淺談酶的專一性實(shí)驗(yàn)

摘要：本文對“探究酶的專一性”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后增加兩個(gè)對照組，用以排除淀粉和蔗糖中混有還原糖的可能，這樣使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，培養(yǎng)學(xué)生通過科學(xué)探究對生活實(shí)例進(jìn)行科學(xué)解釋的深度學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：淀粉酶 專一性 蔗糖 淀粉

前言：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中生物教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它對培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，獨(dú)立開發(fā)能力，設(shè)計(jì)思維、及提高創(chuàng)新意識(shí)起著奠定基礎(chǔ)的作用。生物實(shí)驗(yàn)課是生物教學(xué)的重要組成部分，通過實(shí)驗(yàn)不僅可以加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和獨(dú)立動(dòng)手能力，而且更為重要的是能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。酶的專一性實(shí)驗(yàn)是高中生物必修一，第五章第一節(jié)《酶的特性》里面的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)通過探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用來驗(yàn)證淀粉酶的專一性。酶的專一性是指酶對底物及其催化反應(yīng)的嚴(yán)格選擇性，一種酶只能作用于一種物質(zhì)，或一類分子結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，促其進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一定的反應(yīng)產(chǎn)物，這種選擇性作用稱為酶的專一性。細(xì)胞代謝能夠有條不紊的進(jìn)行，與酶的專一性是分不開的。

一、實(shí)驗(yàn)的核心素養(yǎng)

（一）生命觀念

通過對酶專一性的探究，加深學(xué)生對生物體生命活動(dòng)能高效有序進(jìn)行的微觀認(rèn)識(shí)。

（二）科學(xué)思維

結(jié)合生物個(gè)體水平的知識(shí)以及學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，初步形成實(shí)驗(yàn)探究的一般科學(xué)思維，通過對方案的討論和修正，培養(yǎng)科學(xué)探究思維。

（三）科學(xué)探究

通過小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證酶的專一性，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，并培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力。

（四）教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)：能夠解釋酶的專一性；2.能力目標(biāo)：進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會(huì)控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，掌握科學(xué)探究的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的能力和動(dòng)手實(shí)踐的能力；3.情感目標(biāo)：學(xué)習(xí)使用對比分析的方法，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和邏輯思維能力。

（五）重點(diǎn)、難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：酶的專一性；2.教學(xué)難點(diǎn)：組織和引導(dǎo)學(xué)生完成酶具有專一性的實(shí)驗(yàn)。為了使學(xué)生理解并掌握本實(shí)驗(yàn)我們可以采用實(shí)驗(yàn)演示法、講授法、直觀教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、討論法。

二、實(shí)驗(yàn)的思路

由于部分學(xué)生對高中生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路不明確，教師上課前先讓學(xué)生探討本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路。

思路一：換底物不換酶，用同一種酶去催化兩種不同的底物（如用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖反應(yīng)），然后檢測產(chǎn)物的生成情況。

思路二：換酶不換底物，用兩種不同的酶分別催化同一種底物（如用淀粉酶和蔗糖酶分別催化淀粉反應(yīng)），然后檢測產(chǎn)物的生成情況，從而證明酶的專一性。根據(jù)本校的具體情況，我們決定采用第一個(gè)設(shè)計(jì)思路。當(dāng)然有條件的情況下可以兩種思路都進(jìn)行。

接下來就要思考實(shí)驗(yàn)的原理，讓學(xué)生充分討論后進(jìn)行展示，具體如下：

淀粉（非還原糖）+ 淀粉酶→麥芽糖（還原糖）

蔗糖（非還原糖）+淀粉酶→蔗糖

淀粉和蔗糖都是非還原糖，它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖（麥芽糖、葡萄糖、果糖）。還原糖與斐林試劑發(fā)生反應(yīng)，生成磚紅色沉淀。因此用淀粉酶分別作用于淀粉和蔗糖后，再用斐林試劑鑒定，根據(jù)是否有磚紅色沉淀生成，就可以判斷淀粉酶是否對二者都有催化作用，從而探究酶的專一性。在這里要特別點(diǎn)明為什么不選擇碘液來鑒定淀粉的水解情況。淀粉遇碘液變藍(lán)色，當(dāng)?shù)矸郾凰鉃辂溠刻菚r(shí)不顯藍(lán)色，可以鑒定淀粉是否被水解；但是蔗糖遇碘液不變色，蔗糖水解的產(chǎn)物葡萄糖、果糖遇碘液也不變色，所以在這個(gè)實(shí)驗(yàn)里不能用碘液來鑒定反應(yīng)物是否水解。

