高考二轮复习 专题八 第2讲 酶的应用和生物技术在其他方面的应用课件 新人教版.ppt

第2讲酶的应用和生物技术在其他方面的应用 一 酶的应用1 酶在食品制造和洗涤等方面的应用 1 影响果汁产量的物质及处理方法 影响果汁产量的物质 和 纤维素 果胶 处理方法 酶解法 常用的酶及其作用特点 c1酶 cx酶 葡萄糖苷酶 催化果胶分解为可 溶性半乳糖醛酸 2 加酶洗衣粉 常用酶制剂的种类及洗涤原理 蛋白酶 蛋白质 小分子肽 脂肪酶 脂肪 淀粉酶 淀粉 纤维素酶 纤维素葡萄糖 氨基酸 甘油 脂肪酸 麦芽糖 2 制备和应用固定化酶与固定化细胞 1 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞的比较 包埋法 可回收反复使用 2 制备固定化酵母细胞的注意事项 酵母细胞的活化 a 活化时间一般需要 b 活化时体积会变大 因此活化前应该选择体积足够大的容器 以避免酵母细胞的活化液溢出容器 1h左右 海藻酸钠的浓度 a 浓度过高 将很难形成凝胶珠 b 浓度过低 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目 影响实验效果 刚形成的凝胶珠应在cacl2溶液 饱和硼酸 氯化钙溶液 中浸泡30min左右 以便形成稳定的结构 检验凝胶珠的质量 a 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 b 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 少 二 植物组织培养1 植物组织培养 生长素 植物细胞的全能性 愈伤组织 2 植物组织培养和花药离体培养的区别 1 选材不同 植物组织培养选择 细胞 而花药离体培养则选择 细胞 2 生殖方式不同 植物组织培养为 生殖 而花药离体培养为 生殖 体 生殖 无性 有性 三 dna和蛋白质技术1 pcr扩增dna片段 1 原理 2 条件 3 场所 体外pcr扩增仪 4 方向 dna聚合酶不能从头开始合成dna 而只能从 因此 dna复制需要 dna的合成方向总是从 延伸 dna复制 模板 原料 酶 atp 3 端 延伸dna链 引物 子链的5 端向3 端 5 过程 a 当温度上升到90 以上时 双链dna解聚为单链 如下图 变性 b 温度下降到50 左右 两种引物通过碱基互补配对与两条单链dna结合 如下图 复性 c 温度上升到72 左右 溶液中的四种脱氧核苷酸在dna聚合酶的作用下 根据碱基互补配对原则合成新的dna链 如下图 延伸 2 血红蛋白的提取和分离 1 凝胶色谱法的原理 凝胶颗粒间隙 凝胶颗粒内部空隙 较短 较长 较快 较慢 从凝胶柱洗 脱出来 从凝胶柱洗脱出来 2 实验操作程序 生理盐水洗涤 去除杂蛋白 血红蛋白的释放 加甲苯 分离血红蛋白溶液 甲苯层 血红蛋白的水溶液层 透析 去除相对分子质量较小的杂质 四 dna的粗提取与鉴定1 材料的选取 选用dna含量相对较高的生物组织 2 破碎细胞 1 动物的红细胞 破裂 2 植物细胞 加入 后研磨 吸水 洗涤剂 食盐 3 除去杂质的方法 方法一 利用dna在不同浓度的 中溶解度的不同 通过调节 的浓度除去溶于和不溶于 中的杂质 方法二 利用dna对酶的耐受性 直接在滤液中加入嫩肉粉 反应10min 15min 嫩肉粉中的 能够分解蛋白质 而不会破坏dna 方法三 利用dna对 的耐受性 将滤液放在60 75 的恒温水浴箱中保温10min 15min 使蛋白质变性沉淀而dna分子还未变性 nacl溶液 nacl溶液 nacl溶液 木瓜蛋白酶 高温 4 dna的析出 向处理后的滤液中加入与滤液体积相等的 溶液 体积分数为95 静置2min 3min 溶液中会出现白色丝状物 用玻璃棒沿一个方向搅拌 卷起丝状物 5 dna的鉴定 在 的条件下 dna遇 会被染成蓝色 冷却的酒精 沸水浴 二苯胺 1 2012江苏高考 t16c 探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果时 在相同ph时 