生物化学实验课中关于酶特性的实验设计

　　高职高专的实验教学[1]是大学教学的重要环节，它对培养学生的动手能力，独立开发能力[2],设计思维、及提高创新意识起着奠定基础的作用。生物化学[3]是医学专业学生的基础专业课，是学好其它相关课程的基础；生物化学实验课是生物化学教学的重要组成部分，通过实验不仅可以加深学生对基础理论、基本知识的理解，培养学生科学思维和独立动手能力，而且更为重要的是能培养学生分析问题和解决问题的能力。因此，准确地利用实验与理论的结合对开好生物化学实验课显得尤其重要。

　　酶，蛋白质和糖是生物化学[4]主要的章节，通过本设计还可以将这几章内容有机结合起来，淀粉酶作为一种蛋白质可催化淀粉分解至葡萄糖。此外，酶主要有高效性，专一性，易失活及酶活性可被调节控制几个特性[5];基于以上几个性质，我们设计以下实验内容。

　　1 酶的高效性和专一性实验的设计

　　取 5 支试管，试管 1 加入淀粉酶溶液 3 滴，0.5% 淀粉溶液 3ml;试管 2 加入淀粉酶溶液 3 滴，2% 蔗糖溶液 3 ml;试管 3 加入蔗糖酶溶液 3 ml,2% 蔗糖溶液 3 ml,试管 4 加入蔗糖酶溶液 3ml,0.5% 淀粉溶液 3 ml;试管 5 加入 0.5% 淀粉溶液 3 ml,蒸馏水 3 ml.然后于 37℃下震荡反应 15 min 后，分别加入 Benedict 试剂 2 ml,放入沸水浴，观察现象。

　　我们发现，试管 1 与试管 3 均可使 Benedict 试剂出现砖红色沉淀，而试管 2 与试管 4 则无明显变化；结果表明蔗糖酶可催化蔗糖裂解至单糖，淀粉酶也可催化淀粉裂解为单糖，但是蔗糖酶不可催化淀粉，同样淀粉酶也不能催化蔗糖，这样就验证了酶的专一性。试管 5 由于没有添加酶，整个反应过程无明显变化，与试管 1 和试管 3 相比即可证明酶的高效性。学生在进行实验的过程中，对唾液淀粉酶制备出现对浓度把握的不一致性，造成实验现象的不一致性，有的砖红色较明显，而有的因为生成氧化铜的量少砖红色不明显，这种反而更验证了科学的严谨性。

　　这部分实验不仅验证了酶的高效性与专一性，而且还体现出了淀粉与酶的关系，酶作为一种蛋白质可促使淀粉这一多糖逐步分解为单糖，单糖发生化学反应生成的砖红色沉淀紧密联系了化学知识，提高了本实验的科技性。

　　2 易失活及酶活性可被调节控制实验的设计

　　2.1 温度对酶的活性影响

　　取 3 支试管，各加入 0.5% 淀粉溶液 3 ml,淀粉酶溶液 3 滴；分别放入 37℃，70℃，0℃中（淀粉与淀粉酶溶液在加入前，在各自的温度预处理 5 min），保持各自温度继续反应 10 min.然后取出各试管（将试管 3,试管 2 混合液分为两半，取一半放入37℃恒温水浴中继续保温 10 min 后，再加碘液实验），于白瓷板上滴加碘液，每凹两滴；在加入唾液后，每隔 1 min,各从试管中取出样品一滴，做碘显色反应，至其中一管不变色，则为达到无色。流水冷却各试管后（冰浴处理的试管不需冷却），立即于每试管中加入碘液 6 滴，观察颜色，比较反应速度并解释之。

