高三生物复习中,老师和学生经常遇到这类实验――酶需要适宜条件,也就是酶的活性与温度、pH值的关系。该类实验老师和学生的疑难问题较多,教师解答也有一定的难度。笔者结合这些疑问,查阅了大量资料,整理了该实验的疑难解答。希望有助于学生的学习,并与各位生物老师交流。
“探索影响淀粉酶活性的条件”这一实验的主要目的是:探索淀粉酶在不同温度和pH下催化淀粉水解的情况。根据该实验中学生的疑问,现解答如下:
一、温度对酶活性的影响的实验步骤为
1.取3支洁净的试管并编号,分别注入2ml可溶性淀粉溶液。
2.将3支试管分别放入60℃左右的热水、沸水和冰块中,维持各自的温度5min。
3.在3支试管中各注入1ml新鲜的淀粉酶溶液,摇匀后,维持各自的温度5min。
4.在3支试管中各滴入1滴碘液,然后摇匀。
5.观察并记录这3支试管中溶液颜色的变化情况。
问题一:上述步骤的②③两步次序能否颠倒?
解析:不能。3支试管各注入2ml可溶性淀粉后要先放入不同温度环境保温5min,使淀粉液达到所处不同环境的温度,然后再加新鲜淀粉酶,摇匀并维持5min,否则若加入淀粉酶后再放入不同温度环境中,由于酶的高效性,在升温或降温的过程中已把淀粉分解了,3支试管内都有麦芽糖生成,结果3支试管都不变蓝,从而看不出来温度对酶的影响。
问题二:该实验能否用斐林试剂(或班氏试剂)来检测还原性糖的产生?
解析:不能。因为若用斐林试剂则步骤4为:在3支试管中各加入2ml斐林试剂(或班氏试剂),摇匀后将3支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中,用酒精灯加热,煮沸并保持1min。
在此加热过程中,放冰块的试管内在升温过程中酶的活性会升高,从而会分解淀粉产生麦芽糖;结果60℃热水和加冰块的试管内都有砖红色沉淀,造成了错觉,使实验结果与温度对酶活性影响的事实不相符。另外,试验中2、4都有温度在起作用,其结果到底是哪一步骤造成?无法确定。
问题三:淀粉酶的最适温度是多少?
解析:淀粉酶有不同类型。实验中一般用到两种:若用人的唾液淀粉酶,则其最适温度为37℃;若用从化学试剂商店购买的淀粉酶则其最适温度为50℃~75℃,一般采用60℃。
二、pH对酶活性的影响的实验步骤为
1.取3支试管编号,并按下表序号1-5操作:
2.振荡3支试管,使试管内液体混合均匀,然后将3支试管下半部浸到60℃左右热水中,保温5min。
3.在3支试管内各加入2ml斐林试剂,并将3支试管的下半部放入盛有热水的大烧杯中,用酒精灯加热,煮沸1min。
4.观察记录3支试管中溶液颜色的变化情况。
问题一:在步骤1中能否先加入淀粉后,再加入淀粉酶,最后加酸或碱?
解析:不能。该实验必须先将酶置于不同环境条件下(加清水,加NaOH,加HCl),然后再加入可溶性淀粉液,才能证实环境过酸和过碱对酶活性的影响。若顺序颠倒,则加碱、酸前,因为酶有高效性,酶就将淀粉分解产生还原性糖(麦芽糖),结果三支试管都有砖红色沉淀产生,看不出pH对酶的影响。
问题二:步骤3能否将斐林试剂换用碘液检测实验结果?
解析:不能。溶于水的直链淀粉借助分子内的氢键卷曲成螺旋状。加入碘液时,碘分子便嵌入到螺旋结构的空隙处,并且借助范德华力与直链淀粉联系在一起,形成一种络合物。这种络合物能够比较均匀地吸收除了蓝光以外的其他可见光从而使淀粉溶液呈现蓝色,此实验中若用碘液检测,则酸或碱会影响碘分子,从而影响颜色变化,而无法确定是否是酶催化淀粉解的结果。而斐林试剂检测可溶性还原性糖时灵敏度高,故用斐林试剂而不用碘液。
问题三:为什么加入HCl的试管中最后呈现蓝绿色?
解析:斐林试剂的甲液(NaOH)和乙液(CuSO4)混合后生成蓝色Cu(OH)2沉淀,Cu(OH)2遇HCl发生反应产生绿色的CuCl2溶液,又因HCl为1ml,斐林试剂为2ml故Cu(OH)2过量。这样蓝色的Cu(OH)2和绿色的CuCl2混合在一起而呈现蓝绿色。
生物学是实验性科学,实验有助于加深学生对自然科学概念、原理和规律的理解,也有助于培养学生的科学态度和创新精神,实验能力也是学生将来从事科学研究的基础。所以,我们应注重分析实验的方法步骤,引导学生明确实验原理和实验结论,从而提高学生设计和完成实验的能力。
参考文献:
1.沈同,王镜岩编.《生物化学》
2.《高中生物实验大全》.青岛海洋大学出版社
3.《三尺讲台》.光明日报出版社
作者单位:山东省淄博实验中学