だ液のはたらきを調べる4本の試験管 - 対照実験と失活の理由を区別する
中学3年の理科で、だ液のはたらきを調べる実験を行った。デンプン液を3mLずつ4本の試験管A〜Dにとり、AとCとDにはだ液を1mL、Bには水を1mL加えた。AとBは37℃、Cは0℃、Dは100℃の湯に10分間つけた。その後、各試験管の液を2本に分け、一方にヨウ素液を加え、もう一方を40℃に温めてからベネジクト液を加えて加熱した。結果は、A＝ヨウ素液で変化なし、ベネジクト液で赤褐色。B＝ヨウ素液で青紫色、ベネジクト液で変化なし。C＝ヨウ素液で青紫色、ベネジクト液で変化なし。D＝ヨウ素液で青紫色、ベネジクト液で変化なし。班では「CとDは結果が同じだから、温度が低くても高くても同じように酵素ははたらかない」とまとめかけたが、Tさんは「同じ結果でも理由が違うかもしれない」と反対した。また、Bの試験管を置かない実験計画を考えている生徒や、だ液の代わりに煮沸しただ液を使う案を出す生徒もいた。先生は、考察には「どの試験管とどの試験管を比べたか」を必ず書くように指示した。デンプン液の濃度と量は4本とも同じにした。授業の最後に、この実験から「だ液はデンプンを分解する」と言えるかどうかを話し合った。
1. 「だ液はデンプンを分解する」と言えるか。比べるべき試験管を2本指定し、Bの試験管を置かない計画の問題点も述べなさい。
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比べる試験管：AとB。
理由（条件のそろえ方）：AとBは、加えた液体がだ液か水かという1点だけが違い、デンプン液の量と濃度、温度37℃、放置時間10分はすべて同じ。したがって結果の差はだ液のはたらきに帰せる。Aではヨウ素液が変化せず（デンプンが残っていない）、ベネジクト液で赤褐色になった（糖が生じた）ので、「だ液はデンプンを分解する」と言える。
Bを置かない計画の問題点：37℃で10分放置しただけでデンプンが自然に変化しないことを確かめられない。Aの結果がだ液のせいなのか、温度や時間のせいなのかを切り分けられず、対照実験が成立しない。
注意：CやDとAを比べても、温度という条件が2つ以上違うので、だ液のはたらきの証拠にはならない。
2. Tさんの「CとDは結果が同じでも理由が違う」という主張を支持する根拠を、酵素の性質から説明しなさい。また、両者を区別するために追加で行う実験を一つ提案しなさい。
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理由が違う根拠
- D（100℃）：酵素はタンパク質なので、高温で立体構造がこわれて変性する。変性は元に戻らない不可逆的な失活で、温度を下げても働かない。
- C（0℃）：低温では酵素の働きが止まるが、変性しているわけではない。温度を上げれば再び働く可逆的な停止である。
どちらもデンプンが分解されずヨウ素液が青紫色になるため、結果だけを見ると同じに見える。ここが「結果が同じ＝原因が同じ」ではない典型的な場面。
追加実験：CとDの液をそれぞれ37℃に戻して10分置き、ヨウ素液で調べる。Cはデンプンが分解されて変化なしになるが、Dは青紫色のままなら、Dは変性による失活だと確かめられる。
注意点：この追試では、だ液を加えてから温度を戻すまでの手順をCとDでそろえる。
3. 「だ液の代わりに煮沸しただ液を使う」案にはどのような意味があるか。Bの試験管との役割の違いも含めて説明しなさい。
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意味：煮沸しただ液は酵素が変性して働かない。それでもデンプンが分解されなければ、「だ液に含まれるタンパク質（酵素）がはたらいている」ことの追加の証拠になる。水を加えたBよりも、「だ液に含まれる成分のうち熱で失われるものが原因だ」という点まで絞り込める。
Bとの役割の違い
- B（水）：だ液そのものを加えない条件で、37℃・10分という放置条件だけではデンプンが変化しないことを示す。
- 煮沸だ液：だ液の成分は入っているが酵素だけが失活した条件で、変化を起こしているのが酵素だという点を示す。
判断のポイント：두案はどちらも対照実験だが、何をそろえ、何を変えるかが違う。煮沸だ液の案だけでは「水を加えた場合」との比較にならないので、Bを省いてよい理由にはならない。