玩「酶」主義-鈣離子對於澱粉酶活性作用之探討

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1、玩「酶」主義.鈣離子對於澱粉酶活性作用之探討摘要日常生活裡常聽到的「酵素」與「酶」其實都是指同樣的東西，是一種蛋白質組成的催化劑。我們在課後探索酵素活性的過程當中'發現「鈣離子」在許多酵素反應中參與了重要的角色'使我們聯想到是否鈣離子對於澱粉酶活性也會有所影響？所以我們使用egta（鈣離子螯合劑）以及鈣離子處理人類唾液澱粉酶與綠豆，藉此對此一假設作分析與探討。從我們實驗歸結以下四點結論：（一）缺乏鈣離子參與之人類唾液澱粉酶活性作用強烈受到抑制。（二）鈣離子對於人類唾液澱粉酶活性維持有明顯的加強效果。（三）綠豆

2、發芽過程需要鈣離子的參與。（四）外添加鈣離子對於綠豆內澱粉酶活性有提升作用'但整體綠豆發芽樣態與生長速率並不會只單就澱粉酶活性增加而改變。壹・硏究動機生物體展現生命現象仰賴的是眾多化學反應的進行與協調，其中不可或缺的是蛋白質所組成的酵素參與這些化學反應。酵素除了改變反應的活化能之外也使各反應的速率可以受到多一層的調節。然而酵素在執行其催化功能時，必須有其他適合的環境因子來幫助其功能的正常運作。原因是蛋白質分子在執行其功能時需保持自身「構形」的正確性，如此才能正確的辨識受質、結合受質、催化反應。這些環境因子包含

3、了溫度、酸鹼度、溶液的極性、鹽度、金屬離子等等。以上這些因子對於酵素催化反應的速率（我們稱之爲酵素活性）皆有相對的影響性，要使酵素發揮適當的活性、有效的催化反應必須這些因子做適當的配合。在國高中的生物課程內容當中,也有對酵素的作用機制原理作解說。其中藉由「唾液澱粉酶的實驗」探討「溫度」對於酵素活性的影響；在「胃蛋白酶與胰蛋白酶的作用」當中了解了不同「酸鹼度」與酵素活性的關聯。有些非蛋白質的小分子會加入酵素構造中，以幫助催化反應進行，其中包含金屬離子（如鈣、鎂、鋅離子）或是其他維生素分子（如維他命B群）等等。如

4、血紅素當中需要有鐵離子的參與以幫助結合、運送氧氣等等；同樣的'鈣離子在許多酵素的活性調控當中一樣是扮演不可或缺的角色'如凝血因子、胰蛋白酶原、RNase（負責RNA降解的一個重要酵素）等等。在缺乏這些輔助因子的狀況下，酵素不但可能會降低其活性更可能會因此而完全喪失其正確構型而完全無法作用。在更近一步探索這些蛋白質的組成與酵素作用原理之後，我們發現事實上酵素這課題還有許多値得玩味之處。再者，由於人類唾液澱粉酶的容易取得與綠豆發芽（因爲發芽過程中，綠豆內的澱粉酶需要快速運作'將子葉內澱粉分解成可直接供給能量的還原

5、性鶴類'所以選綠豆發芽爲活體觀察對象）的方便操作、觀測。是故，我們選用這兩種實驗材料作爲我們操作的主體，探討在課程中未曾提及卻屢屢在許多酵素活性分析的文章中扮演重要角色的「鈣離子」'看看它對於「澱粉酶活性」的影響是如何。貳^硏究目的一、觀察並探討鈣離子與直接取自人體的人類唾液澱粉酶活性之相對關係。二、觀察並探討鈣離子與純化過的人工唾液澱粉酶活性之相對關係。三、觀察並探討鈣離子對於綠豆發芽狀況。四、觀察並探討鈣離子對於綠豆發芽時澱粉分解速率之相對關係。本實驗與高二生命科學第一章第一節、與高三生物第二章第一節、第

6、四章第三節相關。參.硏究設備與器材_、實驗材料與藥品：綠豆、可溶性澱粉、葡萄）、本氏液、人類口水、磷酸氫二纳、磷酸二氫鋼、氯化鎂、氯化鈣、氯化鋅'純化澱粉酶。二、實驗器材：燒杯、試管、培養皿、硏缽、滴管、微量天平、秤量紙、藥匙、酒精燈三、藥品配置：（一）磷酸鹽緩衝溶液（0・02M，pH6・9）：磷酸氫二訥溶液:5.68g溶於1升水中。磷酸二氫鉤溶液：4.80g溶於1升水中。兩溶液以1:1的比例混合。（二）標準澱粉液（5%）:稱取5.00g可溶性澱粉於小燒杯中，加入約20ml水，攪拌使成懸浮液，然後將懸浮液邊攪

7、拌邊緩慢倒入盛有約80mk沸騰水的大燒杯中，冷卻待用。肆、硏究過程與方法整體實驗我們將它分爲以下四階段操作並分別將過程列述如下：一・EGTA/鈣離子/鋅離子/鎂離子對於直接取自人體的人類唾液澱粉酶活性之影;（一）收集人類唾液5ml於試管中‘以磷酸鹽緩衝溶液稀釋混搖至10ml>標示爲A液待用。（二）將標準澱粉液分裝成五管>標示號碼爲1，2,3,4,5其內含不同處理如下表所示:組別］號試管2號試管3號試管4號試管5號試管溶液條件5%澱粉10ml5%澱粉0.02MEGTA10ml5%澱粉0.02MCaCb10ml5

8、%澱粉0.02MZnC1210ml5%澱粉0.02MMgCh10ml（三）各組於室溫下加入lml之A液，並且開始計時。（四）各組每隔20分鐘取2ml反應溶液於試管內並加入05ml之本氏液‘於沸水中隔水加熱10分鐘後取出並加以拍照紀錄其顏色變化。二、EGTA/鈣離子/鋅離子/鎂離子對於純化後的人類唾液澱粉酶活性之影響（一）純化人類唾液澱粉酶以礴酸鹽緩衝溶液稀釋混搖至5ml，標示爲B液待用。（二）將標準