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课标版 生物 第32讲 酶的研究与应用,知识 酶的研究与应用 一、果胶酶在果汁生产中的作用 1.果胶,(1)作用: 植物细胞壁 以及胞间层的主要组成成分之一;在果汁加工 中,会影响 出汁率 并使果汁浑浊。 (2)成分:由 半乳糖醛酸 聚合而成的一种高分子化合物。 (3)特点:不溶于水。,2.果胶酶 (1)成分:是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解 酶和 果胶酯酶 等。 (2)作用:果胶 可溶性 半乳糖醛酸 二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用 1.加酶洗衣粉:指含 酶制剂 的洗衣粉。,2.酶制剂的种类与洗涤原理,注:酶制剂中的蛋白酶、淀粉酶等并非是单一酶,而是复合酶,如蛋白 酶制剂实际包括蛋白酶和肽酶,可将蛋白质水解成小分子肽和氨基酸。 三、制备和应用固相化酶 1.固定化酶 (1)形成:将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种 介质 上,使 之成为 不溶于水而又有酶活性 的制剂。 (2)特性:与游离酶相比较, 稳定性 好,与底物和产物容易分离,易于 控制,能反复多次使用;便于 运输和贮存 ,有利于自动化生产。 2.固定技术 (1)概念:利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。,(2)方法(连线) (3)适用对象 一般来讲,酶更适合采用 化学结合法 和物理吸附法固定化,而细胞,多采用 包埋法 固定化,这是因为个大的细胞难以被吸附或结合,而 个小的酶则易从包埋材料中漏出。 3.淀粉酶水解作用的检测 淀粉 糊精 麦芽糖 葡萄糖,1.如图是果胶酶在不同温度条件下的酶活性变化曲线,请回答下列问题: (1)在35 时,果胶酶的活性 。 (2)在 和 时,果胶酶的活性都降为0,但恢复至35 时,图的催化活性可望恢复,请在图中画出恢复曲线,由此表明 图 中所示酶的结构已受到破坏。 答案 (1)最高 (2)0 100 甲 乙 解析 从图中看出,果胶酶在35 时催化效率最高,当温度降至0 或升 高至100 时,果胶酶催化效率均降至0。果胶酶的化学本质是蛋白质,当,温度升高至100 时,果胶酶的分子结构受到破坏,从而变性失活,当温度再 恢复到35 时,酶也不会恢复活性。而温度降至0 时,酶的结构没有受到 破坏,再恢复到35 时,酶活性还会恢复。,2.某生物学兴趣小组进行了“加酶洗衣粉最适温度的测定”实验。下表 是他们记录的不同温度除去不同污渍所需时间的对照表,请依据表中数据 作答。,(1)要达到最佳洗涤效果,使用加酶洗衣粉的最适温度范围是 。 (2)在适宜温度范围内,加酶洗衣粉对衣物上的 的洗涤效果最佳,对,的洗涤效果最差,其原因是 。 (3)羊毛、蚕丝等织物 (填“能”或“不能”)用加酶洗衣粉洗涤, 因为 。 (4)从以上实验数据可得,酶具有 性。 答案 (1)50 60 (2)奶渍 蓝墨水 奶渍的主要成分是蛋白质和脂肪,加酶洗衣粉主要含有 蛋白酶和脂肪酶,能使蛋白质和脂肪等有机物水解,但很难使蓝墨水的成分 水解 (3)不能 羊毛、蚕丝等织物的主要成分是蛋白质,加酶洗衣粉中的蛋白酶 能使蛋白质水解,从而使织物受到破坏 (4)专一,解析 本题考查学生的分析能力,由表中数据可知,要达到最佳洗涤效果, 使用加酶洗衣粉的最适温度范围是50 60 ;对不同的污渍洗涤效果不 同,对奶渍洗涤效果最佳,对蓝墨水洗涤效果最差,说明加酶洗衣粉中含有 蛋白酶和脂肪酶;羊毛和蚕丝的主要成分是蛋白质,如使用加酶洗衣粉洗涤 羊毛、蚕丝等织物,会对织物造成破坏;加酶洗衣粉对不同的污渍洗涤效果 不同,说明了酶具有专一性。,3.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答: 酵母细胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与 酵母细胞混合固定化酵母细胞。 (1)在 状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微 生物重新恢复 状态。活化前应选择足够大的容器,因为酵母细胞 活化时 。 (2)固定化细胞一般采用包埋法,而固定化酶常用 和 。 (3)影响实验成败的关键步骤是 。 (4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是 。 (5)如果海藻酸钠浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目 。