彭二雄

2016年高考生物新課標(biāo)乙卷選擇題第三題在生物教學(xué)論壇和QQ群中引發(fā)了生物教師的熱烈討論。許多教師對(duì)題干中“除酶外所有試劑已預(yù)保溫”的表述表示不解，也有部分教師對(duì)各選項(xiàng)中的操作順序表示質(zhì)疑，甚至有個(gè)別教師直言題干信息不明確需要修改才會(huì)更規(guī)范。在參與討論的過(guò)程中，筆者對(duì)該題進(jìn)行了分析與思考。

考題再現(xiàn)：若除酶外所有試劑已預(yù)保溫，則在測(cè)定酶活力的實(shí)驗(yàn)中，下列操作順序合理的是（ ）

A. 加入酶→加入底物→加入緩沖液→保溫并計(jì)時(shí)→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量

B. 加入底物→加入酶→計(jì)時(shí)→加入緩沖液→保溫→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量

C. 加入緩沖液→加入底物→加入酶→保溫并計(jì)時(shí)→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量

D. 加入底物→計(jì)時(shí)→加入酶→加入緩沖液→保溫→一段時(shí)間后檢測(cè)產(chǎn)物的量

參考答案：C。

1 明確題目要求，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本題是一道考查酶活力測(cè)定的題目，要求選擇出實(shí)驗(yàn)的合理操作順序，該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)定酶活力。許多教師受教材中實(shí)驗(yàn)影響，往往會(huì)自主地將實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成“溫度對(duì)酶活力的影響”或“pH對(duì)酶活力的影響”。這種定勢(shì)轉(zhuǎn)化是導(dǎo)致許多教師錯(cuò)誤分析題干信息的重要原因。

酶活力也稱(chēng)酶活性，是指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活力的大小常用酶在一定條件下所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率表示，即單位時(shí)間內(nèi)底物（或反應(yīng)物）的消耗量，或單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物（或生成物）的生成量。由于底物濃度可以影響酶促反應(yīng)速率，且實(shí)驗(yàn)中底物往往是過(guò)量的，而底物減少量占比太小則難以準(zhǔn)確測(cè)定，因此在實(shí)際酶活力測(cè)定時(shí)一般以產(chǎn)物的增加量為準(zhǔn)。酶促反應(yīng)速率很快，一旦底物與酶混合，反應(yīng)就會(huì)快速發(fā)生，所以計(jì)時(shí)必須從酶與底物接觸的那一刻開(kāi)始，由此可以排除A、D選項(xiàng)。

2 實(shí)驗(yàn)操作中的問(wèn)題探討

根據(jù)酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理，酶促反應(yīng)速率易受底物濃度、抑制劑、激活劑、溫度和pH等多種因素的影響。酶活力測(cè)定必須控制在一定的條件下進(jìn)行，而且必須保證實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)條件的相對(duì)穩(wěn)定。因此，如何保證適宜而穩(wěn)定的溫度和pH條件以最大化地降低誤差，是實(shí)驗(yàn)操作最核心的要求。

2.1 在反應(yīng)前控制溫度和pH

不同條件下的酶促反應(yīng)速率不同，對(duì)酶活力的測(cè)定一般是在酶的最適條件下進(jìn)行的。因此，為了排除溫度、pH等無(wú)關(guān)變量的干擾，反應(yīng)之前必須控制實(shí)驗(yàn)條件盡可能達(dá)到酶的最適溫度和最適pH的適宜環(huán)境，以保障酶促反應(yīng)的正常進(jìn)行，保證酶活力測(cè)定的準(zhǔn)確、有效。由此該題中對(duì)試劑預(yù)保溫的處理——提前對(duì)除酶外的所有試劑預(yù)保溫是為了控制溫度這一無(wú)關(guān)變量，以盡量排除溫度變化對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響。同樣也需提前控制pH，所以得在底物和酶混合之前添加緩沖液。由此可再排除B選項(xiàng)，答案便只能是C選項(xiàng)。

