20.9 探索酶反应速度和pH的关系

一、活动目的

通过本活动，使学生了解pH对酶反应速度的影响；掌握用曲线图表示实验结果的方法；了解通过巧妙的设计，利用简单的器材可以进行生物科学研究。

二、活动设计及原理

生物体的基本特征之一是不断地进行新陈代谢，而新陈代谢又是由为数众多的各式各样的化学反应所组成的。生化反应在生物体内能够顺利而迅速地进行，其主要原因就是由于有一类特殊的生物催化剂——酶。酶的催化效率远比一般催化剂高，例如已知的催化反应速度最快的“碳酸酐酶”，能在1秒钟内催化6×105个CO2分子和水结合成H2CO3，其反应速度要比非酶催化反应的速度快107倍；1份过氧化氢酶在1分钟内能使500万个过氧化氢分子分解为水和氧气。

酶的本质是蛋白质，它极易受外界条件的影响而改变其构象和性质，因而也必然会影响其催化作用。每种酶只能在一定限度的pH范围内才能表现活性，超出这个范围就会失活；即使在这有限的范围内，酶的活力也随环境pH的改变而有所不同。酶表现最大活力时的pH称为酶的最适pH，稍高或稍低于最适pH，酶的活力就有所降低，偏离最适pH越远，酶的活力就越低。各种酶的最适pH各不相同，彼此出入甚大，一般酶的最适pH多在4～8之间，植物和微生物体内的酶的最适pH多在4.5～6.5之间，而动物体内的酶的最适pH多在6.5～8.0之间，但也有例外，如人的胃蛋白酶最适pH为1.8，胰蛋白酶的最适pH为8.1等。

本活动利用酵母菌液中含有过氧化氢酶，通过计量催化不同pH的过氧化氢溶液产生能使滤纸上浮到水面的氧气的时间，定量地显示酶反应速度和pH的关系。

三、活动开展方法步骤

(1)将小包酵母倒入盛有温水的烧杯中（酵母和温水的量并不要求有严格的比例）。经过30分钟左右的“活化”即可用于实验。

(2)把干净的滤纸剪成大约边长为5毫米的纸片。剪时尽量不要捏紧滤纸片，否则会改变滤纸的疏松状态；剪前应洗净手指，免得油脂污染滤纸，从而妨碍吸收酶液（酵母菌液）和吸附产生的氧气泡。

(3)用自来水配制500毫升浓度为1∶1000的过氧化氢溶液。

(4)取7只大小一样的小烧杯，各加入相同体积的上述过氧化氢溶液，溶液体积大约为烧杯容积的三分之二。将7只小烧杯外壁上分别贴上“pH2”、“pH4”、“pH6”、“pH7”、“pH8”“pH10”“pH12”的标签。

(5)用盐酸或氢氧化钠溶液对上述7个小烧杯中的溶液进行滴定并用试纸测定，使各烧杯中的溶液的pH和烧杯标签上的“pH”相一致。由于滴加的酸液或碱液的数量不同，会影响烧杯中溶液的浓度，需要加入适当的自来水使每个烧杯中溶液的浓度完全相等。因此，在开始滴加酸液或碱液时应记下滴加的滴数。

(6)用镊子将一片滤纸放入经过“活化”的酵母菌液中，让其“吸饱”溶液。取出后即放入标有“pH2”的过氧化氢溶液的烧杯中，滤纸片会沉入杯底；立即计时。由于滤纸吸附的酵母菌液催化过氧化氢，产生的氧气泡附着在滤纸纤维之间和表面，随着气泡的增多，滤纸片就上浮。计算从滤纸片沉入杯底到完全浮出水面这段时间的长短，重复2次，得到一个平均值。这一时间就是酵母菌过氧化氢酶在pH2的条件下的反应速度。

(7)用同样方法重复实验，分别得到pH4、pH6、pH7、pH8、pH10、pH12条件下的反应速度。

(8)根据上述各项结果，绘制“pH对酵母菌过氧化氢酶反应速度的影响”曲线图。曲线图的横轴为pH值，纵轴为反应速度（以1/时间表示）。