影响过氧化氢酶和淀粉酶活性的因素

介绍

蛋白质（或多肽）是由氨基酸亚基（单体）组成的有机大分子，所述氨基酸亚基（单体）以特定顺序排列并折叠成特定形状。这些氨基酸的单体以称为特定的序列排列一级结构这是由编码蛋白质的基因的DNA决定的。

氨基酸由一个集中的C原子和一个独特的“R”官能团组成，它决定了在人体内发现的20种可能的氨基酸中它是哪一种。所有氨基酸都包含一个氨基末端和羧基末端，这两个末端在与相邻氨基酸形成肽键的能力上起着重要作用。

氨基酸可以通过其氨基和羧基末端与相邻的氨基酸形成肽键;冷凝将除去水分子并构建稳定的多肽链［1］(见图2)。

蛋白质的形状和功能不仅取决于其氨基酸键的一级结构，还取决于主氨基酸链上的氢原子和羰基(C=O)之间的弱分子间作用力;称为二级结构。氢键(H和O,N,F之间的分子间作用力)导致两种可能的二级结构;α螺旋或测试表［2］．

螺旋，右旋或螺旋构象将是有弹性和灵活的，而贝塔板将有高的抗拉强度由于氢键。这些蛋白质片段可以进一步折叠和超卷三级结构这是由氨基酸的r -基团/侧链之间的分子间作用力(共价、离子、范德华)控制的。

蛋白质的分子量通常在千到十万之间;［3］较大的蛋白质可能是由几种多肽组成的。两个或两个以上的多肽相互作用形成一个官能团被称为四级结构；为一个非常具体的活动形成一个详细的球形。

蛋白质在全身有许多功能，如:

• 运输分子（血红蛋白运输氧气）
• 酶催化剂
• 储存分子(例如:铁作为蛋白质铁蛋白的复合体储存在肝脏中)
• 运动(例如:蛋白质是肌肉的主要成分)
• 机械支撑（例如皮肤和骨含有胶原蛋白 - 一种纤维蛋白）
• 调节细胞反应(例如:视紫红质是眼睛中用于视觉的一种蛋白质)
• 免疫保护需要抗体蛋白质
• 细胞分化使用蛋白质（激素）［4］

然而，蛋白质可能受到某种因素的影响，例如温度和pH，称为变性。这可以破坏蛋白质的主要结构，使其无法执行其原始任务并证明对细胞的极其有害。

一种特殊类型的蛋白质，被称为酶，负责催化10^6倍的生物反应。它们允许复杂的生物反应发生在安全的温度下，以防止蛋白质变性和水分蒸发。

它降低了反应物形成生成物所需的能量(例如正确的角度，足够的力)，促进了成功的反应。备用E_一个酶提供的过渡点被称为es复杂．［5］

酶具有特定的3-D形，其由其主要结构决定以及可用的“R”组如何彼此相互作用。然而，酶动态地改变其形状以更好地容纳称为的基板诱导契合模型．其中酶与其指定的基材反应的特定区域称为活性部位．

酶的活性位点是特定于底物的，以确保在催化它向其产物的最高效率;然而，酶在反应过程中不会被消耗。下图(图6)显示了底物与活性位点结合，形成酶-底物复合物，形成产物并释放产物的步骤。

本实验室的实验分为三个部分，考察两种酶的活性;过氧化氢酶和淀粉酶。第一个和第二个实验将定性/定量地评估这些酶的活性。过氧化氢是生物体中自然产生的氧气代谢的副产物，需要被分解，因为高浓度的过氧化氢是剧毒的。［7］

H₂₂> O.₂+ H.₂O(由过氧化氢酶催化)

