酵素 (E)+ 受質 (S) 酵素 - 受質 (ES) 酵素 (E)+ 產物 (P) [3] 二澱粉酶催化效率測定原理本實驗使用取自唾液的澱粉酶來催化澱粉水解, 成為小分子的寡醣或麥芽糖由於澱粉與三碘錯離子 (I 3, 褐色 ) 反應會產生藍黑色的錯合物 ( 見圖一 ), 觀察碘試液顏色的變化,

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镒桥傅
5 years ago
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1 微量化學實驗 : 誰是口水王酸鹼性和溫度對澱粉酶催化效率之影響相信大家都有望梅止渴, 或是看牙醫時, 由於口不能閉, 而口水一直分泌的經驗的確, 一個人在一天中會因狀況不同而有不同程度的口水分泌, 大約每天分泌 1 到 1.5 公升至口腔中唾液腺分泌出來的口水經由管道送到口腔中, 它可使我們的口腔保持濕潤幫忙清潔口腔潤滑食物使易於吞嚥, 同時還具有幫助消化的作用這是因唾液中含有一種消化酵素, 澱粉酶, 可以催化澱粉的水解, 成為小分子的寡醣或麥芽糖酵素又稱為酶, 在生物體內扮演非常重要的角色舉凡細胞生長週期的調控代謝反應訊息傳導基因的複製養分的運送及維持細胞生長等重要功能, 都需要酵素的參與酵素催化反應的選擇性高及催化效率佳, 它的本質是具有特殊結構的蛋白質, 由於酸鹼性及溫度會影響蛋白質的結構, 因此酵素催化反應的效率受環境影響很大本實驗以極為容易取得的唾液澱粉酶, 操作簡易及用量少的點滴實驗, 探討酸鹼性及溫度對酵素催化效率的影響 1-3 原理與概念一觸媒化學反應的速率快慢不一, 例如 : 氯化銀之沉澱反應速率很快, 但以氮氣及氫氣反應製造氨氣的哈柏法 ( 見式 [1]), 由於反應之活化能高, 於室溫下的反應速率很慢因此反應過程中常加入適當觸媒以降低反應之活化能加快反應速率觸媒又稱催化劑, 是一種加到反應系統中, 可以參與反應以加快反應速率, 而本身不被消耗或轉化的物質一般依據相態的不同, 分為均相觸媒異相觸媒及生物觸媒 ( 酶或酵素 ) 三大類以雙氧水的分解反應為例, 可以使用均相觸媒 KI 水溶液異相觸媒 MnO2 固體及生物觸媒過氧化氫酶催化分解反應 ( 見式 [2]) N2 2 3 (g) 3H (g) 2NH (g) [1] KI(aq)/MnO 2 (s)/ 過氧化氫分解酵素 2H2O2(aq) H2O(l) O2(g) [2] 酵素是生物體內之催化劑, 一般是由蛋白質所組成, 具有特殊的立體結構, 對反應受質之選擇性高, 且在一般體溫的溫度下就有很好的催化效率, 而酵素的催化機制可以鎖鑰模式說明 ( 見式 [3]) 因此當環境的酸鹼度或溫度改變, 酵素的結構發生變化, 而影響它的催化效率 1

酵素 (E)+ 受質 (S) 酵素 - 受質 (ES) 酵素 (E)+ 產物 (P) [3] 二澱粉酶催化效率測定原理本實驗使用取自唾液的澱粉酶來催化澱粉水解, 成為小分子的寡醣或麥芽糖由於澱粉與三碘錯離子 (I 3, 褐色 ) 反應會產生藍黑色的錯合物 ( 見圖一 ), 觀察碘試液顏色的變化, 即可判斷溶液中澱粉被澱粉酶催化水解之程度因此將含澱粉及澱粉酶之反應液滴加到碘試液並混合均勻,

