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专题4 酶的研究与应用 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用 我国水果生产发展迅速，每年上市的新鲜水果品种 多、数量大。但由于收获的季节性强，易造成积压 滞销，腐烂变质。 水果的加工技术，不仅可以缓解产销矛盾，而且能 够提高产品的附加值，满足人们不同层次的需求。 水果的加工包括制作果汁、果干、果粉和果酒等。 在本课题中，我们将探究果胶酶在果汁生产中的应 用，探究利用果胶酶制作苹果汁的适宜条件，自己 动手制作苹果汁。 制作果汁要解决两个问题：一是果肉的出汁率低， 耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高，易沉淀。 （一）酶的基础知识 3 3、酶的功能、酶的功能 1、酶的概念 2、酶的本质及基本组成单位 4、酶的特性 酶是活细胞所产生的具有生物催化作用的 一类特殊的有机物 蛋白质（大多数）或RNA； 基本组成单位：氨基酸或核糖核苷酸 酶能降低化学反应的活化能 高效性、专一性、需要适宜的条件 思考：你还能画出温度和PH值对酶影响的曲线吗？ 关于酶的三个特性你能举例说明吗？ 你认为影响酶促反应的因素有哪些？ 0 最适温度 t/ /mmol. s-1 酶活性受温度影响示意图 课堂练习： 1.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是 A.所吃食物不能消化 （ ） B.胃没有排空 C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降 D.吃药使人没有了胃口 2.胃蛋白酶在进入小肠后就几乎没有了催化作用， 主要原因是（ ） A.pH不适合 B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了 C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用 D.小肠中没有蛋白质可被消化 C A 3.能够使唾液淀粉酶水解的是（ ） A.淀粉酶 B.脂肪酶 C.蛋白酶 D.肽酶 4.关于酶的特性，下列表述中错误的一项是（ ） A.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物 B.化学反应前后，酶的化学性质和数量不变 C.酶的催化效率很高，但易受温度和酸碱度影响 D.一旦离开活细胞，酶就失去催化能力 C D （二）果胶酶的作用 阅读课本P42的内容，思考下列问题： 什么是果胶，其单体是什么？ 果胶对果汁制作的影响果胶对果汁制作的影响？ 什么是果胶酶？ 果胶酶在果汁制作中的作用是什么？ （二）果胶酶的作用 什么是果胶，其单体是什么？ 果胶对果汁制作的影响果胶对果汁制作的影响？ 果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成 成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的 一种高分子化合物，不溶于水。 影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。 什么是果胶酶？ 它是分解果胶的一类酶的总称，包括半乳糖 醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。 （二）果胶酶的作用 果胶酶果胶酶 果胶果胶 半乳糖醛酸半乳糖醛酸 果胶酶在果汁制作中的作用是什么？ 分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层； 使果胶水解为半乳糖醛酸。 提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。 （三）酶的活性与影响酶活性的因素 阅读课本P4243的内容，思考下列问题： 什么是酶的活性酶的活性？ 表示酶活性高低的方法及衡量标准表示酶活性高低的方法及衡量标准？ 影响酶活性的因素有哪些？ （三）酶的活性与影响酶活性的因素 什么是酶的活性酶的活性？ 表示酶活性高低的方法及衡量标准表示酶活性高低的方法及衡量标准？ 指酶催化一定化学反应的能力。 在一定的条件下，酶所催化的某一化学 反应的反应速度可表示酶活性的高低。 酶反应速度用单位时间内、单位体积中 反应物的减少量或产物的增加量来表示。 （三）酶的活性与影响酶活性的因素 影响酶活性的因素有哪些？ 在较低温度时，随着温度的升高，酶的活在较低温度时，随着温度的升高，酶的活 性也逐渐提高，达到最适温度时，酶的催化能性也逐渐提高，达到最适温度时，酶的催化能 力最高，但高于最适温度后，酶的催化能力迅力最高，但高于最适温度后，酶的催化能力迅 速下降，最后完全失去催化能力。速下降，最后完全失去催化能力。 A A、温度对酶的影响温度对酶的影响 温度 （三）酶的活性与影响酶活性的因素 影响酶活性的因素有哪些？ 