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毕业半年拿到省论文第一,毕业一年拿到省讲课比赛第一,毕业一年半开始参与课题,毕业两年获得全国论文第一,毕业两年半建立人教网专辑,毕业三年跳槽,顺便带着学生获得省第一和全国三等奖,同时获得奥赛优秀教练称号。毕业四年获得湖南省青年教师综合素质大赛一等奖,省级讲课比赛一等奖。毕业五年带着学生拿到三个奥赛全国奖,中南六省讲课比赛一等奖,。现在是长沙市专家库成员。

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【引用】探究影响酶活性的因素(温度、PH)  

2011-07-12 21:48:51|  分类: 生物文稿 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自沙滩贝流浪鱼《探究影响酶活性的因素(温度、PH)》

 

一、《探究影响酶活性的因素》

人教版教材安排了“影响酶活性的条件”这一探究活动。与旧教材“比较过氧化氢酶与Fe3+的催化效率”、“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”相比,新课标人教版实验教材真正体现了“探究”。探究活动主要在“设计实验方案”这一步。这一步骤我着重解决学生容易违反科学性的两个问题:

1、想探究温度对酶活性的影响,怎样将不同溶液的温度分别调到设定的数值?

2、想探究pH值对酶活性的影响,怎样将不同溶液的pH值分别调到设定的数值?

在引导学生讨论的基础上,以小组为单位,用表格的形式表达本组的实验方案。

其中“探究温度对酶活性的影响”,学生做出的典型方案有:

[方案一]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

3%淀粉液

2ml

2ml

2ml

2%α淀粉酶液

2ml

2ml

2ml

温度条件(水浴或冰块处理)

0℃

60℃

100℃

恒温时间

5分钟

5分钟

5分钟

加碘

1滴

1滴

1滴

预期现象

       蓝色

不变蓝

蓝色

实际现象

 

 

 

[方案二]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

20%肝脏研磨液

1滴

1滴

1滴

2% H2O2液

2ml

2ml

2ml

温度条件

0℃

60℃

100℃

恒温时间

5分钟

5分钟

5分钟

预期现象

少量气泡

大量气泡

无气泡

实际现象

 

 

 

[方案三]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

2%α淀粉酶液

2ml

2ml

2ml

温度条件

0℃

60℃

100℃

恒温时间

5分钟

5分钟

5分钟

3%淀粉液

2ml

2ml

2ml

预期现象

       蓝色

不变蓝

蓝色

实际现象

 

 

 

   [方案四]

步骤顺序

试管1

试管1’

试管2

试管2’

试管3

试管3’

3%淀粉液

2ml

 

2ml

 

2ml

 

2%α淀粉酶液

 

2ml

 

2ml

 

2ml

温度预处理

0℃

60℃

100℃

反应

混合

混合

混合

恒温时间

5分钟

5分钟

5分钟

加斐林试剂

1ml

1ml

1ml

60℃水浴加热

2分钟

2分钟

2分钟

预期现象

无砖红色沉淀

砖红色沉淀

无砖红色沉淀

实际现象

 

 

 

[方案五]

步骤顺序

试管1

试管1’

试管2

试管2’

试管3

试管3’

3%淀粉液

2ml

 

2ml

 

2ml

 

2%α淀粉酶液

 

2ml

 

2ml

 

2ml

温度预处理

0℃

60℃

100℃

反应

混合

混合

混合

恒温时间

5分钟

5分钟

5分钟

加碘

1滴

1滴

1滴

预期现象

       蓝色

不变蓝

蓝色

实际现象

 

 

 

引导学生对以上方案进行分析,找出不足之处:

方案一和方案二,3%淀粉液和2%α淀粉酶液(20%肝脏研磨液和2% H2O2液)混合前没有按设定的温度预处理,两者混合后还未达到预先设定的温度前已发生酶促反应,实验结果就不是预设温度下的实验结果。

方案三,2%α淀粉酶液虽然按所设定的温度进行预处理,但3%淀粉液没有按所设定的温度进行预处理,混合后溶液温度也发生较大幅度变化,实验结果也不是预设温度下的实验结果。

方案四,该实验用斐林试剂检验不妥。因为用斐林试剂检验是否有还原糖的产生需要加热,这样就改变了反应温度,实验结果也就不能说是预设温度下的实验结果。

方案五才是较科学的实验方案。

“探究pH对酶活性的影响”,学生做出的典型方案有:

