2019版高考生物一轮总复习 生物技术实践 专题3 酶的研究与应用课件 选修1 .ppt

专题3酶的研究与应用 考纲导读 一 果胶酶 果胶分解酶 霉菌 1 定义 果胶酶并不特指某一种酶 而是分解果胶的一类酶的总称 包括多聚半乳糖醛酸酶 和果胶酯酶等 2 来源 植物 酵母菌和细菌均能产生果胶酶 3 应用 果胶酶能够分解果胶成为可溶性的 瓦解植物的 及胞间层 使榨取果汁变得更容易且 使果汁变得 半乳糖醛酸 细胞壁 澄清 二 加酶洗衣粉 蛋白酶 1 常用酶制剂 蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶和纤维素酶 其中应用最广泛 效果最明显的是碱性 和碱性脂肪酶 2 去污机制 蛋白质 氨基酸 1 碱性蛋白酶能将血渍 奶渍等含有的大分子 水解成可溶性的 或小分子肽 使污迹容易从衣物上脱落 2 脂肪酶 淀粉酶和纤维素酶也能将大分子的 淀粉和 水解为小分子物质 脂肪 纤维素 3 酶制剂的特点 能够耐酸 耐碱 耐受表面活性剂和较高 并且通过特殊的化学物质将酶层层包裹 与洗衣 粉的其他成分隔离 温度 三 制备和应用固定化酶 1 固定化酶技术的产生 强酸 高温 1 酶通常对 强碱 和有机溶剂等条 件非常敏感 容易 失活 溶液 生产成本 2 由于酶促反应一般是在 中进行 酶与底物和产物混合在一起 很难回收利用 提高了 2 固定化酶与固定化细胞技术 1 固定化酶与固定化细胞技术 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 包括包埋法 化学结合法和 物理吸附法 包埋法 反复 2 一般来说 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 固定化 3 固定化酶的优点 酶既能与反应物接触 又能与产物分离 还可以 利用 降低了生产成本 3 利用包埋法固定化酵母细胞 1 包埋法 将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中 2 常用的载体 明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸纤维素和 聚丙烯酰胺等 不溶于水 3 载体的特点 判断正误 1 加酶洗衣粉中常加入的酶制剂有蛋白酶 脂肪酶 淀粉 酶和纤维素酶 2 使用加酶洗衣粉时 应注意水温 水质等问题 3 固定化酶具有既能与反应物接触 又能与产物分离 还 可以反复利用的优点 答案 1 2 3 考点一 探究果胶酶活性的影响及其最适用量 考点梳理 1 实验原理 1 酶活力的测定 酶的活力通常以单位时间内底物的消耗量或单位时间内产物的生成量来表示 2 果胶酶的活性受温度 pH和酶抑制剂等的影响 在最适条件下 果胶酶的活性最高 果汁的出汁率 澄清度与果胶酶的活性大小成正比 果胶酶的用量建立在最适温度和pH的基础之上 此时研究的变量是果胶酶的用量 其他因素都应保持不变 3 果胶在果胶酶的催化下形成半乳糖醛酸 2 实验设计 1 探究果胶酶的最适温度时 设计多个温度梯度 其他条件应保持一致 如pH应保持一致 且最好是最适pH 通过比较出汁率或者澄清度 确定最适合的温度 2 同理 探究果胶酶的最适pH时 设计多个pH梯度 其 他条件保持一致 3 探究果胶酶的最适用量时 可以配制不同浓度的果胶酶溶液 也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液 然后使用不同的体积即可 其他条件 如温度和pH 应保持一致且是最适合的条件 1 实验中所用的果胶酶尽量使用纯酶制剂或不含抑制物 的粗酶制剂 以免影响对酶用量的估算 2 确定最适用量的方法 若随着酶浓度的增加 过滤到的果汁的体积也增加 说明酶的用量不足 当酶的浓度增加到某个值后 再增加酶的用量 过滤到的果汁的体积不再改变 说明酶的用量已经饱和 这个值就是酶的最适用量 高考探究 考向 探究果胶酶活性的影响及其适用量 典例1 2015年海南卷 生产果汁时 用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率 回答下列相关问题 1 某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验 各组实验除酶的来源不同外 其他条件都相同 测定各组的出汁量 据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较 这一实验的目的是 2 现有一种新分离出来的果胶酶 为探究其最适温度 某同学设计了如下实验 取试管16支 分别加入等量的果泥 果胶酶 缓冲液 混匀 平均分为4组 分别置于0 5 10 40 下保温相同时间 然后测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值 