淀粉酶，碳水化酶，催化淀粉的水解。反应可以写作：（c₆H₁₀O₅）_n+ (n - 1) H₂o> NC.₆H₁₂O₆

第三个反应将通过再一次分解H来分析酶的活性速率₂₂在产品;但这一次，数量上。

目的

第1部分

本实验的目的是分析多个变量的影响，以确定它们是否对过氧化氢酶催化H的速率有影响₂₂分解。

这些因素包括重新使用酶，增加其表面积，温度的影响或其浓度。将这些过氧化氢酶（即肝脏和土豆）的来源与无机催化剂（Mangansese）进行比较，以便看到每个可变改变的效果。

第2部分

本实验的目的是分析pH对淀粉酶催化淀粉分解为简单单糖的速率的影响。本实验通过使用一个对照和几个缓冲液，通过Lugol碘指示剂定量分析pH对酶结构的影响和酶活性的最佳条件。

第3部分

本实验旨在分析底物浓度对酵母菌过氧化氢酶活性的影响。通过使用对照剂和若干稀释剂₂₂解决方案将定量地确定[H之间的相关性₂₂以及过氧化氢酶催化底物的速率。

方法

第1部分

*看到指导表

第2部分

*看到指导表

错开时间：

1)设计一个合适的30秒左右的交错时间，这样就可以同时测试两个缓冲器。(pH 3,5和pH 7,9);需要两块秒表。

2)将淀粉酶放入第一个淀粉试管中搅拌几秒钟;一旦淀粉酶被放入试管中，立即开始秒表。

3) 30秒时，将淀粉酶放入第二试管中搅拌数秒;一旦淀粉酶被放入试管，立即开始秒表。

4）继续进行实验并将溶液分配到它们的1分钟间隔中的每个微孔中。

5）重复用于测试第二对pH缓冲器。

第3部分

1)获取所有必要的材料(3% H₂₂解决方案,H₂₂稀释剂、秒表、滤纸、打孔机、50mL烧杯、25mL量筒、酵母悬浮液)

2)将滤纸放入酵母悬液中2分钟。

3)取滤纸置于25mL H底部₂₂解决方案。

4)观察纸片上升到25mL H顶部的时间₂₂解决方案。

5）记录观察。

6)再重复2次。

7)对1:5,1:10,1:50的稀释剂重复步骤2-6。

*稀释:

为了使每个测试进行稀释，可以执行简单的计算以确定H.₂₂解决方案需要:

1：5稀释：(25mL/ 5) = 5mL的3% H₂₂溶液和20mL水

1:10稀释:(25mL/10) = 2.5mL of 3% H₂₂溶液和22.5mL水

1:50稀释:(25mL/ 50) = 0.5mL of 3% H₂₂溶液和24.5mL水

观察

第1部分

表1.0：过氧化氢酶相对反应率的定性描述

反应	观察	利率的反应
1.砂+ H22MnO2+ H.22	没有明显的反应	- - - - - - 气泡上升0.5厘米
2.肝脏+ H22 土豆+ H22	有力的reactionSlower反应	气泡上升8.0厘米，气泡上升5.0厘米
3.用过的肝+新鲜的肝用过的肝+ H22	无明显反应反应剧烈	气泡上升5.0厘米
4.碎肝+ H22粉碎的马铃薯+ h22	极快	气泡上升10.0厘米 气泡上升8厘米
5.煮肝+ H2237C + H22 肝脏温度为0C + H22	没有可观察的反应 极快 剧烈的反应	- - - - - - 气泡上升10.0厘米 气泡上升7.5厘米
6.0.5厘米3. 1.0厘米3. 2.0厘米3.	FastFaster 最快	气泡上升4.0厘米 气泡上升8厘米 气泡上升14.0+厘米

第2部分

表2.0:不同pH(3,5,7,9)下淀粉酶的Lugol 's碘淀粉测试结果

pH值	时间(分钟)
	1	2	3.	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
3.	蓝色的	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
5	蓝色的	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	棕色（的）
7	蓝色的	- - - - - -	- - - - - -	棕色（的）
9	蓝色的	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	棕色（的）

