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[침의 소화 과정]
동물은 생명을 유지하기 위하여 먹이를 섭취한다. 섭취한 먹이는 분자 규모가 큰 화합물로서 체내로 흡수되기 위해서는 작은 분자로 잘게 부수어 져야 한다. 이에서의 기계적 소화작용으로 잘게 부수어 지고 소화샘에서 분비되는 효소에 의한 생화학적 소화 작용으로 탄수화물은 단당류로 단백질은 아미노산으로 지방은 지방산과 글리세롤로 최종 분해되어 소장에서 흡수된다.이러한 생화학적 소화작용의 일어나는 장소는 각각 다르다.음식물이 입에 닿으면 무조건 반사에 의해 침샘은 침을 분비하며 침속에 들어 있는 아밀라아제는 녹말을 가수분해하여 덱스트린과 더불어 분자량이 비교적 큰 당으로 분해하고 시간이 경과함에 따라 다시 환원성 이당류인 말토오스로 분해한다. 분자량이 큰 녹말이나 덱스트린은 요오드칼리와 반응하여 색깔을 나타내지만 말토오스처럼 작게 분해되면 요오드칼리에 의해 착색되지 못한다.생물체내에서 이루어지는 모든 생화학 반응은 효소에 의해 촉매되는 에 효소는 단백질이 주성분이기 때문에 최적 온도와 최저 pH의 조건 아래서 최대의 효과를 나타낸다.용액의 pH 또는 온도가 극치에 달하면 단백질은 3차 또는 4차 구조가 파괴되기 때문에 활성이 저하되거나 기능이 상실된다. 반면 조건을 최적 상태로 바꾸어 주면 단백질의 구조가 원 상태로 돌아와 그 기능을 되찾을 수 있다. 본 실험에서는 침 속의 아밀라아제에 의한 녹말 분해 작용을 알아보고 온도나 pH의 변화가 효소의 작용에 미치는 영향을 알아본다.
2. 탐구 목표
(1) 아밀라제의 기질과 반응 생성물을 알아본다.
(2) 침속의 아밀라아제의 최적 조건을 알아본다
【준비물】시험관 6개, 비커(200mL) 4개, 온도계 3개, 알코올램프, 삼발이, 석면망, 스포이트 5개, 슬라이드 글라스 6개, 녹말, 요오드-요오드화 칼륨 용액, 1M 염산 용액, 1M 수산화 나트륨용액, 얼음 약간, 베네딕트 용액
3. 탐구 과정
(1) 가설 설정
아밀라아제는 산성도 및 온도에 의해 그 작용이 영향을 받을 것이다.
(2) …(생략)
탐구 설계
① 침과 녹말과의 관계
녹말 + 요오드-요오드화 칼륨 → 청남색
녹말 + 침 + 요오드-요오드화 칼륨 → 엷은 갈색
침 + 요오드-요오드화 칼륨 → 엷은 갈색
② 온도
시험관을 얼음 속에서 반응, 체온과 같은 온도에서 반응, 끊는 물 속에서 반응 등, 온도의 영향을 비교하기 위하여 3개의 시험관을 준비한다.
③ 산성도(pH)
1M HCl용액을 시험관에 첨가(산성), 증류수를 첨가(중성), 1M NaCl용액을 시험관에 첨가(염기성)등 산성도를 비교하기 위하여 3개의 시험관을 준비한다.
(3) 실험 수행
① 1% 녹말풀을 만들어 시험관 6개에 2mL 씩 넣은 다음 각 시험관에 유성펜으로 표시를 한다.
※ 유의점 - 시험관이 섞이지 않도록 번호를 쓴다. 1%의 녹말용액은 녹말 1g를 물 100mL에 넣고 가열하여 투명하게 하여 사용한다.
② A시험관에는 0.1M 염산 용액을, C시험관에는 0.1M 수산화나트륨용액을 그리고 B번 시험관에는 증류수를 2mL를 넣는다.
