探究“pH對(duì)過氧化氫酶的影響”活動(dòng)研究

馮莉琴

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[摘要]酶對(duì)環(huán)境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，超過這個(gè)范圍，酶就失活了。即使在這個(gè)有限的pH范圍內(nèi)，酶的活性也會(huì)隨著環(huán)境中的pH的變動(dòng)而有所不同，在某一pH值下酶的活性最強(qiáng)。最適的pH范圍可能很窄，也可能較寬，這取決于不同酶的特性。本課題選擇研究pH對(duì)過氧化氫酶活性的影響，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，探索最佳實(shí)驗(yàn)裝置，獲得較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

[關(guān)鍵詞]過氧化氫酶實(shí)驗(yàn)pH范圍

[中圖分類號(hào)]G633.91[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058（2015）110124

一、課題的提出

探究“pH對(duì)過氧化氫酶的影響”活動(dòng)安排在浙科版生物教材必修1《分析與細(xì)胞》第三章第三節(jié)《酶》中，這是新課改后增設(shè)的活動(dòng)內(nèi)容之一。生物科學(xué)研究的兩大重要方法就是觀察和實(shí)驗(yàn)，新課程也尤其重視實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的教學(xué)?！墩憬∑胀ǜ咧行抡n程實(shí)驗(yàn)生物學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見》中也明確指出：通過實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、獨(dú)立操作和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，使學(xué)生認(rèn)識(shí)生物科學(xué)的價(jià)值，養(yǎng)成勇于實(shí)踐的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。而本實(shí)驗(yàn)的要求較高，連貫性較強(qiáng)，還涉及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，數(shù)據(jù)的收集、處理，結(jié)果分析和結(jié)論的得出。但按照教材中的方法步驟開展，以及教材中的裝置圖的理解和連接又存在一定的難度，故有必要對(duì)本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)加以改進(jìn)。學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的修正及研究更合理的實(shí)驗(yàn)裝置，得出了更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

二、研究過程及成果

如何測定酶促反應(yīng)的速率，教材并沒有明確的指導(dǎo)，而對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們也只能通過肉眼進(jìn)行定性的觀察，從而推測酶促反應(yīng)速率的快慢，如檢測氣泡產(chǎn)生多還是少。能否對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行更加精確的定量檢測呢？能否通過實(shí)驗(yàn)找出過氧化氫酶的最適pH值？這是本實(shí)驗(yàn)要解決的主要問題。

[實(shí)驗(yàn)原理]

酶對(duì)環(huán)境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，超過這個(gè)范圍，酶就失活了。即使在這個(gè)有限的pH范圍內(nèi)，酶的活性也會(huì)隨著環(huán)境中的pH的變動(dòng)而有所不同，在某一pH值下酶的活性最強(qiáng)。最適的pH范圍可能很窄，也可能較寬，這取決于不同酶的特性。

過氧化氫酶在動(dòng)物的肝臟細(xì)胞和血細(xì)胞中濃度很高，因此可從鮮肝勻漿中提取過氧化氫酶溶液。

測定酶促反應(yīng)速率的方法有很多，如可以測定酶促反應(yīng)中單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物的減少量，也可以測定單位時(shí)間內(nèi)生成物的生成量。但由于在過氧化氫酶催化過氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)物（過氧化氫）一般都是過量的，而且過氧化氫的減少量也不好測定，所以在本實(shí)驗(yàn)中可以通過測定生成物（氧氣）的生成量來表示酶促反應(yīng)速率的大小。

[實(shí)驗(yàn)材料及器具]

實(shí)驗(yàn)材料及試劑：3%的過氧化氫溶液、pH為5、6、7、8的緩沖液、過氧化氫酶溶液（過氧化氫酶溶液的制備：取動(dòng)物的新鮮肝臟洗凈、研磨、過濾并稀釋，置于冰箱中備用）。

實(shí)驗(yàn)器具：研缽、三角瓶、集氣瓶、分液漏斗、量筒、雙孔膠塞、導(dǎo)氣管若干、記號(hào)筆、吸管、鑷子、試管架等。

[實(shí)驗(yàn)操作活動(dòng)]

實(shí)驗(yàn)嘗試一依照浙科版必修1《分子與細(xì)胞》課本中描述的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在下表中記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【注意】所有的實(shí)驗(yàn)都要嚴(yán)格保證不混淆，不應(yīng)該有上一次反應(yīng)后的剩余溶液，每次實(shí)驗(yàn)完后，應(yīng)充分沖洗，然后用相應(yīng)的緩沖液再?zèng)_洗一遍。

本實(shí)驗(yàn)由于裝置設(shè)置較為復(fù)雜及氣密性設(shè)置等問題使得氣體收集有難度，實(shí)驗(yàn)誤差較大。

實(shí)驗(yàn)嘗試二通過對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行合理的改進(jìn)與設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的更細(xì)的定量定時(shí)測定，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確，更加嚴(yán)謹(jǐn)。同時(shí)也使我們的探究活動(dòng)能夠更加科學(xué)、更加嚴(yán)謹(jǐn)，從而確定過氧化氫酶的最適pH值。

