일반생물학실험 | 세포호흡과 발효

 

 

 

영양물질로부터 에너지를 추출하여 ATP를 형성하는 과정으로는 세포호흡과 발효 두 가지 과정이 있다. 세포호흡은 산소가 필요한 호기성 과정이고 발효는 산소 없이 이뤄지는 혐기성 과정이다. 두 과정 모두 전자를 잃는 산화과정과 전자를 얻는 환원과정을 포함한다. 세포호흡은 세포질에서 산소가 필요 없이 포도당 분자를 두 개의 피루브산 분자로 분해하는 해당과정으로 시작한다. 산소가 존재 시 피루브산은 미토콘드리아로 들어가 트리카르복실산 회로를 경유하여 이산화탄소로 분해된다.

 

세포호흡은 포도당 한 분자 당 36ATP 분자를 생성해낸다. 효모에서 나타나는 알코올 발효는 피루브산이 에탄올과 이산화탄소로 전환된다. 발효는 포도당 한 분자 2ATP만을 생산해낸다. 특정 세균, 곰팡이만이 발효에 의한 낮은 에너지 생산으로도 살아갈 수 있다. 이번 실험에서는 호흡이 일어날 때 발생하는 기체에 따른 압력변화와 여러 종류의 탄수화물(포도당, 녹말, 설탕)이 효모의 발효율에 영향을 미치는 지 알아본다. 포도당은 단당류로 많은 생명체에서 세포의 1차적인 탄수화물 에너지원이다.

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실험 방법

1. 효모의 호흡

① 1M 포도당 용액 70㎖를 준비하고 하나의 병에 넣는다.

 

② 60㎖의 증류수에 16g의 건조효모를 풀어 효모현탁액을 만들어 포도당 용액을 넣은 병에 추가하여 넣는다.

 

③ 호흡 측정장치의 중간 튜브에 물을 넣어 눈금이 있는 튜브의 중간 부분까지 물이 오도록 하여 부피 변화를 확인할 수 있도록 하며 동시에 튜브에 공기가 새는지 확인한다.

 

④ 호흡 측정장치 한쪽 병에 magnetic bar를 넣어 stirring을 한다. 속도가 너무 빨라서 용액이 병의 벽면에 튀지 않도록 한다.

 

⑤ 호흡 측정장치에 soda lime을 넣고 마개를 막는다. 이때 soda lime을 주머니에 20g을 넣은 후 일자 고무줄로 묶고 한 쪽 끝이 병 밖에 나오도록 하여 soda lime이 마개에 매달리도록 한다.

 

⑥ 호흡 측정장치의 마개를 닫고 양쪽 병의 압력을 맞추기 위하여 콕을 열었다가 다시 닫는다.

 

⑦ 5분 간격으로 눈금에 표시된 부피의 변화를 확인하며 총 40분에서 1시간 정도의 기간 동안 확인한다.

 

2. 효모의 발효

① 당분 용액을 비커나 삼각플라스크에 준비하고 코니칼 튜브에 20㎖씩 담아 둔다. 저울을 사용한다.

Ⓐ 1M 포도당 용액 20㎖를 2개의 튜브에 나눠 담아 하나는 대조군으로 준비한다.

Ⓑ 0.5M 갈락토오스 용액 20㎖

Ⓒ 1M 설탕 용액 20㎖

 

② 50㎖의 증류수에 3.3g의 건조효모를 풀어 효모현탁액을 만든다.

 

③ 50㎖ 코니칼 튜브 4개를 준비한다. 코니칼 튜브 1개에 15㎖의 증류수를 담고(대조군), 나머지 3개에는 효모 현탁액을 15㎖씩 담는다.

 

④ 발효관 4개를 준비하고 라벨링을 한다.

Ⓐ 1에서 준비한 포도당 튜브1에 3에서 준비한 증류수를 섞은 후 첫 번째 발효관에 넣고 발효관의 맹관부에 기체가 들어가지 않도록 발효관을 세우고 둥근 부위의 입구에 솜 마개를 한다.(대조군 준비)

Ⓑ 1분 후에 1에서 준비한 포도당 튜브2에 3에서 준비한 효모 현탁액을 섞은 후 두 번째 발효관에 넣고 발효관을 세우고 둥근 부위의 입구에 솜 마개를 한다.

Ⓒ 1분 후에 1에서 준비한 갈락토오스에 3에서 준비한 효모 현탁액을 섞은 후 세 번재 발효관에 넣고 발효관을 세우고 둥근 부위의 입구에 솜 마개를 한다.

Ⓓ 1분 후에 1에서 준비한 설탕에 3에서 준비한 효모 현탁액을 섞은 후 네 번째 발효관에 넣고 발효관을 세우고 둥근 부위의 입구에 솜 마개를 한다.

 

⑤ 당성분이 발효되면서 이산화탄소 기체가 발생하여 발효관의 위쪽에 모이게 된다.

 

⑥ 발효관 각각의 10분, 20분, 30분, 40분 후에 맹관부의 위쪽에 발생하는 이산화탄소 기체의 가스양을 측정하여 기록한다.

 

⑦ 포도당 이외의 당에서 발효가 일어나는지를 검사하고 포도당의 경우와 비교한다.

 

 

 

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[일반생물학실험]세포의 화학에너지 전환 : 세포 호흡과 발효

 

 

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