“探索影響淀粉酶活性的條件”的疑難解答

高三生物復(fù)習(xí)中，老師和學(xué)生經(jīng)常遇到這類實(shí)驗(yàn)——酶需要適宜條件，也就是酶的活性與溫度、pH值的關(guān)系。該類實(shí)驗(yàn)老師和學(xué)生的疑難問(wèn)題較多，教師解答也有一定的難度。筆者結(jié)合這些疑問(wèn)，查閱了大量資料，整理了該實(shí)驗(yàn)的疑難解答。希望有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，并與各位生物老師交流。

“探索影響淀粉酶活性的條件”這一實(shí)驗(yàn)的主要目的是:探索淀粉酶在不同溫度和pH下催化淀粉水解的情況。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)中學(xué)生的疑問(wèn)，現(xiàn)解答如下:

一、溫度對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)步驟為

1.取3支潔凈的試管并編號(hào)，分別注入2ml可溶性淀粉溶液。

2.將3支試管分別放入60℃左右的熱水、沸水和冰塊中，維持各自的溫度5min。

3.在3支試管中各注入1ml新鮮的淀粉酶溶液，搖勻后，維持各自的溫度5min。

4.在3支試管中各滴入1滴碘液，然后搖勻。

5.觀察并記錄這3支試管中溶液顏色的變化情況。

問(wèn)題一:上述步驟的②③兩步次序能否顛倒?

解析:不能。3支試管各注入2ml可溶性淀粉后要先放入不同溫度環(huán)境保溫5min，使淀粉液達(dá)到所處不同環(huán)境的溫度，然后再加新鮮淀粉酶，搖勻并維持5min，否則若加入淀粉酶后再放入不同溫度環(huán)境中，由于酶的高效性，在升溫或降溫的過(guò)程中已把淀粉分解了，3支試管內(nèi)都有麥芽糖生成，結(jié)果3支試管都不變藍(lán)，從而看不出來(lái)溫度對(duì)酶的影響。

問(wèn)題二:該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼渺沉衷噭?或班氏試劑)來(lái)檢測(cè)還原性糖的產(chǎn)生?

解析:不能。因?yàn)槿粲渺沉衷噭﹦t步驟4為:在3支試管中各加入2ml斐林試劑(或班氏試劑)，搖勻后將3支試管的下半部放進(jìn)盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸并保持1min。

在此加熱過(guò)程中，放冰塊的試管內(nèi)在升溫過(guò)程中酶的活性會(huì)升高，從而會(huì)分解淀粉產(chǎn)生麥芽糖;結(jié)果60℃熱水和加冰塊的試管內(nèi)都有磚紅色沉淀，造成了錯(cuò)覺(jué)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與溫度對(duì)酶活性影響的事實(shí)不相符。另外，試驗(yàn)中2、4都有溫度在起作用，其結(jié)果到底是哪一步驟造成?無(wú)法確定。

問(wèn)題三:淀粉酶的最適溫度是多少?

解析:淀粉酶有不同類型。實(shí)驗(yàn)中一般用到兩種:若用人的唾液淀粉酶，則其最適溫度為37℃;若用從化學(xué)試劑商店購(gòu)買的淀粉酶則其最適溫度為50℃~75℃，一般采用60℃。

二、pH對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)步驟為

1.取3支試管編號(hào)，并按下表序號(hào)1-5操作:

2.振蕩3支試管，使試管內(nèi)液體混合均勻，然后將3支試管下半部浸到60℃左右熱水中，保溫5min。

3.在3支試管內(nèi)各加入2ml斐林試劑，并將3支試管的下半部放入盛有熱水的大燒杯中，用酒精燈加熱，煮沸1min。

4.觀察記錄3支試管中溶液顏色的變化情況。

問(wèn)題一:在步驟1中能否先加入淀粉后，再加入淀粉酶，最后加酸或堿?

解析:不能。該實(shí)驗(yàn)必須先將酶置于不同環(huán)境條件下(加清水，加NaOH，加HCl)，然后再加入可溶性淀粉液，才能證實(shí)環(huán)境過(guò)酸和過(guò)堿對(duì)酶活性的影響。若順序顛倒，則加堿、酸前，因?yàn)槊赣懈咝?，酶就將淀粉分解產(chǎn)生還原性糖(麥芽糖)，結(jié)果三支試管都有磚紅色沉淀產(chǎn)生，看不出pH對(duì)酶的影響。

問(wèn)題二:步驟3能否將斐林試劑換用碘液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果?

解析:不能。溶于水的直鏈淀粉借助分子內(nèi)的氫鍵卷曲成螺旋狀。加入碘液時(shí)，碘分子便嵌入到螺旋結(jié)構(gòu)的空隙處，并且借助范德華力與直鏈淀粉聯(lián)系在一起，形成一種絡(luò)合物。這種絡(luò)合物能夠比較均勻地吸收除了藍(lán)光以外的其他可見(jiàn)光從而使淀粉溶液呈現(xiàn)藍(lán)色，此實(shí)驗(yàn)中若用碘液檢測(cè)，則酸或堿會(huì)影響碘分子，從而影響顏色變化，而無(wú)法確定是否是酶催化淀粉解的結(jié)果。而斐林試劑檢測(cè)可溶性還原性糖時(shí)靈敏度高，故用斐林試劑而不用碘液。

問(wèn)題三:為什么加入HCl的試管中最后呈現(xiàn)藍(lán)綠色?

解析:斐林試劑的甲液(NaOH)和乙液(CuSO4)混合后生成藍(lán)色Cu(OH)2沉淀，Cu(OH)2遇HCl發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生綠色的CuCl2溶液，又因HCl為1ml，斐林試劑為2ml故Cu(OH)2過(guò)量。這樣藍(lán)色的Cu(OH)2和綠色的CuCl2混合在一起而呈現(xiàn)藍(lán)綠色。

生物學(xué)是實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，實(shí)驗(yàn)有助于加深學(xué)生對(duì)自然科學(xué)概念、原理和規(guī)律的理解，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ彩菍W(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)。所以，我們應(yīng)注重分析實(shí)驗(yàn)的方法步驟，引導(dǎo)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力。

參考文獻(xiàn):

1.沈同，王鏡巖編.《生物化學(xué)》

2.《高中生物實(shí)驗(yàn)大全》.青島海洋大學(xué)出版社

3.《三尺講臺(tái)》.光明日?qǐng)?bào)出版社

作者單位:山東省淄博實(shí)驗(yàn)中學(xué)