對“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)研究

段煜辰

摘要：在日常生活中，過氧化氫酶普遍存在于各種原核和真核生物中，如：馬鈴薯的塊莖、動物的肝臟等。本實(shí)驗(yàn)通過比較馬鈴薯塊在不同條件下催化過氧化氫溶液的分解，來了解酶的特性。

關(guān)鍵詞：過氧化氫酶（CAT）;pH值;溫度;蘇威爾數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);壓強(qiáng)曲線圖

1.1課題的研究背景及意義

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”是高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”第一節(jié)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”中重要的探究實(shí)驗(yàn)中的研究課題[1]，要求學(xué)生運(yùn)用“控制變量法”來完成實(shí)驗(yàn)探究。本實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生感受過氧化氫酶在不同條件下分解的快慢、明白酶催化化學(xué)反應(yīng)的高效性、明白過氧化氫酶在生活中的現(xiàn)實(shí)意義。而通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，我們更能直觀地觀察到現(xiàn)象，得出結(jié)論。

1.2本文的研究目的及主要內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)從探究底物濃度、酶濃度、溫度三個不同變量來研究過氧化氫在不同條件下的分解。第一組，馬鈴薯塊大小一樣，但份數(shù)不同，其余條件相同;第二組，過氧化氫溶液計量相同，但濃度不同，其他條件相同;第三組，實(shí)驗(yàn)溫度不同，其他條件相同。用蘇威爾數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測出反應(yīng)速率，從而研究反應(yīng)速率與自變量之間的關(guān)系。

2.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器

本實(shí)驗(yàn)所需器材有：計算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)線，壓強(qiáng)傳感器，鐵架臺，長尾夾，多向轉(zhuǎn)接器，錐形瓶，帶孔橡膠塞。

本實(shí)驗(yàn)所需材料有：1立方厘米的馬鈴薯塊若干塊、體積分?jǐn)?shù)為2%雙氧水100ml、體積分?jǐn)?shù)為4%雙氧水100ml、體積分?jǐn)?shù)為6%雙氧水100ml、溫度為35℃的水若干。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

1.在探究酶濃度對反應(yīng)速率的影響中，在溫度為20℃和pH為7的條件下，保證反應(yīng)底物數(shù)量相同的前提下，向2個容積為250ml的錐形瓶中加入體積分?jǐn)?shù)為4%雙氧水200ml，再分別加入4塊和8塊1cm3的馬鈴薯塊，塞上沾水的活塞，密封體系，開始采集，觀察瓶內(nèi)壓強(qiáng)變化，獲得壓強(qiáng)曲線圖。

2.在探究底物濃度對反應(yīng)速率的影響中，在溫度為20℃和pH為7的條件下，保證酶濃度相同的前提下，先向2個錐形瓶中加入1cm3的馬鈴薯6塊，分別加入體積分?jǐn)?shù)為2%雙氧水100ml和體積分?jǐn)?shù)為6%雙氧水100ml，塞上沾水的活塞，密封體系，開始采集，觀察瓶內(nèi)壓強(qiáng)變化，獲得壓強(qiáng)曲線圖。

3.在探究溫度對反應(yīng)速率的影響中，在pH為7的條件下，保證反應(yīng)底物數(shù)量和酶濃度相同的前提下，先向2個錐形瓶中加入體積分?jǐn)?shù)為4%雙氧水200ml，分別在溫度為20℃和35℃水浴加熱的條件下，塞上沾水的活塞，密封體系，開始采集，觀察瓶內(nèi)壓強(qiáng)變化，獲得壓強(qiáng)曲線圖。

3.1不同條件下分解過氧化氫速率的結(jié)果及分析

1.在探究酶濃度對反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)中，我們得到如下兩組曲線

圖1是在溫度為20℃、pH值為7、放了4塊馬鈴薯塊條件下過氧化氫分解速率，圖2是在溫度為20℃、pH值為7、放了8塊馬鈴薯塊過氧化氫分解速率。比較兩組曲線的斜率，我們得出如下結(jié)論：在一定的溫度和pH條件下，反應(yīng)底物數(shù)量一致的前提下，酶濃度越高，過氧化氫分解速率越快。

2.在探究底物濃度對反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)中，我們得到如下兩組曲線

圖3是2%過氧化氫條件下過氧化氫分解速率，圖4是6%過氧化氫條件下過氧化氫分解速率。比較兩組曲線的斜率，我們得出如下結(jié)論：在一定的溫度和pH條件下，酶濃度一致的前提下，反應(yīng)底物數(shù)量越多，過氧化氫分解速率越快。

3.在探究溫度對反應(yīng)速率影響的實(shí)驗(yàn)中，我們得到如下兩組曲線

圖5是20℃條件下過氧化氫分解速率，圖6是35℃水浴加熱條件下過氧化氫分解速率。

結(jié)合酶促反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的曲線圖可知，溫度越靠近最適溫度，酶促反應(yīng)速率越高。人體的過氧化氫酶的最適溫度約在37℃左右，故20℃與35℃都在過氧化氫酶最適溫度左側(cè)。

比較兩組曲線的斜率，我們得出如下結(jié)論：在pH為7、酶濃度和反應(yīng)底物數(shù)量一致的前提下，在一定的溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，過氧化氫分解速率加快。

4.1結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)得出一下重要結(jié)論：

1.在20℃、pH為7、反應(yīng)底物數(shù)量一致的前提下，酶濃度越高，過氧化氫分解速率越快。

2.在20℃、pH為7、酶濃度一致的前提下，反應(yīng)底物數(shù)量越多，過氧化氫分解速率越快。

3.在pH為7、酶濃度和反應(yīng)底物數(shù)量一致的前提下，在一定的適宜溫度范圍內(nèi)，溫度越高，過氧化氫分解速率越快。

1.通過本次實(shí)驗(yàn)，我們了解了影響酶催化化學(xué)反應(yīng)速率的不同因素，通過曲線圖直觀對比得出了重要結(jié)論。過氧化氫酶（CAT）能夠催化過氧化氫分解成水和氧，它不僅存在于動物的肝臟中，也廣泛存在于自然界各種原核和真核生物中，特別在根莖植物中以高濃度存在[2]。由于馬鈴薯塊根中過氧化氫酶含量很高[3][4]，故本實(shí)驗(yàn)采用馬鈴薯切塊作為本實(shí)驗(yàn)酶的來源。它被廣泛運(yùn)用于制造食品的過程中，用來除去用于制造奶酪的牛奶中的過氧化氫，也用于食品包裝，防止食物被氧化[5][6]。我們對過氧化氫的研究更不能僅止步于此，我們未來可期！

參考文獻(xiàn)：

[1]生物分子與細(xì)胞[M].北京：人民教育出版社，2019：78-83.

[2]董亮，何永志，王遠(yuǎn)亮，等.超氧化物歧化酶（SOD）的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2013（5）：53-58.

[3]權(quán)永妮.以馬鈴薯為材料比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率[J].考試周刊，2014（54）：145.

指導(dǎo)老師：金燕