高中生物 1.3酶的制备及应用课件 中图版选修1 .ppt

第三章酶的制备及应用 影响出汁率的物质及处理方法1 影响出汁率的物质 1 物质名称 果胶质 2 造成的问题 果肉的出汁率低 耗时长 果汁浑浊 黏度高 不易澄清和过滤 2 处理方法 酶解法 以果胶酶为例 1 作用机理 果胶质小分子有机酸 2 作用条件 最适温度 45 50 最适ph范围 3 0 6 0 3 过程 以苹果汁为例 制备苹果汁 配制酶液 降解苹果汁 沉淀 3 果汁得率的计算方式r v1 v2 100 r 果汁得率 v1 澄清果汁体积 v2 处理前果汁体积 加酶洗衣粉1 加酶洗衣粉中的酶 催化污渍中的蛋白质水解 作用于纤维织物上的微纤维 避免出现发毛 缠球等现象 催化淀粉水解 催化脂肪 油渍 水解 35 50 50 60 40 60 9 11 7 11 8 10 品种多 使用广 2 关于加酶洗衣粉的探究实验 1 分析不同温度对加酶洗衣粉洗涤条件的影响实验 实验变量 水温 必须设置温度梯度 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 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 实验变量 a 自变量 不同种类的加酶洗衣粉 b 无关变量 其他条件相同且适宜 如温度 ph等 c 实验步骤 高考警示钟 酶活性不等同于酶促反应速度同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低 但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念 其影响因素也不完全相同 如酶的浓度 反应物的浓度可以影响反应速度 但不能影响酶的活性 固定化酶与固定化细胞 一种 一系列 共价键结合法 包埋法 物理吸附法 包埋法 酶与反应物结合 又与产物分离 固定在载体上的酶可反复利用 成本低 操作更容易 一种酶只能催化一种或一类化学反应 可能导致反应效果下降 木瓜蛋白酶的固定化 大肠杆菌细胞的固定化 高考警示钟 固定化酶只是固定了一种酶 酶活性易受温度 ph等条件的影响 固定化细胞则是固定了一系列酶 能催化一系列反应的进行 当细胞维持活性时 酶活性一般不变 有关酶的实验 典例训练1 在工业生产果汁时 常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出汁率 为了研究温度对果胶酶活性的影响 某同学设计了如下实验 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 将果胶酶与苹果泥混合 再次在10 水浴中恒温处理10分钟 如图b 将步骤 处理后的混合物过滤 收集滤液 测果汁量 如图c 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 根据上述实验 请分析回答下列问题 1 果胶酶能破除细胞壁 是因为果胶酶可以促进细胞壁中 的水解 2 实验结果表明 当温度为 时果汁量最多 此时果胶酶的活性在所设的温度条件下 3 为什么此实验可以通过测量滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低 4 下列a b c图依次表示果胶酶浓度一定时 果胶酶的反应速度与反应物浓度 温度 ph之间的关系 据图完成下列问题 图a中 反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是 图b中 曲线ab段表明 曲线bc段表明 将装有果胶酶与反应物的甲 乙两支试管分别放入12 和90 水浴锅中 20分钟后取出转入40 的水浴锅中保温 两支试管内的反应是 甲 乙 图c表示果胶酶浓度 反应物浓度 温度等一定时 果胶酶催化反应的速度随ph变化的曲线 实验时可根据 来判定果胶酶的最适ph 解题指南 1 考查实质 本题主要考查果胶酶的作用及其影响条件 2 解题关键 要弄清果胶酶的作用机理和影响酶活性的重要因素 能够分析表格中的数据变化规律和各要素间的因果关系 解析 1 果胶酶能够把果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸 2 根据表格可知 40 时果汁量最多 则此温度时酶活性在所设温度的条件下最大 3 果胶酶将果胶分解为小分子物质 这些物质可以通过滤纸 苹果汁体积越大 表明果胶酶活性越高 4 酶是生物体内具有催化能力的有机物 绝大多数是蛋白质 其催化效率受反应物浓度 温度 ph等的影响 图a中 当反应物在低浓度范围内增加时 反应速度迅速上升 当反应物达到一定浓度时 随反应物浓度增加 反应速度不再增加 这是因为酶虽然有高效性 但催化能力也有一定限度 当所有酶都发挥了最高效能后 反应物浓度再增加 反应速度也不增加 这时受酶浓度限制 图b中 从a点到b点曲线上升 这是因为温度升高 酶活性升高 曲线bc段下降 因为温度超过最适温度 酶活性降低 甚至失活 由于甲试管温度较低 所以酶活性较低 反应速度很慢 当转入40 酶的适宜温度 的水浴锅中时 其反应速度迅速增加 乙试管在90 高温下 酶结构被破坏 酶变性失活 当转入40 的水浴锅中保温时 酶活性也不再恢复 故无催化反应 图c表示当果胶酶浓度 反应物浓度 温度等一定时 果胶酶催化反应的速度随ph变化的曲线 实验时可根据果汁的量来判定果胶酶的最适ph 答案 1 果胶 2 40 最高 3 单位时间内得到的果汁越多 说明此反应速度越快 即酶的活性越高 