記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果于下表中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推斷出過氧化氫酶的最適pH值。

量筒中水面刻度（氧氣的總生成量）（單位：mL）

實(shí)驗(yàn)嘗試三由于該實(shí)驗(yàn)原裝置中選擇三角瓶，組裝有難度，本課題小組改用更為簡單的實(shí)驗(yàn)裝置來開展上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1探究pH影響過氧化氫酶活性的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)圖

依照上述裝置，選擇了醫(yī)用藥瓶與帶皮管的注射器進(jìn)行連接，嘗試實(shí)驗(yàn)。遺憾的是氣體無法收集。原因可能是針管太細(xì)，由于毛細(xì)張力的影響，限制了氣體的釋放，且如采用課本中將反應(yīng)小室橫放，并通過旋轉(zhuǎn)小室來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)，又要注意實(shí)驗(yàn)未開始時(shí)不能讓含過氧化氫酶的濾紙與過氧化氫溶液接觸，控制難度大。實(shí)驗(yàn)宣告失敗。但也給我們課題組一種簡化實(shí)驗(yàn)裝置的思路。經(jīng)進(jìn)一步改造，重新嘗試。

實(shí)驗(yàn)嘗試四在實(shí)驗(yàn)嘗試三的基礎(chǔ)上再次嘗試改造實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)如下。

圖2探究pH影響過氧化氫酶活性的實(shí)驗(yàn)裝置再改進(jìn)圖

方法步驟：

1.在如圖2所示的水槽中加水至滿為止。

2.用量筒量取5mLpH為5的緩沖液，倒入錐形瓶中。

3.用量筒向錐形瓶中加入新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的豬肝研磨液，搖勻，并與排水法收集氣體的裝置相連接。

4.將100mL量筒橫放在水槽中并使之灌滿水；將量筒倒立，量筒口在水下，導(dǎo)氣管伸入量筒口內(nèi)，注意不要讓量筒內(nèi)產(chǎn)生氣泡。

5.用注射器向錐形瓶內(nèi)注入5mL體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，1min時(shí)，讀取量筒中氧氣的體積并記錄。

6.取干凈的錐形瓶，以相同的方法，分別得到在pH=6、pH=7、pH=8的環(huán)境中測定單位時(shí)間（1min）內(nèi)過氧化氫分解所釋放的氣體量，注意只是溶液的酸堿度（pH）不同，其他條件及操作均相同。

7.重復(fù)5次實(shí)驗(yàn)，記錄各pH值環(huán)境中所測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并取平均值進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)得到了較為理想的結(jié)果，初步得出影響過氧化氫酶活性的最適pH值為7.0。

三、總結(jié)與思考

（一）本實(shí)驗(yàn)的意義

在教材必修1《分子與細(xì)胞》第五章關(guān)于探究酶活性條件的實(shí)驗(yàn)中定性地分析了溫度和pH對(duì)酶活性的影響，教材中提倡學(xué)生進(jìn)行深入探究，即對(duì)酶的活性進(jìn)行定量的分析。教材中并未給出具體的操作，也就是說對(duì)酶活性進(jìn)行定量分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是未知的。鑒于此，設(shè)計(jì)了本實(shí)驗(yàn)，旨在為學(xué)生進(jìn)一步進(jìn)行酶活性定量探究提供參考，為教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究提供參考性。

（二）本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念

1.為過氧化氫酶創(chuàng)造不同酸堿度的環(huán)境。由于使用鹽酸和氫氧化鈉溶液創(chuàng)造的環(huán)境會(huì)隨著其他液體的加入，pH值的變化會(huì)較大，因此，在本實(shí)驗(yàn)中采用緩沖液來提供不同pH值的環(huán)境。

2.用簡單易得的實(shí)驗(yàn)器材完成實(shí)驗(yàn)操作。由于過氧化氫在分解時(shí)釋放出氧氣，而氧氣的量可以作為一個(gè)衡量實(shí)驗(yàn)速率的標(biāo)準(zhǔn)，且收集氧氣的設(shè)備比較簡單，因此，在本實(shí)驗(yàn)中選擇了過氧化氫酶作溶液為實(shí)驗(yàn)材料。

3.對(duì)酶活性進(jìn)行定量分析，即要保證實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性。由于在加液體的過程中可能會(huì)導(dǎo)致氣體的逸出，為了避免收集到的氣體逸出，在本實(shí)驗(yàn)中做了兩個(gè)調(diào)整：通過稀釋酶濃度來降低反應(yīng)速率和用注射器注入的方式加入，效果較好。

（三）本實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

1.在加酶前一定要搖勻，以保證所加酶的濃度相同。

2.在用注射器注入過氧化氫時(shí)一定要將針頭插進(jìn)膠塞內(nèi)，以防氣體逸出。

3.在推注射器活塞時(shí)，各組實(shí)驗(yàn)中所用的時(shí)間要相同。

4.本實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量較多，因此要多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)多次實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)求平均值。

（責(zé)任編輯黃春香）