2 酵素 (E)+ 受質 (S) 酵素 - 受質 (ES) 酵素 (E)+ 產物 (P) [3] 二澱粉酶催化效率測定原理本實驗使用取自唾液的澱粉酶來催化澱粉水解, 成為小分子的寡醣或麥芽糖由於澱粉與三碘錯離子 (I 3, 褐色 ) 反應會產生藍黑色的錯合物 ( 見圖一 ), 觀察碘試液顏色的變化, 即可判斷溶液中澱粉被澱粉酶催化水解之程度因此將含澱粉及澱粉酶之反應液滴加到碘試液並混合均勻, 反應剛開始時因含有澱粉, 因此混合後碘試液呈現藍黑色隨著澱粉酶催化水解反應之進行, 混合液中澱粉含量減少而碘試液逐漸轉為紅棕色最後當反應液中澱粉完全被水解時, 混合液呈現碘試液原有之黃棕色 ( 見式 [4]) 因此, 記錄定量澱粉被完全水解所需的時間 ( 即反應液與碘試液混合, 無藍黑色呈現 ), 代表酵素催化反應之速率, 水解所需的時間越短者表示酵素的催化效率越高與碘試液呈色 : 藍黑色澱粉酵素澱粉麥芽糖紅棕色黃棕色 [4] 圖一 : 澱粉與三碘錯離子形成錯合物 ( 圖片來源 :Starch and Iodine, 藥品器材與材料一藥品每組用量 :0.5% 氯化鈉 25 ml 碘試液 (1% I2 / 2% KI) 3~5 ml 2% 澱粉溶液 6 ml ph 7 緩衝溶液 4 ml ph 5 和 ph 9 緩衝溶液 1 ml 二器材與材料每組用量 : 試管 (10 ml) 10 支試管架 1 個乳帽和玻璃滴管 ( 或塑膠滴管 ) 2 支燒杯 (100 ml) 2 個量筒 (10 ml)1 支漏斗 1 支玻璃棒 1 支刻度吸量管 (2 ml) 1 支安全吸球 1 個保麗龍湯杯 (200 ml) 2 個溫度計 1 個計時器 1 個碎冰 100 g 2

可溶性澱粉以少量水攪拌成乳狀液, 沖加熱水至 100 g, 煮沸後靜置放冷碘試液

7 g 碳酸氫鈉 (NaHCO3), 加水稀釋至 1 公升 ph 7 緩衝液 :

885 g 磷酸氫鈉 (Na2HPO4), 加水稀釋至 1 公升 ph 9 緩衝液

3 投影片及襯墊白紙 1 套, 如相片一所示相片一 : 試管和滴管投影片和襯墊白紙燒杯安全吸球和刻度吸量管計時器以及保麗龍湯杯三藥品配製 0.5% 氯化鈉 : 秤 0.5 g 氯化鈉 (NaCl) 加水至 100 g 2% 澱粉溶液 : 秤 2 g 可溶性澱粉以少量水攪拌成乳狀液, 沖加熱水至 100 g, 煮沸後靜置放冷碘試液 (1%I2 / 2%KI): 秤 1 g 碘 (I2) 及 2 g 碘化鉀 (KI) 加水稀釋至 100 g ph 5 緩衝液 : 秤 14.0 g 鄰苯二甲酸氫鉀 (KHP) 及 2.7 g 碳酸氫鈉 (NaHCO3), 加水稀釋至 1 公升 ph 7 緩衝液 : 秤 1.20 g 磷酸二氫鈉 (NaH2PO4) 及 g 磷酸氫鈉 (Na2HPO4), 加水稀釋至 1 公升 ph 9 緩衝液 :6.2 g 硼酸 (H3BO3) 及 38.1 g 硼砂 (Na2B4O7 10H2O), 加水稀釋至 1 公升實驗步驟一唾液澱粉酶活性測定 1. 洗淨烘乾 10 支試管, 放冷後備用 ; 準備一張澱粉酶活性測定投影片及襯墊白紙 3

準備碘試液 : 以滴管吸取碘試液, 在澱粉酶活性測定投影片及襯墊白紙上, 於橫向方格內的每格滴入 1 滴碘試液, 預先準備 5~10 滴碘試液, 如相片三所示相片三 : 於投影片上的橫向方格內滴入碘試液 4.

