[일반생물학실험]온도와 pH가 효소작용에 미치는 영향 1부

 

실험 목적

1. 온도의 변화에 따른 단백질 분해 효소의 활성 변화를 이해한다.

2. pH의 변화에 따른 단백질 분해 효소의 활성 변화를 이해한다.

3. 효소의 특징을 이해한다.

 

실험 이론 및 원리

1. 서론

효소는 생체촉매로써 화학 반응을 촉진시키는 물질이다. 특별히 생물체 내에서 이러한 촉매의 역할을 하는 것을 효소라고 부르며 단백질로 이루어져 있다. 촉매는 화학 반응에서 자기 자신은 변하지 않으면서 화학 반응의 속도를 변화시키는 물질이다. 일반적으로 화학반응에서 반응물질 외에 미량의 촉매는 반응속도를 증가시키는 역할을 한다. 

생물체 내에서 일어나는 화학반응도 촉매에 의해 속도가 빨라진다. 촉매는 정촉매와 부촉매로 나누어지는데, 정촉매는 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 하는 촉매이고, 부촉매는 활성화 에너지를 높여 반을 속도를 느리게 하는 촉매이다. 효소는 기질특이성을 가지고 있다. 효소가 작용하는 반응물을 효소의 기질이라고 한다.

효소에는 기질과 결합하는 자리인 활성 부위가 있으며 이와 같이 효소가 특정한 구조를 갖는 기질에만 작용하는 것을 기질 특이성이라고 한다. 또 효소는 단백질로 이루어져 있기 때문에 온도나 pH(수소이온농도) 등 환경 요인에 의하여 기능이 크게 영향을 받는다. 모든 효소는 특정한 온도 범위 내에서 가장 활발하게 작용하며 대부분의 효소는 인체의 온도와 비슷한 35∼45℃에서 활성이 가장 크다. 

하지만 온도가 일정 범위를 넘어서면 효소의 단백질의 변형을 일으켜 촉매기능이 떨어진다. 또한 효소는 pH가 일정 범위를 넘어도 기능이 급격히 떨어진다. 효소작용은 특정 구조를 유지하고 있을 때에만 나타나는데, 단백질의 구조가 그 주변 용액의 pH의 변화에 따라 달라지기 때문이다. 효소의 구성으로는 크게 두 종류가 있다. 단백질로만 구성된 효소와 단백질과 보조 인자로 구성된 효소가 있다.

펩신, 트립신, 아밀라아제와 같은 소화 효소는 주효소인 단백질만으로도 활성을 나타낼 수 있고 단백질만으로는 활성을 나타내지 못하고 비단백질 성분이 있어야만 활성을 나타내는 효소 들이 있다. 이때 효소의 단백질 부분을 주효소라 하고 비단백질 부분을 보조인자라 하고, 주효소와 보조인자를 전효소라고 한다. 보조 인자는 기질 특이성을 가지지 않으며 여러 종류의 주효소와 결합하여 보조 역할을 한다. 

보조인자에는 비단백질 유기물인 조효소와 철, 구리, 마그네슘 같은 금속 원소(보결족)가 있다. 조효소에는 비타민 B1, B2 등과 같은 비타민 B복합체와 수소를 운반하는 NAD, FAD, NADP등이 있다. 그리고 소화효소는 소화기관에서 분비되는 소화를 돕는 효소인데, 소화효소가 충분히 분비가 되어야 음식물을 분해할 수 있다. 소화효소는 크게 단백질분해효소와 탄수화물분해효소, 지방분해효소로 나눌 수 있다. 단백질분해효소로는 펩신, 펩티다아제, 트립신 등이 있고 탄수화물분해효소로는 아밀레이스, 글리코시다아제, 덱스트리나아제, 락타아제, 수크라아제, 말타아제 등이 있으며 지방분해효소로는 라이페이스가 있다. 각 소화효소는 분비기관에 따라 그 종류가 다르며 활성화되는 조건도 달라진다.

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 슬라이드글라스, 면도칼, Vial, 비커, 마이크로피펫, 알코올램프, Timer, 핀

2) Test paper, 달걀흰자, 1N HCl, 1N NaOH, pepsin(5%)용액, 증류수

실험 방법

1. 실험 과정

1) 각 시험관에는 주어진 실험조건과 같이 용액을 넣는다.

2) 달걀에서 흰자만 분리해서 슬라이드글라스에 기포가 생기지 않도록 얇게 떨어뜨린 다음 흰자가 타지 않도록 알코올램프에서 가열한다.

3) 익은 흰자를 3x3 ㎟정도의 크기로 잘라 동시에 각 시험관에 3개씩 넣는다.

4) 익은 흰자를 넣은 시험관을 조건에 따른 온도에 방치시킨다.

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