加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉 分析 酶的活性受ph影响 还受温度 水质等因素影响 所以在相同ph时 加酶洗衣粉的洗涤效果不一定好于普通洗衣粉 2 2012上海高考 t9d 酶在大规模产业化应用中的核心问题是固定化技术 而酶固定化所依据的基本原理在于酶具有可反复使用性 分析 固定化酶是指通过物理或化学的方法 将水溶性酶与非水溶性载体结合 既能与反应物接触又能与产物分离 与直接使用酶相比 除催化效率高 特异性强外 还可反复使用 3 2012江苏高考 t17d 在制作固定化酵母细胞时 将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗 目的是洗去cacl2和杂菌 分析 制作固定化酵母细胞时 将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗 目的是洗去cacl2和杂菌 防止凝胶珠硬度过大和杂菌污染 4 2011江苏高考 t15b 在酶的制备和应用中 透析 电泳和酸解等方法常用于酶的分离和纯化 分析 透析和电泳法可用于酶的分离和纯化 但酸解会破坏酶的结构 5 2010江苏高考 t3c 利用透析法纯化蛋白酶时 应以蒸馏水作为透析液 分析 利用透析法纯化蛋白质时 应以20mmol l的磷酸缓冲液作为透析液 ph为7 0 6 2009江苏高考 t23d 蛋白质和dna都可以用电泳的方法进行分离纯化 分析 电泳法可以分离纯化大分子物质 蛋白质和dna都是大分子物质 7 2009江苏高考 t3d 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 分析 利用固定化酵母细胞进行发酵时 糖类的作用除作为反应底物外 还为酵母菌的生长繁殖提供物质和能量 热点考向1酶在洗涤等方面的应用 典例1 下列关于加酶洗衣粉的说法 错误的是 a 加酶洗衣粉的效果总比普通洗衣粉效果好b 加酶洗衣粉效果的好坏受很多因素的影响c 加酶洗衣粉中目前常用的酶制剂有蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶和纤维素酶d 加酶洗衣粉相对普通洗衣粉有利于环保 解题探究 1 加酶洗衣粉是指含有的洗衣粉 其中应用最广泛 效果最明显的是和 提示 酶制剂碱性蛋白酶碱性脂肪酶 2 加酶洗衣粉和普通洗衣粉对环境各有什么影响 提示 加酶洗衣粉对环境污染轻甚至无污染 普通洗衣粉会导致水体发生富营养化 破坏水质 污染环境 解析 选a 加酶洗衣粉因含酶制剂 因此其洗涤效果受多种因素的影响 常用酶制剂有蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶 纤维素酶 加酶洗衣粉比普通洗衣粉含磷少 有利于环保 但由于酶具有专一性 只有洗衣粉中的酶与污渍相对应时 其优势才能发挥 否则 由于加酶洗衣粉表面活性剂的减少 洗涤效果可能还不如普通洗衣粉 总结提升 加酶洗衣粉洗涤效果的探究方法及变量分析 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遵循的原则 单一变量原则 如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 以控制洗衣粉的种类为变量 其他条件完全一致 对照原则 如普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照实验 3 影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素 有水温 水量 水质 洗衣粉的用量 衣物的材质 衣物大小 浸泡时间 洗涤的方式和洗涤的时间等 变式训练 某洗衣粉的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含洗衣粉的水内数分钟 使用温水效果更佳 注意 切勿用于丝质及羊毛衣料 用后彻底洗手 请回答下列问题 1 质监局针对该洗衣粉设计了如下实验 质监局做该实验的目的是 可通过观察予以确认 2 