反之 则酶的活性越低 4 受反应物中酶浓度的限制 果胶酶的活性随温度升高而增大超过最适温度 酶的活性随着温度升高而降低 反应速度加快无催化反应 果汁的量 互动探究 1 上题表中果汁量最多的是不是就一定是果胶酶的最适温度 如何更精确探究果胶酶的最适温度 提示 不一定 在产生果汁最多的温度附近设置更小的温度梯度 如5 1 等 进一步实验 2 题中的步骤 能否省略 为什么 提示 不能 步骤 保证了果胶酶和苹果泥混合前处于相同温度 避免混合时温度不同对实验结果的影响 固定化技术 典例训练2 根据下面的实验原理 实验过程分析讨论 实验原理 麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中 啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇 实验过程 取斜面培养基上的新鲜啤酒酵母 接种于10ml麦芽汁液体培养基中 25 培养24h 30h 取1 6g海藻酸钠于无菌小烧杯中 加无菌水少许调成糊状 再加入无菌水至40ml 在98kpa条件下灭菌15min 冷却到45 左右后 与预热至35 左右的10ml酵母培养液混合搅拌均匀 立即倒入带喷嘴的无菌小塑料瓶中 或装有5号针头的注射器外套中 以缓慢均匀的速度滴入盛有葡萄糖 氯化钙混合液的容器中 浸泡30min制成凝胶珠 倒去葡萄糖 氯化钙混合液 用无菌水洗涤凝胶珠三次后 将凝胶珠放入500ml三角瓶中 加入300ml无菌麦芽汁液体培养基 置于25 下封口发酵5d左右 倒出发酵后的麦芽汁即为生啤酒 品尝其口味 1 凝胶珠是由 组成的 它的作用是 2 如果进行多批次的生产 本实验中的啤酒酵母与普通发酵中的酵母菌在使用上的区别是 3 固定化酶和固定化细胞技术是利用 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术 包括 和 其中细胞多采用固定化 而酶多采用和固定化 4 制作成功的凝胶珠应用 冲洗 其颜色为 将凝胶珠加入用于发酵的麦芽汁后发现有 产生 同时有 味散发 5 固定化细胞与固定化酶和游离酶相比具有什么优点 解题指南 1 考查实质 本题以啤酒酵母的固定化考查固定化技术 2 解题关键 1 啤酒酵母固定化后可以反复使用 而普通发酵中啤酒酵母不能反复使用 2 固定化技术使酶与产物易分离 且细胞固定化技术中酶的活性更加稳定 解析 本题考查固定化细胞的应用实例 同时考查利用题干信息及已有知识解决实际问题的能力 应用固定化酵母细胞可以催化一系列化学反应 并且能够连续使用 而普通发酵中的酵母菌不能反复使用 固定化酶常用的方法为共价键结合法和物理吸附法 固定化细胞常用的方法为包埋法 啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将麦芽汁转化成乙醇 答案 1 啤酒酵母和海藻酸钠啤酒酵母能产生酶将渗入凝胶珠的麦芽汁中的糖转化成乙醇 海藻酸钠能够使啤酒酵母细胞固定 2 将生啤酒倒出后 将凝胶珠再投放入新鲜的麦芽汁中 可以反复连续使用 而普通发酵中的酵母菌不能反复使用 3 物理化学包埋法共价键结合法物理吸附法包埋法共价键结合法物理吸附法 4 无菌水浅黄色气泡酒 5 二者均可用搅拌或装柱形式与底物溶液接触 可以在较长时间内反复 连续使用 降低酶的使用成本 可提高酶的稳定性 便于严格控制酶促反应过程 容易与产物分开 提高产物的质量 固定化细胞的发展比固定化酶更进一步 它省去了酶的分离 纯化工序 同时酶的活性更加稳定 变式训练 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 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 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 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 请你帮助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 分别编号1 2 按相应程序进行操作 请把表中未填写的内容填上 3 取两个大烧杯 同时进行过滤 观察 或比较 并记录结果 实验结果的预测及结论 如果是 则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的最适ph 1 本课题的实验步骤中 在完成 向烧杯中分别加入苹果泥 向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 请问上述哪一种方法更为科学 并说明理由 2 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 3 如果用曲线图的方式记录实验结果 在现有的条件下 横坐标表示ph 纵坐标表示 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 在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图 若实验所获得的最适ph m 请你在所选的曲线图中标出 m 点的位置 解析 课题 一 2 根据实验设计的对照原则和等量原则分析可知 2号烧杯中注入蒸馏水 则1号烧杯应注入待验证其作用的果胶酶溶液 1号烧杯注入的物质是2ml 则2号烧杯注入蒸馏水也应是2ml 3 