有关酶实验的疑难剖析

河北省滦平县第一中学(068250) 王守民

酶是生物体进行各种生化反应必不可少的催化剂，绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶具有生物催化作用，其催化作用具有高效性、专一性且需要适宜的条件。关于酶的实验设计是教学的重点和难点，同时也是高考的高频考点。化学反应的选择、试剂的处理、检测方法的选取、对照实验的设置等内容对学生来说较难掌握，也很容易产生疑问。本文就此内容进行剖析。

1 酶的化学本质

验证酶的化学本质是蛋白质还是RNA时，实质上就是进行蛋白质和RNA的鉴定，所以很显然就要用双缩脲试剂和吡罗红染液来进行实验。即使实验结果出现紫色和红色，也不能说明被测物质就是蛋白质和RNA，因为没有已知的蛋白质和RNA做对照，来比较两者的颜色反应。所以在实验时，要注意设置对照实验。即选用4支洁净的试管，编号1、2、3、4。1号至4号试管中分别加入等量的待测酶液、待测酶液已知蛋清稀释液、RNA液，1号和3号加入适量的双缩脲试剂，2号和4号加入等量的吡罗红染液，观察并记录4支试管的颜色变化。

2 酶的催化作用及其高效性

2.1 设计实验时，要科学设置对照实验

酶的催化作用是指加酶与未加催化剂的实验相比较得出的；而酶的高效性是指加酶和加入无机催化剂的实验比较得出的。因此，对照实验应分别设置加酶和未加催化剂、加酶和加入无机催化剂来进行。

2.2 设计实验时，须选择合适的试剂

验证酶的催化作用及其高效性时，提供过氧化氢酶的是新鲜的动物肝脏研磨液。实验时一定要用新鲜的动物肝脏研磨液，因为酶的活性会受温度影响而使活性下降，也会由于细菌的破坏而使酶的含量减少。

3 酶的专一性

3.1 设计实验时，须有科学的反应原理

酶的专一性是指每一种酶只能催化一种或一类化学反应。因此，最好要用淀粉酶分别作用于淀粉和蔗糖来验证，更符合酶的专一性概念。而用淀粉酶和蔗糖酶分别作用于淀粉实验，只能说明淀粉酶能水解淀粉，蔗糖酶不能水解淀粉，并不能说明淀粉酶不能水解蔗糖，蔗糖酶能水解蔗糖，不能很好地体现酶的专一性。

3.2 设计实验时，要用可靠的检测方法

淀粉酶催化分解淀粉和蔗糖时，要用斐林试剂进行鉴定，根据是否有砖红色沉淀生成来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。实验中不能用碘液来进行鉴定，因为通过颜色变化能够检测淀粉是否水解及水解程度，但无论蔗糖水解与否，都不会和碘液反应产生颜色变化，即不能检测蔗糖的水解。

4 温度对酶活性的影响

4.1 设计实验时，须有科学的反应原理

设计温度对酶活性的影响实验时，应该选择淀粉在淀粉酶催化下的水解反应，而不能选用过氧化氢酶催化过氧化氢的分解反应。因为过氧化氢的分解反应会受到温度的影响，一般情况下，过氧化氢的分解会随着温度的升高而加快。当温度达到100 ℃时，过氧化氢酶虽已失活，但温度使反应速度加快的程度有可能达到或超过50～60 ℃时酶促反应时的反应速度。因此，不能得出酶发挥作用需要适宜温度的结论。

4.2 设计实验时，应有合理的温度梯度

在设计温度对酶活性的影响实验时，应设置合理的温度梯度，既要有适宜的温度，也要有高温和低温，而不能只有高温或只有低温，最好要有过高、偏高、适宜、偏低和过低等温度程度。这样能更好地得出实验结果，更好地反映出温度对酶活性影响的变化趋势。

4.3 设计实验时，试剂的预设温度处理

设计温度对酶活性的影响实验时，正确的操作方法是：取6支洁净的试管，编号1～6，在1、3、5号试管中均加入2 mL淀粉溶液，在2、4、6号试管中均加入1 mL淀粉酶溶液，将1和4、2和5、3和6试管分为3组，分别置于0 ℃、60 ℃和100 ℃的水浴中保温5 min，然后将相应温度的淀粉酶溶液加入到淀粉溶液中，混合均匀，仍置于相应温度的水浴中保温5 min，最后向1、3、5号试管中加入3～4滴碘液，混合均匀后观察并记录实验结果。这样做以保证反应一开始就达到预设的温度，从而出现正常的实验现象：1号和5号试管因酶活性低或失活，淀粉不能水解，加入碘液后溶液呈现蓝色；3号试管因酶的活性高，淀粉很快被水解掉，因而加入碘液后不变色。

