高中生物 1.3酶的应用技术实践课件 苏教版选修1 .ppt

第三章酶的应用技术实践 一 酶在洗涤方面的应用1 加酶洗衣粉的去污机理 血渍 奶渍及各种食品类的蛋白质污垢 油渍 人体皮脂 口红 来自面条 巧克力等的污垢 使纤维的结构变得蓬松 从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触 达到更好的去污效果 去除棉纺织品表面的浮毛 2 探究洗衣粉中酶制剂在洗涤中的作用 1 实验原理 酶的催化作用具有 复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多 与单一加酶洗衣粉相比 对各种污渍都有较好的洗涤效果 2 实验变量 自变量 无关变量 其他条件相同且适宜 如 等 专一性 加酶洗衣粉 温度 ph 3 实验步骤 奶渍布 500ml 37 已消失 点拨 加酶洗衣粉很适合洗涤涤纶 棉纤维等物品 不适合洗涤主要成分为蛋白质的丝毛织物 因为酶能破坏丝毛织物中的蛋白质 二 制备和应用固定化酶1 固定化酶技术 酶与固相载体 酶活性 反应物和产物分离 吸附法 包埋法 酶试纸对尿糖 新型青霉素 2 固定化细胞技术 1 方法 主要是吸附法和 2 实例 酶母菌细胞的固定化 制备麦芽汁 制备固定化细胞 发酵麦芽汁 包埋法 活化酵母菌细胞 3 优缺点 细胞因能正常 而保持原有的生物活性 优点可充分利用 不损害 保留了细胞内原有的 对于多步催化的连续反应优势明显 生长 繁殖和代谢 细胞内酶 酶活性 多酶系统 只能生产 和其他能分泌到细胞外的产物 由于 影响 使 的扩散 缺点受到一定的限制 在 中 溶解氧的传递和输送成为关键性的限制因素 细胞外酶 载体 营养物质和产物 好氧性发酵 点拨 固定化细胞是活细胞 由于细胞膜存在选择透过性 因此细胞内酶不能在细胞外起作用 导致固定化细胞只能用于生产胞外酶和其他能分泌到细胞外的产物 探究加酶洗衣粉的洗涤效果实验中的变量分析1 分析不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响实验 1 实验变量 水温 必须设置温度梯度 2 无关变量 水量与水质 洗衣粉用量 衣物质料与大小 浸泡与洗涤时间等 应该保持不变 2 分析不同种类洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的实验 1 实验原理 酶的催化作用具有专一性 复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多 与单一加酶洗衣粉相比 对各种污渍都有较好的洗涤效果 2 实验变量 自变量 不同种类的加酶洗衣粉 无关变量 其他条件相同且适宜 如温度 ph等 高考警示钟 一般设置温度梯度差为5 较为适宜 洗涤效果最好的温度不一定是该酶催化的最适温度 若要测出最适温度 则应将温度梯度差缩小到更小 1 典例训练1 洗衣粉是人们日常生活所必需的 有同学对加酶洗衣粉的作用很感兴趣 为此做了以下实验探究 实验过程 用天平称取加酶洗衣粉若干份 每份5克 制作被牛奶和蓝墨水处理过的同一布料若干份 牛奶主要含蛋白质和脂肪 蓝墨水主要成分是阿拉伯树胶 植物纤维 鞣酸与硫酸亚铁 布料污渍大小以滴管滴数为准 取2只500毫升烧杯 依次编号为a b 分别加入200毫升水和一份已称好的洗衣粉 放入10 的水浴锅中 并且搅拌 取2块被牛奶和蓝墨水处理过的布料各一份 分别同时放入2只烧杯中 用玻璃棒搅拌 并用秒表记录除去污渍所需的时间 水浴锅温度依次为20 30 40 50 60 70 80 重复步骤 和 记录除去污渍所需的时间 分钟 实验结果如表 1 请你为上述探究实验命题 2 在同一水温下除去两种污渍时间不同的原因可能是 3 上述探究过程 至 隐含 和 两个步骤 4 上述实验涉及两项对照关系 一项是针对 的成分对照 另一项是针对 的条件对照 这里的条件对照与一般实验空白对照的区别是 5 请以温度为横坐标 酶促反应速率为纵坐标画出除去奶渍实验的大致情况图 解题指南 1 考查实质 本题主要考查加酶洗衣粉的作用原理和实验设计与分析能力 2 解题关键 1 理解酶制剂的作用及特性 2 掌握酶制剂的影响因素 3 明确科学的发现过程 即发现问题 提出假设 设计实验 得出结论 解析 该实验探究不同底物及不同温度对酶活性的影响 既可以根据底物不同设置对照 也可以根据温度不同设置对照 加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂 如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等 这些酶适宜温度不同 而且具有专一性 答案 1 不同温度条件下加酶洗衣粉对不同污渍去污能力的影响 2 加酶洗衣粉中含有蛋白酶和脂肪酶 酶具有专一性 加的两种底物不同 酶的作用效果不同 3 提出假设设计实验 4 不同底物不同温度条件对照组互为对照 或互为实验组 5 如图 变式训练 下列为探究某种加酶洗衣粉所需要的最适温度实验方案 