※ 유의점 - 사용하는 스포이트는 물질의 종류에 따라 섞이지 않도록 한다.
③ 200mL의 비커 3개에 물을 150mL씩 넣고 각각 40℃, 0℃, 90℃ 로 가열한다.
※유의점- 온도계는 수은 온도계를 사용한다. 0℃의 비커는 얼음물을 사용한다.
④ 시험관 A, B, C, F는 40℃의 비커에 넣고, 시험관 F를 90℃의 비커에 넣은 후 , 시험관 E를 0℃의 비커에 넣는다.
⑤ 입 속의 침을 모아 비커에 받아 10배 정도의 증류수로 희석한 다음 A～E의 각 시험관에 2mL씩 넣고 잘 흔든다.
※ 유의점- 입 속을 물로 깨끗이 행군 후(이물질 제거) 탈지면을 혀의 밑에 물고 침을 모으면 된다.
⑥ 20분 후 슬라이드 글라스를 6개 흰 종이 위에 준비하여 번호를 쓴 후 시험관의 각 용액을 한 방울씩 꺼내 같은 번호의 슬라이드 글라스에 떨어뜨리고 요오드 - 요오드화 칼륨 용액을 떨어뜨린 후 반응을 관찰한다.
※유의점 - 침과 녹말을 섞은 후 충분한 시간(20분 이상)을 주어야 한다.
⑦ 각 시험관에 베네딕트 용액을 첨가 한 후 가열하여 반응 결과를 알아 본다.
※유의점 - 베네딕트 용액 가열 시 돌비현상이 있을 수 있으므로 시험관 입구가 사람을 향하지 않도록 한다. 시험관이 알코올 램프의 심지에 닿지 않도록 한다.
(4) 자료 해석 및 분석
시험관
첨가용액
A
B
C
D
E
F
1%녹말 용액
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
HCl 용액
2mL
-
-
-
-
-
NaCl 용액
-
-
2mL
-
-
-
증 류 수
-
2mL
-
-
-
2mL
침 희석액
2mL
2mL
2mL
2mL
2mL
-
온 도
40℃
40℃
40℃
0℃
90℃
40℃
요오드 반응
청남색
갈색
청남색
청남색
청남색
청남색
베네딕트
파란색
황적색
파란색
파란색
파란색
파란색
① 반응의 결과를 다음의 표에 정리한다.
※ A, C, D시험관은 약간의 반응이 나타날 수 있다.
② 요오드 반응이 잘 일어난 시험관과 그렇지 않은 시험관의 번호와 그 이유는 ?
☞ 잘 일어난 시험관 - E, F시험관으로 침이 작용을 못하거나 침이 들어 있지 않음.
잘 일어나지 않는 시험관 - B시험관으로 침이 작용으로 녹말이 변화.
③ 요오드 반응이 다르게 일어난 이유는?
☞ 산성도와 온도의 영향으로 침의 작용이 다르게 나타남.
④ 침의 작용이 가장 잘 나타난 시험관과 산성도와 온도는?
☞ B시험관으로 산성도는 중성이고 온도는 40℃
⑤ 베네딕트 반응이 잘 일어난 시험관의 번호와 그 이유는?
☞ B시험관으로 침 속 효소가 작용하여 녹말을 분해하여 당으로 변했기 때문에
4. 탐구 정리
(1) 실험의 결과로 볼 때 침의 소화작용이 최적인 산성도를 이야기 해 보아라?
☞ 침의 소화 작용의 최적의 산성도는 입안과 같은 상태인 중성이다.
(2) 침을 가장 활성화시킬 수 있는 온도는 얼마인가?
☞ 침의 활성화를 위한 최적 온도는 사람의 체온과 비슷한 온도(40℃)이다.
(3) 요오드 녹말 반응과 베네딕트 반응의 색깔 변화와 관련지어서 침의 작용을 설명하시오?
