激活剂及抑制剂对酶活性的影响实验

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  【摘要】激活剂和抑制剂对酶活性的影响是我们学习有关酶知识的重点,通过此实验,可以加深我们对其含义的理解。本文从实验准备、讲解、指导、分析总结等几方面要注意的事项做简要的分析。
  【关键词】激活剂;抑制剂;实验;分析
  生物体内进行的化学反应是维持生命活动的基本要素,这类反应的进行有赖于高效、特异的生物催化剂的催化作用。影响酶活性的因素很多,如,温度、pH值、激活剂、抑制剂等。使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质即为酶的激活剂,凡能有选择性地使酶活性降低或消失但并不使酶变性的物质称为酶的抑制剂。
  本实验是生物化学实验之一,适用于临床、护理、妇产、中医、康复、药学、检验等专业[2]。通过本实验,不仅可以加深学生对激活剂及抑制剂对酶活性影响的理解,还极大地锻炼了学生的动手能力,提高了思考问题、分析问题的能力。但是要用实验验证出酶的性质,还需注意实验中多方面的影响因素,如果考虑不周,难以准确得出酶的性质。根据我多年的教学经验,现从实验准备、讲解、指导、分析总结等方面要注意的事项做简要的分析。
  1.实验准
  实验前的准备是上好实验课的关键。实验准备包括教案讲稿的书写、试剂药品的配制、仪器的设计整理、预试讲等。
  1.1书写教案讲稿
  不管经验多么丰富的教师,任何一次的实验课都要认真书写教案讲稿。首先要对酶这一章的理论知识认真把握,对本次实验内容的重点、难点要做到了如指掌。本次实验的重点是:通过实验掌握激活剂及抑制剂对酶活性的影响,难点是:实验终点的判断。另外对实验过程中学生可能出现的问题及解决方法都要一一设计好。所以教案讲稿要尽量写的详细认真、条理清晰,要突出实验目的和实验重点。
  1.2试剂药品的配制
  本次实验需用试剂:蒸馏水,1% NaCl,1%CuSO4,1%Na2SO4,1%淀粉液,唾液(需过滤),碘液。①1%淀粉液的配制:配制时尽量用沸水,这样配出的溶液較为清澈,否则淀粉会有部分不溶解而呈乳状浑浊。在配制过程中,先加水再缓慢的加入淀粉粉末,并且边加边搅拌。如果先倒入淀粉再加热水,因淀粉遇水迅速糊化结成糊团,造成淀粉不易溶解,如果加水过猛,会造成烧杯壁下层有部分淀粉没有溶解,而使烧杯受热不均,造成烧杯炸裂。另外淀粉溶液要现配现用,否则淀粉易从溶液中析出,影响浓度。②1% NaCl,1%CuSO4,1%Na2SO4溶液配制时,注意保证药品与仪器的洁净,使所配制出的溶液较纯,以免影响实验结果。③碘液:取KI2g、I21g溶于300ml蒸馏水中,用时要适当稀释。
  1.3实验仪器的设计准备
  实验仪器的设计要根据实验内容来进行准备,不仅要简单方便,安全环保,还要使我们得到的实验结果尽量准确。本实验中我们量取蒸馏水、1% NaCl,1%CuSO4, 1%Na2SO4,1%淀粉液溶液时,可选用较为精确而方便的刻度吸量管来代替烧杯、量筒等仪器。量取唾液时,单位是滴,所以用胶头滴管简单而方便。为了节省试剂、操作简单和易于观察现象,可选用在多孔点滴板上做碘的呈色反应。本实验中淀粉的水解需在37℃恒温条件下进行,可选用性能较好的恒温水浴箱。
  1.4预试
  要上好一次实验课,预试是必不可少的。通过预试,我们对实验过程能更好、更合理地进行细节设计,也可以预先知道实验结果是否合理,以便及时发现问题。另外学生在做实验过程中,可能会出现各种意外情况,我们也能有准备地及时做出合理的解释,做到有的放矢。预试过程中注意要有详细认真的记录,以便我们以后参考。
  1.5试讲
  通过试讲可以检验教案的可行性程度,可以进一步调整教学内容和教学方法;试讲不但可以使自己对本次内容更熟悉,重点更突出,语言更简练,层次更清晰,还能把可能发生的问题可能出现的差错,预先暴露出来,然后采取改进措施,以确保课堂教学的质量;试讲还可以得到专家和其他老师的指导,使自己在授课技巧上有针对性的改进。
  2.实验讲解
  实验讲解主要包括目的、原理、试剂、器材、操作等。
  2.1目的
  目的是学生实验的总指导,也是我们教师让学生掌握的主要知识点,目的解析好了,学生做实验的思路就清晰了。本实验的目的是:掌握激活剂及抑制剂对酶活性的影响,培养学生耐心、观察分析和思考的能力。根据激活剂及抑制剂的概念,我们知道在某一种酶促反应中,如果我们加入了这种酶的激活剂后,会提高此化学反应的速率,如果加入了这种酶的抑制剂,会降低化学反应的速率。通过本次实验,我们可以用实验来验证出激活剂和抑制剂对酶活性的影响。
  2.2原理
  本次实验的原理是:重金属离子对唾液淀粉酶有抑制作用,而Cl-对唾液淀粉酶有激活作用。
