河北省灤平縣第一中學(068250) 王守民

酶是生物體進行各種生化反應必不可少的催化劑，絕大多數酶是蛋白質，少數酶是RNA。酶具有生物催化作用，其催化作用具有高效性、專一性且需要適宜的條件。關于酶的實驗設計是教學的重點和難點，同時也是高考的高頻考點?；瘜W反應的選擇、試劑的處理、檢測方法的選取、對照實驗的設置等內容對學生來說較難掌握，也很容易產生疑問。本文就此內容進行剖析。

1 酶的化學本質

驗證酶的化學本質是蛋白質還是RNA時，實質上就是進行蛋白質和RNA的鑒定，所以很顯然就要用雙縮脲試劑和吡羅紅染液來進行實驗。即使實驗結果出現紫色和紅色，也不能說明被測物質就是蛋白質和RNA，因為沒有已知的蛋白質和RNA做對照，來比較兩者的顏色反應。所以在實驗時，要注意設置對照實驗。即選用4支潔凈的試管，編號1、2、3、4。1號至4號試管中分別加入等量的待測酶液、待測酶液已知蛋清稀釋液、RNA液，1號和3號加入適量的雙縮脲試劑，2號和4號加入等量的吡羅紅染液，觀察并記錄4支試管的顏色變化。

2 酶的催化作用及其高效性

2.1 設計實驗時，要科學設置對照實驗

酶的催化作用是指加酶與未加催化劑的實驗相比較得出的；而酶的高效性是指加酶和加入無機催化劑的實驗比較得出的。因此，對照實驗應分別設置加酶和未加催化劑、加酶和加入無機催化劑來進行。

2.2 設計實驗時，須選擇合適的試劑

驗證酶的催化作用及其高效性時，提供過氧化氫酶的是新鮮的動物肝臟研磨液。實驗時一定要用新鮮的動物肝臟研磨液，因為酶的活性會受溫度影響而使活性下降，也會由于細菌的破壞而使酶的含量減少。

3 酶的專一性

3.1 設計實驗時，須有科學的反應原理

酶的專一性是指每一種酶只能催化一種或一類化學反應。因此，最好要用淀粉酶分別作用于淀粉和蔗糖來驗證，更符合酶的專一性概念。而用淀粉酶和蔗糖酶分別作用于淀粉實驗，只能說明淀粉酶能水解淀粉，蔗糖酶不能水解淀粉，并不能說明淀粉酶不能水解蔗糖，蔗糖酶能水解蔗糖，不能很好地體現酶的專一性。

3.2 設計實驗時，要用可靠的檢測方法

淀粉酶催化分解淀粉和蔗糖時，要用斐林試劑進行鑒定，根據是否有磚紅色沉淀生成來判斷淀粉酶是否對二者都有催化作用，從而探索酶的專一性。實驗中不能用碘液來進行鑒定，因為通過顏色變化能夠檢測淀粉是否水解及水解程度，但無論蔗糖水解與否，都不會和碘液反應產生顏色變化，即不能檢測蔗糖的水解。

4 溫度對酶活性的影響

4.1 設計實驗時，須有科學的反應原理

設計溫度對酶活性的影響實驗時，應該選擇淀粉在淀粉酶催化下的水解反應，而不能選用過氧化氫酶催化過氧化氫的分解反應。因為過氧化氫的分解反應會受到溫度的影響，一般情況下，過氧化氫的分解會隨著溫度的升高而加快。當溫度達到100 ℃時，過氧化氫酶雖已失活，但溫度使反應速度加快的程度有可能達到或超過50～60 ℃時酶促反應時的反應速度。因此，不能得出酶發(fā)揮作用需要適宜溫度的結論。

4.2 設計實驗時，應有合理的溫度梯度

在設計溫度對酶活性的影響實驗時，應設置合理的溫度梯度，既要有適宜的溫度，也要有高溫和低溫，而不能只有高溫或只有低溫，最好要有過高、偏高、適宜、偏低和過低等溫度程度。這樣能更好地得出實驗結果，更好地反映出溫度對酶活性影響的變化趨勢。

4.3 設計實驗時，試劑的預設溫度處理

設計溫度對酶活性的影響實驗時，正確的操作方法是：取6支潔凈的試管，編號1～6，在1、3、5號試管中均加入2 mL淀粉溶液，在2、4、6號試管中均加入1 mL淀粉酶溶液，將1和4、2和5、3和6試管分為3組，分別置于0 ℃、60 ℃和100 ℃的水浴中保溫5 min，然后將相應溫度的淀粉酶溶液加入到淀粉溶液中，混合均勻，仍置于相應溫度的水浴中保溫5 min，最后向1、3、5號試管中加入3～4滴碘液，混合均勻后觀察并記錄實驗結果。這樣做以保證反應一開始就達到預設的溫度，從而出現正常的實驗現象：1號和5號試管因酶活性低或失活，淀粉不能水解，加入碘液后溶液呈現藍色；3號試管因酶的活性高，淀粉很快被水解掉，因而加入碘液后不變色。

