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        學生“D IY”凝膠染色,用于“探究影響酶活性的因素”

        2017-11-28 05:16:39沈唯軍無錫市輔仁高級中學江蘇無錫214123
        中學生物學 2017年10期
        關(guān)鍵詞:探究實驗學生

        沈唯軍 時 晨 丁 婷 (無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123)

        學生“D IY”凝膠染色,用于“探究影響酶活性的因素”

        沈唯軍 時 晨 丁 婷 (無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123)

        在教師的指導下,學生整合了凝膠電泳和“探究影響酶活性的因素”的實驗。通過創(chuàng)新地引入凝膠分割和染色條件控制,學生“DIY”進行了凝膠酶活性染色。實驗不僅操作性更強、能夠培養(yǎng)實驗興趣,而且開拓了學生的思路,充分體現(xiàn)了實驗的探究性和開放性。

        凝膠染色 淀粉酶 過氧化氫酶 溫度 pH

        筆者在與丹麥交流生的交談中,發(fā)現(xiàn)歐美生物課程并不是采用線性的方法去驗證結(jié)論,而是鼓勵學生“跳躍思維”運用各種技術(shù)去探究問題。為此筆者以“探究影響酶活性的因素”實驗為支點,指導學生查閱各種資料,獨立設(shè)計了各種實用的實驗方法。其中,聯(lián)系到人教版選修1“SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳——血紅蛋白的分離與純度檢測”,學生創(chuàng)新地整合了兩個實驗并取得了較好的實驗效果。

        1 實驗原理

        蛋白酶的凝膠電泳分離:在電場的驅(qū)動下,攜帶負電荷的蛋白酶能從聚丙烯酰胺凝膠的負極向正極泳動,其電泳的距離和樣品的分子量有關(guān)。

        過氧化氫酶的活性染色:在凝膠上無過氧化氫酶的區(qū)域,H2O2能與FeCl3-K3Fe(CN)6反應(yīng)呈現(xiàn)藍色,而在有過氧化氫酶的區(qū)域則能將H2O2分解為H2O和O2,這樣在凝膠的藍色背景下就會呈現(xiàn)透明區(qū)帶,并且區(qū)帶亮度越大,表明活性越高。

        淀粉酶的活性染色:在凝膠上無淀粉酶的區(qū)域,淀粉溶液能與碘溶液反應(yīng)呈現(xiàn)暗藍色,而在有淀粉酶的區(qū)域則能分解淀粉,同樣會在暗藍色背景上出現(xiàn)淺黃色區(qū)帶,并且區(qū)帶亮度越大,表明活性越高。

        2 試劑配制(以下試劑由教師提前配制或直接購買)

        質(zhì)量分數(shù)為30%的丙烯酰胺溶液:稱取14.55 g丙烯酰胺和0.45 g N,N'-甲叉雙丙烯酰胺,先用40 mL蒸餾水攪拌溶解,再用蒸餾水定容至50 mL,過濾。用棕色瓶4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

        物質(zhì)量濃度為0.5 mol/L的Tris-HCl(pH6.8)溶液:稱取3.03 g Tris溶解在40 mL蒸餾水中,用濃鹽酸調(diào)pH至6.8。再用蒸餾水定容至50 mL。保存在4℃?zhèn)溆谩?/p>

        物質(zhì)量濃度為1.5 mol/L的Tris-HCl(pH8.9)溶液:稱取18.16 g Tris溶解在80 mL蒸餾水中,用濃鹽酸調(diào)pH至8.9。再用蒸餾水定容至100 mL,保存在4℃?zhèn)溆谩?/p>

        質(zhì)量分數(shù)為10%的過硫酸銨:稱取0.1 g過硫酸銨用蒸餾水定容至1.0 mL,現(xiàn)配現(xiàn)用。

        電極緩沖液:稱取15.14 g Tris和72.07 g甘氨酸,用蒸餾水定容至5 L。

        樣品:購買商品化的過氧化氫酶和淀粉酶(鄭州碩源生物科技有限公司),稱取1 g酶粉和2 mg溴酚藍,加入1 mL 0.5 mol/L Tris-HCl(pH6.8)溶液和0.5 mL甘油,用蒸餾水定容到10 mL。

        過氧化氫酶染色液:A液:量取1 mL市售質(zhì)量分數(shù)為30%的H2O2溶液,用蒸餾水定容至1 L;B液:稱取FeCl3和K3Fe(CN)6各10 g,用蒸餾水定容至1 L。

        淀粉酶染色液:A液:稱取10 g可溶性淀粉和12 g NaCl,用蒸餾水定容至1 L;B液:量取50 mL醋酸,用蒸餾水定容至1L;C液:稱取30mg KI和13mg I2,用蒸餾水定容至1 L。

