环境酸碱性对酶活性的影响

1、课题3环境酸碱性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，其催化作用受环境酸碱性等条件的影响。不同类酶均有其作用的最适pH,大于或小于该pH，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。过氧化氢酶H2O2> H2O + 02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pH环境下酵母菌中该反应的速度，从而确定过氧化氢酶的最适酸碱度。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

2、化的大小，进而改变输岀电压的大小。因此通过对输岀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pH的环境下酶促反应的速率，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 83 Plus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、刻度移液管、胶头滴管、蒸 馏水洗瓶、吸水纸。实验试剂：3% H2O2溶液、葡萄糖、pH=4、pH=7、pH=10缓冲溶液。步骤： 一实验准备1 缓冲溶液的配制：pH=4 : 1000mL 0.1mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液中加入 2mL

3、0.1mol/L HCl。(2) pH=7 : 1000mL 0.1mol/L 磷酸二氢钾溶液中加入 582mL 0.1mol/L NaOH。（3） pH=10 : 1000mL 0.05mol/L 碳酸氢钠溶液中加入 214mL 0.1mol/L NaOH。2 . 0.5克葡萄糖溶解在pH=4、pH=7、pH=10的缓冲溶液中，成为各 pH下2%的 葡萄糖溶液。3 . 0.5g干酵母溶解在25mL2%葡萄糖溶液中，搅拌均匀，放置5 10分钟设置传感器1 连接TI 83 Plus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 83 Plus图形计算器、CB

4、L系统，按APPS，选择“ CHEMBIO "程序，按ENTER。（见图1、2）2：CBL/CBR ffiChemBio图14 .在“ MAIN MENU ”菜单中选择“ 1 : “1 "，按 |ENTER|。（见图 3）5 .在“ SELECT PROBE ”菜单中选择“ 度传感器。!： COLLECT DRTR 3SVIEW GRAPH 4：UIEW DATA 5：FIT CURVE 6：RETRIEVE DATA 7：QUITSET UP PROBES"输入传感器数量7: MORE PROBES "，直至出现氧气浓6 .在“ SELECT PROB

5、E ”菜单中选择4: OXYGEN SENSOR ”。（见图 4）歸舷严尺OFMlIVEDIO 2SFL0WRATE 3：TURBIDITY JHOXVGEN SENSOR 霍RETURN7 输入通道序号“ 1”；在“ CA LI BRATION ”菜单中选择“ 1: USE STORE（见图5、6）USE LOWEST AUAILABLE CHANNELSENTER CHANNEL NUMBER：12：PERF0RM NEI.J 3：MANUAL ENTRY8 .在“ OXYGEN UNITS ”菜单中选择“ 1: PERCENT ”。传感器设置完成后即 返回“ MAIN MENU ”菜单。

6、（见图7、8）图73：VIEW GRAPH 4：UIEW DATA 5：FIT CURVE7：QUITIEUE DFITfl三设置采样方式COLLECT DATA ”。（见图 9）2 .在“ COLLECT DATA ”菜单中选择“2: TIME GRAPH ”，预热 30秒后，按1 .在“ MAIN MENU ”菜单中选择“ 2 :ENTER。（见图 10） n匚 I Ur r rCUDC HCOLLECT DATA 3：IEW GRAPH 4：UIEW DATA 5SFIT CURVE 6：RETRIEVE DATA 7：QUIT生TIME GRAPH 3：TRIGGER/PROMPT 4

7、：TRIGGER5：SINGLE POINT 6：RETUR忖图103 输入采样间隔时间：“40”秒,按Enter |。输入采集数据点的点数：“12”480 秒，按 ENTER。（见图 11、12）个，按ENTER。屏幕显示该次采样共需历时ENTER TIME BETWEEN SAMPLES IN SECONDS：4040000 SSAMPLES 1211EXPERIMENTLENGTH 48000 SENTER图124 .在“ CONTINUE ”菜单中选择1: USE TIME SETUP ”。（见图 13）1=12：MODIFY SETUP图135 输入丫轴（氧气百分含量）的最小值：“1