该实验温度设置的不足之处有 和 3 某同学取5组试管 A E 分别加入等量的同种果泥 在A B C D4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶 然后补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同 E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同 将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后 测定各组的出汁量 通过A D组实验可比较不同实验组出汁量的差异 本实验中 若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量 E组设计 填 能 或 不能 达到目的 其原因是 解析 1 根据题意可知 用三种不同的果胶酶进行三组实验 各组实验除酶的来源不同外 其他条件都相同 据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较 说明该实验的自变量是果胶酶的来源 因变量是果胶酶的活性 所以该实验的目的是探究不同来源果胶酶的活性 2 根据实验设计可知 该实验是探究果胶酶的最适温度 所以自变量是温度 因变量是果胶酶的活性 用出汁量进行衡量 出汁量越多则果胶酶活性越高 该实验方案中 温度应该在常温范围内设置系列温度梯度且梯度差值相等 例如4组的温度可分别设置为15 20 25 30 另外探究温度对酶活性的影响时 应保证酶促反应只能在设定的温度下进行 同一实验组的反应温度只能是一个 所以实验操作应该是将各组盛有果胶酶的试管与盛有果泥的试管分别在设定温度下处理一定时间后再将两支试管混合 才能保证实验在设定的温度下进行 3 根据题意 若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量 则实验的自变量是果胶酶的量 因变量是出汁量 对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则 根据实验设置 E组应加入缓冲液而不是蒸馏水 才符合实验设计应遵循单一变量原则 答案 1 探究不同来源果胶酶的活性 2 温度范围设置不合理 温度梯度设置不合理 3 不能 E组加入蒸馏水而不是缓冲液违背了单一变量原 则 考向预测 1 果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一 果胶酶能够分解果胶 瓦解植物的细胞壁及胞间层 在果汁生产中使用果胶酶可以提高出汁率和澄清度 请你完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题 实验用具和材料 磨浆机 烧杯 试管 量筒 刀片 玻璃棒 漏斗 纱布 苹果 质量分数为2 的果胶酶溶液 蒸馏水等 课题一 验证果胶酶在果汁生产中的作用 实验方法及步骤 1 将苹果洗净去皮 用磨浆机制成苹果泥 加入适量蒸馏 水备用 2 取两个100mL洁净的烧杯 编号为1 2 按相应程序 进行操作 请把表中未填写的内容填上 3 取出两个烧杯 同时进行过滤 观察 或比较 并记录结果 预测实验结果及结论 说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用 课题二 探索果胶酶催化果胶水解适宜的pH 4 本课题实验步骤中 在完成 烧杯中分别加入苹果泥 试管中分别注入果胶酶溶液 编号 编组 之后有下面两种操作 方法一 将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合 再把混合液的pH分别调至4 5 6 10 方法二 将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥的pH分别调至4 5 6 10 再把pH相同的果胶酶溶液和苹果泥相混合 哪一种方法更科学 请说明理由 5 实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作 其目的是使 以减少实验误差 答案 2 注入果胶酶溶液 2mL 3 相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度预测实验结果及结论 相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大 澄清度高 4 方法二 方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开 始便达到实验预设的pH 或方法一的操作会在达到预设pH之前就发生了酶的催化作用 5 