對(duì)“酶具有專(zhuān)一性”的幾點(diǎn)思考

鄭靜霞

摘? 要? 本文圍繞人教版高中生物必修一課本中“酶的專(zhuān)一性”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)“酶的專(zhuān)一性”的概念先確定實(shí)驗(yàn)的自變量，自變量是底物的種類(lèi)，或酶的種類(lèi)，接著從底物的選擇、酶的選擇、鑒定試劑的選擇三個(gè)方面展開(kāi)介紹，設(shè)計(jì)兩個(gè)最常見(jiàn)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，最后當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)蛋白質(zhì)、麥芽糖作為反應(yīng)的底物時(shí)，如何巧妙設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，發(fā)散學(xué)生思維，提高解題能力和解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞? 專(zhuān)一性? 鑒定試劑? 酶? 底物

人教版高中生物必修一課本對(duì)“酶的專(zhuān)一性”是這樣定義的：一種酶只能催化一種或一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)，課本只是簡(jiǎn)單歸納其概念和舉簡(jiǎn)單事例，沒(méi)有具體驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和步驟，但高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確指出考生應(yīng)該能設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證酶的特性，如酶的高效性和專(zhuān)一性，高考試題中也常常以探究性實(shí)驗(yàn)題的形式進(jìn)行考查，那么如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？如何選擇實(shí)驗(yàn)過(guò)程的底物、酶以及鑒定試劑呢？本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，便于考生更好掌握相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生科學(xué)探究和理性思維的核心素養(yǎng)。

1.自變量的確定

從“酶的專(zhuān)一性”定義出發(fā)，確定本實(shí)驗(yàn)的自變量應(yīng)為底物的種類(lèi)，即同種酶只能水解一種或一類(lèi)底物，而不能水解另一種或一類(lèi)底物，從酶的專(zhuān)一性定義上也可以引申出同一種或一類(lèi)底物只能被對(duì)應(yīng)的水解酶水解，不能被另一種酶水解，即本實(shí)驗(yàn)的自變量也可為酶的種類(lèi)，因此設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先明確實(shí)驗(yàn)的自變量，才能設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)步驟。

2.底物的選擇

高中生物實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)底物有淀粉、蛋白質(zhì)、麥芽糖、蔗糖、過(guò)氧化氫等，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮選用淀粉、蔗糖等作為底物，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在蛋白酶的作用下只能初步水解為多肽或二肽，反應(yīng)物和生成物與雙縮脲試劑反應(yīng)均為紫色，高中階段無(wú)法用相應(yīng)的化學(xué)試劑檢測(cè)蛋白質(zhì)是否水解。同理，麥芽糖在麥芽糖酶的作用下水解為葡萄糖，麥芽糖和葡萄糖均屬于還原糖，與斐林試劑反應(yīng)均出現(xiàn)磚紅色沉淀，無(wú)法區(qū)分。另外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中需要使用斐林試劑鑒定產(chǎn)物時(shí)，底物也不能選過(guò)氧化氫，因?yàn)殪沉衷噭┑氖褂眯枰〖訜幔^(guò)氧化氫加熱時(shí)也會(huì)分解，無(wú)法判斷過(guò)氧化氫的分解是過(guò)氧化氫酶起的作用還是加熱引起的分解，對(duì)結(jié)果造成干擾。

3.酶的選擇

根據(jù)酶所催化的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型，可將酶分為氧化還原酶、合成酶、水解酶等幾類(lèi)，實(shí)驗(yàn)中常選用水解酶，且所選擇的酶，應(yīng)該是比較容易保存、容易獲取的，如唾液淀粉酶、蔗糖酶等。

4.鑒定試劑的選擇

綜上所述，當(dāng)本實(shí)驗(yàn)的自變量為底物的種類(lèi)時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下，取兩根潔凈的試管，編號(hào)為1、2，往這兩根試管中分別加入等量的淀粉溶液和蔗糖溶液，并都加入等量的唾液淀粉酶（取材方便，現(xiàn)取現(xiàn)用），充分混勻并反應(yīng)完全后，此時(shí)如何選擇鑒定試劑呢？

