生物酶的研究与应用

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 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 1 果胶 在果汁加工中 果胶不仅会影响出汁率 还会使果汁浑浊 果胶酶能够分解果胶 瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层 使榨取果汁更容易 而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸 也使得浑浊的果汁变得澄清 果胶酶 果胶酶并不特指某一种酶 而是分解果胶的一类酶的总称 包括多聚半乳糖醛酸酶 果胶分解酶和果胶酯酶等 指酶催化一定化学反应的能力 酶活性的高低可以用在一定条件下 酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示 酶反应速度用单位时间内单位体积中反应物的减少量或生成物的增加量来表示 1 酶的活性 2 酶的活性与影响酶活性的因素 2 影响酶活性的因素 a 温度 b pH c 酶的抑制剂 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 酶的活性受温度pH值等外界因素的影响 本节课我们首先探究一下温度对酶活性的影响 好 就让我们一起来探究吧 提出问题 探究温度对酶活性的影响 预期假设 在最适温度 约40 酶的活性最大 低于或高于最适温度时酶活性递减 如何设计实验取得证据证明假设 搅拌器搅拌制成苹果泥均分装入 9支试管 果胶酶水溶液等量 9支试管 各取一支分九组分别放入30 35 40 45 50 55 60 65 70 的恒温箱中恒温加热 待试管内温度稳定后 将果胶酶加入相同温度的苹果泥内 恒温保持10分钟 过滤果汁 用量筒测量果汁的量 填入表格 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 避免影响实验结果 在实验设计时 如何保证实验的单因素控制 说明 等量的控制 果泥 果胶酶的量 等时间的控制 反应时间 过滤时间 恒温的控制 不同反应物的预热水浴 反应物的混合搅拌等 其他处理 加水 滤纸等 分析结果得出结论 温度影响酶的活性 探究pH对果胶酶活性的影响 只须将温度梯改成pH梯度 并选定一个适宜的温度进行水浴加热 反应液中的pH可以通过体积分数为0 1 的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节 搅拌器拌制成苹果泥均分装入 果胶酶水溶液等量 支试管 支试管 各取一支分 组分别放入37度的恒温水箱中恒温加热 待试管内温度稳定后 将果胶酶加入相同温度的苹果泥中调节 为 恒温保持 过滤果汁 用量筒测量果汁的量 填入表格 探究PH对酶活性的影响将乳清蛋白 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37度的水浴锅内 过一段时间后 容器内剩余的物质为 A 淀粉 胃蛋白酶 多肽和水B 唾液淀粉酶 淀粉 胃蛋白酶 水C 唾液淀粉酶 多肽 胃蛋白酶 水D 唾液淀粉酶 麦芽糖 淀粉 胃蛋白酶 水 A 探究果胶酶的最适用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的 实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液 此时 研究的变量是果胶酶的用量 其他因素都应保持不变 否则将影响实验结果的准确性 探究果胶酶的最适用量 根据实验数据绘制出的温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图 5 结果分析与评价 不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图 在浓度和体积相同的条件下 酶的用量 0 体积 mL 谢谢指导 1 定义 一 加酶洗衣粉 含有酶制剂的洗衣粉 2 成分 除含有普通洗衣粉的成分外 还含有多种酶制剂 蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶 纤维素酶 复合酶 课题2探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 蛋白酶 应用 有助于去除如汗渍 血渍 青草 粘液 粪便以及各种食品类中的蛋白质污垢 作用 碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸 种类 我国在洗衣粉中添加的蛋白酶最主要的是碱性蛋白酶 脂肪酶 应用 可以催化水解各类动植物油脂和人体皮脂腺分泌物及化妆品污垢 种类 碱性脂肪酶 作用 碱性脂肪酶能使甘油三脂水解成容易用水冲洗掉的甘油和游离脂肪酸 从而达到清除衣物上脂质污垢的作用 方程式 淀粉酶 应用 可以去除例如来自面条 巧克力 肉汁和婴儿食品中含有淀粉的污垢 方程式 纤维素酶 应用 去除棉纺织品表面的浮毛 使洗涤后的棉纺织品柔软蓬松 织纹清晰 色泽更加鲜艳 穿着更加舒适 种类 碱性纤维素酶 方程式 复合酶 实际污垢组成复杂 往往蛋白污垢被脂肪污垢或淀粉污垢覆盖 单一酶的作用一般达不到彻底清除污垢的作用 而复合酶可以发挥其独特的 协同效应 试验测定 单独使用蛋白酶或淀粉酶 得到的洗涤效果远不如把每种酶用量减半后放在一起使用的效果 即给定酶的用量 复合酶的效果远远超过单一酶的效果 原因是淀粉酶分解了污渍表面的淀粉污垢 使蛋白酶能以更有效的方式向蛋白质污垢进攻 三 普通洗衣粉和加酶洗衣粉异同 相同点 不同点 表面活性剂可以产生泡沫 可以将油脂分子分散开 水软化剂可以分散污垢 等等 酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物 小分子有机物易于溶于水 从而与纤维分开 四 影响酶活性的因素温度 