三、實(shí)驗(yàn)的材料用具

稀釋的唾液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的可溶性淀粉溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蔗糖溶液、斐林試劑、清水。試管、大燒杯、量筒、滴管、溫度計(jì)、試管夾、三腳架、石棉網(wǎng)、酒精燈、火柴。

可溶性淀粉的配置要先把一定量的可溶性淀粉加水?dāng)噭蚝?，加?00ml沸水中攪勻，達(dá)到完全溶解。斐林試劑有甲液0.1g/ml的NaoH溶液和乙液0.05g/ml的CuSO4溶液組成；斐林試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用，要甲液和乙液等量混合均勻再滴加，斐林試劑在作用時(shí)要水浴加熱。

讓學(xué)生按照上面表格的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)，特別要注意酒精燈的安全使用。實(shí)驗(yàn)最后讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行展示，1號(hào)試管（滴加可溶性淀粉溶液）顯磚紅色；2號(hào)試管（滴加蔗糖溶液）顯藍(lán)色。學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，及總結(jié)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。1號(hào)試管有磚紅色沉淀生成，說明產(chǎn)生了還原糖，淀粉被水解，2號(hào)試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明沒有還原糖產(chǎn)生，說明蔗糖沒有被水解。由此我們可以得出結(jié)論：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的催化作用具有專一性。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說服力，引導(dǎo)學(xué)生添加空白對照，證明淀粉和蔗糖本身不能和斐林試劑發(fā)生顏色反應(yīng)。

四、總結(jié)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（一）為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，唾液稀釋的倍數(shù)可以減少為50倍甚至更少。探究實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力。當(dāng)學(xué)生有疑問時(shí)，教師先不要直接告訴學(xué)生結(jié)論，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由學(xué)生自己總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。探究實(shí)驗(yàn)不僅能讓學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)置對照組，學(xué)會(huì)控制變量的科學(xué)方法，學(xué)會(huì)使用對比分析的方法，還能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力及應(yīng)用生物學(xué)科知識(shí)解決生物學(xué)科問題的能力。

（二）在實(shí)驗(yàn)課中，教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生批判質(zhì)疑的精神；針對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不完美的地方，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。

（三）實(shí)驗(yàn)課之前，應(yīng)要求學(xué)生認(rèn)真閱讀教材中的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，了解實(shí)驗(yàn)的方法和步驟。

（四）實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)提醒學(xué)生注意：1.制備的可溶性淀粉溶液，一定要待完全冷卻后才能使用，這是因?yàn)闇囟冗^高會(huì)破壞唾液淀粉酶的活性。2.取唾液之前，一定要用清水漱口，防止食物殘?jiān)魅胪僖褐小?.如果2號(hào)試管也產(chǎn)生了磚紅色沉淀，可以考慮以下的原因：（1）蔗糖溶液放置的時(shí)間過長。因?yàn)榉胖脮r(shí)間過長蔗糖容易被溶液中的微生物分解成還原性的糖，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這時(shí)應(yīng)換用實(shí)驗(yàn)前臨時(shí)配置的蔗糖溶液。（2）試管不干凈。（3）蔗糖本身是否純凈。（4）滴加淀粉溶液和蔗糖溶液時(shí)不能共用一支滴管，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

結(jié)語：總的來說，以課本為基礎(chǔ)的高中生物實(shí)驗(yàn)探究中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生深入研究課本，進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)探究，以加強(qiáng)對其科學(xué)意識(shí)與創(chuàng)新思維能力的鍛煉，并協(xié)助其完善設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

作者簡介：王曉利（1984.08- ）女，漢族，河南省平頂山人，許昌市建安區(qū)第一高級中學(xué)，中小學(xué)二級教師，研究方向高中生物學(xué)