探索影響過氧化氫酶活性條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、探索影響過氧化氫酶活性條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安徽省歙縣中學(xué)高二年級(jí) 羅 瓊 李 嵐 方聲陽 徐 冉指導(dǎo)教師 吳宏昌 吳美琴問題由來：2002年10月上旬，在做高中生物（必修）第一冊實(shí)驗(yàn)六探索淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖水解作用實(shí)驗(yàn)時(shí)，因沒有淀粉酶，改用唾液淀粉酶，但取唾液極為繁瑣。實(shí)驗(yàn)七探索影響淀粉酶活性的條件實(shí)驗(yàn)，如仍用唾液，唾液量比實(shí)驗(yàn)六多1倍，顯然行不通，于是老師用新鮮豬肝中的過氧化氫酶替代，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在著不足，還有許多亟待改正之處。于是萌發(fā)了用新鮮豬肝中的過氧化氫酶重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)七的想法。 1 用新鮮豬肝中的過氧化氫酶替代淀粉酶實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)1）材料簡單易推廣 據(jù)了解，淀粉酶難以購買（黃山市沒有），價(jià)

2、格較貴，且要新鮮。而大量的唾液淀粉酶也難取，故近兩年新教材中的實(shí)驗(yàn)七幾乎未做（黃山市內(nèi)）。而豬肝購買和使用方便，價(jià)格便宜。2）實(shí)驗(yàn)的時(shí)間短 整個(gè)實(shí)驗(yàn)約15分鐘，比用淀粉酶實(shí)驗(yàn)少5分鐘。3）現(xiàn)象明顯易操作 過氧化氫在過氧化氫酶的作用下生成水和氧氣，氧氣易檢驗(yàn)和觀察。2 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 2002年10月上旬，做了高中生物第一冊實(shí)驗(yàn)六和實(shí)驗(yàn)七之后，萌發(fā)重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的想法。自學(xué)一些酶和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)。2003年元旦放假時(shí)，組成實(shí)驗(yàn)小組，共同研究，初步確定實(shí)驗(yàn)方案。寒假開始，實(shí)驗(yàn)小組分析實(shí)驗(yàn)方案，制訂實(shí)驗(yàn)實(shí)施細(xì)則，分步實(shí)施。2003年春節(jié)前，撰寫小論文。對(duì)論文中的不足之處，在開學(xué)前繼續(xù)實(shí)驗(yàn)探討。 3 實(shí)驗(yàn)

3、原理 利用酶專一性：新鮮的豬肝中含有過氧化氫酶能使過氧化氫分解產(chǎn)生水和氧氣。4 實(shí)驗(yàn)材料用具100ml燒杯、天平、研缽、20ml量杯、膠頭滴管、紗布、15×150mm試 第 1 頁管、溫度計(jì)、水槽、酒精燈、三角架、石棉網(wǎng)、直尺、火柴、衛(wèi)生香、玻璃棒、試管夾、恒溫箱、電熱水壺、電冰箱體積分?jǐn)?shù)為30的過氧化氫溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5的鹽酸溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1的氫氧化鈉溶液、水、熱水、蒸餾水、冰塊、新鮮的豬肝5 實(shí)驗(yàn)探究過程 用新鮮豬肝中的過氧化氫酶替代淀粉酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，必須解決的問題： 豬肝研磨液適宜的濃度。 過氧化氫適宜的體積分?jǐn)?shù)。 過氧化氫酶活性最強(qiáng)時(shí)的適宜溫度和變性失活的最低溫度。

4、過氧化氫酶適宜保溫時(shí)間。 鹽酸和氫氧化鈉使過氧化氫酶失活適宜時(shí)間。只有把上述問題一一用實(shí)驗(yàn)確定,才能對(duì)高中生物（必修）第一冊實(shí)驗(yàn)七進(jìn)行修改（主要考慮溫度的影響）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理主要是H2O2在過氧化氫酶的作用下產(chǎn)生氧氣量的確定問題，在實(shí)驗(yàn)過程中，用直尺測量氧氣氣泡在試管中的液面上上升的高度，氧氣氣泡上升高度與反應(yīng)強(qiáng)度呈正相關(guān)（說明：在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)H2O2和過氧化氫酶反應(yīng)時(shí)試管應(yīng)輕輕振動(dòng)搖勻，如振動(dòng)過大，過快的反應(yīng)使產(chǎn)生的氧氣形成的氣泡有大有小無法判斷；同時(shí)利用了酶的高效性，在極短的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)就完成了）。5.1 探索豬肝研磨液適宜濃度的實(shí)驗(yàn)1) 分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15