第3部分

表3.0:淀粉酶检测结果与滤纸酵母悬浮液放入H₂₂解决方案

	原来控制3%的H22解决方案(25毫升)	3% H稀释1:522解决方案(25毫升)	3% H稀释1:1022解决方案(25毫升)	1:25稀释3％h22解决方案(25毫升)
升到烧杯顶部所需的时间(秒)	1 4.98	2 4.87	3. 4．65	1 7.41	2 8.01	3. 8.65	1 18.34	2 16.98	3. 17.55	1 120.0	2 144.04	3. 150.18
平均(s)	4.83	8.02	17.6	138.1

对照(3%)1:5 1:10 1:50

结果总结

第1部分

反应	结果总结
1.砂+ H22MnO2+ H.22	砂与H22没有明显的反应，无论剧烈混合，密切观察一分钟，以看到任何显著的结果。无机催化剂确实显示出极小的反应迹象。虽然有嘶嘶声和泡沫，但形成的氧气泡不到1厘米(0.5厘米)。
2.肝脏+ H22 土豆+ H22	这两种来源都产生了强烈而明显的反应。然而，肝脏产生的氧气柱比土豆更大。(肝脏:8厘米，土豆:5厘米)(见表1.0)
3.用过的肝+新鲜的肝用过的肝+ H22	在用过的肝脏中加入新鲜的肝脏几乎不会产生任何反应。但是加入更多的H22使用肝脏的溶液确实产生另一种可见和快速的反应。（5厘米的气泡）(见表1.0)
4.碎肝+ H22粉碎的马铃薯+ h22	这两种反应都产生了非常强烈的反应;两者都比之前观察到的未碾碎的土豆和肝脏的反应快。然而，肝脏再次产生了更大的氧气气泡柱。(肝脏:10厘米，土豆:8厘米)(见表1.0)
5.煮肝+ H2237C + H22 肝脏温度为0C + H22	煮熟的肝脏没有产生明显的反应。溶液有轻微的变色，没有气泡形成。0摄氏度时，肝脏产生强烈的反应，产生9厘米长的氧气泡。37摄氏度的肝脏反应更快，产生了12厘米长的氧气柱。(见表1.0)
6.0.5厘米3. 1.0厘米3. 2.0厘米3.	每一种都产生了可见的反应，可以观察和测量。每个反应随后都比前一个反应快，并产生了更大的氧气气泡柱。(0.5厘米3.：4厘米，1.0厘米3.= 8厘米和2.0厘米3.= +14厘米）(见表1.0)

第2部分

pH值	结果总结
1.pH值= 3	这种反应并没有从Lugol碘测试中产生任何阳性结果。当碘加入缓冲溶液时，它会变黑，并保持这种颜色长达15分钟。（见表2.0）
2.pH值= 5	5分钟后，这个反应确实对浅棕色产生了积极的反应。（见表2.0）
3.pH = 7	该反应是4次试验中最快的，在添加Lugo碘指示剂后4分钟内产生阳性反应。（见表2.0）
4.pH = 9	这种反应需要9分钟才能产生结果。每个微孔之间的颜色的过渡极慢，但确实产生了彩色浅棕色的阳性结果。（见表2.0）

第3部分

[H22］	结果总结
1.原来的3%解决方案	这是最快的反应，平均只花4.83秒，滤纸磁盘到达溶液的顶部。(见表3.0/图1.0)
2.1:5稀释	这个反应平均需要8.02秒的时间来挥发，是对照测试的两倍。(见表3.0/图1.0)
3.1:10稀释	这个反应平均耗时17.6分钟，大约是对照测试的4倍。(见表3.0/图1.0)
4.1:50稀释	到目前为止，这个反应是所有4次试验中最慢的，平均需要138.1秒才能到达解的顶端。(见表3.0/图1.0)

误差分析

错误：第1部分

肝脏样本大小和手指接触不准确

在第一部分中确定准确结果的第一个错误是不能切割相同的1cm^3.的肝脏。尽管使用了尺子，但肝脏样本光滑的纹理和不规则的形状使其无法切割匹配的部分，因此某些部分会比其他部分略大或略小。