2.2 不提前對(duì)酶進(jìn)行預(yù)保溫的原因

生物實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)“單一變量原則”和“等量原則”，因此許多教師認(rèn)定為了避免溫度等無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，必須要在反應(yīng)前對(duì)酶和底物進(jìn)行相同的處理。因此，雖然之前的分析已經(jīng)能夠選擇出正確答案，但大多數(shù)教師仍存疑慮：為什么不在反應(yīng)前將酶和所有試劑一起保溫呢？

理論上，對(duì)酶和其他試劑同時(shí)進(jìn)行相同的溫度和pH控制是完全合理的。但以下問(wèn)題也是需要考慮的：對(duì)酶提前預(yù)保溫，溫度對(duì)酶活性會(huì)有影響嗎？預(yù)保溫后的“酶”和需要測(cè)定酶活力的“酶”的活性還是一樣的嗎？因此，為了保證被測(cè)定的酶活力是未受干擾的，在反應(yīng)之前不對(duì)酶進(jìn)行包括預(yù)保溫在內(nèi)的任何處理是更有必要的。從操作層面講，加入少量的酶對(duì)反應(yīng)體系的溫度影響不大，而同步的保溫操作可以將加酶對(duì)溫度的影響降到最低。

2.3 加酶后繼續(xù)保溫的原因

實(shí)驗(yàn)條件不僅需適宜還必須穩(wěn)定。雖然已提前進(jìn)行了預(yù)保溫，但是加酶的操作以及反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)都會(huì)引發(fā)溫度的變化，反應(yīng)發(fā)生（與加酶同時(shí)發(fā)生）后的保溫措施可以有效防止這種溫度波動(dòng)。緩沖液能夠很好地長(zhǎng)時(shí)間維持pH的相對(duì)恒定，因此無(wú)需反復(fù)添加。

3 實(shí)驗(yàn)操作順序的確定

綜合以上分析，合理的操作順序應(yīng)該是：對(duì)除酶外的所有試劑預(yù)保溫（創(chuàng)設(shè)適宜條件，控制無(wú)關(guān)變量）→加緩沖液（創(chuàng)設(shè)適宜條件，控制無(wú)關(guān)變量）→加底物→加酶（反應(yīng)發(fā)生）→保溫（防止溫度波動(dòng)的干擾），并計(jì)時(shí)（與反應(yīng)開(kāi)始同步）→檢測(cè)產(chǎn)物的量。

4 對(duì)該題的進(jìn)一步思考

從該實(shí)驗(yàn)可以看出，生物學(xué)有著極其嚴(yán)密和復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)的。只是這種邏輯體系缺乏數(shù)學(xué)或物理學(xué)的精準(zhǔn)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，生物學(xué)邏輯往往是系統(tǒng)性和非線(xiàn)性（甚至是具有一定概率性）的。

不像一般化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度成正比，酶促反應(yīng)速率往往受到底物的反饋抑制而呈現(xiàn)明顯的非線(xiàn)性關(guān)系（如圖1所示），這也是常用酶促反應(yīng)初速率（V0）來(lái)代表酶活力的原因。溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響既有適度升高溫度增強(qiáng)反應(yīng)底物動(dòng)能來(lái)提高反應(yīng)速率的直接影響，也有通過(guò)溫度改變酶活力對(duì)反應(yīng)速率的間接影響。正是這種復(fù)雜的非線(xiàn)性關(guān)系，酶活力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一方面要模擬機(jī)體溫和的酶促反應(yīng)條件（適宜的溫度和pH），另一方面又要避免真實(shí)機(jī)體內(nèi)隨時(shí)發(fā)生的環(huán)境微變化對(duì)酶活力的調(diào)節(jié)作用（相對(duì)穩(wěn)定的溫度和pH），所以該題目C選項(xiàng)所表述的操作順序或許不是最科學(xué)、最經(jīng)濟(jì)的測(cè)定方法，卻是最符合實(shí)際、最真實(shí)有效的測(cè)定途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鏡巖等主編.生物化學(xué)（上冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，2002.9：335，336.

[2] （美）黑姆斯等著.王學(xué)敏，焦炳華譯.精要速覽系列：生物化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.8：72，73，73.