콩의 호흡률을 측정하는 실험을 소개합니다.
1. 호흡률이란?
모든 생명체는 영양물질로부터 에너지를 추출하여 ATP를 생산하는 세포호흡과 발효의 두 가지 과정을 가집니다. 이 실험에서 다루는 세포호흡은 산소가 필요한 산소호흡과 산소가 필요 없는 무산소 호흡으로 나뉩니다.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686kCal/mol
위 반응식은 산소호흡의 반응물과 생성물을 보여줍니다. 산소호흡은 산소를 소모하고 이산화탄소가 발생하는 화학반응입니다. 식물세포는 광합성과는 별도로 산소호흡을 수행하여 대사에 필요한 에너지를 얻습니다. 산소호흡에서의 호흡량의 측정은 호흡에 소모되는 O2의 양을 측정하는 방법과 호흡의 결과 배출된 이산화탄소의 양을 측정하는 방법이 있습니다.
여기서 호흡률을 살펴볼 수 있습니다. 호흡률이란 호흡 기질이 산화될 때 소비되는 산소(O2)량과 발생하는 이산화탄소(CO2)량의 비, 즉 CO2/O2 값을 말합니다. 호흡 기질의 종류에 따라 탄소, 수소, 산소의 구성비가 모두 다르기 때문에 호흡률은 호흡 기질에 따라 다르게 나타납니다. 그러므로 호흡률을 통해 호흡 기질의 종류를 확인할 수 있습니다.
Respirometer를 통해 소모되는 O2의 양을 측정하는 방법을 예로 들어봅시다. 세포호흡을 통해 방출된 CO2는 KOH에 의해 직접 제거되고, 온도(T)와 압력(P)이 일정하다고 가정하면 PV=nRT에서 소모된 산소의 mol수는 산소의 부피에 비례하게 됩니다. 아래 실험 과정을 통해 자세히 알아보겠습니다.
2. 실험 준비물
콩은 백태 메주콩을 사용했습니다. 건조 상태의 일반 콩(생콩)과 하루 전날 물에 불린 콩(발아 중인 콩), 그리고 작은 구슬 비즈를 준비합니다. 제가 준비한 비즈는 5mm 사이즈인데, 좀 더 크면 더 좋을 것 같습니다. 불린 콩의 경우 확실히 기존 콩보다 크기가 크고 길쭉해져 있음을 확인할 수 있습니다.
그 밖의 준비물로 50ml 눈금실린더, 둥근 솜, 1ml 파이펫, 파라필름, 50ml 바이알, 고무셉터, 해부용 접시(대자), 온도계, 10% KOH 20ml, 핀셋, 스포이트, 송곳 등이 있습니다.
3. 실험과정
가. vial setting
1) Vial Labelling: A∼C로 구분하여 적기
2) 각 Vial 바닥면에 솜을 깔고 10% KOH 용액 1-2ml를 솜에 분주한 후, 그 위에 마른 솜을 올려놓는다. (KOH가 Vial 벽면에 묻지 않도록 주의)
나. 부피 측정
1) 50ml 메스실린더에 25ml 정도의 물을 채우고 발아 중인 콩 20개의 부피를 측정한 후 물기를 제거한다.(Vial A)
2) 생콩 20개의 부피를 측정하고, Glass beads를 넣어주어 가)에서 측정한 발아중인 콩의 부피와 일치시킨 후 물기를 제거한다. (Vial B)
3) 가)에서 측정한 발아 중인 콩의 부피와 일치하도록 Glass beads를 넣어준 후 물기를 제거한다. (Vial C)
1) 송곳으로 바이알 뚜껑에 구멍 뚫기
3) 각 바이알에 조건에 맞는 재료(불린 콩, 생콩, 비즈) 넣기
라. 10분간 온도 평형
: 해부 접시 또는 수조에 물을 2/3 정도 채우고 바이얼 쪽만 물에 담근 후 약 10분간 온도 평형을 맞춥니다.
마. Respirometer를 물에 충분히 잠기게 한 후, 온도를 일정하게 유지시키면서 일정한 간격으로 산소 소모량을 측정합니다.
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