这被证明是一个难题，因为实验的几个部分的控制变量被改变了，因此提供了不准确的数据。如果肝脏面积更大肝脏就有更大的表面积与H反应₂₂因此可能会产生更大的氧气气泡柱;更小的部分会导致相反的结果。

此外，肝脏样本和实验者之间的任何手指接触都可能导致油脂从他们的手指转移到肝脏。不溶性油可能已经延迟或完全阻碍了接触表面催化H的分解₂₂解决方案又一次提供了不准确的数据。

错误：第2部分

错开时间

这一结果完全是人为错误，但这是一个问题，因为正确管理这个实验的交错时间很困难。大多数组选择的交错时间为30秒，给淀粉和淀粉酶充分的时间混合，然后将其放入其近似的微孔中。然而，如果一组人由于人力效率低下而关闭了5-10秒，这可能会导致数据不准确。

虽然不太可能，但如果你在第一次错开时间中关闭10秒，那么每次到达1分钟间隔时，计时器也会关闭10秒;经过6轮观察，时间会差整整一分钟。对于较小的时间变化(例如1-3秒)来说，这可能并不重要，但对于在pH值7或5时淀粉酶正常工作的准确值来说，这可能是一个很大的问题。

错误：第3部分

接触滤纸

触碰滤纸再次完全是人为错误，但很容易发生，因为镊子使得将滤纸分离成单张非常困难。接触滤纸会导致油从实验人员的手上转移到滤纸上，并在滤纸上覆盖一层不溶于水的膜。

这可能会延迟或完全阻碍接触表面催化H的分解₂₂溶液中，滤纸上升至溶液顶部所需时间较长;提供不准确的结果。

酵母落到底部

这是个很简单的错误，很容易纠正。然而，不搅拌酵母悬浮液，会导致酵母颗粒下沉到底部，这可能会改变酵母在滤纸上的浓度。通过不搅拌，滤纸浸入较低浓度，并通过搅拌;它会增加滤纸能吸收的潜在浓度。

这可能会创建错误的控制并提供不准确的数据。酵母的较低浓度将需要更长时间才能升到顶部;较少的氧气泡沫源于催化H的分解₂₂解决方案。

结论

第1部分

在很大程度上，这个实验的结果与预期一致。在第一次试验中，用无机催化剂(MnO₂)和沙子，只有最小的反应观察到与MnO₂．这种砂是惰性的，不会产生任何反应，因为它缺乏引起H的任何成分₂₂解决方案要分解为其产品;mno.₂只产生0.5厘米的氧气泡(表1)，因为虽然它是这个反应的催化剂，但它的效率最低。

在第二个试验中，由于马铃薯和肝脏都含有过氧化氢酶，所以两者的反应结果都是可见的。然而，与肝脏的反应产生了更强烈的反应，这可以归因于它含有更多的过氧化氢酶的比较马铃薯片。对于试验三，在已经催化的H反应中加入更多的肝脏₂₂没有结果，而添加更多H.₂₂解决方案确实如此。

这是因为在反应中添加更多的过氧化氢酶而不是添加更多的底物使酶无法与之反应，因此不会产生反应。但是加入更多的H₂₂溶液确实产生反应，因为过氧化氢酶不会被反应催化消耗，因此可以继续加入较多的催化基材。

压碎肝脏和马铃薯产生的反应速度比压碎立方体碎片更快，因为这增加了过氧化氢酶的表面积。这种表面积的增加使得更大比例的过氧化氢酶可以与H反应₂₂解决方案并产生更有力的结果。至于温度的变化，由于肝脏已经变性，煮沸后不会产生任何反应。

过高的温度导致过氧化氢酶的肽键断裂或重新排列，改变其活性位点，使其无法分解H₂₂解决方案。肝脏在37摄氏度时有最适反应因为这是我们身体的平均温度因此是酶的最适温度。0摄氏度的肝脏仍然产生了可见的结果;然而，它们产生的氧柱比过氧化氢酶在其最佳温度下产生的氧柱要小。

