“探究pH对酶活性的影响”实验设计中应注意的问题

王甫荣

(浙江省嘉兴市秀州中学 314033)

酶是由生物活细胞产生的一类具有催化作用的有机物，其催化活性受到多种因素影响，其中pH值是影响酶活性的重要因素之一。“探究pH对酶活性的影响”实验是高中生物学必修1中的实验，是高中学生第一个探究性实验，是引导学生进行探究性学习的好材料，因此处于重要的地位。不同的教材在酶的选择上存在差异，浙科版和苏教版教材都是用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响，人教版教材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。那么，能不能用淀粉酶探究pH对酶活性的影响呢？

1 高考试题分析

2012年大纲卷高考试题：某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响，设计了如下实验步骤：①在A、B、C、D、E 5支试管中分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5mL，再分别加入质量分数为1%的淀粉液1 mL。②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1 mL，摇匀。③将5支试管放入70℃恒温水浴中，保温时间相同且合适。④取出各试管，分别加入斐林试剂2 mL，摇匀。⑤观察各试管溶液的颜色，通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。

上述实验步骤中有2处错误，请更正并说明更正的理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数)，以便实验能得到正确的预期结果。

参考答案：(1)③中 70℃应该为37℃。因为人唾液淀粉酶作用的最适温度为37℃；(2)在观察各试管中溶液的颜色之前应将各试管放在沸水浴中一段时间。因为在高温条件下斐林试剂(或本尼迪特试剂)与还原糖反应显色。

试题分析：一些资料认为，这个试题有一个严重错误，不能用人唾液淀粉酶探究pH对酶活性的影响，应该用过氧化氢酶，因为淀粉在酸性条件下发生水解。笔者认为可以用淀粉酶，但必须是唾液淀粉酶，不能用α-淀粉酶。

2 常见错误设计方案

错误方案1：以唾液淀粉酶为实验材料，选择pH2的5%HCl、pH7的蒸馏水、pH14的5%NaOH作为实验的pH研究范围，用碘液检验淀粉是否存在，证明酶的活性。以期望得出唾液淀粉酶的“最适pH”和唾液淀粉酶的活性随pH的变化而变化的规律。

分析：此实验用碘液检验淀粉是否存在，证明酶的活性是不可以的。因为在碱性条件下，碘分子可与NaOH发生反应，生成NaI和NaIO，(I2+ 2NaOH =NaI + NaIO +H2O)。因此，只有在中性和酸性条件下，碘才能使淀粉变蓝，而在碱性条件下，溶液中没有单质的碘存在，淀粉不会变成蓝色。如果按照这个方案操作，在碱性溶液下，加入碘液瞬间变蓝，然后又呈现无色。

错误方案2：以α-淀粉酶为实验材料，选择pH2的5%HCl、pH7的蒸馏水、pH14的5%NaOH作为实验的pH研究范围，再用斐林试剂(或本尼迪特试剂)检验是否有还原糖存在，以证明酶的活性，并得出α-淀粉酶的“最适pH”和α-淀粉酶的活性随pH的变化而变化的规律。

分析：此实验以α-淀粉酶为实验材料是不可以的。而α-淀粉酶活性的最适宜温度是60℃左右，需要水浴加热，而较高的温度使得淀粉在HCl的作用下水解得很快，所以在酸性条件下做出来的结果并不是蓝色。如果按照这样的方案去操作，结果应该是棕红色的，也就是说有还原糖产生。

3 其他正确设计方案

方案：实验研究pH值对酶活性的影响，准备5支含有等量人体蛋白酶溶液，但pH各不相同的试管，向每支试管中加1块1 cm3正方体凝固蛋白质，试管均置于37 ℃水浴条件下。记录各试管中蛋白质物块消失的时间。这样设计的优点就是不需要用试剂去检测反应情况，缺点是实验前需要制定蛋白块。可见，探究性实验设计不仅仅是关注单一变量，还需要关注试剂使用的科学性问题。