其中正确的是 a 取一系列不同温度 其他条件相同的水 加入相同的污物及等量加酶洗衣粉 看哪一个温度中加酶洗衣粉去污效果最好b 在不同温度的水中 加入不等量洗衣粉 看哪种效果好c 将加酶洗衣粉加入30 水中不如加到45 的水中洗涤效果好 说明45 为最适温度d 将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 的水中洗涤同样的污物 发现加酶洗衣粉的去污效果好 说明加酶洗衣粉的最适温度为37 解析 选a 探究某种加酶洗衣粉所需要的最适温度 需要以温度为实验变量设置对照实验 观察指标为不同温度环境中洗衣粉的去污效果 其他的无关变量均需控制相同 b中洗衣粉不等量 c中温度数量太少 只能说明45 比30 酶活性高 而不能说明45 就是最适温度 d中实验变量为酶的有无 实验结论是加酶洗衣粉比普通洗衣粉有较强的去污能力 而不能得到酶的最适温度 固定化技术1 固定化酶和固定化细胞常用的材料固定化酶常用纤维素 琼脂糖 多孔玻璃和离子交换树脂等载体 而固定化细胞常用琼脂 海藻酸钠 钙 明胶和聚丙烯酰胺凝胶等 一种或几种 一种 一系列酶 化学结合固定化 物理吸附固定化 包埋法固定化 否 否 是 各种物质 大分子 小分子 各种物质 大分子 小分子 小分子物质 2 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞的比较 对环境条件非常敏感 易失活 难回收 成本高 影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物不易与酶接触 尤其是大分子物质 反应效率下降 催化效率高 耗能低 低污染 既能与反应物接触 又能与产物分离 可以反复利用 成本低 操作容易 果胶酶 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞 高考警示钟 固定化实验中的易错点总结 1 海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响 海藻酸钠溶液浓度过高 将很难形成凝胶珠 浓度过低 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少 2 海藻酸钠溶液配制注意事项 海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热 避免海藻酸钠发生焦糊 将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温 再与酵母细胞混合 避免高温杀死酵母细胞 固定化酵母细胞时 应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到cacl2溶液中 而不是注射 以免影响凝胶珠的形成 典例训练2 2011 福建模拟 在20世纪50年代 酶已经大规模地应用于各个生产领域 到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术 1 在实际生产中 固定化酶技术的优点是 与固定化酶技术相比 固定化细胞技术固定的是 2 制备固定化酵母细胞 常用的包埋材料是 使用了下图中方法 填出号码及名称 3 制作固定化酵母细胞时 充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和 溶液中形成凝胶珠 部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形 其主要原因是 解题指南 1 知识储备 1 固定化酶的优点以及与固定化细胞的联系 2 固定化实验过程和结果的分析 2 考查实质 本题考查固定化酶与固定化细胞技术 解析 1 将酶固定化后 可使酶在催化反应之后不随产物流走 可以反复利用 将细胞固定化后 可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定 2 海藻酸钠一般不能参与化学反应 同时 在高温下容易溶化 温度降低时又形成多孔性固体颗粒 是包埋酵母菌的好材料 图 为共价键结合法 图 为吸附法 图 为包埋法 3 凝胶珠是高温下溶化的海藻酸钠与酵母菌混合后在cacl2溶液中形成的 若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近 可能形成片状或长条形 而不是圆形的凝胶珠 答案 1 酶既能与反应物接触 又容易与产物分离 固定在载体上的酶能反复利用多酶系统 或一系列酶 多种酶 2 海藻酸钠 包埋法 3 cacl2海藻酸钠浓度过高 或针筒离液面过近 高度不够 互动探究 1 上题 2 中固定化细胞常用载体的共同特点是什么 提示 不溶于水且多孔 分析 在固定化细胞技术中 载体的主要作用是固定细胞 不让细胞溶于产物中 当然 也要考虑固定的材料尽可能对酶的催化不产生影响或产生的影响最小 2 在制备固定化酵母细胞实验中影响实验成败的关键步骤是什么 