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明 。,答案 (1)缺水 正常(生活) 体积会增大(增多) (2)化学结合法 物理吸附法 (3)配制海藻酸钠溶液 (4)小火加热(或间断加热),不断搅拌 (5)较少 (海藻酸钠浓度偏高)制作失败 解析 (1)在缺水状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状 态的微生物重新恢复正常的生活状态。由于酵母菌活化时体积会变大,所 以活化前应选择足够大的容器。(2)固定化酶和固定化细胞技术是利用物 理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,其中固定化细胞一般,采用包埋法,而固定化酶常用化学结合法和物理吸附法。原因是细胞个大, 而酶分子小,个体大的细胞难以被吸附或结合,而个体小的酶容易从包埋材 料中漏出。(4)海藻酸钠溶化时应小火加热,或间断加热,还要不断搅拌,防 止焦糊。,突破一 酶在果汁生产、洗涤方面的应用 1.酶的活性 (1)概念:指酶催化一定化学反应的能力。 (2)表示方法:用在一定条件下酶所催化的某一化学反应的反应速度来表 示。 (3)酶反应速率的表示方法:用单位时间内、单位体积中反应物的减少量 或产物的增加量来表示。 (4)酶活性的影响因素:温度、pH和酶的抑制剂等。,2.探究温度和pH对果胶酶活性的影响 (1)实验流程 制备果泥 设置一系列具有梯度的pH和温度 加入果胶酶反应一段时间 过滤果汁 (2)该实验的自变量是温度或pH,因变量是酶的活性,检测因变量是通过,测定果汁的体积或澄清度来实现的。 3.对加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法 (1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法:可在洗涤后比较污物的残留状况,如 已消失、颜色变浅、面积缩小等。 (2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法:实验设计遵循的原则是对照原则 和单一变量原则,如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤 效果有何不同时,以洗衣粉的种类为自变量,其他条件完全一致;同时,普 通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。 (3)变量分析,知能拓展 (1)一般来说,丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤,是 因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。 (2)酶的催化作用需要适宜的温度,用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡 时间,加快洗涤。 (3)人体皮肤细胞有蛋白质,使用加酶洗衣粉后如不彻底清洗双手,就会使 手的皮肤受到腐蚀,而使人患过敏性皮炎、湿疹等。 (4)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶,因为肽本身易溶于水。,典例1 某同学用含有不同种类酶制剂的洗衣粉进行了如下实验。,请回答以下问题: (1)该实验的目的是探究 。该实验还应控制的无关变量有 。该实验中 分别 构成两组对照实验。 (2)该同学在实验过程中可通过观察 来判断酶 的催化效率。 (3)蛋白酶洗衣粉的去污原理是 。 (4)大力推广使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉,有利于生态环境保护,这是因 为 。,解析 依据题表可以看出,表中涉及酶与污染物这两个实验变量,A与B构 成一组对照实验,用来鉴定不同酶对同一污染物的作用效果,实验变量是酶 的种类;A与C构成另一组对照实验,用来鉴定同一种酶对不同污染物的作 用效果,实验变量是不同种类的污染物。这两组实验都是用来探究酶的特 异性。洗衣粉的用量、污染物的含量以及水质、pH等都为无关变量。 答案 (1)酶的特异性 洗衣粉的用量、污染程度、水质、pH等 A 与B、A与C (2)蛋白膜消失时间的长短 (3)用蛋白酶催化污垢中蛋白质 的水解 (4)酶可被分解,又避免水体富营养化,1-1 (2014四川乐山月考,10)工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细 胞壁以提高水果的出汁率,为研究温度对果胶酶活性的影响,某同学设计了 如下实验: 将果胶酶与苹果泥分装于不同试管,在10 水浴中恒温处理10 min(如图 甲)。