[일반생물학실험]PTC용액에 대한 미각 실험

실험 목적

1. 실험자의 미각 역치를 결정하고 미맹자를 찾아낸다.

 

실험 이론 및 원리

1. 혀의 기능

1) 음식물을 침과 섞고 골고루 씹을 수 있게 돕는다.

2) 미뢰 속의 미세포에서 액체 성분의 맛을 느낀다.

3) 구음 작용을 한다.

 

2. 미각

1) 짠맛, 단맛, 신맛, 쓴맛의 4가지로 구별되는 맛을 느끼는 감각이다.

2) 화학적 감각의 하나로서, 액체 성분의 물질이 미뢰 안에 있는 미세포를 자극하여 느껴지는 감각이다.

3) 모든 맛은 혀의 어느 부분에서도 감지될 수 있으며 혀의 맛 지도는 잘못된 것이다.

 

3. 미각 기관

1) 맛봉오리(taste bud)

미뢰라고도 불린다. 혀와 구강에 흩어져있다. 미각을 담당하는 화학 수용기 세포(미각세포)가 모여 있다. 미각세포, 기저세포, 지지세포와 미각신경의 축삭으로 구성되어 있다.

 

2) 미공(taste pore)

맛봉오리가 맞닿아 있는 혀의 표면은 열려있어서 미공을 이룬다.

 

3) 유두(papilla)

수많은 맛봉오리가 모여서 형성한다. 유두는 혀에 여러 부분에 흩어져서 존재한다. 모양에 따라 성곽유두, 엽상유두, 버섯유두로 나뉜다.

 

4) 미각 세포(taste cell)

맛을 내는 화학물질에 반응한다. 신경세포는 아니지만 맛봉오리 바닥 근처에서 뇌로 정보를 전달하는 미각 신경세포의 축삭과 시냅스를 형성한다.

 

5) 미각 수용체(taste receptor) 단백질

입안의 음식물의 화학물질은 미공을 통해 미세융모에 존재하는 미각 수용체 단백질에 의해서 감지된다.

 

4. 미각의 전달경로

맛을 가진 분자가 미각세포에서 뇌에서 인지될 수 있는 신호로 변화되는 미각 변환 과정은 여러 가지 다양한 기작을 통해서 일어난다. 기본적인 미각은 짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛 그리고 우마미(umami)맛의 다섯 가지이며, 맛을 내는 물질의 화학적 특성과 밀접한 연관이 있다. 신맛의 미각 수용체는 수소이온, 짠맛의 미각 수용체는 소듐이온을 각각 통과시키는 이온 통로이다. 단맛, 쓴맛, 우마미맛에 대한 수용체는 G-단백질 연결 수용체(GPCR) 이다.

1) 맛을 내는 화학물질에 의해서 미각세포에 존재하는 미각 수용체가 반응하면 미각 세포가 활성화되어 막전위가 탈분극된다.

2) 미각세포는 신경세포는 아니지만 신경세포처럼 탈분극에 의해서 활동전위를 생성 한다.

3) 미각 수용기 세포의 활동전위는 신경전달물질을 분비한다.

4) 짠맛과 신맛에 반응하는 미각세포는 세로토닌(5-hydroxytryptamin,5-HT)을, 단맛, 쓴맛 그리고 우마미맛에 반응하는 미각세포는 ATP를 신경 전달 물질로서 사용한다.

5) 방출된 신경전달물질은 시냅스를 통해 미각 신경세포의 축삭에 전기적 신호를 유도하여 뇌로 미각정보를 전달한다.

 

5. 하디-바인베르크의 법칙(Hardy-Weinberg law)

1908년 영국의 수학자 Hardy와 독일의 의사 Weinberg가 각각 독립적으로 발견하였다. 광범위한 어떤 개체군에서 유전자를 변하게 하는 외부적 힘이 작용하지 않는 한, 우성 유전자와 열성 유전자의 비율은 세대가 바뀌어도 변하지 않고 일정하다는 법칙이다. 하디와 바인베르크가 설정한 이상적 집단의 조건은 다음과 같다.

1) 대립유전자에 돌연변이가 일어나지 않는다.

2) 집단 간에 유전자의 교환이 없다. 즉 외부 집단으로부터 개체가 들어오거나 다른 집단으로 나가는 일이 없다.

3) 집단의 크기가 확률의 법칙을 적용할 수 있을 만큼 크다. 집단이 작을 경우에는 무작위 추출에 의한 유전자 빈도에 오차가 생길 확률이 커진다.

4) 교배가 자유롭게 일어나서 모든 대립유전자가 똑같이 보존된다. 따라서 생식의 기회가 같으며, 대립유전자에 대하여 자연선택이 없어야 한다.

위 조건을 갖춘 집단에서 한 쌍의 대립유전자 A와 a의 비율을 알아볼 수 있다.