[方案一]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

3%淀粉液

2ml

2ml

2ml

2%α淀粉酶液

2ml

2ml

2ml

调节pH

5%HCl 2ml

蒸馏水2ml

5%NaOH 2ml

时间

5分钟

5分钟

5分钟

加碘

1滴

1滴

1滴

预期现象

蓝色

不变蓝

蓝色

实际现象

 

 

 

[方案二]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

2%α淀粉酶液

2ml

2ml

2ml

调节pH

5%HCl 2ml

蒸馏水2ml

5%NaOH 2ml

3%淀粉液

2ml

2ml

2ml

时间

5分钟

5分钟

5分钟

加斐林试剂

1ml

1ml

1ml

60℃水浴加热

2分钟

2分钟

2分钟

预期现象

无砖红色沉淀

砖红色沉淀

无砖红色沉淀

实际现象

 

 

 

[方案三]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

3%淀粉液

2ml

2ml

2ml

调节pH

5%HCl 2ml

蒸馏水2ml

5%NaOH 2ml

2%α淀粉酶液

2ml

2ml

2ml

时间

5分钟

5分钟

5分钟

加斐林试剂

1ml

1ml

1ml

60℃水浴加热

2分钟

2分钟

2分钟

预期现象

无砖红色沉淀

砖红色沉淀

无砖红色沉淀

实际现象

 

 

 

[方案四]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

2%α淀粉酶液

2ml

2ml

2ml

调节pH

5%HCl 2ml

蒸馏水2ml

5%NaOH 2ml

3%淀粉液

2ml

2ml

2ml

时间

5分钟

5分钟

5分钟

加碘

1滴

1滴

1滴

预期现象

蓝色

不变蓝

蓝色

实际现象

 

 

 

 

[方案五]

步骤顺序

试管1

试管2

试管3

20%肝脏研磨液

1滴

1滴

1滴

调节pH

5%HCl 2ml

蒸馏水2ml

5%NaOH 2ml

2% H2O2液

2ml

2ml

2ml

预期现象

无气泡

大量气泡

无气泡

实际现象

 

 

 

引导学生对以上方案进行分析,找出不足之处:

方案一,酶和反应物在调到预设的pH前就混合,在没有达到预设的pH时就可能发生酶促反应;α淀粉酶作用的最适温度为60℃,该方案的温度条件不适宜。

方案二,由于斐林试剂呈碱性,所以用斐林试剂检验时直接影响溶液的pH,反应条件不再是预设的pH。

方案三,除了存在方案二的不足外,将酸、碱直接加入3%淀粉液中,再与2%α淀粉酶液混合,溶液量变大,酸碱被稀释,不能达到预设的pH。

方案四,该方案的反应温度不适宜。

方案五是较合理的实验方案。

这样,通过引导学生对各实验方案的比较分析,得出最佳方案,把“课程标准”中 “领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用”的要求落实到教学活动中。

二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

旧教材也安排类似的实验,但安排的是“生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”,是单纯的“实验”。而新课程则要求“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”, “鉴定”与“检测”只两个字之差,但要求是不同的,“检测”除了要懂得“鉴定”的方法、鉴定过程产生的现象外,还要将这些方法和实验现象应用到“检测”过程中。所以,“检测”是进一步认识生命的物质基础,进一步贴近生活与科学的技能要求。

教学过程可参照“课程标准”中的“案例1”进行,这里不再赘述。

三、观察植物细胞的质壁分离和复原

人教版教材中安排了“植物细胞的吸水和失水”这一探究活动。我认为“细胞的吸水和失水原理”通过前面有关知识的学习,这是较容易理解的问题,而该探究活动弄得太复杂了,除了让学生进一步训练初中学过的“提出问题----做出假设----设计实验----进行实验----观察收集数据----分析得出结论----表达交流” 的探究活动步骤外,并没有新内容。因此,我把该实验设计为“洋葱表皮细胞汁液浓度的简易测定”,做法是:先让学生观察质壁分离现象,然后提出问题让学生思考:你知道洋葱表皮细胞汁液的大致浓度吗?如何利用细胞的吸水和失水原理进行简易测定?