5、%、20%、25%、30%的新鮮豬肝研磨液。2) 取3支潔凈的試管，分別滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的新鮮豬肝研磨液。3) 用同樣的方法，分別取3支潔凈的試管，分別滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、15%、20%、25%、30%的新鮮豬肝研磨液。 將上述試管放在0冰水中保溫5min，然后取出試管，再加入體積分?jǐn)?shù)為3的H2O2溶液1mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象如表1。第 2 頁表1 將上述試管放在30水浴中保溫5min，然后取出試管，再加入體積分?jǐn)?shù)為3的H2O2溶液1mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象如表2。表2 將上述試管放在36.5水浴中保溫5min，然后取出試管，再加入體積分?jǐn)?shù)為3的H2O2溶液1mL，輕輕振

6、動(dòng)后觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象如表3。表3 將上述試管放在67水浴中保溫5min，然后取出試管，再加入體積分?jǐn)?shù)為3的H2O2溶液1mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象如表4。表4第 3 頁由以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)比較可知，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的豬肝研磨液現(xiàn)象已較明顯。故選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的豬肝研磨液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 5.2 探索過氧化氫最合適的體積分?jǐn)?shù)1）用體積分?jǐn)?shù)為30%的H2O2分別配制體積分?jǐn)?shù)為0.3%、1%、2%、3%的H2O2溶液。取3支試管，分別滴入3滴15%的新鮮豬肝研磨液放入35溫水中保溫5min后，分別加入體積分?jǐn)?shù)為0.3%過氧化氫溶液輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象。用同樣的方法，取3只試管，分別滴入3滴15%的新鮮豬肝研磨

7、液放入35溫水中保溫5min后，分別加入體積分?jǐn)?shù)為1%、2%、3%的H2O22mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表5）。表5用上述同樣方法，放入0冰水混合物中保溫5min后分別加入0.3%、1%、2%、3%的H2O22mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表6）。表6由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，1%的過氧化氫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象已較明顯，所以選擇體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫。5.3 探索過氧化氫酶適宜的保溫時(shí)間的實(shí)驗(yàn)取3支試管，分別滴入3滴15%的豬肝研磨液，放入35溫水中分別恒溫4min。用同樣方法各取3只試管，分別滴入3滴15%的豬肝研磨液，放入35溫水中分別恒溫5min、6min、7min、8min，然后加入1%H2O

8、22mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表7）。表7第 4 頁由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，6min為適宜保溫時(shí)間。 5.4 探索過氧化氫酶活性最強(qiáng)時(shí)的適宜溫度的實(shí)驗(yàn)1）分別取5支試管，分別滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的新鮮的豬肝研磨液。 將5支試管放入0水浴中保溫6min，放在水浴中加入體積分?jǐn)?shù)為1的H2O2溶液，觀察現(xiàn)象。 用同樣的方法分別在5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55水浴中保溫6min，再加入體積分?jǐn)?shù)為1的H2O2溶液，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表8）。表82）由以上數(shù)據(jù)畫圖：第 5 頁0510152025303540455055圖一由圖一可知，35為過氧化氫酶活性最強(qiáng)時(shí)

9、的溫度，而適宜溫度為3035。5.5 探索過氧化氫酶失活變性的最低溫度1）取3支試管并滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的豬肝研磨液，然后放在50水中保溫6min。用同樣方法，各取3只試管并滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的豬肝研磨液在53、56、59、62、65水中保溫6min。2）再向試管中加入體積分?jǐn)?shù)為1%的H2O22mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表9）。表9由上述數(shù)據(jù)可知，62時(shí)過氧化氫酶已經(jīng)失活，故增加實(shí)驗(yàn)（結(jié)果見表10）。表10第 6 頁3）增加對(duì)比實(shí)驗(yàn)：各取2支試管，分別加入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的新鮮豬肝研磨液和3滴蒸餾水。放入61水浴中保溫6min。分別加入2mL體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液，

10、輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表11）。表11由此可知，有少量氣泡是H2O2在61時(shí)自身分解產(chǎn)生的。過氧化氫酶失活變性的最低溫度為61。5.6 探索質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的鹽酸使過氧化氫酶失活的最適時(shí)間1）取5支試管，分別滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的豬肝研磨液，在35水中保溫6min；2）往5支試管中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的鹽酸1mL，然后分別維持0s、30s、60s、90s、120s、150s，再加入1%的H2O22mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)象（結(jié)果見表12）。表12結(jié)論：加入鹽酸后立即失活。5.7 探索0.1g/mL的氫氧化鈉溶液使過氧化氫酶失活的最適時(shí)間1）取5支試管，分別滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的豬肝研磨液

