogue에 대한 식을 평가해 오고 있다 :
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 병렬 전자 저항 analogue에 대한 식을 평가해 오고 있다 : 여기서 = 총 제한 성장율, T-1 = i번째 영양소로 인한 제한 성장율, T-1 그리고 곱셈 analogue는 다음과 같다. :

18 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
곱셈 analogue는 성장을 훨씬 더 제한하지만(일반적으로 성장률이 더 낮다.), Great 호수 식물성 플랑크톤 집단에 적용되는 타당한 방법중의 하나이다.

19 교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라.
예제 5.2 아래에 주어진 세 가지 다른 방법으로, Great 호수에서의 제한영양염 농도와 추정 총성장율(Overall Growth Rates)을 구하고 규조류(식물성플랑크톤)의 성장률을 결정하라. 최대성장율은 1.0/day로 가정한다. a. Liebig's의 최소법칙 b. 전기저항유추법 c. 곱셈 알고리즘(Multiplicative algorithm)

20 풀이 : a. Liebig의 최소법칙에 따라 Monod 반응역학식을 가지고 계산하면
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. 풀이 : a. Liebig의 최소법칙에 따라 Monod 반응역학식을 가지고 계산하면 Liebig에 따르면, 최소성장율(minimum growth rate)은 총성장율의 결과 중에서 적당하게 결정된다. 그 해답은 0.2 d-1 즉, 인을 제한요소로 규조류의 성장률이 결정된다.

21 세 가지 영양염은 모두 총성장율에 영향을 미친다. 그 결과, (a)에서 나타난 최소값보다 낮게 예측되었다.
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. b. 전기저항유추법 : 세 가지 영양염은 모두 총성장율에 영향을 미친다. 그 결과, (a)에서 나타난 최소값보다 낮게 예측되었다.

22 c. 곱셈 알고리즘(Multiplicative algorithm):
교과서에 나타난 바와 같이 Monod식을 유도한 후, 그림등을 이용하여 설명한 후, Monod식의 적용 예(특히 지배방정식 포함)에 대하여 서술하라. c. 곱셈 알고리즘(Multiplicative algorithm): 곱셈알고리즘은 세 가지 영양염을 제한 요소로 사용한다. 그 결과 성장률은 세 가지 방법 중에서 가장 낮게 예측되었다.