某中学生为探究该洗衣粉中酶催化作用的最适温度 参考上表中的材料及方法进行了有关实验 并把实验结果以曲线图a b的形式表示出来 由图可知 使用该加酶洗衣粉的最适温度约为 用文字描述0 45 酶催化效率的变化趋势 图b中温度从75 45 的催化效率变化曲线与横轴重合 这样画的理由是 该学生在实验过程中可通过直接测定不同温度下 来表示酶的催化效率 解析 1 由题意可知 b组加入经煮沸并冷却的相同浓度的该洗衣粉溶液 如果有蛋白酶 则高温变性失活 而a组只是加入一定浓度的洗衣粉溶液 没有经过任何处理 最后看a组中胶片蛋白膜是否消失 如果不消失 则该洗衣粉中不含有蛋白酶 如果消失 则洗衣粉中含有蛋白酶 2 由图可知 在45 时 酶的催化效率最高 所以 该加酶洗衣粉的最适温度是45 从0 45 随温度升高 酶的催化效率逐渐增强 75 时酶已失活 从75 降为45 酶活性不能恢复 酶的催化效率可用不同温度下蛋白膜消失时间或相同时间内胶片上蛋白膜消失的多少来表示 答案 1 检查该洗衣粉是否含有蛋白酶一段时间内a组中胶片上蛋白膜是否消失 2 45 在0 45 内 随温度的升高 酶的催化效率逐渐增强 酶的结构已被破坏 或酶的活性已丧失 不能恢复 胶片上蛋白膜完全消失所需时间的长短 或相同时间内胶片上蛋白膜消失的多少 热点考向2固定化技术在食品加工中的应用 典例2 下图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作 图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图 请回答下列问题 1 图1中x溶液为 其作用是使 2 图1中制备的凝胶珠用洗涤后再转移到图2装置中 图2发酵过程中搅拌的目的是为了使 3 在用海藻酸钠包埋酵母细胞形成凝胶珠的过程中 加热溶解海藻酸钠时需注意用加热 然后将溶化好的海藻酸钠溶液后 加入酵母细胞充分搅拌混合均匀 4 研究发现 固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好 且稳定性高 使用寿命长 某机构利用上述装置 将2 2 5 3 的海藻酸钠分别利用2 3 4 的x溶液进行凝胶化处理 所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 下发酵48h后的酒精产量见下表 从表中数据可以看出 随着x溶液浓度的增加 增加 凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与x溶液浓度分别是 解题探究 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 提示 配制cacl2溶液 饱和硼酸 氯化钙溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 2 制备过程要求严格的 防止其他微生物污染 提示 无菌操作 3 在海藻酸钠加热溶化的过程中 为防止海藻酸钠焦糊 应注意什么 提示 需使用小火或间断加热 解析 1 图1为固定化酵母细胞的步骤 x溶液为cacl2溶液 饱和硼酸 氯化钙溶液 作用是使胶体聚沉 即使海藻酸钠形成凝胶珠 2 图2为发酵过程 因是无氧呼吸 故搅拌的目的只是增加培养液与酵母细胞的接触面积 3 溶解海藻酸钠时需注意用小火或间断加热 然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后 加入酵母细胞充分搅拌混合均匀 防止高温杀死酵母细胞 4 分析表格可知随着x溶液浓度的增加 酵母细胞的固定化强度增加 固定化强度和产酒精量都较大的海藻酸钠与x溶液浓度分别是2 4 答案 1 cacl2溶液 饱和硼酸 氯化钙溶液 海藻酸钠形成凝胶珠 2 蒸馏水培养液与酵母细胞充分接触 3 小火 或间断 冷却 至室温 4 固定化强度2 4 总结提升 固定化酶和固定化细胞的主要方法 变式训练 某校学生尝试用琼脂作载体 用包埋法固定 淀粉酶来探究固定化酶的催化效果 实验结果见下表 假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通 