8、9.0”（），按IenterI。输入丫轴的最 大值：“ 22.0”（），按Enter|。输入丫轴坐标点间隔：“ 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）SET V-AXIS Vnin=?19.0 Vnax=?22.0 Vscl=?0.5i图14图15PRESS ENTER TO BEGIN COLLECTING DRTH.四数据采集1 .用移液管移取3mL3% H 2O2溶液于氧气浓度传感器附带之塑料瓶中，再加入 3mL pH=4的缓冲溶液。2 用滴管滴加4滴干酵母葡萄糖溶液，略微震荡后塞上氧气浓度传感器，按 ENTER开始收集数据。3

9、 .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）TIME IN LiENTER图16图175 .在“ MAIN MENU ” 菜单中选择“ 7: QUIT6.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=j ;按 ALPHA+A,按 |enter|。此操作将 L1（见图 18、19）Li->A<

10、ltl52E-4 40.04.图18数组中的数据存储到 A数组中。图192 .在主界面中按 pnd+LIST，在“ NAMES ”菜单中选择“ 2 : L2 ”；按STO二；按 （见图 20、21）Li汨£1152E-4 40.04“Li汨1152E-4 40.04.” L诜C19.901 19.2675.ALPHA*B,按ENTER。此操作将L2数组中的数据存储到 B数组中。20图21六.继续数据收集。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pH=7、pH=10环境下过氧化氢酶催化反应的速率。实验结果及数据处理:1

11、 .按 |ENTER|，在“ MAIN MENU ” 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）按ENTER。此操作将 B数组中3 .在主界面中按2nd+LIST，在“ NAMES ”菜单中选择“ B ”；按|STg| ;按2nd+LIST，在“ NAMES ” 菜单中选择“ 2: L2的数据存储到L2数组中。（见图23）lR->Li52E-4 40.04lR-

12、>Li1152E M 40.04.C19.901 19.2675.”图23图224 .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 口; 按2nd+LIST，在“ NAMES ”菜单中选 择“ 2 : L2 ”；按囚；按|ENTER|。此操作将从L1、L2数组中截取出一段。（见图24、25)NAMES 删 MATH 5Tse°i(6：cunSum< F 匕 L i st-1 Selectt9：augment< 0：List*natr( RIMatrHist

13、tSelectCLi>La>图24图25l_至所选取的直线的起28）图275 截取岀曲线上最近似于直线的一段，以便进行回归。按点，按|ENTER|;按至直线终点，按|ENTER|。按|2nd+QUIT。（例：见图26、27、退出。（例：见图29、30）6. 按 STATzzqLZfthtfi£002519LhS*iZB0.3Z15.5111905沏出1571?13.flZ7183|图297 .按STAT|，在“ CACL ”菜单中选择ZB0.3Z3203bM00.M5换了原L1、L2中的数据。按 2nd+QUIT 195519.60315,71519.BZ719J0119

14、.976图304： 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 = 0.00207x + 18.98，线性回归的相关系数r = 0.995。（例：见图31、32、33）EDIT .wa眄 TESTS 1:1-Mar StatsLinReg(ax+b) Li>2：2-Var Stats 3：Med-MedJBLinReg<ax+b> 5： QuadReg6： Cub

15、ic-Reg ZlQuartReg图31图32LinRe9 y=ax+b a=.9020655612 b=18.97716776 r-z = 乡 898225891 r=.9948982808图339 .以上操作完成了环境 pH=4时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，依次完成环境 pH=7、pH=10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）图示：1. pH = 4环境下酵母菌催化双氧水分解速率曲线；2. pH = 7环境下酵母菌催化双氧水分解速率曲线；3. pH = 10环境下酵母菌催化双氧水分解速率曲线。环境pH值回归直线斜率42.0

16、66 X 10-373.907 X 10-3102.715X 10-3实验说明:1 由于实验中总共要测得 3个pH值共6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 .本实验的适宜温度为 30 35C （本例中结果是在32 'C左右测得）。若温度过 低，则应考虑选用热水浴以维持适宜温度。3 注意氧气浓度传感器只能测定空气中氧气的含量，正常工作的温度范围是0 40 C4 氧气浓度传感器应始终垂直向下放置。5 酸碱均有腐蚀性，实验时注意安全。思考问题：1 什么 pH 条件下，酶的活力最大 / 最小？2 根据实验数据说明环境 pH 如何影响酶活力？并加以解释。拓展：1详细研究 pH 值 212 范围内各酸碱度对酶活性的影响。 （如选择