酶特性實(shí)驗(yàn)的分析及改進(jìn)

郭衛(wèi)華

摘要以2018年高考理綜全國(guó)卷I試題為例，結(jié)合近三年的高考理綜全國(guó)卷I試題，分析了高考命題特點(diǎn)及對(duì)后期的備考建議，以期為2019屆高三生物復(fù)習(xí)提供可資借鑒與參考。

關(guān)鍵詞高考試題 特點(diǎn)分析 復(fù)習(xí)啟示

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

酶特性實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，很多教師也對(duì)此進(jìn)行了研究和改進(jìn)。對(duì)于酶專一性實(shí)驗(yàn)，筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)教材上沒(méi)有設(shè)計(jì)排除兩種酶中可能混有還原性物質(zhì)的可能性。而在探究pH對(duì)酶活性影響時(shí)，人教社的《必修1.分子與細(xì)胞》中第84頁(yè)用括號(hào)注明“建議用淀粉酶探究溫度對(duì)酶活性的影響，用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響”，但并未說(shuō)明原因。下面對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了原因分析并重新設(shè)計(jì)，在教學(xué)實(shí)施中獲得了較好效果。

1探究酶專一性的實(shí)驗(yàn)

1.1酶專一性實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)表1。

這是一個(gè)比較經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，很多教師上課時(shí)基本也是這樣講的，同時(shí)還會(huì)讓學(xué)生思考“此實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼玫庖捍骒沉衷噭﹣?lái)檢驗(yàn)”。學(xué)生基本也知道不能用碘液，因?yàn)榈庖簾o(wú)法檢驗(yàn)蔗糖是否被水解，碘液檢驗(yàn)的是反應(yīng)物，而斐林試劑檢驗(yàn)的生成物。

1.2酶專一性的改進(jìn)

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟：

取4支試管分別編號(hào)見(jiàn)表2中①、②、③、④，加入試劑，充分混勻后放在50℃恒溫水浴中保溫5 min，再各加入斐林試劑2mL，搖勻。50%再水浴2 min，觀察是否有沉淀并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

再取4支試管分別編號(hào)見(jiàn)表2中⑤、⑥、⑦、⑧，如表2所示，加入試劑，最后各試管加入蒸餾水補(bǔ)足到總體積6mL，搖勻。50%再水浴2min，觀察是否有沉淀并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：只有①號(hào)和④號(hào)出現(xiàn)磚紅色沉淀，由此可知淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解;蔗糖酶只能催化蔗糖水解，不能催化淀粉分解;即“酶具有專一性”。

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)反思：淀粉酶代替唾液，免去了收集唾液的麻煩及唾液中食物殘?jiān)挠绊?淀粉酶和蔗糖酶都為植物體內(nèi)的酶，最適溫度一般在40～50%，故本實(shí)驗(yàn)設(shè)置反應(yīng)溫度在50%，也是斐林試劑水浴的溫度，從而避免了前后溫度不一致而把溫度作為自變量了;增加了兩組對(duì)照（⑦號(hào)和⑧號(hào)），排除了兩種酶中混有還原性物質(zhì)的可能，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加嚴(yán)謹(jǐn)。

2探究pH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)

2.1探究pH對(duì)酶活性影響實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)表3。

2.2實(shí)驗(yàn)反思

①、③號(hào)試管內(nèi)溶液的顏色變化完全出乎預(yù)料，是不是由于操作失誤造成的呢？于是，學(xué)生對(duì)①號(hào)試管反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在加入HCl后的不同時(shí)間內(nèi)滴加I-KI溶液所呈現(xiàn)的顏色不一樣，有時(shí)呈現(xiàn)紅色，有時(shí)呈現(xiàn)褐色，或者二者之間的顏色;對(duì)③試管進(jìn)行多次操作實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有滴加足夠多的I-KI溶液，藍(lán)色才不消失。