淀粉酶量相同 实验表明1号试管中淀粉未被水解 你认为最可能的原因是 a 实验中的温度过高 导致固定化淀粉酶失去活性b 淀粉是大分子物质 难以通过琼脂与淀粉酶接触c 水浴保温时间过短 固定化淀粉酶未将淀粉水解d 实验程序出现错误 试管中应先加入碘液后保温 解析 选b 本题考查酶的固定化 意在考查理解和应用能力 由于固定化酶是用包埋法固定的 而淀粉是大分子物质 它不能通过琼脂与酶充分接触 导致淀粉不能被水解而遇碘液呈现蓝色 热点考向3dna的粗提取与鉴定 典例3 下图为 dna的粗提取与鉴定 实验的相关操作 这些操作目的正确的是 a 是洗涤血细胞 去除血细胞表面的杂质b 是溶解dna 去除不溶于酒精的杂质c 是溶解dna 去除不溶于2mol lnacl溶液的杂质d 是稀释nacl溶液 去除不溶于低浓度nacl溶液的杂质 解题探究 1 提取dna的实验原理 dna在不同浓度的nacl溶液中不同 提取dna nacl溶液 析出dna nacl溶液 提示 溶解度 高浓度低浓度 2 在 dna的粗提取与鉴定 实验中 两次使用蒸馏水 其目的分别是什么 提示 第一次是使鸡血细胞吸水涨破 获取含dna的滤液 第二次是稀释nacl溶液 使dna逐渐析出 解析 选c 是加蒸馏水使鸡血细胞吸水涨破获取含dna的滤液 是提纯dna 去除溶于酒精的杂质 是溶解dna 去除不溶于2mol lnacl溶液的杂质 稀释nacl溶液 使其浓度达到0 14mol l时 dna溶解度最小 使dna析出 总结提升 dna和蛋白质在nacl溶液中的溶解度大小规律总结 1 dna的溶解规律 在nacl溶液浓度低于0 14mol l时 dna的溶解度随nacl溶液浓度的增加而逐渐降低 在0 14mol l时 dna溶解度最小 当nacl溶液浓度从0 14mol l继续增加时 dna的溶解度又逐渐增大 2 蛋白质的溶解规律和应用 溶解规律 当nacl溶液浓度从2mol l降低的过程中 蛋白质溶解度逐渐增大 应用 可选择适当的盐浓度使dna充分溶解 而使蛋白质等杂质沉淀 或者相反 以达到分离目的 变式训练 在 dna的粗提取与鉴定 实验中 有两次dna沉淀析出 dna在nacl溶液浓度为0 14mol l时溶解度最低 dna在冷却的体积分数为95 的酒精中能够沉淀析出 该实验依据的原理是 a 两次都是 b 两次都是 c 第一次是 第二次是 d 第一次是 第二次是 解析 选c 第一次 dna在0 14mol l的nacl溶液中的溶解度最低 而高于或低于这一浓度 dna的溶解度都会增大 第二次使用酒精 dna不溶于酒精溶液 但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 这样dna就可以沉淀析出 热点考向4生物技术在物质提取及分离方面上的应用 典例4 材料 饲料原料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中 猪 禽等动物由于缺乏有关酶 无法有效利用植酸 造成磷源浪费 而且植酸随粪便排出后易造成环境有机磷污染 植酸酶能催化植酸水解成肌醇和磷酸 因此成为目前重要的饲料添加剂之一 1 商品化植酸酶主要来自微生物 在产酶菌株筛选过程中 常在基本培养基中添加不溶于水的植酸钙制成固体平板 植酸钙被植酸酶分解后可在平板上产生 可根据其大小选择目的菌株 所得菌株需要进一步测定植酸酶活性 活性测定可以植酸钠作为底物 活性可用一定条件下单位时间 表示 2 利用上述所得菌株制备植酸酶的流程如图 中的主要成分为 中包含多种酸酶等多种蛋白质 请写出一种纯化得到植酸酶的方法及其依据 3 为建设基因工程菌 可用pcr等技术从上述菌株中克隆植酸酶基因 pcr反应包含多次循环 每次循环包括三步 反应过程中打开模板dna双链的方法是 4 除植酸酶外 微生物还应用在的生产中 解题探究 正确识别流程图是解题的关键 1 由流程图知 制备植酸酶的过程分为离心 和纯化四个阶段 提示 透析粗提取 2 蛋白质纯化可采用的方法和原理比较 提示 解析 1 植酸钙被植酸酶分解后可在平板上产生以分泌植酸酶的产酶菌株为中心的透明圈 人为挑选即可以获得菌株 