隔水式恒溫培養箱在酶活性測定中的應用：以堿性磷酸酶為例

檢測樣品：堿性磷酸酶

檢測項目：活性測定

方案概述：本文以堿性磷酸酶（ALP）為例，詳細闡述了利用隔水式恒溫培養箱測定酶活性的標準方法。重點介紹了隔水式恒溫培養箱基于水浴循環的均勻、穩定控溫原理及其在酶促反應動力學研究中的優勢。實驗通過測定不同條件下對硝基苯酚（pNP）的生成速率，計算酶活性。結果表明，該方法操作簡便、重現性好、準確性高，為常規酶學研究和教學提供了可靠的技術方案。

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更新時間2025年12月30日

上傳企業上海喆圖科學儀器有限公司

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摘要：本文以堿性磷酸酶（ALP）為例，詳細闡述了利用隔水式恒溫培養箱測定酶活性的標準方法。重點介紹了隔水式恒溫培養箱基于水浴循環的均勻、穩定控溫原理及其在酶促反應動力學研究中的優勢。實驗通過測定不同條件下對硝基苯酚（pNP）的生成速率，計算酶活性。結果表明，該方法操作簡便、重現性好、準確性高，為常規酶學研究和教學提供了可靠的技術方案。

1. 引言

酶是生物體內高效、專一的生物催化劑，其活性測定是生物化學、分子生物學、臨床診斷及食品科學等領域的基礎實驗。酶促反應速率高度依賴于反應溫度，溫度波動會顯著影響測定結果的準確性和重復性。因此，提供一個持續、均勻且精確的恒溫環境是酶活性測定的關鍵。

隔水式恒溫培養箱（Water-jacketed Incubator）是一種經典的恒溫設備。其工作原理是在箱體外壁設有密閉的夾層（水套），通過外接循環水浴泵入恒溫水，使箱內空間被水套包圍，從而實現均勻、穩定的溫度控制。與直熱式培養箱相比，它具有溫度波動小（通常可達±0.1~0.5°C）、箱內各點溫差小、無干燥效應、對樣品水分蒸發影響小等優點，尤其適用于需要長時間精確控溫的酶動力學實驗。

本文以堿性磷酸酶催化對硝基苯磷酸二鈉（pNPP）水解生成黃色對硝基苯酚（pNP）的反應為例，系統介紹利用隔水式恒溫培養箱進行酶活性測定的完整流程。

2. 材料與方法

2.1 儀器與試劑

主要儀器：

隔水式恒溫培養箱（預設37°C）

紫外-可見分光光度計

移液器及配套槍頭

石英比色皿或一次性塑料比色皿

計時器

容量瓶、燒杯等玻璃器皿

主要試劑：

堿性磷酸酶（ALP）溶液（適當稀釋于0.1 mol/L Tris-HCl緩沖液中，pH 9.0）

底物溶液：10 mmol/L 對硝基苯磷酸二鈉（pNPP），溶于上述Tris-HCl緩沖液

終止液：0.5 mol/L NaOH 溶液

標準品：1.0 mmol/L 對硝基苯酚（pNP）標準溶液（用緩沖液配制）

0.1 mol/L Tris-HCl 緩沖液（pH 9.0，含 2 mmol/L MgCl?）

2.2 實驗原理

堿性磷酸酶在堿性條件下（pH約9-10），催化pNPP水解，生成無機磷酸（Pi）和黃色的對硝基苯酚（pNP）。反應式如下：

對硝基苯磷酸二鈉 (pNPP) + H?O → 對硝基苯酚 (pNP，黃色) + 磷酸二氫鈉

在堿性條件下（加入NaOH終止并穩定顏色），pNP在405 nm波長處有光吸收。通過測定單位時間內405 nm下吸光度值（A???）的增加量，即可計算出pNP的生成速率，從而確定酶活性。一個酶活性單位（U）通常定義為：在特定反應條件下（37°C， pH 9.0），每分鐘催化產生1 μmol pNP所需的酶量。

2.3 實驗步驟

2.3.1 系統預熱與準備

提前至少30分鐘開啟隔水式恒溫培養箱，設定溫度為37°C。待溫度指示穩定在37.0°C。

將裝有底物溶液（pNPP）、緩沖液和稀釋酶液的EP管或小燒杯置于培養箱內，平衡至少15分鐘，使所有反應組分達到設定溫度。

開啟分光光度計，預熱并設定波長為405 nm。

2.3.2 標準曲線繪制（用于計算摩爾消光系數或直接定量）

取6支潔凈試管，按下表加入試劑，配制pNP標準系列：

管號	1 mmol/L pNP 標準液 (mL)	Tris-HCl緩沖液 (mL)	終止液 (0.5M NaOH) (mL)	pNP終濃度 (μmol/L)
空白	0.0	2.50	0.50	0
S1	0.25	2.25	0.50	100
S2	0.50	2.00	0.50	200
S3	0.75	1.75	0.50	300
S4	1.00	1.50	0.50	400
S5	1.25	1.25	0.50	500