這究竟是怎么回事呢？結(jié)合化學(xué)知識(shí)，淀粉及其水解產(chǎn)物與碘的顯色反應(yīng)，是由于碘分子嵌入淀粉螺旋圈內(nèi)，借著范得華力與淀粉聯(lián)系在一起，形成淀粉一碘絡(luò)合物的緣故。其顏色與多糖鏈長(zhǎng)度有關(guān)，當(dāng)鏈長(zhǎng)小于6個(gè)葡萄糖單位時(shí)，不能形成一個(gè)螺旋圈，因而不能顯色，當(dāng)鏈長(zhǎng)度平均為20個(gè)葡萄糖單位時(shí)顯紅色，大于60個(gè)葡萄糖單位時(shí)顯藍(lán)色。對(duì)①號(hào)試管內(nèi)在加入HCl后的不同時(shí)間段滴加I-KI溶液，有時(shí)呈現(xiàn)紅色，有時(shí)呈現(xiàn)褐色，或者二者之間的顏色，說(shuō)明淀粉發(fā)生了不同程度的水解，產(chǎn)生了分子量大小不等的水解產(chǎn)物。試管內(nèi)已經(jīng)加了1mL體積分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液，難道淀粉酶在酸的作用下沒(méi)有變性失去活性嗎？經(jīng)過(guò)查閱資料，發(fā)現(xiàn)，淀粉酶的確失去了活性。但是師生忽視淀粉不但在酶的作用下發(fā)生水解，在酸的作用下同樣發(fā)生水解。這樣①號(hào)試管內(nèi)所表現(xiàn)出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就掩蓋了在酸性環(huán)境中淀粉酶的活性受到抑制或者變性失去活性的事實(shí)，這樣看來(lái)淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響是不合適的。

那么③號(hào)試管內(nèi)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因又是什么呢？滴加溶I-KI液試管內(nèi)溶液瞬間變藍(lán)，說(shuō)明試管內(nèi)一定有淀粉存在，但是為什么藍(lán)色在瞬間又消失了呢，難道淀粉在瞬間又被水解了嗎？經(jīng)過(guò)查閱資料，得知③號(hào)試管中還存在著另一種化學(xué)反應(yīng)，即I2（I2與氯氣類似都為同一主族元素，有相似的化學(xué)性質(zhì)）與NaOH發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)：2NaOH+L2=NM+NMO+H2O。盡管剛剛加入的I-KI溶液中的碘和淀粉反應(yīng)產(chǎn)生淀粉一碘絡(luò)合物，使溶液變?yōu)樗{(lán)色，但是由于碘分子是嵌入淀粉的螺旋圈內(nèi)，借范得華力與淀粉聯(lián)系在一起的，其化學(xué)性質(zhì)并沒(méi)有發(fā)生改變。所以爾后又迅速與NaOH發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了無(wú)色的NaI、NaIO，使試管內(nèi)呈現(xiàn)的藍(lán)色在瞬間又歸為無(wú)色。只有當(dāng)加入足夠多的碘一碘化鉀溶液時(shí)，與NaOH充分反應(yīng)完畢后剩余的碘才與淀粉發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生淀粉一碘絡(luò)合物，出現(xiàn)藍(lán)色。從③號(hào)試管的顏色變化看，盡管當(dāng)加入足量的I-KI溶液時(shí)，所期望的溶液顏色——藍(lán)色最終出現(xiàn)了，也同樣說(shuō)明堿性環(huán)境影響了酶的活性。但是，如果用淀粉酶探究pH對(duì)酶活性影響的學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要向?qū)W生解釋的太多，所以從③號(hào)試管內(nèi)的顏色變化看，用淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響也是不合適的。

那么，如果用斐林試劑代替碘液來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)物是否可行？答案是否定的。因?yàn)殪沉衷噭滓海嘿|(zhì)量濃度0.1g/mL NaOH溶液、乙液：質(zhì)量濃度0.05g/mL CuSO～溶液）其實(shí)質(zhì)為新制的Cu（OH）2，從化學(xué)方面，可知加入鹽酸會(huì)將新制的Cu（OH）2分解，致使還原糖無(wú)法和斐林試劑反應(yīng)，自然無(wú)法確定到底是否有還原糖生成。

綜上所述用淀粉酶探究pH對(duì)酶活性的影響是不合適的，建議用過(guò)氧化氫酶探究pH對(duì)酶活性的影響。

2.3探究pH對(duì)過(guò)氧化氫酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)表4。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生不僅要嚴(yán)格遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原則，但又不能生搬硬套，而且有時(shí)還要考慮檢測(cè)試劑等，才能最大限度地確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和說(shuō)服力。上述實(shí)驗(yàn)只是筆者在教學(xué)中碰到的疑惑及一些改進(jìn)，只是定性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于各溶液的濃度及試劑用量等僅供參考。