☞ 요오드 반응에서 반응이 없고 베네딕트 반응에서 황적색으로 나타난 것은 녹말이 분해되어 환원당으로 되었음을 의미한다.
(4) 침이 녹말에 대해 어떤 작용을 하였는지 알아보고 가설 검증을 하시오?
☞ 녹말은 침의 소화 작용으로 요오드 반응이 일어나지 않고 베네딕트 반응에 황적색으로 반응하였다. 따라서 녹말은 침의 작용으로 환원당으로 분해되었다. 따라서 위와 같이 침(아밀라제)은 산성도와 온도에 영향을 받았으므로 가설은 검증(채택)되었다.
5. 참고자료
(1) 효소의 반응속도
① 효소는 분자량이 대단히 큰 고분자 화합물로 주성분은 단백질이며, 작용에 알맞은 온도 범위가 있다. 예) 사람 : 36～37℃
② 온도가 10℃ 증가 할 때마다 반응속도는 약 2배씩 증가 하나 어느 단계 이상으로 높아지면 반응 속도가 급격히 떨어진다.
▷ 이유 : 효소의 주성분인 단백질이 변성되기 때문이다.
③ 한가지 효서는 함 종류의 물질에만 작용하는 기질 특이성이 있고, 작용에 알맞은 pH범위가 정해져 있다.
예) 아밀라아제- pH7, 펩신- pH2, 리파아제- pH9
가) 온도와 반응속도 (나) pH와 반응속도
[그림 28-1] 효소의 반응속도 변화
④ 수소 이온농도가 달라지면 단백질의 입체 구조가 변한다. 그러므로 최적 pH를 벗어나면 효소의 기능이 급격히 저하된다.
(2) 효소의 작용과 흡수
① 탄수화물 - 단당류 : 포도당, 과당, 갈락토오스
- 이당류 : 엿당, 젖당, 설탕
- 다당류 : 녹말, 셀룰로오스, 덱스트린
② 탄수화물의 소화
아밀라제 말타아제
녹말 ―――――→ 엿당(맥아당) ―――――→ 포도당
수크라아제
설탕 ―――――→ 포도당 + 과당
락타아제
젖당 ―――――→ 포도당 + 갈락토오스
③ 단백질의 소화
HCl (위액)
↓
펩시노겐(위액)―――→ 펩 신 (위)
↓
단백질―――→ 폴리펩티드――――→ 디펩티드―――――→ 아미노산
↑ ↑
트립시노겐(이자액)―――――→ 트 립 신 (이자액) 디펩티다아제 (장액)
↑
엔테로키나아제 (장액) `
④ 지방의 소화
리파아제
↓
지방 ―――――→ 지방간 + 글리세롤
⑤ 흡수 경로
포도당, 아미노산
무기염류,수용성 비타민
→ 모세혈관 ―→ 간문맥 ―→ 간 ―→ 대정맥 ―→ 심장
지방산,글리세롤
지용성 비타민
→ 암죽관 ―→ 가슴관 ―→ 쇄골하 정맥 ―→ 심장
(2) 녹말의 분해 과정에서 볼 수 있는 요오드 반응의 색깔 변화
소요시간
5분
10분
15분
20분
25분
기질
녹말
에리드리 덱스트린
아크로 덱스트린
말토 덱스트린
엿당
포도당
포도당분자수
200개이상
30~35개이상
8~12개이상
4~6이상
2개
1개
요오드반응
색깔
청남색
청색
적갈색
적자색
담황색
담황색
느낀점
침과 녹말 분해로 인해 침에 아밀라젠이 어떻게 반응하는지를 알게 되었고 녹말분해과정에 대한 요오드 반응의 색깔 변화도 알게 되었다. 이런실험을 처음해서 그런지 신기하게만 느껴졌다.앞으로도 많은 탐구활동을 가졌으면 좋겠다.
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