酶的特性實(shí)驗(yàn)與試劑選擇

孫水俠

摘 要：對(duì)酶的特性有關(guān)實(shí)驗(yàn)，就試劑的選擇進(jìn)行了歸納分析。

關(guān)鍵詞：酶;特性;實(shí)驗(yàn);試劑

酶的特性包括專一性、高效性及酶的作用條件較溫和。課本在實(shí)驗(yàn)探究“影響酶活性的條件”材料用具中指出，建議用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響，用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響，但是具體的原因沒(méi)有做任何說(shuō)明。很多學(xué)生會(huì)問(wèn)到能不能用過(guò)氧化氫酶探究溫度對(duì)酶活性的影響？用淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響？在2010年四川高考生物試題中，考查了酶專一性實(shí)驗(yàn)試劑選用問(wèn)題;同樣2013年江蘇高考生物試題又考查了溫度、pH對(duì)酶活性影響實(shí)驗(yàn)材料與試劑的選用。針對(duì)以上問(wèn)題和考題，筆者就酶的特性有關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑的選擇及原因進(jìn)行歸納分析說(shuō)明。

一、酶的專一性實(shí)驗(yàn)

酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。

酶的專一性實(shí)驗(yàn)通常用淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的作用來(lái)驗(yàn)證。淀粉和蔗糖都是非還原性糖。它們?cè)诿傅拇呋饔孟露寄芩獬蛇€原性糖，還原性糖能夠與斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成磚紅色的氧化亞銅沉淀。用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖溶液，再用斐林試劑鑒定溶液中有無(wú)還原性糖，就可以看出淀粉酶是否催化了這兩種化學(xué)反應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)的指示劑用斐林試劑，而不能用碘液。因?yàn)榈矸塾龅庖鹤兯{(lán)，其水解產(chǎn)物遇碘不變藍(lán);蔗糖與碘液不變藍(lán)，蔗糖水解產(chǎn)物葡萄糖和果糖遇碘液也都不變藍(lán)，因此，碘液不能判斷淀粉酶能否催化蔗糖水解;若用碘液作指示劑，能證明淀粉酶催化淀粉水解，不能證明淀粉酶對(duì)蔗糖是否起了催化作用，故不能證明酶的專一性。

二、酶的高效性實(shí)驗(yàn)

酶的高效性是指酶比無(wú)機(jī)催化劑的催化效率高很多倍（通常為107～1013倍）。酶的高效性實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)材料是：新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液、體積分?jǐn)?shù)為3%的過(guò)氧化氫溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鐵溶液。實(shí)驗(yàn)原理是新鮮的肝臟研磨液中含有過(guò)氧化氫酶，F(xiàn)e3+是一種無(wú)機(jī)催化劑，它們都可以催化過(guò)氧化氫分解成水和氧氣。分別用一定數(shù)量的過(guò)氧化氫酶和Fe3+催化過(guò)氧化氫分解成水和氧，觀察氧氣的釋放速度（用點(diǎn)燃但無(wú)火焰的衛(wèi)生香測(cè)試，觀察哪個(gè)衛(wèi)生香燃燒更猛烈）可以比較兩者的催化效率。

在酶的高效性實(shí)驗(yàn)中一定要用酶與無(wú)機(jī)催化劑進(jìn)行比較，因?yàn)闊o(wú)機(jī)催化劑能夠催化化學(xué)反應(yīng)，但不具有高效性。用過(guò)氧化氫酶與Fe3+催化H2O2的水解實(shí)驗(yàn)中，過(guò)氧化氫酶催化H2O2水解產(chǎn)生氧氣的速度極快，F(xiàn)e3+催化H2O2水解產(chǎn)生氧氣的速度較慢，用點(diǎn)燃但無(wú)火焰的衛(wèi)生香測(cè)試，過(guò)氧化氫酶那支試管衛(wèi)生香燃燒更猛烈，從而證明過(guò)氧化氫酶具有高效性。

三、溫度影響酶活性的實(shí)驗(yàn)

酶促反應(yīng)在一定溫度范圍內(nèi)反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，在最適溫度下酶的活性最大，當(dāng)溫度超過(guò)最適溫度時(shí)，酶促反應(yīng)速率隨溫度的升高而下降。

在探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中，不能選用過(guò)氧化氫酶來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，過(guò)氧化氫酶催化的底物是H2O2，溫度和酶活性都可能改變H2O2的分解速度，不符合實(shí)驗(yàn)的單一變量原則，不能真實(shí)反映溫度對(duì)酶活性的影響。

探究溫度對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用淀粉酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在不同溫度下淀粉酶的活性不同，溶液中淀粉的分解量不同，剩余淀粉的量也就不同;而且淀粉酶使淀粉水解成麥芽糖，麥芽糖遇碘不變色;因此，根據(jù)溶液是否變藍(lán)及變藍(lán)的顏色深淺來(lái)反映淀粉酶的活性。在該實(shí)驗(yàn)中反映酶的活性，不能用斐林試劑判定產(chǎn)物中還原性糖的生成情況來(lái)反映酶活性大小。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的目的是探究不同溫度對(duì)酶活性的影響，如果選用斐林試劑作指示劑，斐林試劑與還原性糖的反應(yīng)需要水浴加熱到50～60℃，加熱改變了本實(shí)驗(yàn)酶原來(lái)所處的溫度條件，這樣就無(wú)法保證是原來(lái)溫度下真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

四、pH值影響酶活性的實(shí)驗(yàn)

每一種酶只能在一定限度的pH范圍內(nèi)才表現(xiàn)出活性，超過(guò)這個(gè)范圍酶就失去活性。

在探究pH值對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中，我們選擇的酶應(yīng)該是過(guò)氧化氫酶（新鮮肝臟研磨液中含有過(guò)氧化氫酶），在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的環(huán)境下，過(guò)氧化氫酶就會(huì)失去活性，不能催化H2O2的分解;而在中性環(huán)境下，過(guò)氧化氫酶活性較高，可催化H2O2的快速分解，從而證明pH值對(duì)酶活性有影響。

探究pH值對(duì)酶活性的影響實(shí)驗(yàn)不宜選用淀粉酶。淀粉酶催化淀粉的水解實(shí)驗(yàn)，在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境下因無(wú)合適的指示劑而無(wú)法反映出淀粉酶的催化結(jié)果。若該實(shí)驗(yàn)用碘作指示劑，在堿性條件下，碘分子可與NaOH發(fā)生反應(yīng)，生成NaI和NaIO，不會(huì)使淀粉變藍(lán);若用斐林試劑作指示劑，因斐林試劑有效成分是新配制的Cu（OH）2，只能在堿性環(huán)境下起作用，而在酸性條件下，斐林試劑與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，失去了對(duì)還原性糖的鑒定作用。

綜上所述，在酶的特性實(shí)驗(yàn)及有關(guān)考題中，如何選用試劑？必須考慮實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)的原則及實(shí)驗(yàn)的條件等綜合因素。