果胶酶与底物 果胶 充分接触 2 在果汁生产中需要用到果胶酶 某课题研究小组为了探 究果胶酶的某些特性 进行了如下实验 1 请将上图所示的操作进行排序 2 实验结果 对照组与实验组进行了相同时间的实验 结 果如下图中曲线甲所示 图中自变量是温度 除此之外还可用 表示 A 酶的浓度C 水的加入量 B 苹果泥的量D pH 图中的纵坐标还可用 来表示 实验步骤中 在果胶酶和苹果泥混合前 将二者分装在不同试管中并进行恒温处理的目的是 实验小组改变了实验条件后重复做实验 得到曲线乙 苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是 引起曲线乙下移的原因可能是 至少答出两条 3 下表是某实验小组的详细实验结果 根据上述结果 说明当温度为 时果汁量最多 能不能确定该温度就是果胶酶的最适温度 如果不能 请设计出进一步研究果胶酶的最适温度的实验方案 答案 1 acdb 2 D 苹果汁的体积 保证底物和酶在混合时的温度是相同的 同一种酶的最适温度是一定的 不会因酶的浓度 底物 量不同而改变 pH 酶的浓度和苹果泥的量等因素 3 40 不能 再设置多套装置 以40 为中心 以更 小的温差 如0 5 在更小温度范围内记录果汁的产生量 果汁的产量最高的温度最接近酶的最适宜温度 考点二 测定酶活力及不同类型的加酶洗衣粉的洗涤效果 考点梳理 1 酶活力的测定 1 通过测定单位时间内麦芽糖的生成量来检测淀粉酶的活力 由于麦芽糖与3 5 二硝基水杨酸试剂反应生成红棕色的氨基化合物 在一定范围内 麦芽糖的量和红棕色物质的颜色深浅程度成一定比例关系 利用分光光度法进行比色 可以测出麦芽糖的生成量 2 通过测定单位时间内淀粉的消耗量来检测淀粉酶的活力 2 常用酶制剂的种类及其洗涤原理和实例 3 探究加酶洗衣粉的洗涤效果 1 实验原理 加酶洗衣粉中含有酶制剂 蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶 纤 维素酶 污渍中的蛋白质 脂肪 淀粉 纤维素在酶制剂的分解 下形成小分子物质 温度 pH 表面活性剂会影响酶的活性 酶具有专一性 2 实验变量 高考探究 考向 酶活力的测定 典例2 2015年辽宁大连模拟 某化工厂生产的一种加酶洗衣粉 其包装袋上印有如下说明 成分 含碱性蛋白酶等 用法 洗涤前先将衣物浸于洗衣粉溶液内一段时间 使用温水效果更佳 注意 切勿用于丝质及羊毛衣料 某研究性学习小组为探究该洗衣粉中酶催化作用的最适温度 设计了如图1的装置进行实验 并将结果用图2的曲线图表示 图1 图2 请回答以下各题 1 由图可知 使用该加酶洗衣粉的最适宜温度为 2 在0 和75 时 酶的催化效率基本都为零 但当温度从75 降到45 时 酶的催化能力已不能恢复 这是因为 3 在实验过程中可通过直接测定 指标 来表示该洗衣粉中酶的催化效率 4 目前使用的加酶洗衣粉都是一次性的 某洗涤公司为降低生产成本研制了一种能多次重复使用加酶洗衣粉的设备 他们将酶固定在不溶于水的尼龙载体上 洗涤完衣物后 经过简单处理 这些酶还可以多次重复利用 这种方法制成的酶叫 5 除加酶外 很多洗衣粉中还加有香精 高档洗衣粉中的香精都是由植物芳香油制成的 目前从植物中提取芳香油的方法有 6 加酶洗衣粉中的淀粉酶可以从霉菌中提取 用固体培养基分离 纯化霉菌的方法有 解析 1 由图1及图2可知 使用该加酶洗衣粉的最适宜温度为45 2 当温度从75 降到45 时 酶的催化能力已不能恢复 这是因为高温条件下酶的结构已遭到破坏 3 在实验过程中可通过直接测定胶片上的蛋白膜存在时间的长短 指标 来表示该洗衣粉中酶的催化效率 4 将酶固定在不溶于水的尼龙载体上 洗涤完衣物后 这些酶经过简单处理 还可以多次重复利用 这种酶是固定化酶 5 目前从植物中提取芳香油的方法有萃取法 蒸馏法 压榨法等 6 用固体培养基分离 纯化霉菌的常用方法有平板划线法 稀释涂布平板法 答案 1 45 2 高温条件下酶的结构已遭破坏 3 胶片上的蛋白膜存在时间的长短 其他合理答案亦可 4 固定化酶 5 萃取法 蒸馏法 压榨法 6 平板划线法 稀释涂布平板法 考向预测 3 2016年湖北武汉调研 为了进一步增强洗衣粉对血渍 奶渍 油污 土豆泥等衣物上常见污渍的去除能力 洗衣粉中常常会添加各种酶类 请回答有关问题 1 根据衣物上常见的污渍分析 加酶洗衣粉中应添加的酶类有蛋白酶 蛋白酶能将血渍 奶渍等中含有的大分子蛋白质水解成可溶性的 2 加酶洗衣粉的包装袋上的产品说明中标明 水温以30 50 为宜 切忌用60 以上的热水 根据你所学习的有关知识 解释其原因 3 下面表格中的数据是探究洗衣粉洗涤效果的有关实验 的结果 请据表回答问题 该实验要探究的问题是 该实验设计体现了 原则 若1号实验组中洗净所需时间接近7min 请分析最可能的原因是 答案 1 脂肪酶 淀粉酶 