温度对酶活性的影响

过氧化氢酶课题2温度对酶活性的影响课题概述：生物体内的各项代谢，只有在酶的参与下才能迅速进行。酶的本质是蛋白质，其催化作用受温度等条件的影响。不同类酶均有其作用的最适温度，高于或低于该温度，酶的活性就会下降，直至完全遭到破坏。双氧水对大多数生物体有害，而许多生物体内都有过氧化氢酶等来分解它。H2O2—————→H2O+O2本实验将以酵母菌为过氧化氢酶来源，利用氧气浓度传感器来测定不同温度下该反应的速度，从而确定过氧化氢酶发挥作用的最适温度。氧气浓度传感器可测定气体中0-27%范围的氧气的浓度。其核心装置是一原电池，氧气分子进入其中被还原而引起电流变化，即氧气浓度决定了电流变化的大小，进而改变输出电压的大小。因此通过对输出电压的测定即可确定气体中氧气的浓度。目的：1．学会氧气浓度传感器的使用方法。2．学会测定不同温度下酶促反应的速率，并对各速率进行比较。器材：实验材料：市售干酵母。实验仪器及用品：TI—83Plus图形计算器及CBL系统、氧气浓度传感器(附配套塑料瓶)、玻璃棒、温度计、100mL小烧杯、50mL量筒、小试管、刻度移液管、胶头滴管、保温杯、蒸馏水洗瓶、冰、冷水、热水、吸水纸。实验试剂：3%H2O2溶液、2%葡萄糖。步骤：一．实验准备1．水浴准备：保温杯(或两个烧杯间填充泡沫塑料代替之)中盛放一定量冰水或热水，分别调至0—5℃、20—25℃、30—35℃、35—40℃。实验期间温度计始终要悬在水中，监测温度。如有变化，及时调整。2．称取0.5g干酵母溶解在25mL2%葡萄糖溶液中，搅拌均匀。取4支小试管，各加入1mL上述悬浊液，分别置于各温度水浴中5—10分钟。二．设置传感器1．连接TI—83Plus图形计算器、CBL系统。2．将氧气浓度传感器与CBL系统CH1通道相连。3．打开TI—83Plus图形计算器、CBL系统，按APPS，选择“CHEMBIO”程序，按ENTER。(见图1、2)图1图24．在“MAINMENU”菜单中选择“1：SETUPPROBES”；输入传感器数量“1”，按ENTER。(见图3)5．在“SELECTPROBE”菜单中选择选择“7：MOREPROBES”，直至出现氧气浓度传感器。6．在“SELECTPROBE”菜单中选择“4：OXYGENSENSOR”。(见图4)图3图47．输入通道序号“1”；在“CALIBRATION”菜单中选择“1：USESTORE”。(见图5、6)图5图68．在“OXYGENUNITS”菜单中选择“1：PERCENT”。传感器设置完成后即返回“MAINMENU”菜单。(见图7、8)图7图8三．设置采样方式1．在“MAINMENU”菜单中选择“2：COLLECTDATA”。(见图9)2．在“COLLECTDATA”菜单中选择“2：TIMEGRAPH”，预热30秒后，按ENTER。(见图10)图9图103．输入采样间隔时间：“30”秒，按ENTER。输入采集数据点的点数：“16”个，按ENTER。屏幕显示该次采样共需历时480秒，按ENTER。(见图11、12)图11图124．在“CONTINUE”菜单中选择“1：USETIMESETUP”。(见图13)图135．输入Y轴(氧气百分含量)的最小值：“19.0”(%)，按ENTER。输入Y轴的最大值：“22.0”(%)，按ENTER。输入Y轴坐标点间隔：“0.5”，按ENTER。随后出现的屏幕上告知“按ENTER开始收集数据”。(见图14、15)图14图15四．数据采集1．用移液管移取3mL3%H2O2溶液于氧气浓度传感器附带之塑料瓶中，再加入3mL蒸馏水后，放入35-40℃水浴中温育5分钟左右。2．用滴管滴加4滴35-40℃温度的干酵母葡萄糖溶液，略微震荡摇匀后塞上氧气浓度传感器，按ENTER开始收集数据。3．当CBL显示“DONE”时，采样全部完成(见图16)。按ENTER即可看到氧气浓度随时间变化曲线，按ENTER。4．在“REPEAT”菜单中选择“1：NO”。(见图17)图16图175．在“MAINMENU”菜单中选择“7：QUIT”。6．取出传感器，洗净塑料瓶，吸干水分。用风扇或纸扇对传感器扇风一分钟左右以换气。五．数据存储1．在主界面中按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“1：L1”；按STO；按ALPHA+[A]，按ENTER。此操作将L1数组中的数据存储到A数组中。(见图18、19)图18图192．在主界面中按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“2：L2”；按STO；按ALPHA+[B]，按ENTER。