　　不同程度的淀粉水解产物与碘呈现出不同的颜色，如下所示：淀粉水解产物：淀粉→紫糊精→红糊精→无色糊精→麦芽糖；与碘的呈色：蓝色，紫色，红色，无色（碘色），无色。

　　此反应试管 1 首先与碘反应呈现出无色（碘色），可以证明酶具有“最适温度”,在此温度下，酶的活性最高，反应速度最快。试管 3 的一半与电反应为紫红色，说明淀粉只分解至紫糊精，说明酶的活性有所降低。而试管 3（0℃）取出的另一半放入 37℃后，反应速度加快，很快呈现出碘色，试管 2 则无明显变化。此现象证明低温使酶的活性降低，但未失活，而高温使酶失活。

　　2.2 pH 对酶活性影响

　　取 3 支试管，各加入 0.5% 淀粉溶液 3 ml,淀粉酶溶液 3 滴，各加入 pH=5,pH=7,pH=9 的缓冲溶液于 37℃恒温水浴中继续保温 10 min 后，再加碘液实验，于白瓷板上滴加碘液，每凹两滴；在加入唾液后，每隔 1 min,各从试管中取出样品一滴，做碘显色反应，至其中一管不变色，则为达到无色，立即于每试管中加入碘液 6 滴，观察颜色，比较反应速度并解释之。

　　在本实验中试管 2 很快与碘反应呈现碘色，而试管 1 与试管3 在相同的时间内与碘反应呈现紫红色，说明淀粉只水解至紫糊精或红糊精诠释了酶的“最适 pH”,即过酸或过碱都会使酶的活性降低，反应速度减慢。

　　2.3 抑制剂和激活剂对酶促反应的影响

　　取 5 支试管，分别加入 1% 淀粉溶液 3 ml,淀粉酶溶液 3 滴，试管 1 加入蒸馏水 3 ml,试管 2 加入 1% NaCl 3 ml,试管 3 加入1% NaSO43 ml,试管 4 加入 1% CuSO43 ml 所示加入各个溶液，于37℃下反应。按 2.2 操作完成剩余步骤。注意此反应，要尽快操作，谨防抑制剂与激活剂加入前，酶已完成催化反应。

　　在试管 2 与碘反应呈碘色时，试管 1,4 呈现紫色、红棕色等多种颜色，试管 3 呈蓝色，清楚地验证了氯离子（Cl-）在低浓度时增加了唾液淀粉酶的活性，为唾液淀粉酶的激活剂；铜离子（Cu2+）钝化了唾液淀粉酶的活性，是唾液淀粉酶的抑制剂。

　　此实验包括三个部分，需要较熟练的实验经验与动手能力，温度这一实验中，不同的反应温度酶都要进行预热，抑制性与激活性实验时，确保试管干净，润洗一定要使用蒸馏水（自来水中含氯离子），在白瓷板用碘检测时一定要确保相同的时间，这样不仅保证实验的准确性，同时也培养了学生严谨的科研态度。这部分实验还可以进一步加强学生对多糖性质的理论知识理解，促使学生从实验结果去研究为什么不同的糖会与碘反应产生不同的现象。

　　本设计不仅诠释了酶的特性，让学生锻炼了动手能力，养成了认真观察、分析和研究实验内容和实验结果，分析实验成功的经验和失败的原因的思维，还让学生进一步理解淀粉酶作为一种蛋白质，可以催化淀粉水解至单糖，而这一过程可通过化学方法进行检测。加深了学生对各个学科相互之间联系的认识，为学好医学类知识打下了基础。

　　参考文献

　　[1] 张弥左，王兆月，邢立军 . 构建实验教学新体系培养学生的创新意识 [J]. 实验室科学，2007（5）：50-51.

　　[2] 詹嘉红，蓝宗辉，宋凤艳 . 探究式教学法在生物化学实验教学中的运用 [J]. 实验室研究与探索，2008,27（9）：91-93.

　　[3] 林子杰 .“酶的特性”一节教学中实验的选择与呈现 [J]. 生物学通报，2013,48（1）：31-33.

　　[4] 王秀奇，秦淑媛，高天慧，等 . 基础生物化学实验 [M]. 2 版 . 北京 :高等教育出版社，1999 :169-173.

　　[5] 詹嘉红 . 大学“酶的特性”实验改进与探讨 [J]. 广州化工，2013,41（2）：130-131.