酶催化特性探究实验的设计与改进

酶催化特性探究实验的设计与改进

实验是一切自然科学研究的基础和起点。探究性实验教学在高中生物教学中占有重要的地位。通过探究实验可以将生物学理论、规律等转化为学生的直观体验，有利于学生加深理解、记忆和掌握；同时，还可以培养学生的观察和思维能力，提高科学探究能力。

但是，实验教学受限于两个重要的条件：一方面是实验条件的限制，特别

是在农村中学，实验室的设备和管理比较落后；另一方面是实验设计的合理性，合理的实验设计能够使得实验成功且现象明显，进而得出正确的实验结论，达到《普通高中生物课程标准（实验）》中有关“发展科学探究能力”的目标。

人教版高中生物必修1模块中有4个探究实验，主要围绕有关生物催化剂—酶的催化特性、证实大部分酶的化学本质是蛋白质的实验探究。但在实施探究实验教学过程中，由于教材编排本身或教师在相关实验条件的设计存在某些瑕疵或不严谨之处，影响了探究实验教学的实效性。对此，本文对高中生物一组有关酶催化特性探究实验教学进行了设计与改进。

一、 酶催化高效性与专一性的探究实验 1． 酶催化高效性的探究实验

根据教材编排，采用观察试管中过氧化氢酶催化过氧化氢的分解反应，并以三氯化铁溶液催化过氧化氢的分解反应为对照，探究酶催化作用的高效性。正 确进行操作，其实验现象较为直接明显；若稍作改进，则整个实验过程操作更从容有序，实验现象更清晰、明显。 （1） 实验改进

使用50ml锥型瓶替代试管，实验材料不变;具体操作如图1所示。:在各盛有10ml 3%H2O2溶液的1和2号锥型瓶中分别滴加3.5tCl3溶液和黄豆粒大小猪肝(相当于20%肝脏研磨液3滴)后，反应即开始，二者均有大量的气泡产生;为了鉴别其催化反应速率的大小，待反应约0.5—1min后，用点燃的卫生香分别伸入两锥型瓶口内，观察比较卫生香燃烧情况。

3.5tCl3 2-3滴

↓

黄豆粒大小的猪肝

↓

3%H2O2溶液 10ml 3%H2O2溶液 10ml

图1 Fe3+与过氧化氢酶催化H2O2分解反应

（2） 实验改进前后的比较

改进前,由于反应在试管内进行，其底物3% H2O2溶液只有3ml，反应所产生的O2 量有可能不够多，学生在点燃卫生香检验时，现象观察不明显；实验操作紧张，不够简便有序。改进后采用锥型瓶替代试管，可增加底物3% H2O2溶液的用量至10ml，相对其反应分解产生的O2 量增加，且锥型瓶的特点底部大，瓶口较小，反应产生的O2 量不会迅速逸出，用点燃卫生香检验的实验操作可从容进行，实验现象清晰明显。 2. 酶催化专一性的探究实验 （1）实验材料

稀释50-200倍唾液：预先用蒸馏水漱口三次以清洁口腔，再含一口蒸馏水在口腔停留10s后使其流入量筒，以蒸馏水稀释50-200倍(稀释倍数可根据各人唾液淀粉酶活性调整)混匀备用;

0.2%淀粉溶液; 20%肝脏研磨液；3% H2O2溶液;碘试剂。 （2）实验操作步骤 按表1，2进行。

表1 酶催化专一性的探究实验(一)

试 剂 \\ 管号 0.2%淀粉溶液/ml 20%肝研磨液/滴 稀释唾液/ml 蒸馏水/ml 碘试剂检验*

1 1 - - 1 蓝色

2 1 2 - 1 蓝色

3 1 - 1 - 黄色

*各管混匀，置37℃恒温水浴5min，再取各管样液于白瓷板上，用碘试剂检验。

表2 酶催化专一性的探究实验(二)