通过引导学生讨论,各组形成方案,经过交流、分析,最后确定检测方案:配制一系列连续浓度(如0.20g/ml, 0.21g/ml, 0.22g/ml…)的蔗糖溶液,分别用这些溶液直接制作一系列洋葱表皮细胞临时装片,用显微镜观察,根据是否发生质壁分离来判断所测洋葱表皮细胞汁液的大致浓度。这样,使学生在实践中学会科学探究,在实践中更深刻地理解、掌握和应用知识。

此外,“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的探究活动过程中,各小组设计实验方案后,着重抓住“如何控制有氧和无氧条件?如何检测有无酒精和CO2产生?”对实验方案进行分析和修正,使学生从中学会科学的方法和形成严谨的科学态度。

在设计实验方案过程中,让学生通过对错误方案或有缺陷、科学性不强的方案进行分析和修正,形成科学的、正确的方案,是学生进行探究性学习活动的重要组成部分。对学生领悟科学研究的方法并学会相关的操作技能是很有益处的。

 

互动草稿:“温度对酶活性的影响”实验中指示剂的选择

 

说明:受夏献平老师委托,试着将前段时间讨论的几种不同意见整理成文。目前的文档还只是草稿,有待进一步修改完善。各位同行若有好的意见或建议,请在本文后面发表评论,也可登录夏老师的博客(内质网——生物学互动平台)发表意见!

链接:http://blog.people.com.cn/blog/u/xiaxianping

1 实验中为何选用碘液而没有选用斐林试剂作指示剂?

1.1 不能用斐林试剂作指示剂

常正良(湖南省衡阳县三中,421200):在“温度对酶活性的影响”实验中,在教材所选温度0 ℃(冰水中)、60 ℃和100 ℃(沸水中)的条件下,究竟可不可以选用斐林试剂作为指示剂?笔者认为,不可以。因为实验目的是观察不同温度对酶活性的影响,如果选用菲林试剂作指示剂,需要在试剂加入后进行水浴加热,这样检测过程中就已经改变了原来三只试管的温度条件,所指示的结果也就难于保证就能代表原来的三种温度条件下真实的实验结果。例如,在加热过程中,原来处于0 ℃(冰水中)的那支试管中的淀粉酶就不再处于0 ℃条件下了,在温度逐渐升高的过程中,酶的活性有可能恢复,催化淀粉水解为麦芽糖和葡萄糖,这支试管中也会出现少量砖红色沉淀!这样,实验结果就不真实了。因此,在“温度对酶活性的影响”实验中,只能选用碘液作指示剂,不能选用斐林试剂作指示剂。

王学宏(河南西华第一高级中学,466600):该实验的检测试剂只能用碘液而不能用斐林试剂,因为使用斐林试剂需水浴煮沸,这样0℃的实验组是低温处理,酶没有失活,加入斐林试剂后,在由0℃~100℃加热过程中很可能会造成淀粉水解,也生成砖红色沉淀。如此就无法说明低温是否对酶活性有影响。因此该实验不能用斐林试剂作鉴定试剂,只能选择碘液。

1.2 可以用斐林试剂作指示剂,只是不能观察反应的动态变化过程

彭邦凤(湖北省恩施清江外国语学校,445000):“温度对酶活性的影响”是要观察不同温度对酶活性的影响,不是要证明有没有反应产物——还原糖出现,选用碘液作为指示剂,可通过淀粉溶液褪色过程,直观地显示出不同温度条件下,反应的动态变化过程。当然,在教材所选温度 0 ℃(冰水中)、60 ℃和100 ℃(沸水中)的条件下,选择斐林试剂时可得出只有60 ℃的温度条件下处理的淀粉溶液才有砖红色沉淀生成,即反应在60 ℃时能够进行,其它两温度条件下无砖红色沉淀生成,反应不能进行。因此也可以选用斐林试剂作为指示剂,但却不能观察反应的动态变化过程。两相比较,选择碘液更好。试想,如果将温度这一条件设置得更密集点儿,如0 ℃、10 ℃、20 ℃、…、60 ℃、…、100 ℃,此时就只能选择碘液,而不可选择斐林试剂了,因为,其它温度条件下也会有砖红色沉淀生成的,而选用碘液却可以看到随淀粉分解反应的进行,蓝色逐渐消失的过程。

1.3 如果用斐林试剂作指示剂,0℃的试管中出现少量砖红色沉淀是否影响实验结论的得出?