温度 果胶酶的最适温度为4550。 B、果胶酶的最适温度 C、高温使酶的活性丧失后，酶的活性可否恢复？ 为什么？低温呢？ 不能恢复，因高温破坏了酶的分子结构，高温对酶 造成不可逆的破坏。但低温使酶的活性丧失后，缓 慢恢复其温度活性仍可恢复。 （三）酶的活性与影响酶活性的因素 影响酶活性的因素有哪些？ 酶的催化能力的发挥有一个最适pH ，在低于 最适pH时，随着pH的升高，酶的催化能力也相 应升高，高于最适pH时，随着pH的升高，酶的 活性逐渐下降，pH过高或过低会使蛋白质变性 ，当蛋白质变性后，酶也就完全丧失了活性。 A A、pHpH对酶的影响对酶的影响 pH： 果胶酶的最适pH范围为3.06.0。 B、果胶酶的最适pH （三）酶的活性与影响酶活性的因素 影响酶活性的因素有哪些？ pH： 酶的抑制剂： Fe3、Cu2、Zn2等金属离子对果胶酶 有抑制作用。 1.果胶是植物组织的组成成分之一,它主要存 在于植物组织的哪一部分?（ ） 细胞核 细胞质 细胞间隙 细胞壁及胞间层 果胶酶能将植物组织内的果胶分解成（ ） 透明果汁 半乳糖醛酸 丙酮酸 酶制剂 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，它不包括 A.多聚半乳糖醛酸酶 B.果胶分解酶 C.乳糖分解酶 D.果胶酯酶 D B C 4、将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶 和适量的水混合装入一个容器内，调整pH至2.0 ，保存于370C的水浴锅内。过一段时间后，容 器内剩余的物质是（ ） A A、淀粉、胃蛋白酶、多肽、水、淀粉、胃蛋白酶、多肽、水 B B、唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水、唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水 C C、唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水、唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D D、唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水、唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水 A A 提示： 唾液淀粉酶最适pH6.8，其化学本质是蛋白质 （四）果胶酶的用量 1、酶的生产 提取法：采用各种技术，直接从动物或微生物的细 胞或组织中将酶提取出来（在原料充分的地区得以应 用）。 发酵法：通过微生物发酵来获得人们所需的酶（20 世纪50年代以来生产酶的主要方法），如用曲霉、青 霉等微生物发酵生产果胶酶。 化学合成法：成本比较高，只能合成已知结构的酶 。 2、控制酶的用量 生产果汁时，为了果胶酶得到充分的利用，节约 成本，需要控制好酶的用量。 果胶酶的活性受温度影响。处于最适 温度时，活性最高。果肉的出汁率、果汁 的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。 （一）探究温度对果胶酶活性的影响 1 1、实验原理、实验原理 2、实验操作流程 你能设计吗？ 思考： 1、你打算设置多少个温度值？ 2、你如何得到苹果泥？ 3、你怎样保证在任一温度装置中苹果泥和果胶 酶及混合后温度的一至？ 4、你依据什么来判定果胶酶的活性大小的大小 ？ （1 1）获取苹果泥；）获取苹果泥； （2 2）保温）保温苹果泥和果胶酶分别进行苹果泥和果胶酶分别进行 ；（多个温度）；（多个温度） （3 3）混合后保温；）混合后保温； （4 4）过滤。）过滤。 (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。 （一）探究温度对果胶酶活性的影响 2、实验操作流程 (2) 分别向编号为l9的9个100 mL洁净的烧杯中各 加入20ml苹果泥 (3)将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的温度 分别调至0、10 、20 、 80 ，再把 温度相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合后，放置一段 时间。 (4)过滤后测量记录果汁体积（量） 3制作用于记录结果的表格 温度 / 01020304050607080 出汁 量/ml 将果泥和果胶酶分装在不同的试管中 恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的 温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合 时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活 性的问题。 为什么在混合苹果泥和果 胶酶之前，要将果泥和果胶 酶分装在不同的试管中恒温 处理？ （二）探究（二）探究pHpH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的影响 果胶酶的活性受pH影响，处于最适 pH，酶的活性最高，高于或低于此值活 性均下降。果肉的出汁率、果汁的澄清 度与果胶酶的活性大小成正比。 1 1、实验原理、实验原理 2、实验操作流程 请你设计。 （二）探究（二）探究pHpH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的影响 2、实验操作流程 有两位同学分别用以下两种方法操作： (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)分别向编号为l7的7个100 mL洁净的烧杯 中各加入20ml苹果泥之后，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、10。 方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥 的pH分别调至4、5、6、 10 ，再把pH相等的果 胶酶溶液和苹果泥相混合。 (1)请问上述哪一种方法更科学? 。 理由： _。 (2)该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。 方法二 酶和反应物（果胶）充分接触 （二）探究（二）探究pHpH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的影响 2、实验操作流程 一开始便达到实验预设的pH 方法二的操作能够确保酶的反应环境从或或“方法一的操作会在达到预定方法一的操作会在达到预定pHpH之前就发之前就发 生了酶的催化反应生了酶的催化反应” (3)如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有 的条件下，以横坐标表示pH，纵坐标表示(果汁 体积或果胶分解速率果胶分解速率)，实验操作和记录是比较 切实可行的。根据你对酶特性的了解，请在下图 中选择一个最可能是实验结果的曲线图 。若若 实验所获得的最适宜实验所获得的最适宜pH=mpH=m，请你在所选的曲线图，请你在所选的曲线图 中标出中标出“m”m”点的位置。点的位置。 甲 m 果 胶 分 解 率 需要设置对照实验，不同的温需要设置对照实验，不同的温 度梯度之间或不同的度梯度之间或不同的pHpH梯度之间就梯度之间就 可以作为对照，这种对照称为可以作为对照，这种对照称为相互相互 对照。对照。 在探究温度或在探究温度或pHpH的影响时，是的影响时，是 否需要设置对照？如果需要，否需要设置对照？如果需要， 又应该如何设置？为什么？又应该如何设置？为什么？ 问问3 3A A同学将哪个因素作为变量同学将哪个因素作为变量 ，控制哪些因素不变？为什么要，控制哪些因素不变？为什么要 作这样的处理？作这样的处理？B B同学呢？同学呢？ 提示： 提示：A A同学将温度或同学将温度或pHpH作为自变量，作为自变量， 控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的 用量、反应的时间和过滤的时间等。只有用量、反应的时间和过滤的时间等。只有 在实验中保证一个自变量，实验结果才能在实验中保证一个自变量，实验结果才能 说明问题。说明问题。B B同学对于变量的处理应该与同学对于变量的处理应该与A A 同学相同，只是观察因变量的角度不同同学相同，只是观察因变量的角度不同 (三)探究果胶酶的用量 1、实验原理 在一定的条件下，随着酶浓度的增 加，果汁的体积增加；当酶浓度达到某 一数值后，在增加酶的用量，果汁的体 积不再改变，此值即是酶的最适用量。 2、实验操作 请你设计。 （1 1）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥；）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥； 配制不同浓度的果胶酶溶液配制不同浓度的果胶酶溶液 准确称取纯的果胶酶准确称取纯的果胶酶1mg1mg、2mg2mg、3mg3mg、4mg4mg、5mg5mg、6mg6mg 、7mg7mg、8mg8mg、9mg9mg，配制成相等体积的水溶液，取等量配制成相等体积的水溶液，取等量 放入放入9 9支试管中，并编号支试管中，并编号1 19 9。 2、实验操作流程 (三)探究果胶酶的用量 制备水果泥制备水果泥 搅拌器搅拌制成苹果泥并称搅拌器搅拌制成苹果泥并称45g45g，等量装入等量装入9 9支试管支试管 中，并编号中，并编号1 19 9。 （2 2）将上述试管放入恒温水浴加热一段时间。）将上述试管放入恒温水浴加热一段时间。 （3 3）将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管）将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管 的苹果泥混合，然后再放入恒温水箱中。