A의 빈도를 p, a의 빈도를 q라고 하면,

p+q =1(100%)

(p+q)(p+q)=1×1=1

p2+2pq+q2=1

여기에서 p2은 유전자형이 AA인 자손이, 2pq는 Aa인 자손이, q2은 aa인 자손이 될 확률을 나타낸다.

 

PTC 미맹과 유전 방식에 대해 알아보고 PTC 미맹의 가계도를 보며 각각의 유전자형을 설명할 수 있도록 한다.

 

6. PTC 미맹

특정의 미물질에 대하여 보통 사람이 느끼는 미각이 선천적으로 결여된 무미각증을 말한다. PTC(phenylthiocarbamide) 및 유사화합물에 쓴맛을 느끼는 경우는 정상, 무미 또는 다른 맛으로 느끼는 경우는 미맹으로 판정되며 ‘PTC미맹’이라고 불린다. 이 같은 미맹물질 이외의 미맹은 정상이며, 단순열성 유전한다. 백인이 전체의 30％로 가장 많고, 황색인 15％, 흑인 3％의 순서이다.

 

7. PTC 미맹의 유전 방식

1) 상염색체성 열성유전(PTC 미맹)

PTC에 대한 맛을 느낄 수 있는지의 여부는 유전에 의해 결정되는데, 이 유전은 한 쌍의 대립유전자에 의해 이루어진다. PTC의 쓴맛을 느끼는 능력은 우성형질(T)이며, 맛을 느끼지 못하는 것은 열성형질(t)로서, 표현형은 미각자와 미맹자로 분류되지만, 유전자형은 TT, Tt, tt로 구성된다. 대립유전자형이 T-(TT, Tt)인 사람은 미각자로서 PTC의 맛을 느낄 수 있고, tt인 사람은 PTC의 맛을 느낄 수 없는 미맹자이다. 이와 같이 PTC 미각유전은 PTC에 대한 미각을 결정하는 대립인자의 유전자형이 열성동형일 때 미맹이 되는 열성유전형식을 취하며, 성염색체위에 있는 유전자와 달리 상염색체위에 있는 유전자이므로 성과 관계없이 유전된다. 우리나라 사람의 약 10∼15%정도가 PTC미맹이며 동양인 집단에서의 비율은 TT: 44.5%(정상), Tt: 44.4%(잠복형), tt: 11%(미맹)이다.

 

미맹의 유전자: 쓴맛을 느끼게 하는 유전자(T), 맛을 느끼지 못하는 유전자(t)

미맹 가계도

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) PTC용액 (0.017mM), 생수 2L 2통, 생수 300㎖ 14통, 생수 500㎖ 1통

2) 종이컵 (14개/조), 킴와이프스, 킴스타올, 증류수, 비커

은박지 (비커가 덮일 정도) 등.

3) Phenyl thiocarbamide(PTC)

① 강한 쓴맛이 나는 용액.

② 쓴맛을 느끼지 못하는 사람은 PTC미맹으로 열성형질이다. 이는 PTC에 대해서만 미맹이고 신체적 결함은 없다.

PTC 분자

실험 방법

1. 실험 과정

1) 0.017mM의 PTC용액을 준비한다.

2) 이 용액을 이전 용액의 농도의 반이 되도록 증류수를 1/2씩 희석시키면서 총 14가지 농도의 PTC용액을 만든다.

3) 14번부터 맛을 본 후, 쓴맛이 느껴지면 실험을 중단한다. (그 번호가 자기의 역치값) 한 가지 용액의 맛을 본 다음엔 꼭 생수로 입 안을 헹군다.

4) Blind Test

실험자는 용액의 농도를 모르는 상태에서 여러 가지 농도의 PTC용액을 무작위로 섞어놓고 맛을 보게 한 후, 맛이 쓴 순서대로 용액의 번호를 나열한다..

5) 전체 실험자의 미각 및 미맹 여부를 조사한다.

 

실험 결과

1. 결과 data

 

2. 미각에 영향을 줄 수 있는 요인

1) 유전에 의한 선천적 미맹

2) 후각 장애 때문에 입에 들어온 음식의 향을 코에서 느끼지 못하여 미각에 이상이 생겼다고 착각. (미각 자체에는 이상이 없다.)

3) 신경 장애로 인해 미각의 감퇴·상실

4) 악안면의 성장 발육장애로 인한 미각의 예민성 감소

5) 다양한 약물 복용으로 인한 미각 세포의 손상

6) 임신시 나타나는 내분비 변화, 정신적·심리적 요인 등

7) 타액 분비 장애 및 발열을 수반하는 전신 질환시 나타나는 구강내 건조증

8) 혀운동 장애

9) 흡연으로 인한 미세포 손상