當(dāng)本實(shí)驗(yàn)的自變量為酶的種類(lèi)時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下，取兩根潔凈的試管，編號(hào)為甲、乙，往這兩根試管中分別加入等量的淀粉溶液，甲試管中加入適量的唾液淀粉酶，乙試管中加入等量的蔗糖酶，充分混勻并反應(yīng)完全后，此時(shí)如何選擇鑒定試劑呢？

鑒定試劑鑒定的思路一般有2種，即測(cè)底物是否水解？產(chǎn)物是否生成？通過(guò)1、2號(hào)試管對(duì)照，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中只能通過(guò)斐林試劑檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)淀粉是否水解生成麥芽糖（一種還原糖），而不能使用碘液檢測(cè)淀粉是否水解。若試管同時(shí)滴加碘液，1號(hào)試管為未變藍(lán)，說(shuō)明沒(méi)有淀粉，淀粉已經(jīng)被全部水解，但2號(hào)試管中的蔗糖不論是否水解，均無(wú)法用碘液鑒定，因此確定檢測(cè)試劑選擇斐林試劑。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，甲乙兩根試管因?yàn)榈孜锵嗤蕶z測(cè)試劑選擇碘液或斐林試劑均可。

5.實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

如果試題中的實(shí)驗(yàn)要求底物為蛋白質(zhì)或麥芽糖，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀课覀兡芊癫唤柚b定試劑，而借助其他的觀(guān)察指標(biāo)來(lái)判斷底物是否水解，如物質(zhì)的存在形態(tài)，分子的通透性等。

底物以蛋白質(zhì)為例，蛋白質(zhì)存在的形式有液體、固體等，其中以液體較為常見(jiàn)，但我們要另辟新徑，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不選蛋白質(zhì)溶液，而改選蛋白質(zhì)塊，假設(shè)蛋白質(zhì)塊發(fā)生水解，則其體積會(huì)發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：取兩根潔凈的試管，編號(hào)為A、B，兩根試管中都放入同等大小體積的蛋白質(zhì)塊，往A試管中加入蛋白酶，B試管加入其他水解酶，如唾液淀粉酶，若A管中蛋白質(zhì)塊體積變小，B管中蛋白質(zhì)塊體積不變，即可以驗(yàn)證酶的專(zhuān)一性，本實(shí)驗(yàn)無(wú)需借助鑒定試劑即可判斷底物的水解情況。

若反應(yīng)底物為麥芽糖，麥芽糖在麥芽糖酶的作用可水解為葡萄糖，麥芽糖和葡萄糖都是還原糖，高中階段無(wú)法用化學(xué)試劑區(qū)分二者。實(shí)驗(yàn)如何設(shè)計(jì)呢？已知麥芽糖是一種二糖，分子較大，不能通過(guò)半透膜，而葡萄糖為單糖，分子較小，可通過(guò)半透膜，本實(shí)驗(yàn)可借助物質(zhì)的通透性展開(kāi)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：取兩張大小相同的玻璃紙，包扎成球狀，上端接上漏斗，并用橡皮筋扎緊，如下圖所示，并編號(hào)為I、II，接著分別加入等量的麥芽糖溶液，往I組玻璃紙球加入適量的麥芽糖酶，往II組玻璃紙球加入等量的唾液淀粉酶，將兩組分別放入2個(gè)裝有清水的燒杯中，一段時(shí)間后取燒杯中的液體，檢測(cè)是否含有葡萄糖，若I組有葡萄糖，II號(hào)沒(méi)有葡萄糖，則說(shuō)明麥芽糖可以被麥芽糖酶水解，不能被唾液淀粉酶水解，即可證明酶具有專(zhuān)一性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張彩明.對(duì)“酶具有專(zhuān)一性”三種實(shí)驗(yàn)方案的對(duì)比分析[J].甘肅教育.2015（14）：123.

[2]張萬(wàn)明.“酶”專(zhuān)題復(fù)習(xí)的教學(xué)策略[J].生物學(xué)教學(xué).2014（5）：30-33.