  酶的激活剂是使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质,激活剂分为两类:必需活性剂和非必需激活剂[1]。大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的,这类激活剂称为必需激活剂,如Mg2+是大多数激酶的必需激活剂。而有些激活剂是即使不存在时,酶仍有一定的催化活性,但催化效率较低,加入激活剂后,酶的催化活性显著提高,如Cl-是唾液淀粉酶的非必需激活剂。
  酶的抑制剂是能够有选择地使酶的活性降低或丧失但不能使酶蛋白变性的物质,本实验中的重金属离子Cu2+是唾液淀粉酶的抑制剂,所以,在本次的淀粉的酶促反应中,如果加入了Cu2+,则会抑制唾液淀粉酶的活性,使淀粉水解反应速率降低。
  那么我们怎么通过实验知道加入激活剂Cl-后,提高了酶促反应速率,而加入抑制剂Cu2+后,降低了酶促反应速率呢?对于这个问题我们要详细讲解。淀粉的水解是逐步进行的。
  淀粉水解产物:淀粉→紫糊精→ 红糊精→无色糊精→麦芽糖
  与碘呈色:蓝色 紫色红色无色 无色
  由于淀粉的水解产物与碘液呈现不同颜色,所以,我们可以在同一外界下,同一时间点,做淀粉水解产物与碘的呈色反应,根据显示颜色的不同,来比较加入不同试剂时淀粉水解速率的快慢。
  2.3试剂
  试剂的讲解主要告知学生本次实验试剂的位置、加量及次序。要向学生强调:严格按照所要求的量加入试剂,不得随意加入,不得任意混合溶液。
  2.4器材
  器材的讲解要强调各种器材的使用方法和注意事项。本次实验要用到:玻璃试管,玻璃棒,玻璃漏斗,胶头滴管,试管架,刻度吸量管,恒温水浴箱等。这里面刻度吸量管的用法要向学生详细介绍并且演示,还有试管振荡时要强调使试管稍微倾斜,用手腕振荡。这些问题虽然小,但都是学生容易出错的地方。
  2.5操作
  (1)用水漱口,收集唾液约2ml,过滤后备用。
  (2)准备试管4支,按下表加入试剂:
  (3)充分混匀,置于37℃水浴中,每2分钟从各管中取出一滴,在点滴板上做碘的呈色反应。其中一管呈无色时,把各管从水浴箱中取出,各管加碘液3~5滴,观察4管之颜色变化,比较反应速度。
  在这部分讲解时主要强调:
  ①唾液的收集:先喝一小口凉水(约2mL),漱口时间至少30s,过滤,即可。在收集唾液过程中要注意:为了保证收集的唾液浓度高,实验现象明显,在收集唾液之前,收集者不能漱口,收集对象以面色红润,精力旺盛者为佳。
  ②由于此次实验是比较其反应速率快慢的,所以对所有的仪器与试剂都要有较高的要求,否则,无法得出正确的结果。仪器用自来水洗后,用蒸馏水冲洗2~3遍,向学生强调量取不同溶液用不同的刻度吸量管,禁止交叉使用,以免造成误差。
  ③为了保证实验结果的精确性,先往四支试管里加入蒸馏水、1% NaCl、1%CuSO4、1%淀粉和1%Na2SO4溶液,然后再同时加入等量的过滤后的唾液。
  ④要向学生强调为了防止试管内的溶液被污染,取完溶液的胶头滴管要先用蒸馏水冲洗外表面,再用蒸馏水清洗内表面2~3遍。
  ⑤因为此实验属于平行实验,所以在同一时间点从四支试管中取溶液时,先把试管从水浴箱中取出,取完溶液之后再重新放回。
  ⑥当有一支试管呈现无色时,立即把四支试管同时从水浴箱中取出,否则,时间延长,会有两支以上的试管都呈现无色,而无法比较出反应速率的快慢。
  3.实验指导
  实验课教学中,应注重培养学生的逻辑思维、创造性思维的能力和素质。通过实验,一方面提高了学生的实验操作技能,另一方面加强了学生对科学工作的严肃态度、逻辑思维能力、结果的分析和推理方法、实事求是的工作作风和团结协作的精神,能引导他们积极参与科研活动。
  在实验过程中,往往会遇到学生操作不规范或学生提出一些实验问题,这时我们实验指导老师对学生易进行引导性指导,而不易手把手的教。从我多年的教学发现,对学生进行引导性指导,让学生自己思考,尽量自己找到解决问题的办法,这样有利于培养学生的主动思考能力、创新精神,提高他们的实验积极性。在这一实验过程中遇到最多的问题就是当一管呈无色时,把各管从水浴箱中取出后,各管加碘液3~5滴后,为什么仍然会有两支或三支试管颜色相同而无法比较出反应速率的快慢?此时,可以向学生引导溶液的浓度高低会影响颜色,进而学生会思考出下一步该怎么做。
  4.分析总结
  实验结束后,指导老师一定要针对此次的实验进行分析总结。
  总结包括两方面,一方面是实验内容和结果的总结,引导学生通过客观地对事物进行观察、比较、分析和综合而解决实际问题,在总结时,要突出激活剂与抑制剂对酶活性影响;另一方面是学生实验态度的总结,对实验过程中学生是否有严谨求实的精神,认真细心的作风做出客观的评价。[科]
  
  【参考文献】
  [1]潘文干.生物化学.[M]北京:人民卫生出版社,2009.
  [2]赵清治.医用化学?生物化学实验指导.[M]北京:人民军医出版社,2005.
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