對“酶具有專一性”的幾點思考

鄭靜霞

摘? 要? 本文圍繞人教版高中生物必修一課本中“酶的專一性”驗證性實驗，通過“酶的專一性”的概念先確定實驗的自變量，自變量是底物的種類，或酶的種類，接著從底物的選擇、酶的選擇、鑒定試劑的選擇三個方面展開介紹，設計兩個最常見的對照實驗，最后當實驗出現蛋白質、麥芽糖作為反應的底物時，如何巧妙設計驗證實驗，發散學生思維，提高解題能力和解決問題的能力。

關鍵詞? 專一性? 鑒定試劑? 酶? 底物

人教版高中生物必修一課本對“酶的專一性”是這樣定義的：一種酶只能催化一種或一類化學反應，課本只是簡單歸納其概念和舉簡單事例，沒有具體驗證性實驗的設計思路和步驟，但高中生物新課程標準中，明確指出考生應該能設計相關實驗，驗證酶的特性，如酶的高效性和專一性，高考試題中也常常以探究性實驗題的形式進行考查，那么如何設計實驗？如何選擇實驗過程的底物、酶以及鑒定試劑呢？本文從以下幾個方面進行總結，便于考生更好掌握相關知識，設計相關實驗，提高學生科學探究和理性思維的核心素養。

1.自變量的確定

從“酶的專一性”定義出發，確定本實驗的自變量應為底物的種類，即同種酶只能水解一種或一類底物，而不能水解另一種或一類底物，從酶的專一性定義上也可以引申出同一種或一類底物只能被對應的水解酶水解，不能被另一種酶水解，即本實驗的自變量也可為酶的種類，因此設計對照實驗時，應先明確實驗的自變量，才能設計合理的實驗步驟。

2.底物的選擇

高中生物實驗室中常見的化學反應底物有淀粉、蛋白質、麥芽糖、蔗糖、過氧化氫等，本實驗設計優先考慮選用淀粉、蔗糖等作為底物，因為蛋白質在蛋白酶的作用下只能初步水解為多肽或二肽，反應物和生成物與雙縮脲試劑反應均為紫色，高中階段無法用相應的化學試劑檢測蛋白質是否水解。同理，麥芽糖在麥芽糖酶的作用下水解為葡萄糖，麥芽糖和葡萄糖均屬于還原糖，與斐林試劑反應均出現磚紅色沉淀，無法區分。另外，當實驗中需要使用斐林試劑鑒定產物時，底物也不能選過氧化氫，因為斐林試劑的使用需要水浴加熱，而過氧化氫加熱時也會分解，無法判斷過氧化氫的分解是過氧化氫酶起的作用還是加熱引起的分解，對結果造成干擾。

3.酶的選擇

根據酶所催化的化學反應類型，可將酶分為氧化還原酶、合成酶、水解酶等幾類，實驗中常選用水解酶，且所選擇的酶，應該是比較容易保存、容易獲取的，如唾液淀粉酶、蔗糖酶等。

4.鑒定試劑的選擇

綜上所述，當本實驗的自變量為底物的種類時，實驗設計如下，取兩根潔凈的試管，編號為1、2，往這兩根試管中分別加入等量的淀粉溶液和蔗糖溶液，并都加入等量的唾液淀粉酶（取材方便，現取現用），充分混勻并反應完全后，此時如何選擇鑒定試劑呢？

當本實驗的自變量為酶的種類時，實驗設計如下，取兩根潔凈的試管，編號為甲、乙，往這兩根試管中分別加入等量的淀粉溶液，甲試管中加入適量的唾液淀粉酶，乙試管中加入等量的蔗糖酶，充分混勻并反應完全后，此時如何選擇鑒定試劑呢？

鑒定試劑鑒定的思路一般有2種，即測底物是否水解？產物是否生成？通過1、2號試管對照，第一個實驗設計中只能通過斐林試劑檢測產物，檢測淀粉是否水解生成麥芽糖（一種還原糖），而不能使用碘液檢測淀粉是否水解。若試管同時滴加碘液，1號試管為未變藍，說明沒有淀粉，淀粉已經被全部水解，但2號試管中的蔗糖不論是否水解，均無法用碘液鑒定，因此確定檢測試劑選擇斐林試劑。

第二個實驗設計中，甲乙兩根試管因為底物相同，故檢測試劑選擇碘液或斐林試劑均可。

5.實驗的改進

如果試題中的實驗要求底物為蛋白質或麥芽糖，如何設計實驗呢？我們能否不借助鑒定試劑，而借助其他的觀察指標來判斷底物是否水解，如物質的存在形態，分子的通透性等。

底物以蛋白質為例，蛋白質存在的形式有液體、固體等，其中以液體較為常見，但我們要另辟新徑，實驗設計中不選蛋白質溶液，而改選蛋白質塊，假設蛋白質塊發生水解，則其體積會發生變化。實驗設計如下：取兩根潔凈的試管，編號為A、B，兩根試管中都放入同等大小體積的蛋白質塊，往A試管中加入蛋白酶，B試管加入其他水解酶，如唾液淀粉酶，若A管中蛋白質塊體積變小，B管中蛋白質塊體積不變，即可以驗證酶的專一性，本實驗無需借助鑒定試劑即可判斷底物的水解情況。

若反應底物為麥芽糖，麥芽糖在麥芽糖酶的作用可水解為葡萄糖，麥芽糖和葡萄糖都是還原糖，高中階段無法用化學試劑區分二者。實驗如何設計呢？已知麥芽糖是一種二糖，分子較大，不能通過半透膜，而葡萄糖為單糖，分子較小，可通過半透膜，本實驗可借助物質的通透性展開。實驗設計如下：取兩張大小相同的玻璃紙，包扎成球狀，上端接上漏斗，并用橡皮筋扎緊，如下圖所示，并編號為I、II，接著分別加入等量的麥芽糖溶液，往I組玻璃紙球加入適量的麥芽糖酶，往II組玻璃紙球加入等量的唾液淀粉酶，將兩組分別放入2個裝有清水的燒杯中，一段時間后取燒杯中的液體，檢測是否含有葡萄糖，若I組有葡萄糖，II號沒有葡萄糖，則說明麥芽糖可以被麥芽糖酶水解，不能被唾液淀粉酶水解，即可證明酶具有專一性。

參考文獻：

[1]張彩明.對“酶具有專一性”三種實驗方案的對比分析[J].甘肅教育.2015（14）：123.

[2]張萬明.“酶”專題復習的教學策略[J].生物學教學.2014（5）：30-33.