混勻后，以空白管調零，測定各管在405 nm下的吸光度值（A???）。

以pNP濃度（μmol/L）為橫坐標（X），A???為縱坐標（Y），繪制標準曲線，計算回歸方程Y = aX + b 和相關系數R²。

2.3.3 酶促反應與測定

反應體系構建：在預熱的比色皿或反應管中，依次加入：

2.40 mL 預熱的底物溶液（10 mmol/L pNPP）

0.10 mL 預熱的緩沖液（或待測樣品中的非酶組分）

啟動反應與孵育：迅速加入0.50 mL 預熱的酶液，立即用封口膜蓋住管口，上下輕柔顛倒混勻3次（避免劇烈震蕩產生氣泡）。立即放入隔水式恒溫培養箱中，開始計時。

終止反應：精確反應10分鐘后（可根據酶活力調整時間），迅速取出反應管，立即加入0.50 mL 冰冷的0.5 mol/L NaOH終止液，充分混勻以終止反應。

測定吸光度：將終止后的反應液轉入比色皿，以“試劑空白”（用等體積緩沖液代替酶液，其余步驟相同）調零，測定其在405 nm下的吸光度值（A_測定）。

對照設置：同時設置“酶空白”（先加NaOH終止液，再加酶液，然后與底物混合，37°C孵育相同時間），以排除酶液或樣品本身顏色的干擾。

3. 結果計算

計算ΔA???：ΔA??? = A_測定 - A_酶空白

計算pNP生成量：

利用標準曲線：根據ΔA???從標準曲線方程中反推出反應液中pNP的濃度（C, μmol/L）。

利用摩爾消光系數（ε）：若已知pNP在堿性條件下的ε???（通常約為18,700 L·mol?¹·cm?¹），根據朗伯-比爾定律：C (mol/L) = ΔA??? / (ε × 光程)，光程通常為1 cm。

計算酶活性：

反應液中pNP生成量：n (μmol) = C (μmol/L) × 反應液總體積 (L)

總體積 = 2.40 + 0.10 + 0.50 + 0.50 = 3.50 mL = 0.0035 L

酶活性 (U/mL 原酶液或 U/mg 蛋白) = n (μmol) / [反應時間 (min) × 加入的酶液體積 (mL) 或蛋白質量 (mg)]

本例中，加入酶液體積為0.50 mL，反應時間10 min，則：酶活性 (U/mL) = n / (10 × 0.50) = n / 5

4. 討論與注意事項

隔水式恒溫培養箱的優勢：本實驗的成功關鍵之一在于反應的10分鐘內，溫度必須保持恒定。隔水式培養箱通過水套均勻傳熱，有效避免了局部過熱或溫度波動，確保了反應初速度測定的準確性，使實驗結果重現性顯著提高。

溫度選擇：37°C是哺乳動物來源酶常見的測定溫度，可根據酶的溫度調整培養箱設定（如某些耐熱酶可選60°C）。

時間控制：必須精確控制反應時間，并確保在反應線性期內（通常產物生成量不超過底物初始濃度的10%）?？赏ㄟ^制作時間進程曲線確定線性時間范圍。

混勻與操作：加入酶液啟動反應和加入終止液時，操作應迅速、準確且充分混勻，以保證反應時間和終止效果的均一性。

對照設置：“試劑空白”和“酶空白”對于扣除背景干擾至關重要。

設備維護：定期檢查隔水式培養箱的水套水位及循環系統，防止因水分蒸發或循環不暢導致控溫失靈。長期不用需排空存水。

5. 結論

本文建立了一種基于隔水式恒溫培養箱的堿性磷酸酶活性測定方法。該方法充分利用了隔水式恒溫培養箱控溫精確、均勻、穩定的特點，結合分光光度法，能夠簡便、可靠地測定酶活性。該實驗方案設計嚴謹，步驟清晰，可廣泛應用于生化實驗教學及常規的酶動力學研究。通過更換底物和反應條件，此方法亦可為其他水解酶、氧化還原酶等活性的測定提供通用的恒溫孵育技術平臺。

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