需要进一步对植酸酶活性进行测定 酶的活性可以通过酶促反应速率表示 即可以用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示 2 透析的目的主要是为了除去一些小分子的化合物 中包含多种酸酶等多种蛋白质 可以根据蛋白质相对分子质量的大小不同采用凝胶色谱法提出 也可以根据蛋白质分子带电性质和分子大小 形状的差异采用电泳法进行分离提纯 3 pcr反应包括变性 复性 延伸三步 体外扩增dna时通过加热使dna热变性以解开dna的双链 不需要添加解旋酶 4 微生物技术还可以生产蛋白酶 脂肪酶 纤维素酶等 答案 1 透明圈植酸钠的消耗量 肌醇和磷酸的生成量 2 小分子杂质凝胶色谱法 根据蛋白质之间分子大小 吸附性质等差异进行纯化 或电泳法 根据蛋白质之间带电性质 分子大小 形状的差异进行纯化 3 变性 复性 延伸加热 4 蛋白酶 脂肪酶 纤维素酶 果胶 酶的抑制剂 脂肪酶 一种或一类 一系列 酶 植物细胞的全能性 dna复制 变性 复性 延伸 凝胶色谱法 电泳法 相对分子质量大 小 带电性质 1 加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉 常用的酶制剂一般不包括 a 碱性脂肪酶b 酸性蛋白酶c 淀粉酶d 纤维素酶 解析 选b 加酶洗衣粉中加入的是碱性蛋白酶 不是酸性蛋白酶 2 某同学进行 加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果比较 课题研究 实验设计如下 设置2组实验 分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉 2组实验的洗衣粉用量 被洗涤的衣物量 衣物质地 污染物性质和量 被污染的时间 洗涤时间 洗涤方式等全部相同 洗涤温度都为35 根据污渍去除程度得出结论 这个实验设计中 错误的是 a b c d 解析 选a 在实验中 应遵循对照原则和单一变量原则 本实验中 变量是洗衣粉的种类 其他条件应完全一致 应设计普通洗衣粉处理污渍与加酶洗衣粉处理污渍形成对照实验 3 2013 江苏高考 下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述 正确的是 a 可用包埋法制备固定化酵母细胞b 反应产物对固定化酶的活性没有影响c 葡萄糖异构酶固定前后专一性不同d 固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应 解析 选a 本题考查固定化酶和固定化细胞技术 a项中 固定化酵母细胞使用包埋法 固定化酶适合采用化学结合法和物理吸附法 故正确 b项中 酶促反应的产物积累如ph变化会影响酶的活性 故错误 c项中 酶固定前后专一性不变 故错误 d项中 固定化细胞固定的是一系列酶 可以催化一系列反应 但不能催化各种反应底物的反应 故错误 4 2011 广东高考 以下关于猪血红蛋白提纯的描述 不正确的是 a 洗涤红细胞时 使用生理盐水可防止红细胞破裂b 猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核 提纯时杂蛋白较少c 血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测d 在凝胶色谱法分离过程中 血红蛋白比相对分子质量较小的杂蛋白移动慢 解析 选d 洗涤红细胞时 要用生理盐水反复洗涤 可以维持细胞的正常形态 防止破裂 猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核 提纯时杂蛋白较少 是提纯血红蛋白的理想材料 血红蛋白的颜色可用于观察红色区带的移动情况 并据此判断分离效果 分离提纯血红蛋白时用凝胶色谱法 是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质 相对分子质量大的蛋白质移动速度较快 5 双选 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述 不