提示 配制海藻酸钠溶液 分析 制备固定化酵母细胞的关键是配制海藻酸钠溶液 如果浓度过高 将很难形成凝胶珠 如果浓度过低 形成的凝胶珠中包埋的酵母细胞数目少 影响实验效果 1 下面是有关普通洗衣粉和加酶洗衣粉对污渍的洗涤效果是否相同的探究实验 请据表分析 下列选项正确的是 a 能说明加酶洗衣粉效果好的组合方式是1和2b 能说明酶活性受温度影响的实验是2和3c 该实验中发挥作用的酶主要是蛋白酶d 该实验只能以褪色时间为因变量 解析 选a 具体分析如下 2 2009 江苏高考 加工橘子罐头 采用酸碱处理脱去中果皮 橘络 会产生严重污染 目前使用酶解法去除橘络 可减少污染 下列生长在特定环境中的四类微生物 不能大量产生所用酶的是 a 生长在麦麸上的黑曲霉b 生长在酸奶中的乳酸菌c 生长在棉籽壳上的平菇d 生长在木屑上的木霉 解析 选b 本题考查了酶的专一性 纤维素是橘络 麦麸 棉籽壳 木屑的重要成分 则黑曲霉 平菇 木霉能产生纤维素酶 可以利用 乳酸菌培养基为酸奶 主要成分是蛋白质 不含有纤维素 故乳酸菌不能产生纤维素酶 3 目前 酶已经大规模地应用于各个领域 下列属于酶应用中面临的实际问题的是 a 酶对有机溶剂不敏感 但对高温 强酸 强碱非常敏感b 加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂 比普通洗衣粉更易污染环境c 固定化酶可以反复利用 但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性d 酶的催化功能很强 但需给以适当的营养物质才能较长时间维持其作用 解析 选c 酶对有机溶剂 强酸 强碱 高温等条件都很敏感 容易失活 加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂 如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等 这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上的污渍 而且对人体没有毒害作用 并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解 不会污染环境 固定化酶是指限制在一定的空间范围内 如颗粒状的载体上等 可以反复使用的酶制剂 固定化酶的使用 既保证了产物的纯度 又降低了生产成本 但酶的活性易受环境等因素的影响 酶不是生物 发挥作用无需提供营养 4 下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是 a 酶分子很小 宜采用包埋法b 酶分子很小 宜采用化学结合法或物理吸附法c 细胞个大 难被吸附或结合d 细胞宜采用包埋法固定 解析 选a 本题考查了酶和细胞的固定方法 酶的固定适合采用化学结合法和物理吸附法 细胞的固定多采用包埋法 这是因为细胞个大 而酶分子很小 个大的细胞难以被吸附或结合 而小的酶容易从包埋材料中漏出 5 2009 江苏高考 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述中 正确的是 a 固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显b 固定化酶的应用中 要控制好ph 温度和溶解氧c 利用固定化酶降解水体中有机磷农药 需提供适宜的营养条件d 利用固定化酵母细胞进行发酵 糖类的作用只是作为反应底物 解析 选a 本题的具体分析如下 6 2010 江苏高考 如图1表示制备固定化酵母菌细胞的有关操作 图2是利用固定化酵母菌细胞进行酒精发酵的示意图 下列叙述正确的是 多选 a 刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液b 图1中x溶液为饱和硼酸 氯化钙溶液 其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠c 图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触d 图1中制备的凝胶珠用无菌水洗涤后再转移到图2装置中 解析 选b c d 本题考查了固定化细胞技术的操作过程 溶化的海藻酸钠应冷却后与活化的酵母菌细胞混合 图1中饱和硼酸 氯化钙溶液可使海藻酸钠形成凝胶珠 图2中要进行搅拌以使培养液与细胞充分接触 图1中制备的凝胶珠要经过洗涤再移到图2装置中 7 下面的流程图为制备固定化酵母细胞的过程 请据图回答 酵母细胞活化 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 图中酵母细胞活化就是 状态 活化前应选择足够大的容器 因为酵母细胞活化时 2 影响此实验成败的关键步骤是 3 上题中制备的固定化酵母细胞的不足之处除了在好氧性发酵中 溶解氧的传递和运输速率会限制实验外 还有 4 若海藻酸钠浓度过高 将很难形成