此操作将L2数组中的数据存储到B数组中。(见图20、21)图20图21六．继续数据采集。1．按APPS，选择“CHEMBIO”程序，按ENTER。2．重复三、四、五的操作步骤，可以依次测定30-35℃、20-25℃、0-5℃下过氧化氢酶催化反应的速率。实验结果及数据处理：1．按ENTER，在“MAINMENU”菜单中选择“7：QUIT”。2．在主界面中按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“A”；按STO；按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“1：L1”，按ENTER。此操作将A数组中的数据复制到L1数组中。(见图22)3．在主界面中按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“B”；按STO；按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“2：L2”，按ENTER。此操作将B数组中的数据存储到L2数组中。(见图23)图22图234．按2nd+[LIST]，在“OPS”菜单中选择“8：SELECT(”；按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“1：L1”；按，；按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“2：L2”；按)；按ENTER。此操作将从L1、L2数组中截取出一段。(见图24、25)图24图255．截取出曲线上最近似于直线的一段，以便进行回归。按至所选取的直线的起点，按ENTER；按至直线终点，按ENTER。按2nd+[QUIT]。(例：见图26、27、28)举例如下(起点：X=90，Y=19.283；终点：X=390，Y=21.079)图26图27图286．按STAT，在“EDIT”菜单中选择“1：EDIT”，可以看到截取的数据自动替换了原L1、L2中的数据。按2nd+[QUIT]退出。(例：见图29、30)图29图307．按STAT，在“CACL”菜单中选择“4：LinReg(ax+b)”；按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“1：L1”；按，；按2nd+[LIST]，在“NAMES”菜单中选择“2：L2”。此操作将对L1、L2数组中数据进行线性回归。得到线性回归的方程为y=0.00603x+18.739，线性回归的相关系数r=0.999。(例见图31、32、33)图31图32图338．以上操作完成了对40℃时过氧化氢酶分解双氧水，生成氧气速率曲线的回归计算。重复2—8操作，依次完成35℃，25℃，5℃时过氧化氢酶分解双氧水，生成氧气速率曲线的回归计算。(例：见图34、35)图34图35图示：1.40℃下酵母菌催化双氧水分解速率曲线；2.35℃下酵母菌催化双氧水分解速率曲线；3.25℃下酵母菌催化双氧水分解速率曲线；4.5℃下酵母菌催化双氧水分解速率曲线。水浴温度（℃）回归直线斜率58.120×10-4251.748×10-3354.911×10-3406.034×10-3实验说明：1．由于实验中总共要测得4个温度共8组数据，为防止下一组数据覆盖本组数据，在每次测定完成后，必须将L1、L2中的时间、氧气浓度数据改名存储。2．注意氧气浓度传感器只能用于测定空气中氧气的含量，正常工作的温度范围是0—40℃。3．氧气浓度传感器应始终垂直向下放置。思考问题：1．根据实验数据说明温度是如何影响酶活力的。2．哪个温度区间酶活力最大？为什么？3．预测如温度继续升高(达到五六十摄氏度)酶活力将会怎样变化？拓展：1．0—40℃之间可细分为多个区间(如每5℃一档细分为8个温度区间)，测定各温度下反应速度，详细研究随温度变化而变化的情况,找出过氧化氢酶作用的最适温度。2．酶的浓度对其分解底物的效率会有何影响。设计实验，验证你的猜测。上海市科技教育研究所、徐汇区教育学院李红杰评：本课题利用TI技术进行实验研究，学生不仅可以定性地观察不同温度下酶的活力大小，而且能够通过对酶促反应速度的测定而定量地分析研究不同温度下酶的活性，进一步还可以得出某种酶作用的最适温度。这样做发挥了学生主动性，让其亲自探索猜想，自己得出结论，培养了学生多方面能力。TI技术应用于中学生研究性学习中，其作用之重要是不言而喻的。