pH等 成分 略用法 洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内数小时 用温水浸泡效果更佳 切勿用60 以上的水 注意 切勿用于丝质及羊毛衣料 用后须彻底清洗双手 五 资料分析 一般洗衣粉不易清除衣物的血渍和奶渍 但加酶洗衣粉则可以 一生物活性洗衣粉包装盒上印有以下材料 二 实验设计 一 子课题一 探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果 1 实验原理 生活中的各种污渍主要是蛋白质 脂质 淀粉等多种不溶于水的有机物 这些有机物能在相应的蛋白酶 脂肪酶和淀粉酶的作用下水解成易溶于水的小分子有机物 2 遵循原则 实验变量为洗涤剂 设计时应遵循单一变量原则 对照性原则有效的控制其他变量 如水的用量 污染物的量 所用实验用布的质地大小 两种洗衣粉的用量 搅拌及洗涤时间 3 实验操作流程 1 实验准备 带有污染物的实验用布的制取 取一定量的污染物制成溶液 取等量的污染物滴加在相同大小 质地的新布上 称取等量的洗衣粉 用天平准确称取等量普通洗衣粉和加酶洗衣粉 2 实验过程 取两只大烧杯并编号 用量筒分别量500ml蒸馏水放入其中 放入400C的水浴锅保温 将制好的污染布和洗衣粉 一组为污染布和普通洗衣粉 另一组为污染布和加酶洗衣粉 分别放入两只烧杯中 用玻璃棒同时充分搅拌一段时间 一段时间后搅拌可重复进行 过相同的时间后观察洗涤效果 3 实验结论加酶洗衣粉的效果好 1 分析资料二 温度梯度设置并不恰当和完善 主要是梯度差值偏大 假定用上述梯度测得40度时洗涤效果最好 也并不能说最适温度就是40度 二 子课题二 探究加酶洗衣粉使用时的最适温度 请你分析这个方案是否完善 妥当 并提出改进建议 改进 制取同样的污染布 称取等量的同一种洗衣粉 分几个温度不同的试验组 温度梯度可设为20 25 30 35 40 45 50 55度 若测出在40度时洗涤效果最好 可设置更细的试验组如35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45度 直至测出具体的最适温度 实验原理 酶的活性受温度的影响 最适温度时酶的活性最大 去污力最强 高于或低于此温度酶的活性降低 去污力下降 洗涤效果的判断 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 最好能进行定量的比较 2 实验设计 三 子课题三 不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果 1 实验原理 不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同 而酶具有专一性 所以对不同污渍洗涤效果不同 三 课题延伸1 衣领净 含高效表面活性剂 增白剂 液体蛋白酶制剂等成分 可洗去领口 袖口的顽渍及其它顽渍 而一般洗衣粉效果较差 2 厨房的洗涤剂有两大类 1 用于清洗食具的洗涤剂 如洗洁净 其重要的化学成分是化学合成的烷基类活性剂 对皮肤有刺激性 残留的烷基苯磺酸盐对人体有一定的危害 2 用于清洗灶具 排气扇油垢的清洗剂 它渗透能力 脱脂能力强 碱性也强 对皮肤有损伤 要求高的专业洗涤加入少量的脂肪酶 3 马桶污垢分三类酸性产品 中性产品和碱性产品 目前市场上以酸性为主 清洗效果最佳 洁厕灵是人们常用的一种洁厕剂 其主要成分是 各种有机酸 缓蚀剂 增稠剂 表面活性剂 香精等 课题3酵母细胞的固定化 基础知识 一 固定化酶的应用实例 1 利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例 1 高果糖浆的生产需要酶 葡萄糖异构 2 葡萄糖异构酶的优点 稳定性好 可以持续发挥作用 3 在生产中直接使用酶有什么缺点 酶溶解于葡萄糖溶液后 无法回收 造成浪费 2 固定化酶的反应柱示意图 3 固定化酶在生产实践中的优点 反应柱能连续使用半年 大大降低了生产成本 提高了果糖的产量和质量 二 固定化细胞技术 1 将酶或细胞固定化的方法 将酶 或细胞 包埋在细微网格里 将酶 或细胞 相互连接起来 将酶 或细胞 吸附在载体表面上 包埋法 化学结合法 物理吸附法 2 固定化酶和固定化细胞的联系与区别 联系 应用相同 都能催化某些反应 区别 1 固定化细胞固定的是一系列酶 2 固定化细胞技术操作容易 成本低 容易回收 3 固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 其共同的特点是不溶于水的多孔性载体 一 制备固定化酵母细胞 实验操作 1 酵母细胞的活化 2 配制物质的量浓度为0 05mol L的CaCl2 3 配制海藻酸钠的溶液 4 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5 固定化酵母细胞 二 用固定化酵母细胞发酵 实验操作 1 将固定化的酵母细胞 凝胶珠 用蒸馏水冲洗2到3次 2 将150ml质量分数为10 的葡萄糖溶液转移到200ml的锥形瓶中 再加入固定好的酵母细胞 置于25摄氏度下发酵24h 在缺水的状态下 微生物会处于休眠状态 活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态 酵母细胞所需要的活化时间较短 一般需要0 5 1h 教师需要提前做好准备 此外 酵母细胞活化时体积会变大 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外 一 酵母细胞的活化 实验操作过程中要注意的下列问题 二 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环 涉及到实验的成败 教师一定要提醒学生按照教材的提示进行操作 练习 1 直接使用酶 使用固定化酶和使用固定化细胞催化反应 各有哪些优点与不足 2 固定化酶和固定化细胞技术有哪些 各有什么优缺点