“探究pH對酶活性的影響”實驗設計中應注意的問題

王甫榮

(浙江省嘉興市秀州中學 314033)

酶是由生物活細胞產生的一類具有催化作用的有機物，其催化活性受到多種因素影響，其中pH值是影響酶活性的重要因素之一。“探究pH對酶活性的影響”實驗是高中生物學必修1中的實驗，是高中學生第一個探究性實驗，是引導學生進行探究性學習的好材料，因此處于重要的地位。不同的教材在酶的選擇上存在差異，浙科版和蘇教版教材都是用過氧化氫酶探究pH對酶活性的影響，人教版教材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。那么，能不能用淀粉酶探究pH對酶活性的影響呢？

1 高考試題分析

2012年大綱卷高考試題：某同學為了探究pH對人唾液淀粉酶活性的影響，設計了如下實驗步驟：①在A、B、C、D、E 5支試管中分別加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的適宜濃度緩沖液5mL，再分別加入質量分數為1%的淀粉液1 mL。②各試管中分別加入適當濃度的唾液稀釋液1 mL，搖勻。③將5支試管放入70℃恒溫水浴中，保溫時間相同且合適。④取出各試管，分別加入斐林試劑2 mL，搖勻。⑤觀察各試管溶液的顏色，通過顏色深淺判斷唾液淀粉酶作用的最適pH。

上述實驗步驟中有2處錯誤，請更正并說明更正的理由(不考慮試劑的濃度和加入量、pH梯度以及實驗重復次數)，以便實驗能得到正確的預期結果。

參考答案：(1)③中 70℃應該為37℃。因為人唾液淀粉酶作用的最適溫度為37℃；(2)在觀察各試管中溶液的顏色之前應將各試管放在沸水浴中一段時間。因為在高溫條件下斐林試劑(或本尼迪特試劑)與還原糖反應顯色。

試題分析：一些資料認為，這個試題有一個嚴重錯誤，不能用人唾液淀粉酶探究pH對酶活性的影響，應該用過氧化氫酶，因為淀粉在酸性條件下發生水解。筆者認為可以用淀粉酶，但必須是唾液淀粉酶，不能用α-淀粉酶。

2 常見錯誤設計方案

錯誤方案1：以唾液淀粉酶為實驗材料，選擇pH2的5%HCl、pH7的蒸餾水、pH14的5%NaOH作為實驗的pH研究范圍，用碘液檢驗淀粉是否存在，證明酶的活性。以期望得出唾液淀粉酶的“最適pH”和唾液淀粉酶的活性隨pH的變化而變化的規律。

分析：此實驗用碘液檢驗淀粉是否存在，證明酶的活性是不可以的。因為在堿性條件下，碘分子可與NaOH發生反應，生成NaI和NaIO，(I2+ 2NaOH =NaI + NaIO +H2O)。因此，只有在中性和酸性條件下，碘才能使淀粉變藍，而在堿性條件下，溶液中沒有單質的碘存在，淀粉不會變成藍色。如果按照這個方案操作，在堿性溶液下，加入碘液瞬間變藍，然后又呈現無色。

錯誤方案2：以α-淀粉酶為實驗材料，選擇pH2的5%HCl、pH7的蒸餾水、pH14的5%NaOH作為實驗的pH研究范圍，再用斐林試劑(或本尼迪特試劑)檢驗是否有還原糖存在，以證明酶的活性，并得出α-淀粉酶的“最適pH”和α-淀粉酶的活性隨pH的變化而變化的規律。

分析：此實驗以α-淀粉酶為實驗材料是不可以的。而α-淀粉酶活性的最適宜溫度是60℃左右，需要水浴加熱，而較高的溫度使得淀粉在HCl的作用下水解得很快，所以在酸性條件下做出來的結果并不是藍色。如果按照這樣的方案去操作，結果應該是棕紅色的，也就是說有還原糖產生。

3 其他正確設計方案

方案：實驗研究pH值對酶活性的影響，準備5支含有等量人體蛋白酶溶液，但pH各不相同的試管，向每支試管中加1塊1 cm3正方體凝固蛋白質，試管均置于37 ℃水浴條件下。記錄各試管中蛋白質物塊消失的時間。這樣設計的優點就是不需要用試劑去檢測反應情況，缺點是實驗前需要制定蛋白塊。可見，探究性實驗設計不僅僅是關注單一變量，還需要關注試劑使用的科學性問題。