在进行酶的特性教学时,教师可提问:
酶作为生物催化剂,与无机催化剂相比,有何特点?
为解决这个问题,教师可演示有关实验,也可安排相应的学生实验,引导学生通过对实验现象的观察,分析得出结论,即酶的高效性、专一性与多样性特性。
(1)酶的高效特性实验,实验前有必要简单介绍两项内容:
一是过氧化氢这种物质,它是动植物在代谢中产生的,对机体有毒害作用。生物体可通过过氧化氢酶,催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。无机催化剂三价铁离子也可催化这一反应;二是本实验的实验步骤。
实验后,让学生讨论得出过氧化氢酶的催化效率高于铁离子的结论,在此基础上,教师可列举其他实例,概括酶的高效性。教师还应强调正是由于酶的存在及其高效性,所以许多代谢反应在体外很难发生,在体内却可迅速进行。
(2)酶的专一性特性
实验前可提问:“食物中的淀粉和蔗糖同属糖类,唾液淀粉酶能否消化水解这两种物质?”
本实验所涉及的颜色反应要在实验前跟学生说明清楚。淀粉水解成的麦芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的条件下,与斐林试剂反应会有砖红色沉淀物质产生,淀粉和蔗糖与斐林试剂无此反应。因此,斐林试剂可以用来鉴定淀粉和蔗糖溶液中是否有麦芽糖和葡萄糖及果糖,进而推测淀粉和蔗糖是否被水解。
在此基础上,教师通过进一步实例说明酶的专一性是酶普遍具有的特性;
(3)酶的多样性原理,可在学生理解酶的专一性原理基础上,结合蛋白质的多样性让学生分析得出。
5、影响酶活性的因素
有条件的学校,应尽量让学生做《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件》,这对于训练学生分析实验能力,理解对照实验的设计方法等都是很帮助的。
在学生通过实验分析得出影响酶活性的因素后,可适当结合学生的生活实际,引导学生分析、讨论一些与之相关的生活常识。如可提问:“持续高烧不退或严重腹泻有时甚至会危及人的生命,学生知道其中的原因吗?”
人的正常体温是37℃,体温升高到38℃,虽然体温只是升高了1℃,但人已感觉非常没有精神,如果升高到39℃甚至40℃以上,而且持续高烧,就会出现一系列严重的反应,如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命,这是为什么呢?原来,酶作为生物催化剂,其催化活性受到很多因素的影响,如温度、pH值、有机溶剂、重金属离子、酶浓度、酶的激活剂、抑制剂等等,而酶的活性受上述因素的影响是非常敏感的,影响因素发生很小的变化的,酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37℃,当人体体温高于或低于这个温度时,机体中酶活性就会大大降低,细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。
霍乱是一种烈性传染病,为霍乱弧菌所致,曾在世界上引起多次大流行,死亡率甚高。霍乱弧菌通过人的肠粘膜并大量繁殖,同时产生肠毒素引起剧烈腹泻造成迅速而严重的脱水,血容量明显减少,因而出现微循环衰竭,使细胞得不到钾、钠、钙、氯离子,导致肌肉痉挛;细胞得不到碳酸氢根离子而导致细胞内pH值发生较大的改变,酶活性即相应大大降低,严重的会出现代谢性酸中毒,最终病人肾功能衰竭,休克、死亡。人体大量出汗、腹泻都要相应地补充水就是这个道理;婴幼儿自身调节能力差,婴幼儿腹泻常常引起严重后果,就是这个道理。
或者问:“当人误食了含有重金属的食物或农药后,有一种应急措施,就是赶紧给病人大量喝牛奶或豆浆,学生知道这是为什么吗?”