最后，随着肝脏体积的增加，每个连续反应产生的氧气泡的数量增加了一倍^3.产生4cm(表1)的气泡，翻倍至1cm^3.产生了两倍的气泡(8cm)(表1)和2.0cm^3.产生+14cm(表1)的气泡。通过每次反应将肝脏的大小增加一倍，可用于反应的过氧化氢酶的数量也增加一倍，从而迅速产生两倍多的氧气泡。

第2部分

本实验记录了淀粉酶催化淀粉分解为单糖的几种不同结果。在pH为3时，微孔中没有观察到明显的反应，这是由于试管环境的酸性。α -淀粉酶(存在于唾液和胰腺)的有效pH值范围在6.7- 7.0之间;最适pH为6.8(微酸性)。

在pH 3（酸性多于1000倍以上）而不是其运作的pH范围，淀粉酶变性并且不再能够在其活性位点处与基材结合以催化反应。这正是观察到的，因为在整整15分钟观察期间，添加了Lugol-碘溶液没有颜色变化。

在pH为5和7时，在前5分钟内出现了可见的颜色变化(表2)。pH 7产生可见结果的速度比pH 5快整整一分钟，因为它更接近酶的最适pH。如图14所示，酶的有效性在其最适pH值时是最大的，并随着周围pH值的降低或升高而慢慢退化。

在pH值为5时，它的酸性还不足以使淀粉酶结构完全变性，但它确实阻碍了淀粉酶催化反应的能力，因此导致淀粉酶产生浅棕色的时间延长了整整一分钟。在pH为7时，它明显更接近最适pH，因此催化反应的速度是所有4种试验中最快的。

在第9（基本）的pH下，它需要淀粉酶9分钟，以产生淀粉的指示转化为更简单的单糖。预期在该pH下，淀粉酶将变性，但是[OH]的变化可能降低了酶活性（图14），但它没有完全变性并防止其催化反应。

第3部分

在第3部分中，反应按照H的增加或减少进行₂₂浓度在25mL烧杯内。如图(图1)所示，H的稀释程度越大₂₂溶液中，滤纸到达烧杯顶部所花的时间就越长。在3% H的可控反应下₂₂它平均需要4.83秒的时间来蒸发，是所有4种溶液中最快的。

这是可以预料到的，因为位于酵母悬浮液滤纸上的淀粉酶将能够催化最高%浓度的H₂₂解决方案。这与实验数据明显明显，因为淀粉酶存在更多的基质，以催化，因此产生更多的氧气。

随着稀释因子的增加，（1：5）（1:10）（1:10）所花款的时间所需的时间达到悬浮液的顶部。如从表2或图形1的实验数据所见，每次稀释，随后降低了H的量浓度₂₂溶液每25ml并提供较少的基材，其中淀粉酶可以催化。

这导致少于h₂₂被催化生成产物，并产生更少的氧气泡将其提升到表面。

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［1］Transgalactic有限公司首字母。(2005)。蛋白质是什么?．从http://www.bionewsonline.com/5/what_is_protein.htm获取

［2］Campbell, NA和Reece JB(2005)生物学。第七版。培生教育公司

［3］Deleage G。(1994)。第1讲:蛋白质的二级结构．从http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/phy456/456lec01.htm获取

［4］港口,t(2003)。什么是酶催化剂?．从http://biochemistry.suite101.com/article.cfm/what_is_an_enzyme获取

［5］朱塞佩(2003)。生物学12．多伦多Ontartio:纳尔逊。

［6］朱塞佩(2003)。生物学12．多伦多Ontartio:纳尔逊。

［7］威廉姆斯(2003年7月17日)。双氧水的许多好处．从http://educate-yourself.org/cancer/benefitsofhydrogenperozide17jul03.shtml获取