的苹果泥混合，然后再放入恒温水箱中。 （4 4）恒温水浴约）恒温水浴约2020分钟分钟 （5 5）过滤后测量果汁的体积）过滤后测量果汁的体积 3制作用于记录结果的表格 酶量/mg123456789 出汁量/ml 根据你对酶的特性的了解，画出实验结 果的可能坐标曲线： 果胶酶将果胶分解为小分子物质，果胶酶将果胶分解为小分子物质， 小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁 的体积大小反应了果胶酶的催化分解果的体积大小反应了果胶酶的催化分解果 胶的能力。在不同的温度和胶的能力。在不同的温度和pHpH下，果胶下，果胶 酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。 为什么能够通过测定滤出的为什么能够通过测定滤出的 苹果汁的体积大小来判断果苹果汁的体积大小来判断果 胶酶活性的高低？胶酶活性的高低？ 提示：温度是自变量，应控制果泥量 、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合 物的pH等所有其他条件不变。只有这样才 能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性 产生影响。 当探究温度对果胶酶活性的 影响时，哪个因素是变量，哪 些因素应该保持不变？ 本实验的自变量、应变量、无关变量分析 (以探究果胶酶的用量实验为例) 变量名称含 义实例关 系 实验变量( 自变量) 实验中实验者所操 纵的因素或条件 实验变 量为原 因，反 应变量 是结果 ，二者 是因果 关系 反应变量( 因变量) 由于实验变量而引 起的变化和结果 无关变量 除自变量外，对实 验结果造成干扰的 其他因素 果胶酶 的量 果汁量 温度等 一般为一般为50mg/l50mg/l左右，因为用左右，因为用 此浓度处理果汁此浓度处理果汁2 24 4小时后果汁小时后果汁 率增加率增加1010后不再增加。后不再增加。 在最适温度和pH条件下制作1升苹 果汁，使用多少果胶酶最合适？ 1.果胶酶常在0-4下 保存。其原因是 此温度条件下，酶的活性最高。 此温度条件下，酶变性失活。 低温可降低酶的活性，但酶不变性失活。 . 自然条件下，果胶酶常在0-4下发生催化 作用。 C C 3探究温度对果胶酶活性的影响、pH对酶活性 的影响、果胶酶的用量三个实验中，实验变量 依次为 ( ) A温度、酶活性、酶用量 B苹果泥用量、pH、果汁量 C反应时间、酶活性、酶用量 D温度、pH、果胶酶用量 DD 4同一个体内的各类活细胞所含的酶 A种类有差异，数量相同 B种类有差异，数量不同 C种类无差异，数量相同 D种类无差异，数量不同 5.下图纵轴为图纵轴为 酶反应应速度，横轴为轴为 底物浓浓度，其中 能正确表示酶量增加1倍时时，底物浓浓度和反应应速度关 系的是 B B 6 6工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉 细胞壁以提高出果汁率，为研究温度对果胶酶活细胞壁以提高出果汁率，为研究温度对果胶酶活 性的影响。某学生设计了如下实验：性的影响。某学生设计了如下实验： 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分钟（如图A） 将步骤将步骤处理后的混合物过滤，收集滤液，处理后的混合物过滤，收集滤液， 测量果汁量（如图测量果汁量（如图C C）。）。 在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记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：录果汁量，结果如下表： 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分钟（如图B）。 温度温度/1020304050607080 出汁量出汁量/ml/ml813152515121110 根据上述实验，请分析回答下列问题：根据上述实验，请分析回答下列问题： （1 1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以 促进细胞壁中促进细胞壁中_的水解。的水解。 （2 2）实验结果表明，当温度为）实验结果表明，当温度为_时果汁量最时果汁量最 多，此时果胶酶的活性多，此时果胶酶的活性_。当温度再升高时，。当温度再升高时， 果汁量降低，说明：果汁量降低，说明：_ _ _ _ _。 （3 3）实验步骤）实验步骤的目的是：的目的是：_ _。 （4 4）为什么说果汁体积越大，酶的活性越高？）为什么说果汁体积越大，酶的活性越高？ 果胶果胶 4040 最高最高 温度升高，酶的活性降低温度升高，酶的活性降低 使得酶与果泥处于 同一温度条件下 。 果胶酶可将果胶分解为小分子物质，小分子物果胶酶可将果胶分解为小分子物质，小分子物 质可以通过滤纸。所以苹果汁的体积就越大，表质可以通过