彭邦凤:如果仅从检测反应是否进行的角度来选择,选用碘液和斐林试剂两种试剂均可。就教材三个温度而言,选择斐林试剂进行鉴定,可以看到条件为0℃的试管中生成砖红色沉淀极少,条件为100℃的试管中无砖红色沉淀生成,条件为60℃的试管中砖红色沉淀生成较多,得出结论,酶的作用需要适宜温度。至于上面两位老师提出的,随温度升高,酶活性恢复的问题应该不会出现,由于所加斐林试剂碱性较强,会导致淀粉酶变性失活,鉴定过程中反应不会进行;同时,即便是有少许还原糖生成,也并不影响实验结论的得出,甚至还能更好地说明温度对酶活性的影响——低温降低酶活性,随温度升高酶活性增强,高温导致酶失活,酶的作用需要适宜的温度。

常正良:彭老师指出,如果用斐林试剂作指示剂,由于斐林试剂碱性较强,会导致酶变性失活,因而不会出现笔者提出的0℃的那支试管随着温度升高,酶活性恢复的问题,这确实很有道理。但即使这样,笔者还是认为本实验中使用斐林试剂作指示剂是不妥的,因为检测过程改变了温度条件,而本实验的自变量恰恰就是温度!

至于彭老师提出的0 ℃的那只试管中“即便是有少许还原糖生成,也并不影响实验结论的得出,甚至还能更好地说明温度对酶活性的影响”的观点我却不敢苟同。下面谈谈笔者对这个问题的一些想法。

笔者认为,斐林试剂在该实验中是作为指示剂,用于鉴定三种不同温度条件下淀粉是否水解成了还原糖。也就是说,斐林试剂只能是用于确定先前的反应中是否生成了还原糖,如果是在鉴定过程中生成了还原糖,则斐林试剂已经失去了作为指示剂的意义。因此,如果真如彭老师所言,原来温度条件为0℃的试管中“有少许还原糖生成”,那可真会影响实验结论的得出了。因为实验现象都是出现了砖红色沉淀,只能说明溶液中有还原糖的存在,至于这些还原糖是先前的反应中生成的,还是在鉴定过程中生成的,谁能说得清楚呢?所以笔者认为,如果在鉴定过程中由于改变了先前的反应条件而能生成还原糖的话,实验结果就不真实了,就不能反映0℃条件下酶促反应的真实情况,必然会导致我们得出错误的结论。彭老师所说的这样的结果“甚至还能更好地说明温度对酶活性的影响——低温降低酶活性,随温度升高酶活性增强,高温导致酶失活,酶的作用需要适宜的温度”,显然是颠倒了因果关系,相信大家都能看出,这是在用已有理论知识去解释实验现象,根本就不是从实验现象来推出实验结论!

 

2 用碘液作指示剂能否直观地显示反应的动态变化过程

2.1 能够直观地显示反应的动态变化过程

彭邦凤:“温度对酶活性的影响”是要观察不同温度对酶活性的影响,用碘液作为指示剂,可通过淀粉溶液褪色过程,直观地显示出不同温度条件下,反应的动态变化过程。选择碘液不仅仅在于证明反应能不能进行,而在于进行的程度,是要证明是否仍有淀粉存在、存在多少(即反应了多少)。为此,我让学生对实验进行了改进,部分学生将碘液提前到第二步加入后进行处理,通过预期实验结果,通过讨论大家认为结果为选用碘液除可确定反应是否进行外,还可以动态观察现象变化(其间可能呈现红褐色或红棕色),选择斐林试剂的化学性质的特殊性(碱性)和使用条件的特定性(沸水浴,属鉴定反应是否进行)而达不到这个目的。

2.2 不能直观地显示反应的动态变化过程

常正良:众所周知,教材上设计的实验步骤是在实验的最后一步才加碘液的,也就是说,是在淀粉酶与淀粉混合后,在三种不同温度条件下保持5分钟之后才加入碘液,这时加碘液只能检验三种温度条件下淀粉是否已经被全部水解了,而根本看不到彭先生所说的“淀粉溶液褪色过程”,因而也无法“直观地显示出不同温度条件下,反应的动态变化过程”。要想通过淀粉溶液褪色过程,直观地显示出不同温度条件下,反应的动态变化过程,就必须必须改变实验步骤,在淀粉溶液控制好温度之后、加淀粉酶溶液之前就向淀粉溶液中加入碘液。可是,如果这样改变实验步骤,又有新的问题不好解决:在100 ℃(沸水中)的条件下,淀粉遇碘并不变蓝!因为淀粉溶液加热时,可以使淀粉分子中的螺旋卷曲伸长开来,因而与碘的呈色作用消失,当冷却时可以恢复螺旋卷曲,仍出现呈色作用。这样看来,即使改变实验步骤,仍然无法实现“直观地显示出不同温度条件下,反应的动态变化过程”。  

 

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