對(duì)“酶具有專一性”的幾點(diǎn)思考

鄭靜霞

摘? 要? 本文圍繞人教版高中生物必修一課本中“酶的專一性”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，通過“酶的專一性”的概念先確定實(shí)驗(yàn)的自變量，自變量是底物的種類，或酶的種類，接著從底物的選擇、酶的選擇、鑒定試劑的選擇三個(gè)方面展開介紹，設(shè)計(jì)兩個(gè)最常見的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，最后當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)蛋白質(zhì)、麥芽糖作為反應(yīng)的底物時(shí)，如何巧妙設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，發(fā)散學(xué)生思維，提高解題能力和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞? 專一性? 鑒定試劑? 酶? 底物

人教版高中生物必修一課本對(duì)“酶的專一性”是這樣定義的：一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，課本只是簡(jiǎn)單歸納其概念和舉簡(jiǎn)單事例，沒有具體驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路和步驟，但高中生物新課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確指出考生應(yīng)該能設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證酶的特性，如酶的高效性和專一性，高考試題中也常常以探究性實(shí)驗(yàn)題的形式進(jìn)行考查，那么如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？如何選擇實(shí)驗(yàn)過程的底物、酶以及鑒定試劑呢？本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，便于考生更好掌握相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生科學(xué)探究和理性思維的核心素養(yǎng)。

1.自變量的確定

從“酶的專一性”定義出發(fā)，確定本實(shí)驗(yàn)的自變量應(yīng)為底物的種類，即同種酶只能水解一種或一類底物，而不能水解另一種或一類底物，從酶的專一性定義上也可以引申出同一種或一類底物只能被對(duì)應(yīng)的水解酶水解，不能被另一種酶水解，即本實(shí)驗(yàn)的自變量也可為酶的種類，因此設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先明確實(shí)驗(yàn)的自變量，才能設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)步驟。

2.底物的選擇

高中生物實(shí)驗(yàn)室中常見的化學(xué)反應(yīng)底物有淀粉、蛋白質(zhì)、麥芽糖、蔗糖、過氧化氫等，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮選用淀粉、蔗糖等作為底物，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在蛋白酶的作用下只能初步水解為多肽或二肽，反應(yīng)物和生成物與雙縮脲試劑反應(yīng)均為紫色，高中階段無法用相應(yīng)的化學(xué)試劑檢測(cè)蛋白質(zhì)是否水解。同理，麥芽糖在麥芽糖酶的作用下水解為葡萄糖，麥芽糖和葡萄糖均屬于還原糖，與斐林試劑反應(yīng)均出現(xiàn)磚紅色沉淀，無法區(qū)分。另外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中需要使用斐林試劑鑒定產(chǎn)物時(shí)，底物也不能選過氧化氫，因?yàn)殪沉衷噭┑氖褂眯枰〖訜?，而過氧化氫加熱時(shí)也會(huì)分解，無法判斷過氧化氫的分解是過氧化氫酶起的作用還是加熱引起的分解，對(duì)結(jié)果造成干擾。

3.酶的選擇

根據(jù)酶所催化的化學(xué)反應(yīng)類型，可將酶分為氧化還原酶、合成酶、水解酶等幾類，實(shí)驗(yàn)中常選用水解酶，且所選擇的酶，應(yīng)該是比較容易保存、容易獲取的，如唾液淀粉酶、蔗糖酶等。

4.鑒定試劑的選擇

綜上所述，當(dāng)本實(shí)驗(yàn)的自變量為底物的種類時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下，取兩根潔凈的試管，編號(hào)為1、2，往這兩根試管中分別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，現(xiàn)取現(xiàn)用），充分混勻并反應(yīng)完全后，此時(shí)如何選擇鑒定試劑呢？

當(dāng)本實(shí)驗(yàn)的自變量為酶的種類時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下，取兩根潔凈的試管，編號(hào)為甲、乙，往這兩根試管中分別加入等量的淀粉溶液，甲試管中加入適量的唾液淀粉酶，乙試管中加入等量的蔗糖酶，充分混勻并反應(yīng)完全后，此時(shí)如何選擇鑒定試劑呢？

鑒定試劑鑒定的思路一般有2種，即測(cè)底物是否水解？產(chǎn)物是否生成？通過1、2號(hào)試管對(duì)照，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中只能通過斐林試劑檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)淀粉是否水解生成麥芽糖（一種還原糖），而不能使用碘液檢測(cè)淀粉是否水解。若試管同時(shí)滴加碘液，1號(hào)試管為未變藍(lán)，說明沒有淀粉，淀粉已經(jīng)被全部水解，但2號(hào)試管中的蔗糖不論是否水解，均無法用碘液鑒定，因此確定檢測(cè)試劑選擇斐林試劑。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，甲乙兩根試管因?yàn)榈孜锵嗤?，故檢測(cè)試劑選擇碘液或斐林試劑均可。

5.實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

如果試題中的實(shí)驗(yàn)要求底物為蛋白質(zhì)或麥芽糖，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀课覀兡芊癫唤柚b定試劑，而借助其他的觀察指標(biāo)來判斷底物是否水解，如物質(zhì)的存在形態(tài)，分子的通透性等。

底物以蛋白質(zhì)為例，蛋白質(zhì)存在的形式有液體、固體等，其中以液體較為常見，但我們要另辟新徑，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不選蛋白質(zhì)溶液，而改選蛋白質(zhì)塊，假設(shè)蛋白質(zhì)塊發(fā)生水解，則其體積會(huì)發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：取兩根潔凈的試管，編號(hào)為A、B，兩根試管中都放入同等大小體積的蛋白質(zhì)塊，往A試管中加入蛋白酶，B試管加入其他水解酶，如唾液淀粉酶，若A管中蛋白質(zhì)塊體積變小，B管中蛋白質(zhì)塊體積不變，即可以驗(yàn)證酶的專一性，本實(shí)驗(yàn)無需借助鑒定試劑即可判斷底物的水解情況。

若反應(yīng)底物為麥芽糖，麥芽糖在麥芽糖酶的作用可水解為葡萄糖，麥芽糖和葡萄糖都是還原糖，高中階段無法用化學(xué)試劑區(qū)分二者。實(shí)驗(yàn)如何設(shè)計(jì)呢？已知麥芽糖是一種二糖，分子較大，不能通過半透膜，而葡萄糖為單糖，分子較小，可通過半透膜，本實(shí)驗(yàn)可借助物質(zhì)的通透性展開。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：取兩張大小相同的玻璃紙，包扎成球狀，上端接上漏斗，并用橡皮筋扎緊，如下圖所示，并編號(hào)為I、II，接著分別加入等量的麥芽糖溶液，往I組玻璃紙球加入適量的麥芽糖酶，往II組玻璃紙球加入等量的唾液淀粉酶，將兩組分別放入2個(gè)裝有清水的燒杯中，一段時(shí)間后取燒杯中的液體，檢測(cè)是否含有葡萄糖，若I組有葡萄糖，II號(hào)沒有葡萄糖，則說明麥芽糖可以被麥芽糖酶水解，不能被唾液淀粉酶水解，即可證明酶具有專一性。

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