本实验是通过测定或观察相同时间内滤出的果汁的体积或果汁的澄清度来表达酶的水解作用的 课题 二 果胶酶可以提高果汁的出汁率和澄清度 方法二是将试管中的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相等的两溶液相混合 这样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环境 否则 会由于酶在ph升高或降低时将果胶分解而造成误差 实验操作中要用玻璃棒不时搅拌的目的是使酶和反应物 果胶 充分地接触 以减小实验误差 实验中的坐标图 横坐标表示ph 纵坐标表示果汁体积 在一定范围内 随ph增大 酶的活性增强 果汁产生多 体积增大 超过最适ph 随ph增大 酶的活性减弱 果汁产生少 体积减小 答案 课题一 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实验结果的预测及结论 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 澄清度高课题二 1 方法二此方法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 2 酶和反应物 果胶 充分地接触 3 果汁体积甲如图 2 加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉 可以水解掉衣物中的蛋白质等有机污渍 请回答下列问题 1 构成碱性蛋白酶的基本单位是 碱性蛋白酶的合成场所位于细胞中的 2 由图可知 该实验的目的是探究 50 时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量是 3 下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的有关记录 该实验设计主要体现了实验设计的 原则 若实验组1号洗净所需时间接近7分钟 最可能的原因是 4 下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有 棉织品 毛织品 腈纶织品 蚕丝织品 5 根据以上实验结果 写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施 解析 1 碱性蛋白酶的本质是蛋白质 其基本单位为氨基酸 在核糖体上将氨基酸合成为蛋白质 2 本实验的自变量有碱性蛋白酶和温度 分析曲线 50 时碱性蛋白酶的含量为0 6 时去污力最强 3 表中1与3 2与4或者1与2 3与4分别为对照实验 且符合单一变量原则 若实验组1中加酶与2中不加酶效果相同 则很可能是加入的酶没有活性 4 洗衣粉中蛋白酶能将蛋白质分解 毛织品和蚕丝织品的主要成分是蛋白质 如用此洗衣粉 衣料将被分解从而损坏 5 从表中分析可知 适当提高温度 适当增加洗衣粉的用量或延长浸泡的时间等 都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果 答案 1 氨基酸核糖体 2 温度 碱性蛋白酶的含量对去污力的影响0 6 3 对照 单一变量 酶失活 4 5 用温水浸泡 延长浸泡时间 增加洗衣粉的用量等 写出两项合理答案即可 3 纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而组成的高分子化合物 广泛存在于植物的根 叶 茎等器官中 根据人们的需要 有时要对纤维素进行相应处理 1 在生产果汁时为了解决果肉出汁率低的问题 人们使用 纤维素酶等处理 2 为了使纤维素分解菌能被反复利用可以采用 技术 它与普通酶相比优点有 3 下图中属于上述技术得到的菌的是 解析 1 植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶 二者均影响果肉的出汁率和澄清度 2 反复利用是固定化技术的优点 能使生物受外界影响变小 3 在固定化细胞时由于细胞较大 适合用包埋法 即d选项 答案 1 果胶酶 2 固定化细胞成本低 易操作 可以被反复利用 3 d 4 2012 济宁模拟 某工厂生产了一种加酶洗衣粉 其包装袋上印有如下部分说明 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小时 使用温水效果更佳 注意 切勿用于丝质及羊毛衣料 用后彻底清洗双手 请回答以下问题 1 质检局针对该洗衣粉设计了如下装置进行实验 该实验的目的是 2 一学生为探索该洗衣粉中酶催化作用的最适温度 参考上述 的实验材料及方法进行了有关实验 并把结果用下列曲线图 表示 由图可知 使用该加酶洗衣粉的最适宜温度约为 该学生在实验过程中可通过直接测定 来表示酶的催化效率 3 该加酶洗衣粉不能用于洗涤丝质及羊毛衣料 其主要原因是 解析 1 a组洗衣粉溶液处于适宜温度下 b组洗衣粉溶液经煮沸处理 通过观察胶片上蛋白膜的消失来判断洗衣粉的洗涤效果 因此实验的目的是探究高温对加酶洗衣粉洗涤效果的影响 2 从所得的实验结果可知 该加酶洗衣粉的最适宜温度约为45 在测定酶的催化效率时 可用胶片上蛋白膜消失所需要的时间长短来表示 3 丝质或羊毛衣料的主要成分是蛋白质 而该加酶洗衣粉中含有碱性蛋白酶 易将丝质或羊毛衣料中的蛋白质分解 故该加酶洗衣粉不能用于洗涤丝质及羊毛衣料 答案 1 探究高温煮沸对加酶洗衣粉洗涤效果的影响 2 45 胶片上的蛋白膜消失时间的长短 3 丝质及羊毛衣料所含的蛋白质会被加酶洗衣粉中的蛋