纤维素酶 多肽 或氨基酸 2 酶的催化作用受温度影响 30 50 是加酶洗衣粉中的酶的最适温度范围 60 以上的热水可能会使酶的活性丧失 3 温度对洗衣粉的洗涤效果的影响 洗衣粉的种类对洗 单一变量原则及对照 加酶洗衣粉中的酶 涤效果的影响变性或失效 4 2017年广东兴宁月考 为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果 将一种无酶洗衣粉分成3等份 进行3组实验 甲 乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶 丙组不加酶 在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍 其他实验条件均相同 下表为实验记录 请回答下列问题 1 提高洗衣粉去污能力的方法有 甲组在洗衣粉中加入了 乙组在洗衣粉中加入了 2 甲 乙组洗涤效果的差异 说明酶的作用具有 3 如果甲 乙和丙3组均在水温为80 时洗涤同一种污渍 请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由 4 加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的 遇水后包裹层很快溶解 释放出来的酶迅速发挥催化作用 请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由 解析 1 由表格数据可知提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和适当提高温度 甲组去除血渍所需的时间相对较短 而血渍的主要成分是蛋白质 说明甲组洗衣粉中加入了蛋白酶 乙组去除血渍和油渍的时间都相对较短 说明乙组洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶 2 甲 乙组洗涤效果的差异 主要原因是其中酶种类不同 说明酶具有专一性 3 酶的作用条件温和 高温 80 会使酶变性失活 因此3组之间没有差异 4 由于加酶洗衣粉中的酶未固定在不溶于水的载体上 也不能重复利用 所以没有利用酶的固定化技术 答案 1 加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 2 专一性 3 没有差异 因为高温使酶失活 4 未运用酶的固定化技术 因为酶未固定在不溶于水的载体上 也不能重复利用 考点三 制备和应用固定化酶 考点梳理 1 游离酶 固定化酶和固定化细胞的比较 1 物理吸附法 吸附法 是将酶吸附在载体表面的一种固定方法 特点是工艺简便且条件温和 应用广泛 实质是利用酶与载体之间的范德华力实现吸附 2 化学结合法 交联法 是利用酶与载体之间形成的共价键 将酶进行固定的 2 酵母细胞的固定化 续表 1 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一步 如果海藻酸钠浓度过高 将很难形成凝胶珠 如果浓度过低 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少 影响实验效果 2 刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间 以便 形成稳定的结构 3 检验凝胶珠的质量是否合格 可以使用下列方法 一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压 如果凝胶珠不容易破裂 没有液体流出 就表明凝胶珠的制作成功 二是在实验桌上用力摔打凝胶珠 如果凝胶珠很容易弹起 也能表明制备的凝胶珠是成功的 4 如果制作的凝胶珠颜色过浅 呈白色 说明海藻酸钠的浓度偏低 固定的酵母细胞数目较少 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形 则说明海藻酸钠的浓度偏高 制作失败 需要再作尝试 3 用固定化酵母细胞发酵 1 配制麦芽汁或葡萄糖溶液 注意浓度适宜 过高会造成 固定的酵母细胞失水 甚至死亡 2 固定化酵母凝胶珠的处理 固定好的凝胶珠从CaCl2溶液取出后要用蒸馏水冲洗2 3次 洗去CaCl2溶液的目的是防止凝胶珠硬度过大 影响通透性 3 发酵 开始时凝胶珠沉在发酵液的底部 一段时间后慢 慢上浮且有气泡产生 发酵液有酒味 高考探究 考向 固定化酶的应用 典例3 2016年江苏卷 为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻员用筛选到的一株绿球藻进行试验 流程及结果如下 请回答下列问题 生长的影响 以及固定化藻对含Zn2 污水的净化作用 科研人 图1 图2 1 实验中的海藻酸钠作用是 