如果只取3支試管，均加入2 mL淀粉或淀粉酶溶液，分別置于0 ℃、60 ℃和100 ℃的水浴中保溫5 min，然后再加入室溫下的淀粉酶溶液或淀粉溶液1 mL，混合均勻，仍置于相應溫度的水浴中保溫5 min，最后向3支試管中加入3～4滴碘液，混合均勻后觀察并記錄實驗結果。這樣做勢必會在混合時，由于溫差導致熱傳遞，就會使所要控制的溫度發(fā)生改變，0 ℃的溶液溫度就會高于0 ℃，60 ℃和100 ℃的溶液溫度就會低于60 ℃和100 ℃，從而使酶的活性發(fā)生改變。因為酶具有高效性，本來不該水解的淀粉發(fā)生了水解，從而影響實驗結果。1號試管中藍色變淺，2號(熱水中)和3號(沸水中)試管中有相似的顏色變化——不變藍色或呈淺藍色,從而導致實驗失敗, 不能得出低溫抑制酶的活性和高溫使酶失去活性的結論。

4.4 設計實驗時，要用可靠的檢測方法

在設計溫度對酶活性的影響實驗時，要用碘液來檢測淀粉是否水解，而不能選用斐林試劑來進行鑒定。因為溫度對酶活性的影響實驗需要嚴格控制溫度，若使用斐林試劑時檢測需要50～65 ℃水浴加熱，這時就將0 ℃試管中控制的溫度改變?yōu)?0～65 ℃，使酶活性得到恢復，從而能正常地發(fā)揮催化作用，使0 ℃和60 ℃時的實驗出現類似的現象。

5 pH對酶的活性的影響

5.1 設計實驗時，須有科學的反應原理

在設計溫度對酶活性的影響實驗時，應該選用過氧化氫的分解反應而不能選擇淀粉在淀粉酶催化下的水解反應。因為淀粉不僅可以在淀粉酶的催化下水解，也可以在酸的作用下水解。當溶液預設pH低于適宜pH時，過低的pH環(huán)境不僅能破壞酶的空間結構使酶失活，從而不能催化淀粉水解。而且在酸性條件下淀粉也可水解，因此不能得出酶發(fā)揮作用需要適宜pH的結論。

5.2 設計實驗時，應有合理的pH梯度

在設計pH對酶活性的影響實驗時，應設置合理的pH梯度。既要有適宜pH，也要有高pH和低pH，最好還要有過高pH、偏高pH、適宜pH、偏低pH和過低pH等pH梯度。這樣才能更好地得出實驗結果，更好地反映出pH對酶活性影響的變化趨勢。

5.3 設計實驗時，試劑的預設pH處理

設計pH對酶活性的影響實驗時，正確的操作方法是：取7支潔凈的試管，編號1～7，均加入1 mL新鮮的質量分數20%的肝臟研磨液，用鹽酸或氫氧化鈉溶液調配出不同pH值的溶液，如pH值為5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，然后在各支試管中均加入2 mL質量分數3%的過氧化氫溶液，混合均勻后觀察并記錄實驗結果。這樣做可保證反應一開始就達到預設的pH值，從而出現正常的實驗現象：4號試管中氧氣產生最快最多，3號和5號、2號和6號試管中因酶活性低，氧氣產生得較慢、較少，1號和7號試管中因酶失去活性，氧氣產生的最慢、最少。這樣設計實驗能夠體現溶液pH對酶活性的影響，pH過高或過低都會使酶的活性降低甚至失活。

pH對酶活性的影響實驗，無需像溫度對酶活性的影響實驗那樣，淀粉和淀粉酶事先都要同溫保溫，然后再同溫混合，因為pH對酶活性的影響不像溫度，溫度過低會抑制酶的活性，使之活性降低，當溫度恢復適宜的溫度時，酶的活性還可以得到恢復，能發(fā)揮正常的催化作用。而pH過低或過高，都會破壞酶的空間結構而使之失去活性，不能發(fā)揮催化作用，即使pH恢復至適宜pH，其活性也不能得以恢復。實驗時要保證實驗過程中溶液的pH與預設的pH一致，從而得出正確的結論。

總之，在實驗設計的過程中，要遵循對照性原則、單一變量原則、可操作性原則等，科學選擇化學反應和實驗材料，合理設置對照實驗，嚴格控制單一變量，嚴密安排實驗步驟，有效利用可靠的檢測方法對因變量進行檢測，唯此才能獲得可靠可信的實驗結論。