,将步骤处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10 水浴中恒温处理10 min(如图乙)。 将步骤处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图丙)。 在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:,根据上述实验,请分析回答下列问题。 (1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中 的水 解。 (2)实验结果表明,当温度为 左右时,果汁量最多,此时果胶酶的活 性 。当温度再升高时,果汁量降低,说明 。 (3)实验步骤的目的是 。 答案 (1)果胶 (2)40 最高 酶活性降低 (3)避免果汁和果胶酶混 合时影响混合物温度,从而影响果胶酶活性 解析 (1)植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一是果胶,而果胶酶 则是水解果胶的一类酶的总称。(2)通过表中数据可知:在40 时,产生的,果汁量最多,在题中所给的温度范围内,40 时酶活性最高。当温度再升高时,出汁量降低,酶的催化活性降低。(3)因为酶具有高效性,使底物与酶的温度都达到预定值后再混合,避免它们事先发生反应,而引起结果的不准确。,突破二 固定化酶与固定化细胞 1.固定化酶与固定化细胞的比较,2.制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵,易混辨析 (1)细胞的固定化要在严格无菌条件下进行;对制备的海藻 酸钠溶液、CaCl2溶液以及注射器等器材进行严格灭菌。 (2)溶化海藻酸钠时采用小火或间断加热法,防止海藻酸钠焦糊。 (3)海藻酸钠溶液浓度过高,将很难形成凝胶珠;浓度过低,凝胶珠所包埋 的酵母细胞数量少。 典例2 回答有关固定化酶的以下问题: (1)酶是生物体中生化反应的催化剂,在工业生产和食品加工中的应用日益 广泛。为提高酶的利用率以及提高产品的纯度,一般需要对酶进行固定化 处理,即将酶用物理或化学方法固定在 介质上,具体方法有 法、共价偶联法、 法和 法。,(2)如图为装有固定化酶a的实验装置。其中b是反应柱,c是催化底物。 若装置中的固定化酶为-淀粉酶,则通常是利用 法进行固定的,介 质一般为石英砂。利用该装置进行淀粉水解实验时,在漏斗中加入反应液 后的操作是 ,以保证反应充分。对流出的液 体用 检测,若呈现 颜色反应,说明淀粉被水解成糊精。,若a是固定化酵母,要想得到较多的乙醇,加入反应液后的操作是 ,装置中的长导管起的作用是 。 解析 (1)固定化酶是将水溶性的酶固定在相应的介质上,使之成为不溶 于水而又有酶活性的制剂,达到重复使用酶等目的。常用的固定化酶方法 有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。(2)固定-淀粉酶通常用吸附 法,开始实验后只需打开图示活塞1和2,并使淀粉溶液以0.3 mL/min的流速 过柱,不能过快,以保证反应充分。在流出5 mL淀粉溶液后接收0.5 mL流出 液,加KI-I2溶液检测,若溶液呈现红色,说明有糊精生成。要利用固定化酵 母产生较多乙醇,需要创造无氧环境,所以加入反应液后要把活塞1和2关 闭,而产生的CO2又可以通过长导管排放出去,而如图示形状的长导管还可,以起到防止杂菌进入的作用。 答案 (1)非水溶性 吸附 交联 包埋 (2)吸附 打开活塞1和2,并控制流速 KI-I2 红 关闭活塞1和2 排放气体CO2,防止杂菌进入反应柱,2-1 如图为固定化酶的反应柱示意图,其中为反应柱,为固定化酶, 为分布着小孔的筛板,请据图回答: (1)关于固定化酶中用到的反应柱,理解正确的是 ( ) A.反应物和酶均可自由通过反应柱 B.反应物和酶均不能通过反应柱,C.反应物能通过,酶不能通过 D.反应物不能通过,酶能通过 (2)的作用是 。 (3)制作固定化-淀粉酶常用的方法是 。 (4)据图说出反应柱的作用原理: 。 答案 (1)C (2)使酶颗粒无法通过,反应液能自由通过 (3)吸附法 (4)反应物溶液从反应柱上端注入,使反应物溶液流过反应柱,与固定化酶接 触,得到的产物从反应柱下端流出,解析 固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介 质上(如石英砂),使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。固定化酶常用 方法有吸附法、共价偶联法等。,
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