酶的特性讲解微课

同学们，大家好！欢迎来到生物化学实验课堂，今天的实验将围绕酶的特性展开。首先请同学们思考以下问题：为何我们的口腔环境会维持37℃恒温与近中性pH？口腔环境参数的微小波动又如何影响消化效率？唾液淀粉酶除了能水解淀粉，可以水解其他底物（如糖类、蛋白）吗？别着急，相信同学们很快就能找到答案。

在人体消化系统中，唾液淀粉酶是启动碳水化合物分解的关键生物催化剂，其活性会受温度、PH等的影响。而要判断淀粉是否被唾液淀粉酶水解彻底，只需要在反应产物中加入碘化钾-碘液即可，若溶液显蓝色，说明淀粉水解不彻底；若不显蓝色，说明淀粉已完全水解。据此反推唾液淀粉酶的活性强弱。今天，我们将揭示淀粉酶的核心特性：即温度敏感性、pH依赖性及底物特异性。首先我们来进行第一个实验：温度对唾液淀粉酶活性的影响。

温度对酶活性的影响呈典型的钟罩型曲线（或称单峰曲线），其变化趋势可分为三个特征性阶段，低温区（即低于最适温度）、最适温度区、和高温区（即高于最适温度）。低温区时，随着温度升高，酶与底物碰撞频率增加，酶活性随之增强，且酶的结构稳定，活性呈可逆性恢复。最适温度区时，酶活性达到最高值。高温区时，随温度升高，酶活性急剧下降，当超过临界温度（如≥60℃），酶蛋白空间结构遭到破坏，活性不可恢复。唾液淀粉酶的最适温度约为37℃，那么超出此温度范围，酶的活性究竟是如何变化的呢？又该怎么去验证呢？现在给同学们提供以下试剂和材料：溶于0.3%氯化钠的0.2%淀粉溶液、稀释的唾液、碘化钾-碘液，请你动手尝试一下吧。

取4支试管，分别标记A、B、C、D，按表1，在每个试管中加入淀粉溶液1.5毫升，在A、B、C中各加入稀释唾液1毫升，D加入煮沸的稀释唾液1毫升，接下来，将A、D置于37℃保存20分钟，B置于0℃10分钟后转入37℃保存10分钟， C置于0℃保存20分钟，最后在各试管滴加1滴碘化钾-碘液，观察颜色变化，解释结果，得出结论，现在请按下暂停键，思考一下，B、C、D设置的意义是什么？

好了，下面我们进行第二个实验：PH对唾液淀粉酶活性的影响。与温度类似，PH对唾液淀粉酶活性的影响也呈单峰曲线，其最适pH约6.8，偏离最适pH时，酶活性逐渐下降；过酸（即pH过低）或过碱（即pH过高）时，活性显著降低甚至失活，（即活性中心解体引起变性失活）。例如：胃蛋白酶在pH=10时完全失活，即使调回最适pH(即PH=2.0)，也无法恢复活性。现在给同学们提供以下试剂和材料：溶于0.3%氯化钠的0.5%淀粉溶液、稀释的唾液、碘化钾-碘液、0.2mol/L磷酸氢二钠溶液、0.1mol/L柠檬酸溶液，请你配制出4种不同PH缓冲液（即PH分别为5.0，5.8，6.8，8.0），测一下谁是唾液淀粉酶的最适PH吧！

取4个锥形瓶，按表2加入各试剂，配制成4种不同pH的缓冲液。取4支试管，分别编号1、2、3、4，按表3依次加入0.5%淀粉溶液1毫升、相应缓冲液1.5毫升，最后加入稀释唾液1毫升，特别要注意的是，向各试管加入稀释唾液的时间间隔为1分钟，摇匀后依次放入37℃恒温水浴锅中保温。当4号试管加入唾液后，从3号试管取出1滴混合液，置于白瓷板上，加一滴碘化钾-碘液，检测淀粉水解程度，如显蓝色，继续重复此步骤，直至3号试管中的混合液变为棕黄色时，依次向各试管加入碘化钾-碘液1滴，时间间隔仍然保持1分钟。观察各试管的颜色，分析pH对淀粉酶活性的影响，你的结果与理论结果是否一致呢？现在请按下暂停键，思考3个问题：1.可否先加入淀粉和唾液淀粉酶，再加入缓冲液呢？原因是什么？2.为什么要以3号试管而不是其他试管变为棕黄色为参考呢？3.上述强调间隔1分钟，有无必要性？如果能顺利回答这3个问题，说明你掌握得还不错哦！那我们来进行第三个实验吧。

唾液淀粉酶的特异性。所谓酶的特异性，是指一种酶只能水解某种特定的底物。比如，淀粉酶只能水解淀粉生成麦芽糖，不能水解蔗糖，蔗糖酶只能水解蔗糖生成葡萄糖和果糖，不能水解淀粉。不管是麦芽糖、葡萄糖还是果糖，都是还原糖，而淀粉和蔗糖属于非还原糖。本尼迪试剂的主要成分为硫酸铜、柠檬酸钠和碳酸钠，柠檬酸钠和碳酸钠均可水解产生氢氧根离子，而2价铜离子可与氢氧根离子结合，生成氢氧化铜沉淀，在沸水浴加热条件下，氢氧化铜可与还原糖中的醛基反应，生成砖红色氧化亚铜沉淀，据此来鉴定反应物中还原性糖的存在，但此反应不能鉴定非还原性糖。如此一来，想要知道唾液淀粉酶是否具备特异性，可将其作用于淀粉以及其他类别的底物，凡是终产物能与本尼迪试剂反应生成红色沉淀的，说明均可被唾液淀粉酶水解生成还原性糖，反之，则不能。以此来判定唾液淀粉酶的特异性与否。已知唾液淀粉酶是特异性的，那么，除了淀粉外，它能水解蔗糖吗？显然不能，那让我们通过下面这个小实验验证一下吧。

取6支试管，编号1、2、3、4、5、6，按表4，在1、3、5中先加入淀粉溶液，再分别加入蒸馏水、稀释唾液、煮沸的稀释唾液。在2、4、6中先加入蔗糖溶液，再分别加入蒸馏水、稀释唾液、煮沸的稀释唾液。将所有试管置于37℃恒温保存15分钟，再分别加入本尼迪试剂1毫升，置于沸水浴中2到3分钟，观察颜色有无变化，作出判断。现在请你思考，如果只设置3、4号实验，是否可行？1、2、5、6号的设置有什么意义？评价一下，该实验能否有力证明唾液淀粉酶的特异性？你从本实验中得出什么结论？

需要给同学们强调的几个注意事项：1.由于淀粉不溶于水，长时间放置容易形成沉淀，所以在取用时一定要混匀，以免影响对酶活性的判断。2.碘化钾-碘液的加样量要一致，仅1滴的差别就能干扰实验现象观察。3.在pH对淀粉酶活性的影响实验中，加样时间间隔要严格保持一致，以最大限度减小误差。4.水浴锅严禁干烧，尤其是在沸水浴时，用完务必即刻断电。

好了，同学们，相信通过今天的学习，你已经能轻松回答我们开篇的几个问题了，快去挑战一下吧。今天的课程就到这里，我们下节课再见。