酶活性除了与温度、pH有关外,还受有机溶剂、重金属离子等的影响。有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要原因是有机溶剂和重金属离子与酶蛋白上的某些化学基团结合,使酶的活性完全丧失,这也是人误食了有机磷农药、有机氯农药或含重金属离子的食物中毒甚至死亡的原因。
牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质,这些蛋白质可以和重金属或有机物结合,而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后,大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道吸收,从而也就避免了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会,而保护了这些酶的活性。当然,这只是应急措施,还要去医院洗胃并进行进一步的治疗。
探究活动
探究pH值对酶活性影响
【探究目的】
了解pH对酶活性的影响、学习测定酶的最适pH的方法
【探究原理】
酶的活性受环境pH的影响极为显著。通常各种酶只有在一定的pH范围内才表现它的活性。一种酶表现其催化活性最高时的pH值称为该酶的最适pH。低于或高于最适pH时,酶的活性逐渐降低。不同酶的最适pH值不同,例如,胃蛋白酶的最适pH为1.5一2.5,胰蛋白酶的最适pH为8等。
应当指出酶的最适pH受反应物性质和缓冲液性质的影响。例如,唾液淀粉酶的最适PH约为6.8,但在磷酸缓冲液中,其最适pH为6.4一6.6,在醋酸缓冲液中则为5.6。
【材料和用具】
1、0.3%氯化钠的0.5%淀粉溶液(新鲜配制)
2、稀释200倍的新鲜唾液。
3、0.1M柠檬酸溶液。
4、0.2M磷酸氢二钠溶液
5、碘化钾-碘溶液:将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中,使用前稀释10倍。
【探究步骤】
取8个50毫升锥形瓶,编号。按下表中的比例,用吸量管添加0.2M磷酸氢二钠溶液和0.lM柠檬酸溶液,制备pH5.0一8.0的8种缓冲溶液。
锥形瓶号 |
0.2M磷酸氢二钠溶液(ml) |
0.lM柠檬酸溶液(ml) |
缓冲溶液pH值 |
1 |
5.15 |
4.85 |
5.0 |
2 |
5.80 |
4.20 |
5.6 |
3 |
6.31 |
3.69 |
6.0 |
4 |
6.92 |
3.08 |
6.4 |
5 |
7.72 |
2.28 |
6.8 |
6 |
8.69 |
1.33 |
7.2 |
7 |
9.36 |
0.64 |
7.6 |
8 |
9.72 |
0.28 |
8.0 |
取9支干燥的试管,编号。将8个锥形瓶中不同pH的缓冲液各取3毫升,分别加入相应(l一8号)的试管中。然后,再向每个试管中添加0.5%淀扮溶液2毫升。第9号试管与第5试管的内容物相同。
向第9号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升,摇匀后放入37℃恒温水浴中保温。每隔1分钟由第9号试管中取出一滴混合液,置于白瓷板上,加一滴碘化钾-碘溶液,检验淀粉的水解度,待结果呈橙黄色时,取出试管,记录保温时间。注意,掌握第9号试管的水解程度是本实验成败的关键之一。
以l分钟的间隔,依次向第l至第8号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升,摇匀,并以1分钟的间隔依次将8支试管放入37℃恒温水浴中保温。然后,按照第9号试管的保温时间,依次将各管迅速取出,并立即加入碘化钾-碘溶液2滴,充分摇匀。观察各管呈现的颜色,判断在不同pH值下淀粉被水解的程度,可以看出pH对唾液淀粉酶活性的影响,并确定其最适pH。
探究酶的激活剂及抑制剂
【探究目的】
学习检定激活剂和抑制剂影晌酶反应的方法和原理
【探究原理】
