自制酵母蔗糖酶進行“酶的專一性”實驗探究

夏 天

(浙江省余姚市第四中學 315400)

李 暉

(浙江省余姚市教育局教研室 315400)

“探究酶的專一性”是浙科版高中生物學必修1“酶”一節中的活動[1]。《浙江省普通高中學業水平考試暨高考選考科目考試說明》對本實驗要求為c(應用)[2]：通過比較唾液淀粉酶和蔗糖酶對淀粉和蔗糖的作用，分析酶的專一性，體驗控制變量，并加深對對照實驗的理解。然而，市售的蔗糖酶(蔗糖轉化酶)大多數為酸性蔗糖酶，最適pH在4.5左右，最適溫度在50℃左右，與唾液淀粉酶的最適pH、溫度等反應條件差異大。此外，酶的催化效果并不理想。本實驗從酵母菌中提取蔗糖酶，結果表明，在與唾液淀粉酶一致的實驗條件下(pH中性，37℃)，酵母蔗糖酶水解蔗糖能力仍較好，實驗現象明顯。

1 酶溶液和淀粉溶液的制備

新鮮唾液(含唾液淀粉酶)：漱口，收集唾液，注意除去唾液里的氣泡(影響稀釋倍數)，稀釋200倍(不同人的唾液淀粉酶活性有差異，稀釋倍數可適當調整)[3]。

蔗糖酶溶液：取2g高活性干酵母置于研缽中，加0.2g石英砂和5mL蒸餾水，研磨15min，取出勻漿，稀釋10倍。置于45℃水浴5min使雜蛋白失活。過濾，保存濾液[4]。

1%淀粉溶液：用質量分數為0.3%的NaCl溶液配置淀粉溶液(可溶性淀粉含量1%)，加熱至略透明、無沉淀，即制成淀粉膠體(液溶膠)。Cl-為唾液淀粉酶的激活劑。

2 實驗方法與結果

2.1 實驗過程 ①取6支試管，分別編號1號～6號，按表1所示添加試劑；充分混勻后，置于37℃恒溫水浴中保溫(可用恒溫水浴鍋；或用燒杯、石棉網、三腳架和酒精燈等搭建簡易水浴裝置)，反應15min；②向6支試管各加2mL本尼迪特試劑(班氏試劑)，搖勻，熱水浴3min(若現象不明顯，可適當延長反應時間)；③記錄各試管的顏色。

表1 酶促反應體系

2.2 實驗結果 實驗結果見表2。3號試管呈紅黃色，6號試管呈橙黃色(產生的還原糖量相對較少)，靜置后均沉淀。其余試管均呈藍色。說明3號試管中淀粉在唾液淀粉酶的作用下水解產生還原糖，6號試管中蔗糖在蔗糖酶的作用下水解產生還原糖，其余試管由于未加酶或沒有對應的酶，淀粉或蔗糖沒有水解。學生根據實驗結果得出結論：酶具有專一性。

表2 “探究酶的專一性”實驗結果

3 討論

教師針對本實驗進一步提問，引導學生討論。問題一：根據單一變量原則，找出作為對照實驗的2支試管。學生會給出多種回答：① 1號和3號試管是對照實驗，2號和6號試管是對照實驗，其中1號試管、2號試管是各自組中的空白對照，用以表明本實驗所用淀粉、蔗糖不與本尼迪特試劑反應，不是還原糖，或未混有還原糖(排除假陽性)。② 3號和4號試管是對照實驗，5號和6號試管是對照實驗，各組中酶一致而底物不一致，相應的酶只能催化對應的底物水解，說明酶具有專一性。③ 3號和5號試管是對照實驗，4號和6號試管是對照實驗，各組中底物一致而酶不一致，相應的底物只能被對應的酶水解，說明酶具有專一性。

問題二：教師向學生展示使用實驗室中久置的蔗糖進行實驗的結果，2號和4號試管呈綠色，其他試管的現象與預期一致。2號和4號試管實驗結果與預期結果的不一致會引起學生思考這種反常現象的原因是什么。首先，教師提問為什么2號和4號試管會呈綠色，而不是藍色或紅黃色？有學生提出可能是藍色的本尼迪特試劑和紅黃色沉淀的混合色。那么怎么去證明？教師提示靜置后觀察。靜置一段時間后，顏色區分明顯，底部出現紅黃色沉淀，而上層清液呈藍色。接著，學生會進一步去分析實驗結果，在排除試管未洗凈等可能性后，通過分析2號和4號試管都加入了蔗糖，確認實驗用的蔗糖混有少量還原糖。

4 反思

教師在平時的教學中，應盡可能地創造條件讓學生進行實驗。在教學過程中，可將“錯誤”呈現給學生，或讓學生自己去試錯。當實驗結果與預期不一致時，引導學生進一步分析原因，并鼓勵學生設計實驗檢驗自己的假設。例如，教材中本實驗的第4個討論題：如果5號試管(淀粉溶液+蔗糖酶溶液)內呈現輕度陽性反應，你認為該怎么解釋？教師應引導學生通過比較各試管的實驗現象，得出多種解釋和檢驗方案：①蔗糖酶溶液混有少量還原糖，檢驗方案：用本尼迪特試劑檢測蔗糖酶溶液；②蔗糖酶溶液混有少量淀粉酶，檢驗方案：新購蔗糖酶后再進行實驗；③淀粉溶液混有少量蔗糖，檢驗方案：新購淀粉后再進行實驗；④試管沒清洗干凈，檢驗方案：試管洗凈后再進行實驗。

在實驗教學中，教師還應培養學生對實驗設計進行簡單評估的能力。鼓勵學生自己思考實驗流程有什么不妥，應如何改進。例如，“酶的催化效率”實驗中，1號試管加了少許雞肝勻漿或馬鈴薯勻漿(含過氧化氫酶)，2號試管加了少許MnO2，這意味著無法衡量兩種催化劑的用量，也就很難說哪種催化劑更高效了。針對此實驗，可改用過氧化氫酶，分別加入等量過氧化氫酶和MnO2即可。在實驗設計中，應盡可能做到量化，遵循等量原則。

本實驗還應注意若蔗糖放置過久，會產生少量還原糖，會使2號和4號試管(加了蔗糖)反應后呈綠色，靜置后出現紅黃色沉淀。若有上述現象，應新購蔗糖。也可以購買冰糖，用蒸餾水洗去表層，得到純凈的蔗糖[3]。

(基金項目：2017年寧波市基礎教育教研課題“基于核心素養的高中生物實驗創新與教學研究”，No. LX2017208)