自制酵母蔗糖酶进行“酶的专一性”实验探究

夏 天

(浙江省余姚市第四中学 315400)

李 晖

(浙江省余姚市教育局教研室 315400)

“探究酶的专一性”是浙科版高中生物学必修1“酶”一节中的活动[1]。《浙江省普通高中学业水平考试暨高考选考科目考试说明》对本实验要求为c(应用)[2]：通过比较唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用，分析酶的专一性，体验控制变量，并加深对对照实验的理解。然而，市售的蔗糖酶(蔗糖转化酶)大多数为酸性蔗糖酶，最适pH在4.5左右，最适温度在50℃左右，与唾液淀粉酶的最适pH、温度等反应条件差异大。此外，酶的催化效果并不理想。本实验从酵母菌中提取蔗糖酶，结果表明，在与唾液淀粉酶一致的实验条件下(pH中性，37℃)，酵母蔗糖酶水解蔗糖能力仍较好，实验现象明显。

1 酶溶液和淀粉溶液的制备

新鲜唾液(含唾液淀粉酶)：漱口，收集唾液，注意除去唾液里的气泡(影响稀释倍数)，稀释200倍(不同人的唾液淀粉酶活性有差异，稀释倍数可适当调整)[3]。

蔗糖酶溶液：取2g高活性干酵母置于研钵中，加0.2g石英砂和5mL蒸馏水，研磨15min，取出匀浆，稀释10倍。置于45℃水浴5min使杂蛋白失活。过滤，保存滤液[4]。

1%淀粉溶液：用质量分数为0.3%的NaCl溶液配置淀粉溶液(可溶性淀粉含量1%)，加热至略透明、无沉淀，即制成淀粉胶体(液溶胶)。Cl-为唾液淀粉酶的激活剂。

2 实验方法与结果

2.1 实验过程 ①取6支试管，分别编号1号～6号，按表1所示添加试剂；充分混匀后，置于37℃恒温水浴中保温(可用恒温水浴锅；或用烧杯、石棉网、三脚架和酒精灯等搭建简易水浴装置)，反应15min；②向6支试管各加2mL本尼迪特试剂(班氏试剂)，摇匀，热水浴3min(若现象不明显，可适当延长反应时间)；③记录各试管的颜色。

表1 酶促反应体系

2.2 实验结果 实验结果见表2。3号试管呈红黄色，6号试管呈橙黄色(产生的还原糖量相对较少)，静置后均沉淀。其余试管均呈蓝色。说明3号试管中淀粉在唾液淀粉酶的作用下水解产生还原糖，6号试管中蔗糖在蔗糖酶的作用下水解产生还原糖，其余试管由于未加酶或没有对应的酶，淀粉或蔗糖没有水解。学生根据实验结果得出结论：酶具有专一性。

表2 “探究酶的专一性”实验结果

3 讨论

教师针对本实验进一步提问，引导学生讨论。问题一：根据单一变量原则，找出作为对照实验的2支试管。学生会给出多种回答：① 1号和3号试管是对照实验，2号和6号试管是对照实验，其中1号试管、2号试管是各自组中的空白对照，用以表明本实验所用淀粉、蔗糖不与本尼迪特试剂反应，不是还原糖，或未混有还原糖(排除假阳性)。② 3号和4号试管是对照实验，5号和6号试管是对照实验，各组中酶一致而底物不一致，相应的酶只能催化对应的底物水解，说明酶具有专一性。③ 3号和5号试管是对照实验，4号和6号试管是对照实验，各组中底物一致而酶不一致，相应的底物只能被对应的酶水解，说明酶具有专一性。

问题二：教师向学生展示使用实验室中久置的蔗糖进行实验的结果，2号和4号试管呈绿色，其他试管的现象与预期一致。2号和4号试管实验结果与预期结果的不一致会引起学生思考这种反常现象的原因是什么。首先，教师提问为什么2号和4号试管会呈绿色，而不是蓝色或红黄色？有学生提出可能是蓝色的本尼迪特试剂和红黄色沉淀的混合色。那么怎么去证明？教师提示静置后观察。静置一段时间后，颜色区分明显，底部出现红黄色沉淀，而上层清液呈蓝色。接着，学生会进一步去分析实验结果，在排除试管未洗净等可能性后，通过分析2号和4号试管都加入了蔗糖，确认实验用的蔗糖混有少量还原糖。

4 反思

教师在平时的教学中，应尽可能地创造条件让学生进行实验。在教学过程中，可将“错误”呈现给学生，或让学生自己去试错。当实验结果与预期不一致时，引导学生进一步分析原因，并鼓励学生设计实验检验自己的假设。例如，教材中本实验的第4个讨论题：如果5号试管(淀粉溶液+蔗糖酶溶液)内呈现轻度阳性反应，你认为该怎么解释？教师应引导学生通过比较各试管的实验现象，得出多种解释和检验方案：①蔗糖酶溶液混有少量还原糖，检验方案：用本尼迪特试剂检测蔗糖酶溶液；②蔗糖酶溶液混有少量淀粉酶，检验方案：新购蔗糖酶后再进行实验；③淀粉溶液混有少量蔗糖，检验方案：新购淀粉后再进行实验；④试管没清洗干净，检验方案：试管洗净后再进行实验。

在实验教学中，教师还应培养学生对实验设计进行简单评估的能力。鼓励学生自己思考实验流程有什么不妥，应如何改进。例如，“酶的催化效率”实验中，1号试管加了少许鸡肝匀浆或马铃薯匀浆(含过氧化氢酶)，2号试管加了少许MnO2，这意味着无法衡量两种催化剂的用量，也就很难说哪种催化剂更高效了。针对此实验，可改用过氧化氢酶，分别加入等量过氧化氢酶和MnO2即可。在实验设计中，应尽可能做到量化，遵循等量原则。

本实验还应注意若蔗糖放置过久，会产生少量还原糖，会使2号和4号试管(加了蔗糖)反应后呈绿色，静置后出现红黄色沉淀。若有上述现象，应新购蔗糖。也可以购买冰糖，用蒸馏水洗去表层，得到纯净的蔗糖[3]。

(基金项目：2017年宁波市基础教育教研课题“基于核心素养的高中生物实验创新与教学研究”，No. LX2017208)