11、，在35水中保溫6min；2）往5支試管中分別加入0.1g/mL的NaOH溶液1mL，然后分別維持0s、30s、60s、90s、120s、150s，再加入1%的H2O22mL，輕輕振動(dòng)后觀察現(xiàn)第 7 頁象（結(jié)果見表13）。表13結(jié)論：加入氫氧化鈉后立即失活。6 分析與討論6.1 用過氧化氫酶代替淀粉酶實(shí)驗(yàn)，豬肝研磨液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%；過氧化氫酶活性最強(qiáng)的溫度為35，適宜溫度為30-35；變性失活的最低溫度為61；過氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%；高濃度的鹽酸和氫氧化鈉使過氧化氫酶在極短的時(shí)間內(nèi)變性失活。因此高中生物第一冊實(shí)驗(yàn)七設(shè)計(jì)如下: 實(shí)驗(yàn)題目：探索影響過氧化氫酶活性的條件目的要求：（1）初步學(xué)會(huì)探

12、索影響酶活性條件的方法。（2）探索過氧化氫酶在不同溫度和PH下催化過氧化氫水解的情況。實(shí)驗(yàn)原理：新鮮的肝臟中含有過氧化氫酶，根據(jù)酶的專一性，可知其可以催化過氧化氫分解成水和氧。材料用具：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的豬肝研磨液，新配制的體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸，0.1g/mL的氫氧化鈉溶液，蒸餾水，冰水，熱水；100mL燒杯，15×150mm試管，量筒，滴管，酒精燈，石棉網(wǎng)，火柴，三腳架，溫度計(jì)，衛(wèi)生香。方法步驟：一、溫度對(duì)酶活性的影響（1）取三支潔凈的試管，編上號(hào)，并且分別滴入3滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15的豬肝研磨液。（2）將三支試管分別放入35的溫水（50mL）、70的

13、熱水（50mL）、0的冰水（50mL）中，維持各自的溫度6min（3）在各自的條件下，分別注入2mL體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫溶液，輕輕振動(dòng)。第 8 頁（4）取出試管，觀察并記錄哪支試管產(chǎn)生的氣泡多，將點(diǎn)燃但無火焰的衛(wèi)生香分別放入三支試管內(nèi)液面的上方，觀察并記錄衛(wèi)生香是否燃燒及燃燒猛烈情況。將結(jié)果填入下表：二、PH對(duì)酶活性的影響（1）取三支潔凈的試管編上號(hào)，并且分別滴入3滴新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15的豬肝研磨液，然后將三支試管放到35的溫水中保溫6min。（2）在1號(hào)試管內(nèi)注入2mL蒸餾水，在2號(hào)試管內(nèi)注入2mL氫氧化鈉溶液，在3號(hào)試管內(nèi)注入2mL鹽酸。（3）分別向三支試管中加入2mL過氧化氫溶液搖勻

14、，觀察并記錄哪支試管產(chǎn)生的氣泡多。（4）將點(diǎn)燃但無火焰的衛(wèi)生香分別放入三支試管內(nèi)液面的上方，觀察并記錄衛(wèi)生香是否燃燒及燃燒猛烈情況。將結(jié)果填入下表：結(jié)論討論：1）在溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中,為什么要在加入過氧化氫溶液之前控制好各自的溫度?2）在PH值對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，能不能按步驟(1)、（3）、（2）、（4）操作？為什么？3）在上述實(shí)驗(yàn)中，為什么過氧化氫酶失活了，還有少量的氣泡產(chǎn)生？怎第 9 頁樣用實(shí)驗(yàn)解決？6.2 幾點(diǎn)探討一、過氧化氫酶存在于豬肝中，物質(zhì)不純，在豬肝中也存在著使過氧化氫分解的其他物質(zhì)，如Fe3+等，但對(duì)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)無實(shí)質(zhì)的影響。豬肝取樣不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)有點(diǎn)影響，對(duì)本實(shí)驗(yàn)無實(shí)質(zhì)性的影響。二、氧氣的氣泡在試管的液面上的高度反映了反應(yīng)的強(qiáng)弱，如試管搖勻不當(dāng)