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生物化學(xué)實驗課中關(guān)于酶特性的實驗設(shè)計論文
高職高專的實驗教學(xué)[1]是大學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，獨立開發(fā)能力[2],設(shè)計思維、及提高創(chuàng)新意識起著奠定基礎(chǔ)的作用。生物化學(xué)[3]是醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)專業(yè)課，是學(xué)好其它相關(guān)課程的基礎(chǔ)；生物化學(xué)實驗課是生物化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，通過實驗不僅可以加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論、基本知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和獨立動手能力，而且更為重要的是能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。因此，準(zhǔn)確地利用實驗與理論的結(jié)合對開好生物化學(xué)實驗課顯得尤其重要。
酶，蛋白質(zhì)和糖是生物化學(xué)[4]主要的章節(jié)，通過本設(shè)計還可以將這幾章內(nèi)容有機結(jié)合起來，淀粉酶作為一種蛋白質(zhì)可催化淀粉分解至葡萄糖。此外，酶主要有高效性，專一性，易失活及酶活性可被調(diào)節(jié)控制幾個特性[5];基于以上幾個性質(zhì)，我們設(shè)計以下實驗內(nèi)容。
1 酶的高效性和專一性實驗的設(shè)計
取 5 支試管，試管 1 加入淀粉酶溶液 3 滴，0.5% 淀粉溶液 3ml;試管 2 加入淀粉酶溶液 3 滴，2% 蔗糖溶液 3 ml;試管 3 加入蔗糖酶溶液 3 ml,2% 蔗糖溶液 3 ml,試管 4 加入蔗糖酶溶液 3ml,0.5% 淀粉溶液 3 ml;試管 5 加入 0.5% 淀粉溶液 3 ml,蒸餾水 3 ml.然后于 37℃下震蕩反應(yīng) 15 min 后，分別加入 Benedict 試劑 2 ml,放入沸水浴，觀察現(xiàn)象。
我們發(fā)現(xiàn)，試管 1 與試管 3 均可使 Benedict 試劑出現(xiàn)磚紅色沉淀，而試管 2 與試管 4 則無明顯變化；結(jié)果表明蔗糖酶可催化蔗糖裂解至單糖，淀粉酶也可催化淀粉裂解為單糖，但是蔗糖酶不可催化淀粉，同樣淀粉酶也不能催化蔗糖，這樣就驗證了酶的專一性。試管 5 由于沒有添加酶，整個反應(yīng)過程無明顯變化，與試管 1 和試管 3 相比即可證明酶的高效性。學(xué)生在進(jìn)行實驗的過程中，對唾液淀粉酶制備出現(xiàn)對濃度把握的不一致性，造成實驗現(xiàn)象的不一致性，有的磚紅色較明顯，而有的因為生成氧化銅的量少磚紅色不明顯，這種反而更驗證了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。
這部分實驗不僅驗證了酶的高效性與專一性，而且還體現(xiàn)出了淀粉與酶的關(guān)系，酶作為一種蛋白質(zhì)可促使淀粉這一多糖逐步分解為單糖，單糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的磚紅色沉淀緊密聯(lián)系了化學(xué)知識，提高了本實驗的科技性。
2 易失活及酶活性可被調(diào)節(jié)控制實驗的設(shè)計
2.1 溫度對酶的活性影響
取 3 支試管，各加入 0.5% 淀粉溶液 3 ml,淀粉酶溶液 3 滴；分別放入 37℃，70℃，0℃中（淀粉與淀粉酶溶液在加入前，在各自的溫度預(yù)處理 5 min），保持各自溫度繼續(xù)反應(yīng) 10 min.然后取出各試管（將試管 3,試管 2 混合液分為兩半，取一半放入37℃恒溫水浴中繼續(xù)保溫 10 min 后，再加碘液實驗），于白瓷板上滴加碘液，每凹兩滴；在加入唾液后，每隔 1 min,各從試管中取出樣品一滴，做碘顯色反應(yīng)，至其中一管不變色，則為達(dá)到無色。流水冷卻各試管后（冰浴處理的試管不需冷卻），立即于每試管中加入碘液 6 滴，觀察顏色，比較反應(yīng)速度并解釋之。