        3 凝膠的配制(由學生自主操作,教師指導)

        (1)將玻璃板、膠墊、梳子用蒸餾水洗凈,并用酒精棉球擦拭,按說明安裝好電泳槽。

        (2)按表1所示,配制12%分離膠和5%濃縮膠。

        (3)先將分離膠倒入兩塊玻璃板間,直至前端離頂端2.5 cm左右,在膠頂部緩緩加入約0.5 cm的蒸餾水,待分離膠聚合完全后,傾去上層的蒸餾水,用吸水紙吸去殘余的水滴。將濃縮膠倒入玻璃板夾層,插上梳子,待濃縮膠聚合完全后,拔去梳子,立即用蒸餾水清洗點樣孔。

        4 電泳

        加入電極緩沖液,用移液槍將10 μL樣品點入點樣孔底部。電泳在4℃的冰箱中進行,保持電壓100 V,直至溴酚藍到達凝膠底部終止。

        表1 分離膠和濃縮膠的配置

        5 凝膠分割

        使用直尺和飛鷹刀片,將不同泳道的凝膠進行分割。

        6 凝膠活性染色

        (1)參考Wu,Cui,Tao and Yang的方法:將凝膠條移到大培養(yǎng)皿中,用蒸餾水浸泡15 min。其后,將凝膠在 pH 為 3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 的 A 液中浸泡25 min,然后小心地用蒸餾水洗滌后放入B液中染色。當達到最大對比度,用蒸餾水漂洗凝膠使反應(yīng)停止。

        (2)參考黃紅英、易道生和高建林的方法:把凝膠條浸入 A 液,在 0、25、50、75、100 ℃保溫 30 min,取出凝膠用蒸餾水洗凈再放置于B液中浸泡5 min。然后取出沖洗后再放置于C液中浸泡,直至在暗藍色背景上出現(xiàn)淺黃色區(qū)帶。

        7 實驗結(jié)果

        學生通過自主的的探究活動,可以得出如下結(jié)論:如圖1所示,凝膠中的過氧化氫酶在不同pH條件下顯示的條帶深淺各不相同,即過氧化氫酶的活性與pH緊密相關(guān)的。過氧化氫酶的最適pH為6.0,pH上升(pH7.5,pH9.0)或下降(pH3.0,pH4.5)時,酶的活性都會顯著下降。如圖2所示,凝膠中淀粉酶的條帶著色也隨著溫度而變化。當在溫度為50℃時,活性最高,酶帶較寬。溫度低于或高于50℃時,酶帶逐漸變窄,酶活性顯著下降。

        8 教學反思

        8.1 采用凝膠染色,體驗分子技術(shù)

        圖1 利用凝膠活性染色探究pH對過氧化氫酶的活性的影響

        圖2 淀粉酶的凝膠活性染色

        隨著實驗硬件的改善,昔日“高大上”的分子實驗,開始“飛入”尋常高中的課堂。但是由于實踐運用上的局限,學校很少能夠有效地開展凝膠電泳實驗。相較于純粹地理論講解,通過親身實驗可以使學生更加真實地體驗到分子生物學的奧秘。

        8.2 操作性更強,培養(yǎng)實驗興趣

        原教材的探究實驗雖然簡單易行,但是也剝奪了學生動手實踐的機會。生物學本質(zhì)是實驗性的科學,更多的實踐操作會為學生打下更加堅實的科研基礎(chǔ)。此外,相較于直接觀察氣泡或顏色的變化,由學生“DIY”的凝膠染色,明顯增加了實驗的趣味性。

        8.3 自主設(shè)計實驗,開拓探究思路

        本實驗從設(shè)計到最終的實施,都有學生的參與。學生在參考文獻的同時并不是簡單地模仿。為了適應(yīng)實驗?zāi)康?,學生創(chuàng)新地進行了凝膠分割和染色條件控制,充分體現(xiàn)了實驗的探究性和開放性。

        [1] 沈唯軍.探究pH和溫度對多酚氧化酶活性的影響[J].生物學教學,2016,41(10):49-50.

        [2] G.P.曼琴科.酶的凝膠電泳檢測[M].化學工業(yè)出版社,2008.[3] 許黎黎,邵雪玲.鯽魚不同組織過氧化氫酶同工酶活性的比較[J].氨基酸和生物資源,2003,25(4):69-71.

        [4] 黃紅英,易道生,高建林.棕背樹蜥不同組織三種同工酶之間的差異研究[J].生態(tài)科學,2006,25(4):339-42.

        [5] Wu G L,Cui J,Tao L,et al.Fluroxypyr triggers oxidative damage by producing superoxide and hydrogen peroxide in rice(Oryza sativa)[J].Ecotoxicology,2010,19(1):124-32.

        Q-33

        B

        文件編號:1003-7586(2017)10-0044-02

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