[생명과학 실험] 효소의 활성에 미치는 요인

효소의 활성에는 어떤 것이 영향을 줄까 알아보는 실험으로, 과산화수소를 분해하는 카탈레이스 효소를 사용하였다.

 

1. 탐구 주제

 

효소의 활성에 영향을 미치는 요인 분석

 

2. 탐구 목표

 

- pH 변화에 따른 카탈라아제 효소의 활성 비교와 최적 pH

 

- 온도 변화에 따른 카탈라아제 효소의 활성 비교와 최적 온도

 

- 기질 농도 변화에 따른 카탈라아제 효소의 활성 비교와 최적 농도

 

3. 기구 및 재료

 

시험관, 시험관대, 1000μm 피펫, 거즈, 항온수조, 비커, 온도계, 분쇄기, mbl 압력 측정 장치, 감자, 증류수, 얼음, 과산화수소수 용액, buffer solution, 염화나트륨

 

4. 실험 1~4 방법

 

<실험 1 – pH에 따른 변화>

 

1. 3개의 시험관에 3% 과산화수소 용액을 3ml 씩 넣는다.

 

2. A에는 buffer pH 4.0 용액, B는 buffer pH 7.0 용액, C는 buffer pH 10.0 용액을 3ml 씩 넣는다.

 

3. 각각의 시험관에 감자 현탁액을 2ml 씩 넣어 준다.

 

4. mbl 장치로 압력의 변화를 측정한다.

 

<실험 2 – 온도에 따른 변화>

 

1. 4개의 시험관에 3% 과산화수소 용액을 3ml 씩 넣는다.

 

2. A는 얼음물(0℃)에, B는 실온(25℃)에, C는 항온조(35~40℃)에, D는 끓는물(85~90℃)에 담가 5분간 둔다.

 

3. 각각의 시험관에 감자 현탁액을 2ml 씩 넣어 준다.

 

4. mbl 장치로 압력의 변화를 측정한다.

 

<실험 3 – 기질의 농도에 따른 변화>

 

1. 3개의 시험관에 3%, 15%, 30% 과산화수소 용액을 3ml 씩 넣는다.

 

2. 각각의 시험관에 감자 현탁액을 2ml 씩 넣어 준다.

 

3. mbl 장치로 압력의 변화를 측정한다.

 

<실험 4 – 염에 따른 변화>

 

1. 3개의 시험관에 3% 과산화수소 용액을 3ml 씩 넣는다.

 

2. A에는 NaCl 0.1g, B에는 NaCl 0.3g, C에는 NaCl 0.5g 씩 넣어준다.

 

3. 각각의 시험관에 감자 현탁액을 2ml 씩 넣어 준다.

 

4. mbl 장치로 압력의 변화를 측정한다.

 

5. 실험 결과

 

<실험 1>

pH	10초 후	20초 후	30초 후	40초 후	50초 후	60초 후
4	102.76	103.65	103.6	103.32	103.48	103.43
7	104.15	103.82	103.93	103.93	103.76	103.82
10	103.32	104.21	104.32	104.27	104.15	104.15

<실험 2>

온도 (℃)	10초 후	20초 후	30초 후	40초 후	50초 후	60초 후
0	102.37	102.7	102.98	103.15	103.04	103.09
25	101.92	102.14	102.25	102.03	101.81	101.81
35	103.15	103.21	102.76	102.76	104.05	103.71
85	103.32	102.54	102.09	101.64	101.3	101.14

<실험 3>

농도	10초 후	20초 후	30초 후	40초 후	50초 후	60초 후
3	100.52	100.46	100.41	100.36	100.24	100.52
15	102.7	103.32	103.43	103.43	103.65	104.1
30	104.32	104.77	104.94	105.11	105.61	106.11

<실험 4>

질량	10초 후	20초 후	30초 후	40초 후	50초 후	60초 후
0.1	104.32	104.94	104.66	104.66	104.88	104.72
0.3	103.93	103.93	103.76	104.05	104.05	104.05
0.5	103.38	103.82	103.99	103.76	103.65	103.54

 

6. 실험 분석

 

실험 1 : 그래프를 분석하면 처음 10에서 20초 사이에는 pH가 7, 10, 4 순서대로 산소 기체가 많이 발생하였다. 이는 카탈라아제 효소의 활성 pH가 5.5 정도 되기 때문이다. pH는 단백질의 구조를 변형시키기 때문이다. 그러나 그 이후부터는 pH 10에서 기체가 가장 많이 발생하였는데 이는 실험의 오차로 생각된다. 오차는 기체가 빠져나가거나 온도 변화로 인한 기압 변화 때문이라고 추측된다.

 

실험 2 : 카탈라아제는 단백질로 이루어져 있기 때문에 온도가 높으면 변성이 일어나고 너무 낮으면 효소의 활성이 떨어진다. 따라서 우리 체온과 같은 온도인 35도 부근에서 효소의 활성이 가장 크게 나타났다. 온도가 낮을 때는 기울기가 더 작게 나타났고 온도가 높을 때는 기압이 감소하였다.

 

실험 3 : 효소가 작용하는 기질의 농도가 높을수록 효소의 활성도 증가한다. 따라서 기질의 농도가 30%일 때 가장 기압의 변화가 커야 한다. 그래프를 분석하면 30%, 15%, 3% 순으로 효소의 활성이 높음을 알 수 있다.

 

실험 4 : 나트륨 이온은 단백질의 서로 반대되는 전하를 가진 아미노기 사이의 이온결합을 끊어줌으로서 효소활성의 변화를 일으키게 된다. 즉, 과도한 염의 추가는 이들의 결합을 방해하여 단백질의 고차구조를 파괴시켜 효소의 활성을 방해하게 되는 것이다. 따라서 그래프와 같이 넣어준 염의 질량이 증가할수록 효소의 활성이 방해되는 것을 볼 수 있다.

 

7. 다양한 유기체의 서식환경과 최적의 효소 활성

 

1. Taq 중합효소

 

Thermophilus aquaticus는 호열성 세균의 한 종류로 간헐천에 주로 서식한다, DNA 중합효소인 Taq 중합효소는 높은 온도에서 활성화되기 때문에 합성세제 등 상업적으로 이용하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.

 

2. 펩신

 

펩신은 인체 내의 위에서 분비되는 소화 효소이다. 위의 주세포에서 분비되는 펩시노젠이 염산에 의해 펩신으로 활성화된다. 펩신은 단백질을 폴리펩타이드로 분해하며, pH2 정도의 낮은 산성 환경에서 가장 활발하다. 모든 소화효소와 같이 온도는 체온과 같은 35~40℃에서 가장 활성화된다.

 

3. 아밀라아제

 

아밀라아제는 소화 효소 중의 하나로, 녹말을 말토오스와 덱스트린으로 분해하며, 침샘과 이자에서 생성된 침과 이자액으로 분비된다. pH7인 중성에서 가장 활성화되며 온도는 역시 체온과 같은 35~40℃에서 활성화된다.