“溫度對(duì)酵母菌過氧化氫酶活性影響”的實(shí)驗(yàn)探究

胡 靜 劉 穎 解凱彬

(江蘇省南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院 210000)

“探究溫度對(duì)酶活性的影響”是高中生物學(xué)中的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，教材中給出的實(shí)驗(yàn)材料是淀粉酶。而對(duì)于中學(xué)常用的過氧化氫酶，由于H2O2在加熱過程中會(huì)自分解，眾多教師認(rèn)為不能采用H2O2作為“探究溫度對(duì)酶活性的影響”的實(shí)驗(yàn)材料[1]，2013年江蘇生物學(xué)高考也將此作為知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考察。然而，筆者發(fā)現(xiàn)美國(guó)教材中采取了H2O2作為該探究的實(shí)驗(yàn)材料[1]。

H2O2作為實(shí)驗(yàn)材料究竟是否可行，其在加熱條件下的自分解對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響有多大？為了探明H2O2作為實(shí)驗(yàn)材料的可行性，筆者設(shè)計(jì)了以下的實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 30%體積分?jǐn)?shù)的H2O2溶液，安琪牌高活性干酵母，蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材 快速恒溫?cái)?shù)顯水箱(型號(hào)：HH-42，下面簡(jiǎn)稱恒溫水箱)，電子天平(稱量紙)，4支20 mL的玻璃注射器，兩段長(zhǎng)約5 cm左右的乳膠管，止水夾，燒杯(50 mL×2，500 mL，100 mL×2)，錐形瓶(250 mL×1)，量筒(100 mL×1，5 mL×1)，溫度計(jì)×2，玻璃棒，吸水紙，一次性手套，白色透明塑料袋，標(biāo)簽紙，標(biāo)記筆。

1.3 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備 ①配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% 的酵母菌溶液100 mL(28℃活化2 h)作為過氧化氫酶溶液；②配制體積分?jǐn)?shù)為1% 的H2O2溶液300 mL；③實(shí)驗(yàn)溫度梯度設(shè)置：0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟 ①設(shè)置實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組(表1)；②分別將實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組按表1的設(shè)置吸入相應(yīng)的溶液，用乳膠管連接注射器A和B，在乳膠管上夾上止水夾后，放置在裝有塑料袋的恒溫水箱中保溫10 min(裝置見圖1[2])；③10 min后立即觀察并記錄注射器A和B的刻度變化；④打開止水夾，將注射器A中的液體勻速推至注射器B中，立刻關(guān)閉止水夾，計(jì)時(shí)并記錄注射器B活塞的刻度，蓋上恒溫水箱，5 min 后記錄注射器B活塞的刻度，接著計(jì)算注射器B活塞前后的刻度變化量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次；⑤改變恒溫水箱溫度設(shè)置，重復(fù)②～④。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的設(shè)置

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.5 數(shù)據(jù)分析 將對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組3次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入Excel表中，取三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

保溫10 min后，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的注射器A、B的刻度均沒有發(fā)生變化，由此可得，在加熱保溫過程中H2O2未發(fā)生明顯的自分解。將不同溫度梯度下的注射器B活塞刻度的變化量繪制成曲線(圖2)，由圖可見：0℃～60℃的溫度梯度中，對(duì)照組活塞移動(dòng)的平均速率都為0。沒有酶的作用，H2O2在保溫后的5 min內(nèi)未發(fā)生明顯的自分解。由實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，活塞刻度的變化量先上升后下降，在30℃時(shí)，活塞刻度的變化量最大。由此可知，酶的活性先升高后下降，最適溫度在30℃左右，60℃時(shí)徹底失活，符合溫度對(duì)酶活性影響的一般規(guī)律。

圖2 溫度對(duì)H2O2酶活性影響的數(shù)據(jù)分析

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以5 min內(nèi)注射器B刻度的變化量間接表示H2O2酶的活性，實(shí)驗(yàn)證明，H2O2的自分解不足以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，使用H2O2作為“探究溫度對(duì)酶活性的影響”能夠較好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。在0℃～60℃的溫度梯度中，隨著溫度的升高，酵母菌過氧化氫酶的活性先升高后下降，最適溫度在30℃左右，60℃時(shí)徹底失活。

4 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)在酶液的選取上，本實(shí)驗(yàn)曾選擇20%新鮮的豬肝研磨液作為酶源，但在實(shí)際操作的過程中發(fā)現(xiàn)，豬肝采購麻煩、研磨費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且腥味較大，相比之下，在課堂教學(xué)過程中使用酵母菌溶液更為方便。另外，由于酶的高效性，酶用量過多，底物濃度過高，都會(huì)使反應(yīng)過于激烈，從而將注射器活塞推出刻度范圍之外。因此，經(jīng)過不斷的嘗試，筆者最終選取了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的酵母菌液和體積分?jǐn)?shù)為1%的H2O2溶液，在節(jié)省材料的同時(shí)又能很好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。

(2)用注射器吸取溶液，將H2O2推進(jìn)酶液中反應(yīng)5 min，為了避免酶液和H2O2的溫度在這段時(shí)間內(nèi)降低，可將注射器放置在相應(yīng)溫度下裝有塑料袋的恒溫水箱中。塑料袋的使用，既能維持注射器內(nèi)溶液的溫度，又能巧妙地將水和注射器隔開。

(3)本實(shí)驗(yàn)以酵母菌液作為酶源，但酵母菌體內(nèi)的其他過氧化物酶也能夠催化H2O2的分解，可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。因此，為了避免其他因素的干擾，建議提取粗酶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(4)30%的H2O2具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此在實(shí)驗(yàn)過程中，需要提醒學(xué)生佩戴手套，注意實(shí)驗(yàn)安全。