4 2. 配製唾液澱粉酶溶液 : 經由漏斗收集 1 ml 唾液於 10 ml 量筒中, 加入 0.5% 氯化鈉溶液至量筒 10 ml 標線處以稀釋唾液, 並轉置於乾淨的 100 ml 燒杯中, 再加入 15 ml 的 0.5% 氯化鈉溶液, 以玻璃棒攪拌並混合均勻, 此為唾液澱粉酶溶液, 如相片二所示相片二 : 配製唾液澱粉酶溶液 3. 準備碘試液 : 以滴管吸取碘試液, 在澱粉酶活性測定投影片及襯墊白紙上, 於橫向方格內的每格滴入 1 滴碘試液, 預先準備 5~10 滴碘試液, 如相片三所示相片三 : 於投影片上的橫向方格內滴入碘試液 4. 取 1 ml 之 ph 7 緩衝溶液置於乾淨試管中, 再加入 1 ml 的 2% 澱粉溶液, 此為反應試液, 如相片四所示相片四 : 反應試液準備於試管中 5. 以 2 ml 刻度吸量管 ( 或有刻度的塑膠滴管 ) 量取 2 ml 唾液澱粉酶溶液, 加入於上述反應試液中, 立刻以彈震試管方式或以乾淨之玻璃滴管吸排溶液數次, 將溶液混合均勻並開始計時, 如相片五所示 4

另取 2 支試管, 分別量取 1 ml 的 ph 5 和 ph 9 緩衝溶液, 並各加入 1 ml 之 2%

5 相片五 : 以 2 ml 刻度吸量管量取 2 ml 唾液澱粉酶溶液 6. 溶液混合後, 立即以玻璃滴管取 1 滴反應液與投影片上 1 滴碘試液混合顯色每隔 30 秒或 1 分鐘, 取 1 滴反應液與投影片上碘試液混合, 隨時間觀察顏色的變化, 直到溶液之藍黑色消失呈現碘試液的黃棕色, 如相片六所示相片六 : 觀察顏色隨時間的變化二酸鹼性對唾液澱粉酶活性之影響 1. 另取 2 支試管, 分別量取 1 ml 的 ph 5 和 ph 9 緩衝溶液, 並各加入 1 ml 之 2% 澱粉溶液重複步驟一之 5~6 操作, 測定唾液澱粉酶在不同 ph 溶液中之催化效率, 如相片七所示三溫度對澱粉酶活性之影響相片七 : 觀察顏色隨時間的變化 5

6 1. 取 2 個交疊之保麗龍杯, 加入碎冰及少量的水取 2 支試管, 一支裝盛 2 ml 唾液澱粉酶溶液, 另一支裝盛反應試液 ( 含 1 ml 之 ph 7 緩衝溶液和 1 ml 之 2% 澱粉溶液 ), 同時置於約 0 冰水浴中 5 分鐘, 以溫度計量測反應試液之平衡溫度, 如相片八所示相片八 : 冰水浴反應裝置 2. 將唾液澱粉酶溶液倒入反應試液中, 迅速混合均勻後將試管置回冰水浴, 並立刻開始計時依照步驟一之 5~6, 測定澱粉酶之催化效率 ; 測定過程中同時觀察記錄溶液溫度的變化 3. 經測定 10 分鐘後, 將反應液試管自冰水浴中取出, 儘速回復室溫後, 再繼續測定觀察 5 分鐘 4. 重複步驟 1~3, 但改為置於 80 以上的熱水及 50 左右的溫水中進行反應注意事項碘試液必須存放於茶色瓶或於瓶身包覆鋁箔紙以避免照光分解澱粉溶液需新鮮配製或添加防腐劑, 以避免久放後長霉變質澱粉反應試液應懸空滴下以與投影片上碘試液混合, 避免滴管碰觸碘試液而致污染每次點滴測試, 均應重新吸取試管內之反應液若澱粉酶催化反應速率較慢 (> 6 分鐘 ), 可延長測定觀察時間為每分鐘一次, 或可再增加 0.5~1 ml 唾液於溶液中以增加酵素濃度若測試之變色時間短於 2 分鐘, 可再增加 5~10 ml 氯化鈉溶液, 以稀釋酵素濃度 6

