探究“pH对过氧化氢酶的影响”活动研究

冯莉琴

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[摘要]酶对环境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范围内才能表现出活性，超过这个范围，酶就失活了。即使在这个有限的pH范围内，酶的活性也会随着环境中的pH的变动而有所不同，在某一pH值下酶的活性最强。最适的pH范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。本课题选择研究pH对过氧化氢酶活性的影响，不断改进实验方案，探索最佳实验装置，获得较为理想的实验结果。

[关键词]过氧化氢酶实验pH范围

[中图分类号]G633.91[文献标识码]A[文章编号]16746058（2015）110124

一、课题的提出

探究“pH对过氧化氢酶的影响”活动安排在浙科版生物教材必修1《分析与细胞》第三章第三节《酶》中，这是新课改后增设的活动内容之一。生物科学研究的两大重要方法就是观察和实验，新课程也尤其重视实验活动的教学。《浙江省普通高中新课程实验生物学科教学指导意见》中也明确指出：通过实验，培养学生实验设计、独立操作和分析实验数据的能力，使学生认识生物科学的价值，养成勇于实践的科学精神和科学态度。而本实验的要求较高，连贯性较强，还涉及实验现象观察，数据的收集、处理，结果分析和结论的得出。但按照教材中的方法步骤开展，以及教材中的装置图的理解和连接又存在一定的难度，故有必要对本实验的设计加以改进。学生通过对实验设计的修正及研究更合理的实验装置，得出了更科学的实验结论。

二、研究过程及成果

如何测定酶促反应的速率，教材并没有明确的指导，而对于实验结果，我们也只能通过肉眼进行定性的观察，从而推测酶促反应速率的快慢，如检测气泡产生多还是少。能否对实验结果进行更加精确的定量检测呢？能否通过实验找出过氧化氢酶的最适pH值？这是本实验要解决的主要问题。

[实验原理]

酶对环境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范围内才能表现出活性，超过这个范围，酶就失活了。即使在这个有限的pH范围内，酶的活性也会随着环境中的pH的变动而有所不同，在某一pH值下酶的活性最强。最适的pH范围可能很窄，也可能较宽，这取决于不同酶的特性。

过氧化氢酶在动物的肝脏细胞和血细胞中浓度很高，因此可从鲜肝匀浆中提取过氧化氢酶溶液。

测定酶促反应速率的方法有很多，如可以测定酶促反应中单位时间内反应物的减少量，也可以测定单位时间内生成物的生成量。但由于在过氧化氢酶催化过氧化氢分解的实验中，反应物（过氧化氢）一般都是过量的，而且过氧化氢的减少量也不好测定，所以在本实验中可以通过测定生成物（氧气）的生成量来表示酶促反应速率的大小。

[实验材料及器具]

实验材料及试剂：3%的过氧化氢溶液、pH为5、6、7、8的缓冲液、过氧化氢酶溶液（过氧化氢酶溶液的制备：取动物的新鲜肝脏洗净、研磨、过滤并稀释，置于冰箱中备用）。

实验器具：研钵、三角瓶、集气瓶、分液漏斗、量筒、双孔胶塞、导气管若干、记号笔、吸管、镊子、试管架等。

[实验操作活动]

实验尝试一依照浙科版必修1《分子与细胞》课本中描述的步骤进行实验。

在下表中记录实验结果。

【注意】所有的实验都要严格保证不混淆，不应该有上一次反应后的剩余溶液，每次实验完后，应充分冲洗，然后用相应的缓冲液再冲洗一遍。

本实验由于装置设置较为复杂及气密性设置等问题使得气体收集有难度，实验误差较大。

实验尝试二通过对实验装置进行合理的改进与设计，从而实现了对实验结果的更细的定量定时测定，使实验结果更加精确，更加严谨。同时也使我们的探究活动能够更加科学、更加严谨，从而确定过氧化氢酶的最适pH值。

