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 張馨云、佘瑞琳* 國立臺灣大學化學系 *shirlin@ntu.edu.tw n  前言 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。 n  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]）。     [1]     [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。 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（I3–，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。     [4] 圖一：澱粉與三碘錯離子形成錯合物 （圖片來源：Starch and Iodine, http://goo.gl/0YHlQ7） n  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 […]