“探究温度对酶活性的影响”的实验改进

周雅丽, ,孙婷君

摘要：人教版高一生物课本中有关温度对酶活性影响的探究实验，建议使用淀粉、淀粉酶、碘液来探究，但笔者在实践中发现淀粉与碘液的结合受温度影响，超过一定温度时，淀粉与碘液无法结合形成蓝色包合物，本文主要针对这一问题，探究可能的解决办法。

关键词：淀粉  碘液  颜色  温度  改进

引言：“探究温度对酶活性的影响” 是人教版必修一《分子与细胞》第五章第一节中的探究实验，该实验使用的材料是2%的新配制淀粉酶溶液，3%的可溶性淀粉溶液，碘液。碘液与淀粉反应灵敏，快速出现颜色变化，通过颜色深浅判断底物浓度，这是目前在课本中和各种高考题模拟题中鉴定淀粉含量的最常用方法，但由于淀粉与碘液反应的颜色变化本身受温度影响较大，所以该实验设计存在不妥之处，以下对这一实验存在不足的原因进行说明，并提出可能有效的解决办法。

一．淀粉遇碘变色的机理

1. 经X射线衍射分析，直链淀粉的二级结构呈左手螺旋状，每圈螺旋含6个残基，螺距0.8nm，直径1.4nm，螺旋结构十分稳定。直链淀粉在水溶液中很可能以无规则卷曲形式存在。当加入碘液后，碘分子正好嵌入螺旋中心空道，通过朝向圈内的羟基和碘作用形成深蓝色淀粉—碘包合物，这种包合物中的长串碘分子能均匀地吸收除蓝光以外的其他可见光，所以呈现蓝色。但是，同样螺旋卷曲的支链淀粉分子，由于每个支链的平均长度较短，其螺旋大约有25~30个葡萄糖残基，因此分子中每段螺旋的圈数较少，螺旋中的短串碘分子比直链中的长串碘分子吸收波长更短的光，因此，支链淀粉遇碘呈现紫色或紫红色。

二．影响淀粉与碘反应显色的因素

1.天然淀粉一般有两种成分：直链淀粉和支链淀粉。纯的直链淀粉仅少量溶于热水，支链淀粉易溶于水，多数淀粉所含的直链淀粉和支链淀粉比例约为1:4，配制淀粉溶液时，支链淀粉是直链淀粉的保护胶体。其中，直链淀粉遇碘呈蓝色，支链淀粉遇碘呈紫色或紫红色，由于淀粉-碘的蓝色色泽深厚掩盖了紫红色，所以人们常常以为淀粉遇碘变蓝。

2.在高温状态下，无论是直链淀粉还是支链淀粉，热运动都会使它们的螺旋卷曲舒展开，使淀粉和碘分子不能维持之前的成串状态，作用的显色现象消失，冷却后显色现象可恢复，所以想在高温下滴加碘液观看到颜色变化以及对比深浅是不太准确的。

3.实验中所用碘液并非由碘单质配制形成的碘水或碘酒，实则为KI溶液与I2的混合液。碘在水中溶解度较低，且碘容易升华，从45℃左右即开始升华，到77℃时，碘升华完毕，通常温度越高，碘升华越快，在实验中添加KI可以降低I2的挥发，同时可以提高I2的溶解度，但由于I2与I-反应生成I3-，对蓝色的呈现有一定的影响，可导致蓝色减退。

三．实验验证

实验一：

1.实验目的：探究温度对酶活性的影响；

2.实验基本过程：按照高中生物实验教材提供的方案，配制质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量分数为2%的新鲜淀粉酶溶液，碘液，分别设置了20℃，40℃，60℃，80℃，100℃进行探究，在每个设定温度下，取5ml的淀粉溶液，0.5ml的淀粉酶溶液，分别保温5分钟后混合，振荡后继续保温1分钟，加1滴的稀碘液，振荡，观察颜色。

3.实验结果：

（1）.20℃,40℃下，反应后碘液，出现蓝色，其中40℃下，蓝色较浅

（2）.60℃下，反应后加碘液，无蓝色出现

（2）.80℃与100℃下，反应后，刚加碘液，出现蓝色，振荡后蓝色消失           

3. 实验说明与分析：

（1）.本实验用的是南宁庞博生物有限公司生产的α-淀粉酶，酶活性为1000u/g，酶活性较强，所以笔者在该实验操作过程中适当的增加了淀粉的用量，同时降低了酶的用量以及反应时间，该实验没有使用唾液淀粉酶，因为唾液淀粉酶在配制溶液时，浓度难以把控，同时每个个体口腔中的杂质对实验也会有影响。根据实验探究，以及该淀粉酶产品说明，该淀粉酶的最适温度是60℃左右，在100℃左右酶基本已经变性失活，所以在100℃时，加碘液后应出现较深的蓝色，但实际实验结果与理论相矛盾

（2）.按照碘液的配制标准，滴加在淀粉中后颜色过深，肉眼看接近黑色，所以笔者在这个实验探究中，对标准碘液进行了稀释（稀释倍数为2倍），滴加在淀粉溶液中，颜色为蓝色。（标准碘液的物质量浓度为0.1mol/L,具体配制方法是：称取13g碘和35g碘化钾，溶于100mL水中，稀释至1000mL，摇匀，储存于棕色瓶中）

（3）.80℃、100℃下，反应后滴加碘液，虽然没有出现蓝色，但碘液刚滴进去出现了蓝色，振荡后蓝色消失，说明在这两个温度下，反应后有淀粉剩余，但淀粉与碘在高温下无法结合。

实验二：

1.实验目的：探究淀粉与碘结合形成包合物的热稳定性

2.实验过程：取5ml的淀粉，1滴的碘液，混合后，放在不同的温度下每隔1分钟观察蓝色的变化

3.实验结果：

(1).20℃、40℃时，蓝色不随时间的变化而变化

(2).60℃时，大约6分钟后，蓝色消失，冷却5分钟后，出现淡紫色

(3).80℃下，大约1分钟后，蓝色消失，冷却后，无蓝色或紫色出现

(4).100℃下，半分钟左右，蓝色消失，冷却后，无蓝色或紫色出现

4.实验分析：

（1）.淀粉与碘液形成的包合物在60℃以后就不再稳定了，蓝色变浅甚至褪色。

   （2）.在褪色过程中，蓝色先褪色，呈现紫色，然后紫色也消失，呈现无色，查证后发现，支链淀粉与碘结合形成的紫色包合物的热稳定性强于直链淀粉与碘结合形成的蓝色包合物。   

   （3）.冷却后，蓝色逐渐出现，说明高温会影响淀粉与碘的结合，冷却后，二者再次结合。  

（4）.冷却五分钟后，试管呈现的颜色比最初的颜色淡很多，应该与碘升华有关，而80℃、100℃下保温1分钟后，冷却后不再出现蓝色，再次滴加碘液，出现蓝色，说明80℃与100℃下保温1分钟，冷却后不出现蓝色，也是由于碘升华所致。

综合来说，利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性影响是存在不妥之处的，淀粉与碘结合形成的包合物的热不稳定性，碘液中I2与I-反应生成的I3- 对颜色呈现的影响，使实际实验结果与理论结果差别太大。

主要参考文献

翟中和、王喜忠、丁明勤 . 细胞生物学 . 高等教育出版社 （第三期）

朱圣康 . 徐长法主编《生物化学》第四版 . 高等教育出版社

沈唯军 时 晨 丁 婷 . ( 江苏省无锡市辅仁高级中学 214123) . 应用固定化 α-淀粉酶探究温度对酶活性的影响