对“酶具有专一性”的几点思考

郑静霞

摘  要  本文围绕人教版高中生物必修一课本中“酶的专一性”验证性实验，通过“酶的专一性”的概念先确定实验的自变量，自变量是底物的种类，或酶的种类，接着从底物的选择、酶的选择、鉴定试剂的选择三个方面展开介绍，设计两个最常见的对照实验，最后当实验出现蛋白质、麦芽糖作为反应的底物时，如何巧妙设计验证实验，发散学生思维，提高解题能力和解决问题的能力。

关键词  专一性  鉴定试剂  酶  底物

人教版高中生物必修一课本对“酶的专一性”是这样定义的：一种酶只能催化一种或一类化学反应，课本只是简单归纳其概念和举简单事例，没有具体验证性实验的设计思路和步骤，但高中生物新课程标准中，明确指出考生应该能设计相关实验，验证酶的特性，如酶的高效性和专一性，高考试题中也常常以探究性实验题的形式进行考查，那么如何设计实验？如何选择实验过程的底物、酶以及鉴定试剂呢？本文从以下几个方面进行总结，便于考生更好掌握相关知识，设计相关实验，提高学生科学探究和理性思维的核心素养。

1.自变量的确定

从“酶的专一性”定义出发，确定本实验的自变量应为底物的种类，即同种酶只能水解一种或一类底物，而不能水解另一种或一类底物，从酶的专一性定义上也可以引申出同一种或一类底物只能被对应的水解酶水解，不能被另一种酶水解，即本实验的自变量也可为酶的种类，因此设计对照实验时，应先明确实验的自变量，才能设计合理的实验步骤。

2.底物的选择

高中生物实验室中常见的化学反应底物有淀粉、蛋白质、麦芽糖、蔗糖、过氧化氢等，本实验设计优先考虑选用淀粉、蔗糖等作为底物，因为蛋白质在蛋白酶的作用下只能初步水解为多肽或二肽，反应物和生成物与双缩脲试剂反应均为紫色，高中阶段无法用相应的化学试剂检测蛋白质是否水解。同理，麦芽糖在麦芽糖酶的作用下水解为葡萄糖，麦芽糖和葡萄糖均属于还原糖，与斐林试剂反应均出现砖红色沉淀，无法区分。另外，当实验中需要使用斐林试剂鉴定产物时，底物也不能选过氧化氢，因为斐林试剂的使用需要水浴加热，而过氧化氢加热时也会分解，无法判断过氧化氢的分解是过氧化氢酶起的作用还是加热引起的分解，对结果造成干扰。

3.酶的选择

根据酶所催化的化学反应类型，可将酶分为氧化还原酶、合成酶、水解酶等几类，实验中常选用水解酶，且所选择的酶，应该是比较容易保存、容易获取的，如唾液淀粉酶、蔗糖酶等。

4.鉴定试剂的选择

综上所述，当本实验的自变量为底物的种类时，实验设计如下，取两根洁净的试管，编号为1、2，往这两根试管中分别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，现取现用），充分混匀并反应完全后，此时如何选择鉴定试剂呢？

当本实验的自变量为酶的种类时，实验设计如下，取两根洁净的试管，编号为甲、乙，往这两根试管中分别加入等量的淀粉溶液，甲试管中加入适量的唾液淀粉酶，乙试管中加入等量的蔗糖酶，充分混匀并反应完全后，此时如何选择鉴定试剂呢？

鉴定试剂鉴定的思路一般有2种，即测底物是否水解？产物是否生成？通过1、2号试管对照，第一个实验设计中只能通过斐林试剂检测产物，检测淀粉是否水解生成麦芽糖（一种还原糖），而不能使用碘液检测淀粉是否水解。若试管同时滴加碘液，1号试管为未变蓝，说明没有淀粉，淀粉已经被全部水解，但2号试管中的蔗糖不论是否水解，均无法用碘液鉴定，因此确定检测试剂选择斐林试剂。

第二个实验设计中，甲乙两根试管因为底物相同，故检测试剂选择碘液或斐林试剂均可。

5.实验的改进

如果试题中的实验要求底物为蛋白质或麦芽糖，如何设计实验呢？我们能否不借助鉴定试剂，而借助其他的观察指标来判断底物是否水解，如物质的存在形态，分子的通透性等。

底物以蛋白质为例，蛋白质存在的形式有液体、固体等，其中以液体较为常见，但我们要另辟新径，实验设计中不选蛋白质溶液，而改选蛋白质块，假设蛋白质块发生水解，则其体积会发生变化。实验设计如下：取两根洁净的试管，编号为A、B，两根试管中都放入同等大小体积的蛋白质块，往A试管中加入蛋白酶，B试管加入其他水解酶，如唾液淀粉酶，若A管中蛋白质块体积变小，B管中蛋白质块体积不变，即可以验证酶的专一性，本实验无需借助鉴定试剂即可判断底物的水解情况。

若反应底物为麦芽糖，麦芽糖在麦芽糖酶的作用可水解为葡萄糖，麦芽糖和葡萄糖都是还原糖，高中阶段无法用化学试剂区分二者。实验如何设计呢？已知麦芽糖是一种二糖，分子较大，不能通过半透膜，而葡萄糖为单糖，分子较小，可通过半透膜，本实验可借助物质的通透性展开。实验设计如下：取两张大小相同的玻璃纸，包扎成球状，上端接上漏斗，并用橡皮筋扎紧，如下图所示，并编号为I、II，接着分别加入等量的麦芽糖溶液，往I组玻璃纸球加入适量的麦芽糖酶，往II组玻璃纸球加入等量的唾液淀粉酶，将两组分别放入2个装有清水的烧杯中，一段时间后取烧杯中的液体，检测是否含有葡萄糖，若I组有葡萄糖，II号没有葡萄糖，则说明麦芽糖可以被麥芽糖酶水解，不能被唾液淀粉酶水解，即可证明酶具有专一性。

参考文献：

[1]张彩明.对“酶具有专一性”三种实验方案的对比分析[J].甘肃教育.2015（14）：123.

[2]张万明.“酶”专题复习的教学策略[J].生物学教学.2014（5）：30-33.