“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

王甫榮

(浙江省嘉興市秀州中學(xué) 314033)

酶是由生物活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化作用的有機(jī)物，其催化活性受到多種因素影響，其中pH值是影響酶活性的重要因素之一。“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)必修1中的實(shí)驗(yàn)，是高中學(xué)生第一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的好材料，因此處于重要的地位。不同的教材在酶的選擇上存在差異，浙科版和蘇教版教材都是用過氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響，人教版教材建議用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響。那么，能不能用淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響呢？

1 高考試題分析

2012年大綱卷高考試題：某同學(xué)為了探究pH對(duì)人唾液淀粉酶活性的影響，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟：①在A、B、C、D、E 5支試管中分別加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的適宜濃度緩沖液5mL，再分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉液1 mL。②各試管中分別加入適當(dāng)濃度的唾液稀釋液1 mL，搖勻。③將5支試管放入70℃恒溫水浴中，保溫時(shí)間相同且合適。④取出各試管，分別加入斐林試劑2 mL，搖勻。⑤觀察各試管溶液的顏色，通過顏色深淺判斷唾液淀粉酶作用的最適pH。

上述實(shí)驗(yàn)步驟中有2處錯(cuò)誤，請(qǐng)更正并說明更正的理由(不考慮試劑的濃度和加入量、pH梯度以及實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù))，以便實(shí)驗(yàn)?zāi)艿玫秸_的預(yù)期結(jié)果。

參考答案：(1)③中 70℃應(yīng)該為37℃。因?yàn)槿送僖旱矸勖缸饔玫淖钸m溫度為37℃；(2)在觀察各試管中溶液的顏色之前應(yīng)將各試管放在沸水浴中一段時(shí)間。因?yàn)樵诟邷貤l件下斐林試劑(或本尼迪特試劑)與還原糖反應(yīng)顯色。

試題分析：一些資料認(rèn)為，這個(gè)試題有一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤，不能用人唾液淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響，應(yīng)該用過氧化氫酶，因?yàn)榈矸墼谒嵝詶l件下發(fā)生水解。筆者認(rèn)為可以用淀粉酶，但必須是唾液淀粉酶，不能用α-淀粉酶。

2 常見錯(cuò)誤設(shè)計(jì)方案

錯(cuò)誤方案1：以唾液淀粉酶為實(shí)驗(yàn)材料，選擇pH2的5%HCl、pH7的蒸餾水、pH14的5%NaOH作為實(shí)驗(yàn)的pH研究范圍，用碘液檢驗(yàn)淀粉是否存在，證明酶的活性。以期望得出唾液淀粉酶的“最適pH”和唾液淀粉酶的活性隨pH的變化而變化的規(guī)律。

分析：此實(shí)驗(yàn)用碘液檢驗(yàn)淀粉是否存在，證明酶的活性是不可以的。因?yàn)樵趬A性條件下，碘分子可與NaOH發(fā)生反應(yīng)，生成NaI和NaIO，(I2+ 2NaOH =NaI + NaIO +H2O)。因此，只有在中性和酸性條件下，碘才能使淀粉變藍(lán)，而在堿性條件下，溶液中沒有單質(zhì)的碘存在，淀粉不會(huì)變成藍(lán)色。如果按照這個(gè)方案操作，在堿性溶液下，加入碘液瞬間變藍(lán)，然后又呈現(xiàn)無色。

錯(cuò)誤方案2：以α-淀粉酶為實(shí)驗(yàn)材料，選擇pH2的5%HCl、pH7的蒸餾水、pH14的5%NaOH作為實(shí)驗(yàn)的pH研究范圍，再用斐林試劑(或本尼迪特試劑)檢驗(yàn)是否有還原糖存在，以證明酶的活性，并得出α-淀粉酶的“最適pH”和α-淀粉酶的活性隨pH的變化而變化的規(guī)律。

分析：此實(shí)驗(yàn)以α-淀粉酶為實(shí)驗(yàn)材料是不可以的。而α-淀粉酶活性的最適宜溫度是60℃左右，需要水浴加熱，而較高的溫度使得淀粉在HCl的作用下水解得很快，所以在酸性條件下做出來的結(jié)果并不是藍(lán)色。如果按照這樣的方案去操作，結(jié)果應(yīng)該是棕紅色的，也就是說有還原糖產(chǎn)生。

3 其他正確設(shè)計(jì)方案

方案：實(shí)驗(yàn)研究pH值對(duì)酶活性的影響，準(zhǔn)備5支含有等量人體蛋白酶溶液，但pH各不相同的試管，向每支試管中加1塊1 cm3正方體凝固蛋白質(zhì)，試管均置于37 ℃水浴條件下。記錄各試管中蛋白質(zhì)物塊消失的時(shí)間。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就是不需要用試劑去檢測(cè)反應(yīng)情況，缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)前需要制定蛋白塊。可見，探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅僅是關(guān)注單一變量，還需要關(guān)注試劑使用的科學(xué)性問題。