不同植物中过氧化氢酶催化效能的实验探究
学号：2010011097 姓名：邓海英
【摘要】过氧化氢极不稳定，遇热、光、粗糙表面、重金属及其他杂质会引起分解，同时放出氧气和热量。

实验室通常利用过氧化氢的不稳定性，使其在二氧化锰等催化剂的作用下快速分解获得氧气，但用二氧化锰等作为催化剂存在一些不利因素。

研究表明，动、植物组织中均含有过氧化氢酶，过氧化氢也可在该酶的作用下分解放出氧气。

本文将从绿色化学的角度出发，对不同蔬菜中过氧化氢酶的催化效能进行实验探究比较，寻找优良生物催化剂。

【关键词】 过氧化氢 过氧化氢酶 分解 催化效能
1、问题的提出
实验室中通常可采用以下方法制取氧气：
此法具有以下优点：（1）该反应无需加热，常温下即可发生，适用的装置多而简单，操作简便，可行性大。

（2）反应速率较大，速率便于控制，原料来源广泛，效果好。

（3）反应后的产物是水和氧气，无污染，能耗少。

多种现行教材增设了H2O2分解制取氧气的实验，大量研究表明多种化学催化剂能催化H2O2分解放出氧气，如：MnO2、Cr2O3、Ag2O、Fe2O3、CuO等。

这些催化剂的催化能力不同，孙丹儿、殷莉莉对这些催化剂进行了比较探究[1]。

虽然有些催化剂的催化效果较好，但总的来说，仍存在以下不利因素：（1）制作复杂。

化学催化剂一般要在载体上，需要较长时间才能完成。

如文献[1]中加载催化剂需要12小时。

（2）成本较高。

上述催化剂按500克算，多则几百元，少则几十元，给教育资金短缺的农村中学造成了一定的经济负担。

（3）还需要到专门的的试剂商店采购，费时费力。

（4）污染环境。

反应后催化剂不易回收，一般用完后丢弃，造成浪费的同时还对环境造成了污染。

为了克服以上不利因素，在绿色化学的指导思想下，本人在催化剂方面做了一些实验探究。

二、文献综述
（1）过氧化氢
过氧化氢又名双氧水，分子式为H2O2，结构式为H—O—O—H，相对分子质量为34.01。

过氧化氢分子中的过氧键—O—O—，在不同的酸碱溶液中有四种氧化电势[2]：
所以过氧化氢既是氧化剂，也可以是还原剂。

过氧化氢极不稳定，遇热、光、粗糙表面、重金属及其他杂质会引起分解，同时放出氧气和热量。

实验室中还利用过氧化氢的不稳定性，使其在二氧化锰等催化剂的作用下快速分解来制取氧气。

（2）过氧化氢酶
过氧化氢酶catalase，CA T，EC1.11.1.6[3]研究可追溯到19世纪初。

Thenard(1811)首先发过氧化氢可以被动、植物组织分解产生氧气，Schonbein(1863)认为是某种酶在起作用。

1901年，Loew将该酶命名为过氧化氢酶(Hydrogen Peroxidase)，又称触酶（Catalase,简称CAT ）[4]。

随后大量研究发现过氧化氢酶广泛存在于动物、植物和微生物中。

动物肝脏、红细胞、植物叶绿体以及细菌、真菌、放线菌等中含有大量过氧化氢酶。

3、实验探究
1、催化剂的选择和制取
在动植物的组织（如植物的块茎、茎、叶、果实等和动物的的肝脏、血液）中都存在着一定量的过氧化氢酶。

本实验选择在绿色植物中寻找良好的生物催化剂，相对于动物肝脏、血液较为清洁，且易于存储。

为了不受季节的限制，本实验选取了一年四节都找得到的青椒、土豆、胡萝卜、洋葱作为生物催化剂。

考虑到催化剂的颗粒越小，催化效率越高，所以在制取催化剂时，将新鲜青椒、土豆、胡萝卜、洋葱分别切成辣椒籽大小颗粒状，并分别装进不同的小烧杯中待用。

2、定性过程
取3克各种催化剂置于带支管的中试管中，分别加入3ml 10%的H2O2溶液，观察反应现象。

实验现象如下：均有气泡冒出，用带火星的卫生香检验生成的气体是否为氧气时发现均能复燃。

3、定量过程
3.1不同催化剂催化能力的比较
取各种催化剂3克和3ml 10%的H2O2溶液于带支管的中试管中，搭好实验装置，如下图所示：
通过图中装置测定生成的氧气的体积，V氧气=V排出的水
图一：青椒图二：土豆
图三：胡萝卜图四：大蒜
表1 不同催化剂产生气体速率比较
由表1可见，在相同实验条件下，新鲜的胡萝卜的反应速率最快，新鲜土豆次之，新鲜青椒肉稍慢，新鲜大蒜相比之下最慢。

土豆和大蒜均收集到的气体较少，不足40 ml，可能是由于土豆和大蒜反应时有泡沫生成，蓬松，导致其过氧化氢有效接触面积小，故而影响了催化效果。

综合比较，胡萝卜的催化效能较高。

3.2催化剂用量对反应的影响
采用不同质量的胡萝卜作催化剂与3ml 10% H2O2溶液反应，测定各次收集40ml氧气的时间。

表2 不同质量胡萝卜对H
结果表明，催化剂用量对反应速率有影响。

若用胡萝卜做催化剂，其用量以每3ml
10% H2O2溶液用3g较为合适。

4、研究结论
在同等条件下，四种催化剂中，新鲜胡萝卜的催化能力最强，反应速率快而均匀，可以作为合适的过氧化氢生物催化剂。

催化剂的用量以3.0克为宜，过氧化氢的浓度10%即可。

参考文献
[1] 孙丹儿，殷莉莉，过氧化氢制氧气实验不同催化剂的探究[J].化学教学 .2005，(1)：5~6
[2] 许朝震，双氧水〔J〕，江西化工，1997，（4）：37.
[3] 刘昌玲，王国庆.细菌过氧化氢酶的分离、结晶及性质.生物化学与生物物理进展，
1990，17（5）：380~383
[4] 怀斯曼A.酶应用手册.上海：上海科学技术出版社，1986.382。