7 結果與討論日期 : ; 時間 : ; 組別 : ; 學號 : ; 姓名 : 一唾液澱粉酶活性測定表一 : 誰是口水王唾液澱粉酶活性測定紀錄表試驗 ( 在此寫出實驗討論 ) 二酸鹼性對唾液澱粉酶活性之影響表二 : 誰是口水王酸鹼性對唾液澱粉酶活性之影響測定紀錄表試驗 ( 在此寫出實驗討論 ) 7

8 表三 : 誰是口水王酸鹼性對唾液澱粉酶活性之影響測定結果緩衝溶液 1 ml 反應試液反應物 1 ml 催化劑室溫溫度 ( o C) 變色時間 (s) ph 5 ph 7 ph 9 ( 在此寫出實驗討論 ) 2% 澱粉液 2% 澱粉液 2% 澱粉液唾液澱粉酶液 2 ml 三溫度對澱粉酶活性之影響表四 : 誰是口水王溫度對澱粉酶活性之影響測定紀錄表試驗 ( 在此寫出實驗討論 ) 8

9 表五 : 誰是口水王溫度對澱粉酶活性之影響測定結果反應試液催化劑溫度 ( o C) 變色時間 (s) 室溫 : ph 7 緩衝液 1 ml 2% 澱粉液 1 ml 唾液澱粉酶液 2 ml 熱水 : 溫水 : 冰水浴 : ( 在此寫出實驗討論 ) 實驗設計 : 張馨云佘瑞琳, 國立臺灣大學化學系資料來源 : 臺灣化學教育 ( 第十四期 9

10 微量化學實驗 : 誰是口水王酸鹼性和溫度對澱粉酶催化效率之影響測試表日期 : ; 時間 : ; 組別 : ; 學號 : ; 姓名 : 試驗

綜合反應式 [2] [4] [5], 得知 Cu 2+ 可與 I 進行氧化還原反應, 產生灰色的 CuI 沉澱與紅棕色的 I3, 此反應幾乎完全, 如式 [6] 所示 2Cu 2+ (aq) +5I (aq) 2CuI(s) + I3 (aq) [6] 對於生成的 I 3 的定量分析, 通常以標定的

綜合反應式 [2] [4] [5], 得知 Cu 2+ 可與 I 進行氧化還原反應, 產生灰色的 CuI 沉澱與紅棕色的 I3, 此反應幾乎完全, 如式 [6] 所示 2Cu 2+ (aq) +5I (aq) 2CuI(s) + I3 (aq) [6] 對於生成的 I 3 的定量分析, 通常以標定的微量化學實驗 : 碘化亞銅的微量檢驗和硫酸銅的微量滴定前言還原劑是一類具有還原性的物質, 亦即失去電子的物質 ; 反之, 氧化劑是一類具有氧化性的物質, 亦即接受電子者在硫代硫酸鈉與三碘離子 ( 或碘分子 ) 的反應中, 硫代硫酸鈉為還原劑, 而三碘離子 ( 或碘分子 ) 氧化劑利用此特性, 我們分成兩部分, 首先是硫代硫酸鈉溶液的標定, 另一部分是以標定過的硫代硫酸鈉溶液測定未知濃度的硫酸銅溶液