定量測定pH對酶活性影響的實驗設計

王江源 張玉芳

(江蘇省金壇市第一中學 213200)

1 實驗材料選擇和條件設定

1.1 底物和酶的選擇 在“影響酶活性的條件”探究實驗中，常用的底物和酶有可溶性淀粉溶液和淀粉酶，以及過氧化氫溶液和過氧化氫酶。其中，淀粉和淀粉酶作為該實驗的底物和酶存在明顯缺陷：①淀粉在酸的催化作用下可以發(fā)生水解反應；②反應結束后如果用碘液檢測時，由于碘液會與堿性緩沖液反應生成次碘化鈉(NaIO)和碘化鈉(NaI)，使之喪失作為檢測試劑的功用[1～3]。所以本實驗選用過氧化氫溶液和過氧化氫酶?？紤]到緩沖溶液和酶溶液的稀釋作用，本試驗采用質(zhì)量分數(shù)為3%的過氧化氫溶液。

1.2 pH梯度設定 由于過氧化氫在強酸性條件下(pH<3)的穩(wěn)定性較差，其分解速率很快，過氧化氫在弱酸性條件下比較穩(wěn)定，一般商品的過氧化氫溶液里都加有酸作為穩(wěn)定劑。而過氧化氫在堿性介質(zhì)中的分解速率遠比在酸性介質(zhì)中快。所以，本實驗設計的pH梯度為5.0、6.0、7.0、8.0和9.0的緩沖溶液。且經(jīng)過多次測定發(fā)現(xiàn)，相應pH溶液中加入等量過氧化氫酶溶液后，pH增減小于1%。所以，緩沖溶液在反應中的pH變化完全可以忽略不計。

2 實驗裝置設計

2.1 反應裝置 本試驗要求定量測定，因此對實驗步驟的可操控性和氣密性要求都非常高。經(jīng)過多次實驗比較，本實驗可采用圖1所示裝置。

圓底燒瓶(可用錐形瓶替代)作為酶和pH緩沖溶液的處理裝置，分液漏斗中裝入適量過氧化氫溶液。待酶和pH緩沖溶液處理結束后，打開分液漏斗蓋，再打開閥門，將過氧化氫溶液放入燒杯中并迅速關閉閥門。

2.2 集氣裝置 在化學實驗當中，根據(jù)氧氣的性質(zhì)，可以采用排水法進行收集。本實驗采用20 mL注射器來進行氣體收集和測量(圖2)。

3 實驗材料和方法

3.1 實驗材料 質(zhì)量分數(shù)為3%的過氧化氫溶液，質(zhì)量分數(shù)為20%的豬肝研磨液，pH 5.0、6.0、7.0、8.0、9.0緩沖溶液；燒瓶(錐形瓶)，分液漏斗，20 mL注射器，鐵架臺，玻璃導管，橡膠管等。

圖1 反應裝置

圖2 集氣裝置

3.2 實驗方法 按以下方法操作：①取如圖2裝置5組，分別編號1，2，3，4，5；②向5組裝置的分液漏斗中加入2 mL質(zhì)量分數(shù)為3%的過氧化氫溶液；③向每組燒瓶中分別加入2 mL新鮮的質(zhì)量分數(shù)20%的豬肝研磨液，搖勻；④向5組燒瓶中分別加入2 mL pH依次為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的緩沖溶液；⑤2 min后，打開止水夾，打開分液漏斗蓋，打開分液漏斗閥門，將2 mL過氧化氫溶液加入到燒瓶中，并迅速關閉閥門；⑥1 min后，關閉止水夾，讀取并記錄注射器中氣體的體積；⑦重復以上步驟3次。

4 實驗結果分析

根據(jù)實驗步驟及所得結果，進行分析并得出結論如表1。

表1 實驗步驟及實驗結果

過氧化氫酶活性隨pH變化的具體情況可根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制曲線圖(圖略)。

通過該定量測定實驗，不但非常直觀地看出酶活性隨pH變化的情況，進一步加深學生對酶特性的理解，而且可以激發(fā)學生學習的興趣，加強學生實驗設計能力的訓練，提高學生各項實驗技能。