如果只取3支试管，均加入2 mL淀粉或淀粉酶溶液，分别置于0 ℃、60 ℃和100 ℃的水浴中保温5 min，然后再加入室温下的淀粉酶溶液或淀粉溶液1 mL，混合均匀，仍置于相应温度的水浴中保温5 min，最后向3支试管中加入3～4滴碘液，混合均匀后观察并记录实验结果。这样做势必会在混合时，由于温差导致热传递，就会使所要控制的温度发生改变，0 ℃的溶液温度就会高于0 ℃，60 ℃和100 ℃的溶液温度就会低于60 ℃和100 ℃，从而使酶的活性发生改变。因为酶具有高效性，本来不该水解的淀粉发生了水解，从而影响实验结果。1号试管中蓝色变浅，2号(热水中)和3号(沸水中)试管中有相似的颜色变化——不变蓝色或呈浅蓝色,从而导致实验失败, 不能得出低温抑制酶的活性和高温使酶失去活性的结论。

4.4 设计实验时，要用可靠的检测方法

在设计温度对酶活性的影响实验时，要用碘液来检测淀粉是否水解，而不能选用斐林试剂来进行鉴定。因为温度对酶活性的影响实验需要严格控制温度，若使用斐林试剂时检测需要50～65 ℃水浴加热，这时就将0 ℃试管中控制的温度改变为50～65 ℃，使酶活性得到恢复，从而能正常地发挥催化作用，使0 ℃和60 ℃时的实验出现类似的现象。

5 pH对酶的活性的影响

5.1 设计实验时，须有科学的反应原理

在设计温度对酶活性的影响实验时，应该选用过氧化氢的分解反应而不能选择淀粉在淀粉酶催化下的水解反应。因为淀粉不仅可以在淀粉酶的催化下水解，也可以在酸的作用下水解。当溶液预设pH低于适宜pH时，过低的pH环境不仅能破坏酶的空间结构使酶失活，从而不能催化淀粉水解。而且在酸性条件下淀粉也可水解，因此不能得出酶发挥作用需要适宜pH的结论。

5.2 设计实验时，应有合理的pH梯度

在设计pH对酶活性的影响实验时，应设置合理的pH梯度。既要有适宜pH，也要有高pH和低pH，最好还要有过高pH、偏高pH、适宜pH、偏低pH和过低pH等pH梯度。这样才能更好地得出实验结果，更好地反映出pH对酶活性影响的变化趋势。

5.3 设计实验时，试剂的预设pH处理

设计pH对酶活性的影响实验时，正确的操作方法是：取7支洁净的试管，编号1～7，均加入1 mL新鲜的质量分数20%的肝脏研磨液，用盐酸或氢氧化钠溶液调配出不同pH值的溶液，如pH值为5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，然后在各支试管中均加入2 mL质量分数3%的过氧化氢溶液，混合均匀后观察并记录实验结果。这样做可保证反应一开始就达到预设的pH值，从而出现正常的实验现象：4号试管中氧气产生最快最多，3号和5号、2号和6号试管中因酶活性低，氧气产生得较慢、较少，1号和7号试管中因酶失去活性，氧气产生的最慢、最少。这样设计实验能够体现溶液pH对酶活性的影响，pH过高或过低都会使酶的活性降低甚至失活。

pH对酶活性的影响实验，无需像温度对酶活性的影响实验那样，淀粉和淀粉酶事先都要同温保温，然后再同温混合，因为pH对酶活性的影响不像温度，温度过低会抑制酶的活性，使之活性降低，当温度恢复适宜的温度时，酶的活性还可以得到恢复，能发挥正常的催化作用。而pH过低或过高，都会破坏酶的空间结构而使之失去活性，不能发挥催化作用，即使pH恢复至适宜pH，其活性也不能得以恢复。实验时要保证实验过程中溶液的pH与预设的pH一致，从而得出正确的结论。

总之，在实验设计的过程中，要遵循对照性原则、单一变量原则、可操作性原则等，科学选择化学反应和实验材料，合理设置对照实验，严格控制单一变量，严密安排实验步骤，有效利用可靠的检测方法对因变量进行检测，唯此才能获得可靠可信的实验结论。