高考生物一轮总复习 专题4 酶的研究与应用课件（选修1）.ppt

专题4酶的研究与应用,一、果胶酶,果胶分解酶,霉菌,1.定义：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,蛋白质,氨基酸,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：,脂肪,纤维素,温度,(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。3.酶制剂的特点：能够耐酸、耐碱、忍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。,三、制备和应用固定化酶1.固定化酶技术的产生：(1)酶通常对_、强碱、_和有机溶剂等条,件非常敏感，容易_。,强酸,高温,失活,(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_。,溶液,生产成本,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：使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,量或者在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；在最适的影响因素下，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的温度和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，且最好是最适合的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，说明酶的用量已经足够，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(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(AE)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波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AD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，所以4组的温度应分别设置为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,温度梯度设置不合理(或各组的,(2)温度范围设置不合理酶促反应受两个不同温度影响),(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,【考点练透】,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。在果汁生产中应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、610。,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、610，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,考点二测定酶活力及不同类型的加酶洗衣粉的洗涤效果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，能生成黄褐色产物，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：,(续表),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。酶具专一性。,(2)实验变量：,高考探究,考向酶活力的测定,典例(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A、B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。但当温度再度回到45时，后者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)由图可知，使用该加酶洗衣粉的最适宜温度为45。(2)当温度从75回到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，则这种酶就是固定化酶。(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,【考点练透】,2.酶是生物体内细胞合成的生物催化剂，没有酶，生物体内的所有代谢反应都不能进行。随着生物科学技术的发展，酶已经走出实验室走进人们的生产和生活。,(1)每当到了丰收的季节，苹果堆满了仓库，但如果交通不便，就会有很多苹果因保存不当或不能及时运出，而渐渐腐烂变质，苹果腐烂的原因是_；_。其中能使苹果腐烂的微生物的同化作用类型是_。为了减少损失，提高产品的经济效益，人们想到了榨取果汁，要想使果汁尽可能榨出来，应加入_，在该物质的作用下，果胶分解成可溶性的_。,(2)加酶洗衣粉中应用最广泛、效果最明显的是_,_酶和_酶。其中酶能将血渍、奶渍等含有的_水解成_，使污渍容易脱落。同样酶可将脂肪水解成_和_。使用加酶洗衣粉清洗衣物时，需要注意的问题有_(多选)。,A.应该用温水来溶化加酶洗衣粉,B.用来溶化加酶洗衣粉的清水的pH越接近中性效果越好C.最好先把衣物放在含有加酶洗衣粉的水中浸泡片刻D.加酶洗衣粉一般只适宜用于清洗化纤衣物,解析：(1)苹果中含有丰富的有机物与水分，适合微生物的繁殖。苹果通过无氧呼吸产生酒精使细胞死亡以及微生物侵染都会使苹果腐烂。若将苹果榨汁，需要将细胞分散与破坏，这可利用酶的专一性，用果胶酶瓦解细胞壁与胞间层，使榨果汁更容易。(2)衣服常见的污物是蛋白质与脂肪，因此加酶洗衣粉中应添加效果最好的碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。使用加酶洗衣粉时要注意水温、pH，同时要留出酶充分作用的时间。答案：(1)无氧呼吸产生酒精使细胞死亡微生物侵染异养型果胶酶半乳糖醛酸,(2)碱性蛋白碱性脂肪蛋白质氨基酸甘油脂肪酸ABC,考点三制备和应用固定化酶,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23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(2011年上海卷节选)环境污染物多聚苯难以降解，研究发现联苯降解菌内的联苯水解酶是催化多聚联苯降解的关键酶。,(1)下列培养基中能有效分离联苯降解菌的是_，,原因是_。,A培养基(g/L)：某生长因子2.0，(NH4)2SO42.0，K2HPO43.0，MgSO41.0，pH7.4，多聚联苯50mLB培养基(g/L)：牛肉膏10.0，蛋白胨20.0，葡萄糖20.0，NaCl5.0，pH7.4,C培养基(g/L)：某生长因子2.0，淀粉20.0，NH4NO32.5，,MgCl20.5，K2HPO43.0，多聚联苯50mL，pH7.4,进一步研究发现，不同的金属离子对联苯水解酶的活性有,一定影响，结果见下表：,(2)依据表中结果，金属离子_对该酶的活性有一定的促进作用。金属离子对酶的活性有促进或抑制作用，可能的原因是_。,(3)通过酶工程可将联苯水解酶用于生产实践。酶工程通常包括酶的生产、_、酶的固定化和酶的应用等方面。酶固定化的好处是_。,解析(1)A培养基中只有多聚联苯一种碳源，只有联苯降解菌可以利用这一种碳源而生存。因此，A培养基可以作为分离联苯降解菌的选择培养基。(2)根据表格数据，当培养基中添加Mn2时，能使联苯水解酶的活性升高。金属离子是通过与酶结合后，改变酶的空间结构来影响酶活性的。(3)酶具有专一性、高效性，酶催化后，酶分子结构不改变，如果能利用酶工程将酶固定下来，便可以重复利用，使酶的催化反应连续进行。酶工程的操作包括酶的生产、酶的分离纯化、酶的固定化和酶的应用等几个方面。,答案(1)A该培养基中有多聚联苯为唯一碳源(2)Mn2金属离子与酶结合可以改变酶的空间结构(3)酶的分离纯化便于重复利用，能连续进行反应,【考点练透】,3.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：,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，要求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。答案：(1)配制CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合(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,1.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)实验方法：请将上图中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,B.苹果泥的量C.水的加入量,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)在更小范围内的温度内记录果汁的产生量，果汁的产量最高的温度更接近酶的最适宜温度,2.某工厂生产了一种加酶洗衣粉，其包装袋上印有如下说,明：,请回答下列问题：,(1)质检局针对该洗衣粉设计了如下图所示装置进行实验：,成分：含碱性蛋白酶等