探究溫度對酶活性影響的實驗改進

尹 輝

江蘇省南通市通州區(qū)金沙中學(226300)

1 研究背景

“探究溫度對酶活性的影響”是人民教育出版社高中生物教材中的部分內(nèi)容。本部分內(nèi)容意在培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力，學會對實驗中自變量的設(shè)置、無關(guān)變量的控制及因變量的檢測等，有利于提高學生的實驗能力和學科素養(yǎng)。在學生實驗前，教師當然要先做一遍，了解實驗各個方面的情況，如試劑濃度是否適宜，實驗是否會出現(xiàn)意外現(xiàn)象等，這樣才能有的放矢，做到心中有數(shù)，也便于及時指導學生實驗時遇到的一些困惑和問題。

筆者按照教材上提供的實驗材料用具，依據(jù)表1中實驗內(nèi)容及步驟進行實驗。(注：α-淀粉酶是北京澳博星生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，最適pH為5.5～7.5，最適溫度為50～70 ℃，酶活力單位不少于3 700。)

表1 探究溫度對淀粉酶活性的影響

筆者重復做了2次實驗，C組試管始終不變成藍色，推測其原因可能是酶濃度較高，在沸水浴中未能完全失去活性。于是將淀粉酶濃度降低至1%，結(jié)果出乎意料，B組試管變藍了，C組試管依舊不變藍。這樣棘手的問題還是第一次遇到，看來理論和實踐還是有差距的。筆者靜下心來，查閱資料，尋找原因。前人經(jīng)驗告訴我們：檢測淀粉時，如果淀粉溶液溫度過高，則容易使碘逸出，會影響淀粉遇碘后藍色復合物的產(chǎn)生，若要使C組試管出現(xiàn)藍色，需要等溫度降低后在滴入碘液，或者也可以在溫度較高時增加碘的用量。B組試管中出現(xiàn)藍色可能是由于酶的濃度或淀粉溶液濃度高，在給定的時間內(nèi)淀粉未能充分反應(yīng)完全?？梢?，要想得到正確的實驗結(jié)果，還需要不斷摸索合適的淀粉與淀粉酶溶液溶度?；诖?，筆者想既然實驗存在這么多的問題且該實驗耗時較長，為什么不能換用別的實驗材料和試劑進行實驗呢？

2 初次嘗試

“果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用”一課給了我啟示，筆者開始嘗試探究溫度對果膠酶活性的影響。果膠酶能分解果膠瓦解植物細胞壁，能使果汁榨取更容易且榨出的果汁是澄清的。果汁的制備，與生產(chǎn)生活實踐相聯(lián)系，既能激發(fā)學生學習的興趣，同時也符合高中生物課程標準的要求。筆者分別嘗試了用蘋果和橘子做實驗材料。按下列步驟進行操作。

(1)用榨汁機將蘋果或橘子榨成汁，取5支試管，分別編號1～5，各加入2 mL果汁后分別置于溫度為0 ℃、25 ℃、50 ℃、75 ℃的水浴及沸水浴中。

(2)配置質(zhì)量分數(shù)為2%的果膠酶溶液(浙江一諾生物科技有限公司生產(chǎn)的食品果膠酶，最適宜pH約3.5，最適作用溫度為50 ℃)。另取5支試管，分別編號1′～5′，各加入1 mL果膠酶溶液后分別置于溫度為0 ℃、25 ℃、50 ℃、75 ℃的水浴及沸水浴中。

(3)將1～5、1′～5′試管各自在相應(yīng)溫度下保溫5 min后，將1′～5′試管中的果膠酶分別加入到1～5試管中，繼續(xù)保溫5 min。

(4)觀察各組試管中果汁的澄清度。實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 實驗結(jié)果

通過對5組試管中果汁澄清度的比較，我們發(fā)現(xiàn)，50 ℃時果膠酶活性最佳，果汁較澄清，0 ℃組基本不變，沸水浴組經(jīng)過高溫加熱后，發(fā)生了凝集現(xiàn)象，經(jīng)沉淀后，發(fā)現(xiàn)果汁也是比較澄清的。為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果？難道沸水中果膠酶沒有變性失去活性，比較耐高溫？或是高溫使蛋白質(zhì)及其他一些成分發(fā)生了變化?亦或是高溫也能促進果膠的分解？帶著疑問，筆者繼續(xù)實驗，將蘋果汁直接進行沸水浴加熱，不添加果膠酶，結(jié)果與加果膠酶的情況是一致的，可見果膠酶在沸水浴中已經(jīng)失去活性，加熱本身也能使果汁澄清，實驗又一次失敗了。

3 再度起航

筆者對實驗材料仍舊不滿意，如何能夠找到更合適的酶呢，既能使實驗現(xiàn)象明顯又能節(jié)約實驗時間。筆者不停在尋找著，功夫不負有心人，終于找到了胃蛋白酶(1∶10 000，進口實驗試劑Sigmap7 000分裝)。首先準備60 ℃的水，然后將雞蛋清加入到60 ℃的水中，雞蛋清液變性溶解在水中，用雙層紗布進行過濾，取濾液備用，我們將其稱之為雞蛋花(渾濁的蛋白液，乳白色)。配置一定濃度的胃蛋白酶液，按照表2進行實驗。

表2 探究溫度對胃蛋白酶活性的影響

當渾濁的雞蛋花溶液中加入胃蛋白酶混合震蕩后，渾濁的溶液立刻變得澄清透明，這說明不溶于水的大分子肽類物質(zhì)被水解為可溶性的小分子氨基酸，溶液變化現(xiàn)象非常明顯。實驗中還需要向每組試管中滴加1滴稀鹽酸，在未滴加稀鹽酸前溶液不會變澄清，這也正好驗證了pH對胃蛋白酶的活性是有影響的。該酶是高純度級別，發(fā)生反應(yīng)迅速，所以改進后的實驗，能節(jié)省大量時間，容易操作，且實驗現(xiàn)象非常明顯。讓學生親身體驗到人體胃部就是這樣將蛋白質(zhì)進行分解的。