CaCl2的作用是 2 为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物 并保持绿球藻活性 宜采用 洗涤 图1中1 0 海藻酸钠组培养24h后 移去凝胶球 溶液呈绿色 原因是 3 为探索固定化藻对含Zn2 污水的净化作用 应选用浓度 为 海藻酸钠制备凝胶球 4 图2中空白凝胶球组Zn2 浓度下降的原因是 结合图1和图2分析 固定化藻的实验组24 48h间Zn2 浓度下降速度较快的主要原因是 72 96h间Zn2 浓度下降速度较慢的原因有 48h间绿球藻数量增加最快 使Zn2 解析 1 海藻酸钠溶液在CaCl2溶液中形成凝胶球 包埋绿球藻 2 可使用培养液或生理盐水洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物 并保持绿球藻活性 溶液呈绿色 说明固定化的绿球藻数量少 原因是海藻酸钠浓度过低 或凝胶球孔径过大 3 根据图1可知 浓度为2 0 的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的繁殖 4 空白凝胶球可吸附Zn2 导致溶液 浓度下降速度较快 72 中Zn2 浓度下降 结合图1和图2分析 固定化藻的实验组24 96h间绿球藻数量基本不再增加 故Zn2 浓度下降速度较慢 答案 1 包埋绿球藻 与海藻酸钠反应形成凝胶球 2 培 养液 或生理盐水 海藻酸钠浓度过低 凝胶球孔径过大 3 2 0 4 凝胶球吸附Zn2 绿球藻生长 增殖 速度快 绿球 藻生长 增殖 速度减慢 溶液中Zn2 浓度较低 考向预测 5 某实验小组进行固定化酵母细胞的制备 并进行了游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较 结果如下表所示 请回答下列问题 产酒酒精度的比较 1 制备固定化酵母细胞的实验步骤是 酵母细胞的活化 配制海藻酸钠溶液 固定化酵母细胞 2 影响实验成败的关键步骤是 3 海藻酸钠起 的作用 4 该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的相同条件下发酵 定时记录发酵液中酒精度的变化 实验过程中的 在一定的相同条件下发酵 的条件是 要求条件相同是为了确保 由表格可知 固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精 但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要 解析 1 制备固定化酵母细胞的实验步骤 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 2 影响实验成败的关键步骤是配制海藻酸钠溶液 3 实验中钙离子的作用是使胶体聚沉 海藻酸钠起包埋酵母细胞 或载体 的作用 4 由于酶活性受温度和pH等的影响 因此实验过程中的 在一定条件下发酵 的条件是适宜的温度 pH等 其他条件相同是为了确保单一变量 由表格可知 固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精 但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母的要短 并且固定化酵母发酵产生酒精的速度比游离酵母要快 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 答案 1 配制CaCl2溶液 2 配制海藻酸钠溶液 3 包埋酵母细胞 或载体 4 适宜的温度 pH等 单一变量 短 6 固定化酶技术运用于工业化生产前 需要获得酶的有关参数 如下图 曲线 表示某种酶在各种温度下酶活性相对最高酶活性的百分比 曲线 是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间 再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性 由此得到酶的热稳定性数据 请回答下列问题 1 与普通酶制剂相比 固定化酶在生产中的优点是 2 曲线 中 35 和80 的数据点是在 时测得的 通过本实验 你对酶的最适温度的认识是 该种酶固定化后运用于生产 最佳温度范围是 3 研究发现有甲 乙两种物质能降低该种酶的催化效率 该酶催化的底物浓度变化会改变甲物质对酶的影响 而不会改变乙物质对酶的影响 下图是降低酶活性的两种机制模型 符合甲 乙物质对酶影响的模型分别是 4 在酶的活性不受抑制时 起始反应速率与底物浓度的关系如下图所示 请画出加入甲物质时 起始反应速率与底物浓度之间的关系曲线 答案 1 可反复使用 2 80 既能使酶具有高的催化活性 又能维持较长时间 60 70 3 AB 4 曲线如下图所示