對(duì)“酶高效性實(shí)驗(yàn)”的思考與改進(jìn)

劉玲　秦玉雙

一、教材分析

本實(shí)驗(yàn)選自人教版生物必修一《分子與細(xì)胞》第五章第一節(jié)《降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶》，其目的是通過(guò)比較過(guò)氧化氫在不同條件下分解的快慢，從而認(rèn)識(shí)到酶的催化作用以及酶與無(wú)機(jī)催化劑的差別，感悟出酶的高效性。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析與思考

教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

1.取四支試管編號(hào)1、2、3、4，分別加入2 mL過(guò)氧化氫溶液。

2.將1號(hào)試管放在常溫下觀察，2號(hào)試管90℃水浴加熱。

3.向3號(hào)試管中滴加2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的三氯化鐵溶液，4號(hào)試管中加2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的新鮮的肝臟研磨液（含過(guò)氧化氫酶）。

該實(shí)驗(yàn)是以氣泡的產(chǎn)生速率為指標(biāo)來(lái)了解過(guò)氧化氫在不同條件下的分解速率。其中3、4號(hào)試管還可以通過(guò)觀察帶火星的衛(wèi)生香是否復(fù)燃來(lái)比較兩支試管中反應(yīng)速度的快慢。但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)操作時(shí)并不都能得出正確的現(xiàn)象，有的兩組現(xiàn)象差不多，也就是加酶的試管中衛(wèi)生香沒(méi)有復(fù)燃，有的得到的現(xiàn)象甚至相反。原因可能是：向兩支試管滴加相應(yīng)的催化劑后，需要學(xué)生及時(shí)用手堵住試管口，否則由于氣體跑掉了，可能會(huì)導(dǎo)致兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沒(méi)有明顯差距，及加酶的試管中看不到衛(wèi)生香復(fù)燃。還有可能是加酶的試管在反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生泡沫，學(xué)生在向試管中插入衛(wèi)生香時(shí)，會(huì)碰到試管壁，使衛(wèi)生香受潮不能出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象等等。由于上述的種種原因，在實(shí)際操作過(guò)程中不是所有學(xué)生都能看到正確的結(jié)果。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

1.實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

針對(duì)以上分析，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了一些改進(jìn)，如右圖。

裝置說(shuō)明：將大小合適的橡皮塞打孔，插入一段玻璃管，并通過(guò)一段橡皮管與一只20 mL的一次性針筒（去針頭）相連，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用一支1mL的針筒向內(nèi)注射催化劑。

2.實(shí)驗(yàn)具體操作

（1）實(shí)驗(yàn)原理

利用反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體推動(dòng)針筒中活塞的運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)針筒中活塞的變化情況來(lái)反映試管中氣體產(chǎn)生速率的快慢來(lái)比較無(wú)機(jī)催化劑三氯化鐵和酶催化效率的高低。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟

（由于1、2號(hào)試管的操作步驟沒(méi)有改變，下面就不再作說(shuō)明）

①取兩只大小相同的試管，標(biāo)上3、4。分別向兩支試管各注入2 mL 5%的過(guò)氧化氫溶液。

②將兩只試管口各用一個(gè)連有一支20 mL的一次性針筒的橡皮塞塞嚴(yán)。

③用兩支1 mL的一次性針筒分別吸入3.5%三氯化鐵溶液，新鮮的肝臟研磨液（含過(guò)氧化氫酶）各0.2 mL。

④將這兩支1 mL的一次性針筒通過(guò)橡皮塞插入兩支試管中，同時(shí)向兩支試管中注入其中的液體（3號(hào)試管中注入3.5%FeCl3溶液，4號(hào)試管中注入新鮮的肝臟研磨液）。

⑤計(jì)時(shí)相同時(shí)間，注意觀察兩支試管中氣泡產(chǎn)生情況和兩支20 mL的針筒中活塞的變化情況。

（注：考慮到實(shí)際的氣候條件，在配置試劑時(shí)，濃度上做了一些改變，將過(guò)氧化氫溶液的濃度改為5%。）

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

①4號(hào)試管中氣泡產(chǎn)生速率比3號(hào)試管快。

②計(jì)時(shí)相同時(shí)間，4號(hào)試管連接的針筒內(nèi)活塞上升的幅度比3號(hào)試管大。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

過(guò)氧化氫酶的催化效率比三氯化鐵高，說(shuō)明酶具有高效性。

四、本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處

1.通過(guò)針筒內(nèi)活塞上升情況來(lái)說(shuō)明在相同的時(shí)間內(nèi)哪組試管中產(chǎn)生的氣體多，比用通過(guò)比較衛(wèi)生香的復(fù)燃情況來(lái)說(shuō)明要有效的多，且操作不易失誤。

2.該裝置的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，裝置連接所需的材料易買(mǎi)到，易制作（要注意裝置連接處的氣密性檢查），學(xué)生易操作。