试 剂 \\ 管号 3%H2O2溶液/ml 20%肝研磨液/滴 未稀释唾液/滴 实验现象

1 2 - - 无气泡

2 2 2 - 大量气泡

3 2 - 2 无气泡

（3） 实验结果及讨论

本实验结果表明：淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化过氧化氢的分解;过氧化氢酶则只能催化过氧化氢的分解而不能催化淀粉的水解，由此证实一种酶只能催化一种或一类化学反应，即酶催化作用的专一性；使学生更好领会酶的这种高度的专一性是细胞有条不紊地进行代谢活动的保证。

关于酶催化专一性的探究实验，也可采用唾液淀粉酶与蔗糖酶，通过淀粉酶只能催化淀粉的水解，不能催化蔗糖的水解;蔗糖酶只能催化蔗糖的水解，而不能催化淀粉的水解实验观察，达到探究酶催化专一性的实验目的。 (蔗糖酶的制备：干酵母20g，置于研钵中，添加适量的蒸馏水及少量细砂，用力研磨，提取约1h，再加蒸馏水100ml，离心，取上清液保存于冰箱备用。)

二、pH对酶催化活性影响的探究实验 1.实验条件

（1）实验用酶及底物溶液

人唾液稀释液的制备方法与2.（1）相同；底物为1%淀粉溶液。 （2）检验试剂

班氏试剂（改良斐林试剂）：先称取1.74g 硫酸铜加蒸馏水15ml溶解 ；另称取柠檬酸钠17.3g和无水碳酸钠10.0g ，加入蒸馏水85ml溶解；将两溶液混合均匀即可。

（3）pH调节试剂

0.1%HCl溶液和 0.1%NaOH溶液; 2.实验操作步骤 按表3操作。

表3 pH对酶活性影响的探究实验

pH 1%淀粉溶液/ml 0.1%HCl溶液/ml 0.1%NaOH溶液/ml 蒸馏水/ml 唾液淀粉酶/ml

3.0-4.0 2 1 无 无 1

7.0 2 无 无 1 1

9.0-10.0 2 无 1 无 1

混匀，室温放置3min，每管加入班氏试剂各2ml，沸水浴1min 实验现象

3. 实验结果与讨论

按上述实验设计操作，其实验现象非常明显：在pH=7条件下，唾液淀粉酶与淀粉溶液作用，酶活最大，与班氏试剂作用产生大量砖红色沉淀；而在pH为酸性（3-4）或碱性（9-10）条件下，酶活基本丧失，故不产生砖红色沉淀；由此得出实验结论：不同的pH条件将影响酶的催化活性。唾液淀粉酶的最适pH为7，过酸或过碱条件易使其变性失活。

但本探究实验，其实验用酶、检验试剂等的条件设计若不合理，就无法得到正确的实验结果与科学结论。 （1）实验用酶

本探究实验设计采用唾液淀粉酶，而非教材建议的过氧化氢酶作为实验用酶，是因为若选择过氧化氢酶，则其底物溶液即为过氧化氢，而不同的pH条件会影响过氧化氢溶液自身的稳定性：pH为4时较为稳定，pH≥9时，过氧化氢不稳定易分解而产生气泡（O2↑）。显然，教材p84选择用过氧化氢酶来探究pH对酶活性的影响是不严谨、不可取的。

选择唾液淀粉酶来探究pH对酶活性的影响，也许有人会质疑：在不同的pH条件如在酸性条件下，酶失活，底物淀粉溶液也会发生部分水解，从而干扰实验。但通过实验表明：淀粉溶液在常温条件下酸水解作用很弱，且本探究实验设计采用稀酸即0.1%HCl溶液，酶与底物作用时间只有3分钟，酸水解作用的影响可忽略不计，因此，实验结果用班氏试剂检验呈阴性，不干扰反应。 （2） 检验试剂

无砖红色↓

大量砖红色↓

无砖红色↓