酶的活性常受某些物质的影响,有些物质能使酶的活性增加,称为酶的激活剂;有些物质能使酶的活性降低,称为酶的抑制剂。例如,氯化钠为唾液淀粉酶的激活剂,硫酸铜为其抑制剂。
很少量的激活剂或抑制剂就会影响酶的活性,而且常有特异性。值得注意的是激活剂和抑制剂不是绝对的,有些物质在低浓度度时为某种酶的激活剂,而在高浓度时则为该酶的抑制剂。例如,氯化钠达到1/3饱和度时就可抑制唾液淀粉酶的活性。
【材料及用具】
1、l%淀粉溶液。
2、1%氯化钠溶液。
3、碘化钾-碘溶液:将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中,使用前稀释10倍。
4、稀释100一200倍的新鲜唾液。
5、0.1%硫酸铜溶液。
【探究步骤】
取3支试管,编号。向第l支试管中加入l%氯化钠溶液l毫升,向第2支试管中加入0.1%的硫酸铜溶液l毫升,向第3支试管中加入蒸馏水l毫升作对照。再向每支试管各加入0.l%淀粉溶液3毫升和稀释的唾液l毫升。摇匀各管内容物,一齐放入37℃恒温水浴中保温,10一15分钟后取出。冷后,各滴入2一3滴碘化钾-碘溶液,混匀。观察比较3支试管颜色的深浅。
如果激活剂或抑制剂的作用不明显,主要原因可能是唾液淀粉酶活性不够高,可以适当延长反应时间或者降低唾液稀释倍数,然后再继续实验。
探究酶的专一性
【探究目的】
本实验以唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用为例,说明酶的特异性。
【材料用具】
1、2%蔗糖溶液:蔗糖是典型的非还原糖,若商品蔗糖中还原糖含量超过一定标准,则呈现还原性,这种蔗糖不能使用。所以,实验前必须进行检查。本实验用的蔗糖至少应是分析纯的试剂。
2、0.3%氯化钠的l%淀粉溶液(新鲜配制)
3、稀释200倍的新鲜唾液。
4、蔗糖酶溶液:取干酵母100克,置于乳钵内,添加适量蒸馏水及少量石英砂。用力研磨提取约l小时,再加蒸馏水,使总体积约为500毫升,过滤。将滤液保存于冰箱内备用。
5、本尼迪克特(Benedict)试剂: 将硫酸铜17.3克溶解于100毫升热蒸馏水中。冷却后,稀释至150毫升。取柠檬酸钠173克及碳酸钠(Na2CO3.H2O)100克,加水600毫升,加热使之溶解,冷后,稀释至850毫升。最后,把硫酸铜溶液缓缓倾入柠檬酸钠-碳酸钠溶液中。混匀后,用细口瓶贮存。此试剂可长时间保存。
【探究步骤】
1、淀粉酶的特异性实验
取2支试管,各加入本尼迪克特(Benedict)试剂2毫升,再分别加入l%淀粉溶液或2%蔗糖溶液各4滴。混合均匀后,放在沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生,纯净的淀粉和蔗糖不呈阳性反应。
再取3支试管,每管各加入稀释200倍的新鲜唾液l毫升。再分别加入l%淀粉溶液或2%蔗糖溶液各3毫升。混匀,放入37℃恒温水浴中保温,15分钟后取出。各加本尼迪克特试剂2毫升,摇匀,放在沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生。
新鲜唾液的稀释倍数,一般为200倍。但是,由于不同人或同一人不同时间采收的唾液内淀粉酶的活性并不相同,有时差别很大,稀释倍数可以是50一300倍,甚至超出此范围。因此,应事先确定稀释倍数。另外,要注意除去唾液里的气泡,避免稀释倍数不准确面影响实验结果。稀释好的新鲜唾液用滤纸过滤后待用。
2、蔗糖酶的特异性实验
取2支试管,各加入蔗糖酶溶液l毫升,再分别加入l%淀粉溶液3毫升或2%蔗糖溶液3毫升。摇匀,放入37℃恒温水浴中保温,10分钟后取出,各加入本尼迪克特试剂2毫升,混匀后放入沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生。
再取l支试管,加入蔗糖酶l毫升和蒸馏水3毫升,混匀,加入本尼迪克特试剂2毫升,摇匀,在沸水浴中煮2一3分钟。可以观察到试管内溶液呈现轻度阳性反应,这是由于蔗糖酶溶液本身含有少量还原性杂质的缘故。因此,用此管作为对照,即可解释上述用淀粉作底物的试管内呈现轻度阳性反应的原因。