记录实验结果于下表中，根据实验数据，推断出过氧化氢酶的最适pH值。

量筒中水面刻度（氧气的总生成量）（单位：mL）

实验尝试三由于该实验原装置中选择三角瓶，组装有难度，本课题小组改用更为简单的实验装置来开展上述改进实验。改进后的实验装置如图1所示。

图1探究pH影响过氧化氢酶活性的实验装置改进图

依照上述装置，选择了医用药瓶与带皮管的注射器进行连接，尝试实验。遗憾的是气体无法收集。原因可能是针管太细，由于毛细张力的影响，限制了气体的释放，且如采用课本中将反应小室横放，并通过旋转小室来实现反应，又要注意实验未开始时不能让含过氧化氢酶的滤纸与过氧化氢溶液接触，控制难度大。实验宣告失败。但也给我们课题组一种简化实验装置的思路。经进一步改造，重新尝试。

实验尝试四在实验尝试三的基础上再次尝试改造实验，实验装置设计如下。

图2探究pH影响过氧化氢酶活性的实验装置再改进图

方法步骤：

1.在如图2所示的水槽中加水至满为止。

2.用量筒量取5mLpH为5的缓冲液，倒入锥形瓶中。

3.用量筒向锥形瓶中加入新鲜的质量分数为0.5%的猪肝研磨液，摇匀，并与排水法收集气体的装置相连接。

4.将100mL量筒横放在水槽中并使之灌满水；将量筒倒立，量筒口在水下，导气管伸入量筒口内，注意不要让量筒内产生气泡。

5.用注射器向锥形瓶内注入5mL体积分数为3%的过氧化氢溶液，同时开始计时，1min时，读取量筒中氧气的体积并记录。

6.取干净的锥形瓶，以相同的方法，分别得到在pH=6、pH=7、pH=8的环境中测定单位时间（1min）内过氧化氢分解所释放的气体量，注意只是溶液的酸碱度（pH）不同，其他条件及操作均相同。

7.重复5次实验，记录各pH值环境中所测得的实验数据并取平均值进行分析。

实验得到了较为理想的结果，初步得出影响过氧化氢酶活性的最适pH值为7.0。

三、总结与思考

（一）本实验的意义

在教材必修1《分子与细胞》第五章关于探究酶活性条件的实验中定性地分析了温度和pH对酶活性的影响，教材中提倡学生进行深入探究，即对酶的活性进行定量的分析。教材中并未给出具体的操作，也就是说对酶活性进行定量分析的实验设计是未知的。鉴于此，设计了本实验，旨在为学生进一步进行酶活性定量探究提供参考，为教师引导学生进行探究提供参考性。

（二）本实验的设计理念

1.为过氧化氢酶创造不同酸碱度的环境。由于使用盐酸和氢氧化钠溶液创造的环境会随着其他液体的加入，pH值的变化会较大，因此，在本实验中采用缓冲液来提供不同pH值的环境。

2.用简单易得的实验器材完成实验操作。由于过氧化氢在分解时释放出氧气，而氧气的量可以作为一个衡量实验速率的标准，且收集氧气的设备比较简单，因此，在本实验中选择了过氧化氢酶作溶液为实验材料。

3.对酶活性进行定量分析，即要保证实验装置的气密性。由于在加液体的过程中可能会导致气体的逸出，为了避免收集到的气体逸出，在本实验中做了两个调整：通过稀释酶浓度来降低反应速率和用注射器注入的方式加入，效果较好。

（三）本实验中的注意事项

1.在加酶前一定要摇匀，以保证所加酶的浓度相同。

2.在用注射器注入过氧化氢时一定要将针头插进胶塞内，以防气体逸出。

3.在推注射器活塞时，各组实验中所用的时间要相同。

4.本实验中的无关变量较多，因此要多次重复实验，并对多次实验所获得的数据求平均值。

（责任编辑黄春香）