酶的特性實驗與試劑選擇

孫水俠

摘 要：對酶的特性有關實驗，就試劑的選擇進行了歸納分析。

關鍵詞：酶;特性;實驗;試劑

酶的特性包括專一性、高效性及酶的作用條件較溫和。課本在實驗探究“影響酶活性的條件”材料用具中指出，建議用淀粉酶探究溫度對酶活性的影響，用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響，但是具體的原因沒有做任何說明。很多學生會問到能不能用過氧化氫酶探究溫度對酶活性的影響？用淀粉酶探究pH對酶活性的影響？在2010年四川高考生物試題中，考查了酶專一性實驗試劑選用問題;同樣2013年江蘇高考生物試題又考查了溫度、pH對酶活性影響實驗材料與試劑的選用。針對以上問題和考題，筆者就酶的特性有關實驗試劑的選擇及原因進行歸納分析說明。

一、酶的專一性實驗

酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應。

酶的專一性實驗通常用淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用來驗證。淀粉和蔗糖都是非還原性糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原性糖，還原性糖能夠與斐林試劑發生氧化還原反應，生成磚紅色的氧化亞銅沉淀。用淀粉酶分別催化淀粉和蔗糖溶液，再用斐林試劑鑒定溶液中有無還原性糖，就可以看出淀粉酶是否催化了這兩種化學反應。該實驗的指示劑用斐林試劑，而不能用碘液。因為淀粉遇碘液變藍，其水解產物遇碘不變藍;蔗糖與碘液不變藍，蔗糖水解產物葡萄糖和果糖遇碘液也都不變藍，因此，碘液不能判斷淀粉酶能否催化蔗糖水解;若用碘液作指示劑，能證明淀粉酶催化淀粉水解，不能證明淀粉酶對蔗糖是否起了催化作用，故不能證明酶的專一性。

二、酶的高效性實驗

酶的高效性是指酶比無機催化劑的催化效率高很多倍（通常為107～1013倍）。酶的高效性實驗所用實驗材料是：新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液、體積分數為3%的過氧化氫溶液、質量分數為3.5%的氯化鐵溶液。實驗原理是新鮮的肝臟研磨液中含有過氧化氫酶，Fe3+是一種無機催化劑，它們都可以催化過氧化氫分解成水和氧氣。分別用一定數量的過氧化氫酶和Fe3+催化過氧化氫分解成水和氧，觀察氧氣的釋放速度（用點燃但無火焰的衛生香測試，觀察哪個衛生香燃燒更猛烈）可以比較兩者的催化效率。

在酶的高效性實驗中一定要用酶與無機催化劑進行比較，因為無機催化劑能夠催化化學反應，但不具有高效性。用過氧化氫酶與Fe3+催化H2O2的水解實驗中，過氧化氫酶催化H2O2水解產生氧氣的速度極快，Fe3+催化H2O2水解產生氧氣的速度較慢，用點燃但無火焰的衛生香測試，過氧化氫酶那支試管衛生香燃燒更猛烈，從而證明過氧化氫酶具有高效性。

三、溫度影響酶活性的實驗

酶促反應在一定溫度范圍內反應速率隨溫度的升高而加快，在最適溫度下酶的活性最大，當溫度超過最適溫度時，酶促反應速率隨溫度的升高而下降。

在探究溫度對酶活性的影響實驗中，不能選用過氧化氫酶來進行實驗，過氧化氫酶催化的底物是H2O2，溫度和酶活性都可能改變H2O2的分解速度，不符合實驗的單一變量原則，不能真實反映溫度對酶活性的影響。

探究溫度對酶活性的影響實驗應選用淀粉酶進行實驗。在不同溫度下淀粉酶的活性不同，溶液中淀粉的分解量不同，剩余淀粉的量也就不同;而且淀粉酶使淀粉水解成麥芽糖，麥芽糖遇碘不變色;因此，根據溶液是否變藍及變藍的顏色深淺來反映淀粉酶的活性。在該實驗中反映酶的活性，不能用斐林試劑判定產物中還原性糖的生成情況來反映酶活性大小。因為本實驗的目的是探究不同溫度對酶活性的影響，如果選用斐林試劑作指示劑，斐林試劑與還原性糖的反應需要水浴加熱到50～60℃，加熱改變了本實驗酶原來所處的溫度條件，這樣就無法保證是原來溫度下真實的實驗結果。

四、pH值影響酶活性的實驗

每一種酶只能在一定限度的pH范圍內才表現出活性，超過這個范圍酶就失去活性。

在探究pH值對酶活性的影響實驗中，我們選擇的酶應該是過氧化氫酶（新鮮肝臟研磨液中含有過氧化氫酶），在強酸或強堿的環境下，過氧化氫酶就會失去活性，不能催化H2O2的分解;而在中性環境下，過氧化氫酶活性較高，可催化H2O2的快速分解，從而證明pH值對酶活性有影響。

探究pH值對酶活性的影響實驗不宜選用淀粉酶。淀粉酶催化淀粉的水解實驗，在強酸或強堿環境下因無合適的指示劑而無法反映出淀粉酶的催化結果。若該實驗用碘作指示劑，在堿性條件下，碘分子可與NaOH發生反應，生成NaI和NaIO，不會使淀粉變藍;若用斐林試劑作指示劑，因斐林試劑有效成分是新配制的Cu（OH）2，只能在堿性環境下起作用，而在酸性條件下，斐林試劑與鹽酸發生化學反應，失去了對還原性糖的鑒定作用。

綜上所述，在酶的特性實驗及有關考題中，如何選用試劑？必須考慮實驗的原理，實驗的原則及實驗的條件等綜合因素。