不同程度的淀粉水解產(chǎn)物與碘呈現(xiàn)出不同的顏色，如下所示：淀粉水解產(chǎn)物：淀粉→紫糊精→紅糊精→無色糊精→麥芽糖；與碘的呈色：藍(lán)色，紫色，紅色，無色（碘色），無色。
此反應(yīng)試管 1 首先與碘反應(yīng)呈現(xiàn)出無色（碘色），可以證明酶具有“最適溫度”,在此溫度下，酶的活性最高，反應(yīng)速度最快。試管 3 的一半與電反應(yīng)為紫紅色，說明淀粉只分解至紫糊精，說明酶的活性有所降低。而試管 3（0℃）取出的另一半放入 37℃后，反應(yīng)速度加快，很快呈現(xiàn)出碘色，試管 2 則無明顯變化。此現(xiàn)象證明低溫使酶的活性降低，但未失活，而高溫使酶失活。
2.2 pH 對酶活性影響
取 3 支試管，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 的緩沖溶液于 37℃恒溫水浴中繼續(xù)保溫 10 min 后，再加碘液實驗，于白瓷板上滴加碘液，每凹兩滴；在加入唾液后，每隔 1 min,各從試管中取出樣品一滴，做碘顯色反應(yīng)，至其中一管不變色，則為達(dá)到無色，立即于每試管中加入碘液 6 滴，觀察顏色，比較反應(yīng)速度并解釋之。
在本實驗中試管 2 很快與碘反應(yīng)呈現(xiàn)碘色，而試管 1 與試管3 在相同的時間內(nèi)與碘反應(yīng)呈現(xiàn)紫紅色，說明淀粉只水解至紫糊精或紅糊精詮釋了酶的“最適 pH”,即過酸或過堿都會使酶的活性降低，反應(yīng)速度減慢。
2.3 抑制劑和激活劑對酶促反應(yīng)的影響
取 5 支試管，分別加入 1% 淀粉溶液 3 ml,淀粉酶溶液 3 滴，試管 1 加入蒸餾水 3 ml,試管 2 加入 1% NaCl 3 ml,試管 3 加入1% NaSO43 ml,試管 4 加入 1% CuSO43 ml 所示加入各個溶液，于37℃下反應(yīng)。按 2.2 操作完成剩余步驟。注意此反應(yīng)，要盡快操作，謹(jǐn)防抑制劑與激活劑加入前，酶已完成催化反應(yīng)。
在試管 2 與碘反應(yīng)呈碘色時，試管 1,4 呈現(xiàn)紫色、紅棕色等多種顏色，試管 3 呈藍(lán)色，清楚地驗證了氯離子（Cl-）在低濃度時增加了唾液淀粉酶的活性，為唾液淀粉酶的激活劑；銅離子（Cu2+）鈍化了唾液淀粉酶的活性，是唾液淀粉酶的抑制劑。
此實驗包括三個部分，需要較熟練的實驗經(jīng)驗與動手能力，溫度這一實驗中，不同的反應(yīng)溫度酶都要進(jìn)行預(yù)熱，抑制性與激活性實驗時，確保試管干凈，潤洗一定要使用蒸餾水（自來水中含氯離子），在白瓷板用碘檢測時一定要確保相同的時間，這樣不僅保證實驗的準(zhǔn)確性，同時也培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。這部分實驗還可以進(jìn)一步加強學(xué)生對多糖性質(zhì)的理論知識理解，促使學(xué)生從實驗結(jié)果去研究為什么不同的糖會與碘反應(yīng)產(chǎn)生不同的現(xiàn)象。
本設(shè)計不僅詮釋了酶的特性，讓學(xué)生鍛煉了動手能力，養(yǎng)成了認(rèn)真觀察、分析和研究實驗內(nèi)容和實驗結(jié)果，分析實驗成功的經(jīng)驗和失敗的原因的思維，還讓學(xué)生進(jìn)一步理解淀粉酶作為一種蛋白質(zhì)，可以催化淀粉水解至單糖，而這一過程可通過化學(xué)方法進(jìn)行檢測。加深了學(xué)生對各個學(xué)科相互之間聯(lián)系的認(rèn)識，為學(xué)好醫(yī)學(xué)類知識打下了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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