备课素材：酶特性实验的分析及改进--高一上学期生物人教版必修1.docx

酶特性实验的分析及改进酶特性实验是高中生物学的一个重要实验，很多教师也对此进行了研究和改进。对于酶专一性实验，教材上没有设计排除两种酶中可能混有还原性物质的可能性。而在探究pH对酶活性影响时，人教社的必修 1·分子与细胞中第 84 页用括号注明“建议用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响”，但并未说明原因。1.探究酶专一性的实验1.1酶专一性实验再现实验步骤见表1这是一个比较经典的实验，很多教师上课时基本也是这样讲的，同时还会让学生思考“此实验能否用碘液代替斐林试剂来检验”。学生基本也知道不能用碘液，因为碘液无法检验蔗糖是否被水解，碘液检验的是反应物，而斐林试剂检验的生成物。1.2酶专一性的改进改进实验的实验步骤：取4支试管分别编号见表2中、，加入试剂，充分混匀后放在50恒温水浴中保温5 min，再各加入斐林试剂2 mL，摇匀。50再水浴2 min，观察是否有沉淀并记录实验结果。再取4支试管分别编号见表2中、，如表2所示，加入试剂，最后各试管加入蒸馏水补足到总体积6 mL，摇匀。50再水浴2 min，观察是否有沉淀并记录实验结果。实验结果及分析：只有号和号出现砖红色沉淀，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“酶具有专一性”。该实验设计反思：淀粉酶代替唾液，免去了收集唾液的麻烦及唾液中食物残渣的影响；淀粉酶和蔗糖酶都为植物体内的酶，最适温度一般在4050，故本实验设置反应温度在 50，也是斐林试剂水浴的温度，从而避免了前后温度不一致而把温度作为自变量了；增加了两组对照（号和号），排除了两种酶中混有还原性物质的可能，实验过程更加严谨。2.探究pH对酶活性影响的实验2.1再现实验步骤见表3。2.2实验反思、号试管内溶液的颜色变化完全出乎预料，是不是由于操作失误造成的呢？于是，学生对 号试管反复进行实验，发现在加入HCl后的不同时间内滴加I-KI溶液所呈现的颜色不一样，有时呈现红色，有时呈现褐色，或者二者之间的颜色；对试管进行多次操作实验，发现只有滴加足够多的 I-KI 溶液，蓝色才不消失。这究竟是怎么回事呢？结合化学知识，淀粉及其水解产物与碘的显色反应，是由于碘分子嵌入淀粉螺旋圈内，借着范得华力与淀粉联系在一起，形成淀粉-碘络合物的缘故。其颜色与多糖链长度有关，当链长小于6个葡萄糖单位时，不能形成一个螺旋圈，因而不能显色，当链长度平均为20个葡萄糖单位时显红色，大于60个葡萄糖单位时显蓝色。对号试管内在加入 HCl 后的不同时间段滴加 I-KI 溶液，有时呈现红色，有时呈现褐色，或者二者之间的颜色，说明淀粉发生了不同程度的水解，产生了分子量大小不等的水解产物。试管内已经加了 1 mL 体积分数为 5%的 HCl溶液，难道淀粉酶在酸的作用下没有变性失去活性吗？经过查阅资料，发现，淀粉酶的确失去了活性。但是师生忽视淀粉不但在酶的作用下发生水解，在酸的作用下同样发生水解。这样号试管内所表现出的实验现象就掩盖了在酸性环境中淀粉酶的活性受到抑制或者变性失去活性的事实，这样看来淀粉酶探究pH对酶活性的影响是不合适的。那么号试管内现象出现的原因又是什么呢？滴加溶I-KI液试管内溶液瞬间变蓝，说明试管内一定有淀粉存在，但是为什么蓝色在瞬间又消失了呢，难道淀粉在瞬间又被水解了吗？经过查阅资料，得知号试管中还存在着另一种化学反应，即I2（I2与氯气类似都为同一主族元素，有相似的化学性质）与NaOH发生了化学反应：2NaOH+I2= NaI+NaIO+H2O。尽管刚刚加入的I-KI溶液中的碘和淀粉反应产生淀粉-碘络合物，使溶液变为蓝色，但是由于碘分子是嵌入淀粉的螺旋圈内，借范得华力与淀粉联系在一起的，其化学性质并没有发生改变。所以尔后又迅速与NaOH发生反应，产生了无色的 NaI、NaIO，使试管内呈现的蓝色在瞬间又归为无色。只有当加入足够多的碘-碘化钾溶液时，与 NaOH 充分反应完毕后剩余的碘才与淀粉发生反应，产生淀粉-碘络合物，出现蓝色。从号试管的颜色变化看，尽管当加入足量的 I-KI 溶液时，所期望的溶液颜色蓝色最终出现了，也同样说明碱性环境影响了酶的活性。但是，如果用淀粉酶探究 pH 对酶活性影响的学生实验时，需要向学生解释的太多，所以从号试管内的颜色变化看，用淀粉酶探究pH对酶活性的影响也是不合适的。那么，如果用斐林试剂代替碘液来检验产物是否可行？答案是否定的。因为斐林试剂（甲液：质量浓度0.1 g/mL NaOH溶液、乙液：质量浓度0.05 g/mL CuSO4溶液）其实质为新制的Cu（OH）2，从化学方面，可知加入盐酸会将新制的Cu（OH）2分解，致使还原糖无法和斐林试剂反应，自然无法确定到底是否有还原糖生成。综上所述用淀粉酶探究pH对酶活性的影响是不合适的，建议用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。2.3探究pH对过氧化氢酶活性的影响的实验设计实验步骤见表4。通过再探究实验可以培养学生的理性思维和探究能力，提高学生的学科核心素养；通过探究实验不仅让学生学会实验设计中对照组设计、控制变量和科学方法，还能培养学生的科研能力及应用生物学知识解决实际问题的能力。当然，影响一个实验结果的因素常常会有多种。在实验过程中，学生不仅要严格遵循实验设计基本原则，但又不能生搬硬套，而且有时还要考虑检测试剂等，才能最大限度地确保实验的准确性和说服力。学科网（北京）股份有限公司