高中生物 第二部分 酶的应用课件 浙科版选修1.ppt

第二部分酶的应用 考点一果汁中的果胶和果胶酶果胶和果胶酶 1 果胶是植物细胞壁的主要成分 由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成 2 果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶 与制取果汁有关 3 果胶酶的应用 制作果汁 使细胞间的果胶分解成半乳糖醛酸 使组织细胞分散开 降低水果匀浆黏度 澄清果酒 作为洗衣粉添加剂 除去衣服上的果汁 果酱等污物 2 探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件的实验 1 实验原理 果胶半乳糖醛酸 半乳糖醛酸甲酯 果胶酶的活性受温度 或ph 的影响 处于最适温度 或ph 时活性最高 果肉的出汁率 果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比 果胶不溶于乙醇 果胶酶 果胶甲酯酶 2 实验流程 3 实验分析 实验用的果胶酶溶液可用黑曲霉提取液或苹果青霉提取液代替 制作果汁的最佳条件是在温和条件下 使最多的水果成分溶解或分散在果汁中 且对人体无害 高考警示 果胶酶不是特指某一种酶 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 考点二 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测1 固定化酶 1 概念 将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上 使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂 2 方法 吸附法 共价偶联法 交联法和包埋法等 2 淀粉酶的固定化 1 介质 石英砂 2 方法 吸附法 3 操作步骤 固定化 淀粉酶 装入注射器中 以0 3ml min的流速滴加淀粉溶液过柱 流出5ml淀粉溶液后接收0 5ml流出液 滴加ki i2溶液 观察颜色 稀释1倍后再观察颜色 以10倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱 放置在4 冰箱中 几天后重复实验 3 淀粉水解作用的检测 淀粉遇碘显蓝色 淀粉酶 糊精遇碘显红色 麦芽糖遇碘不显色 淀粉酶 糖化淀粉酶 葡萄糖 4 直接使用酶和固定化酶比较 思维拓展 1 淀粉水解需要多种酶作用 淀粉酶只将淀粉水解为糊精 淀粉酶再将糊精水解成麦芽糖 最后糖化淀粉酶再将麦芽糖水解成葡萄糖 2 淀粉酶的来源 使用的 淀粉酶通常由枯草杆菌深度发酵制备 具有较强的分解淀粉的能力 可用于制备糊精 其最适ph为5 5 7 5 最适温度为50 75 类型一果汁中的果胶和果胶酶 典例1 我国水果生产发展迅速 由于收获的季节性强 易造成积压 腐烂变质 为了解决上述问题且满足不同人群的需求 可以加工制作果汁 果酒 果醋等 在果汁生产中用到果胶酶 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 结果如图所示 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 步骤d中在果胶酶和苹果泥混合前 将两者分装在不同试管中恒温保存的目的是 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 上述实验结果表明 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 请设计出进一步探究果胶酶的最适温度的实验方案 解析 1 实验顺序是 准备水果泥和配制果胶酶 水果泥和果胶酶分别水浴保温 水果泥和果胶酶混合保温 过滤果汁后用量筒计量 2 果胶酶的活性受温度 ph等条件的影响 而与底物的量 酶的浓度和水的加入量没有关系 每一种酶都有一个最适温度和最适ph且该值恒定 衡量实验结果的指标有两种 一是果汁的量 二是果汁的澄清度 为了保证实验在相应温度下进行 必须使酶和底物分别保温达到要求后再混合 在相同温度条件下 ph 酶的浓度和底物浓度也会改变反应速率 3 根据表格中数据可看出 在40 时产生果汁量最多 此时的温度比较接近酶的最适温度 要将温度确定得更加精确 应以40 为中心 以更小的温差 如0 5 设置自变量 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的改变 3 40 不能 应再设置多套装置 以40 为中心 以更小的温差 如0 5 测量在更小范围内的温度内的果汁的产生量 果汁产量最高的温度更接近酶的最适温度 变式训练 某同学用实验来探究ph对酶活性的影响 他准备了5支含有等量果胶酶溶液的试管 用0 1 的盐酸或氢氧化钠溶液调节至不同的ph 每支试管加五块0 1cm3的正方体苹果块 试管均置于25 室温条件下 1 请你帮助选取ph梯度 2 为使实验在更短的时间内完成 请写出一处改进实验的方法 3 生成果汁量与酶活性强弱的关系是 可根据来判断最适ph 解析 1 由于酶发挥作用的最适ph在7附近 故可选择5 6 7 8 9梯度 2 反应温度和反应底物与酶的接触面积都会影响反应速度 故可将温度由25 提高到大约50 或升高温度 或将正方体苹果块处理成苹果泥 3 果汁量与酶活性呈正相关 酶活性越大 果胶分解越快 生成的果汁越多 答案 1 5 6 7 8 9 说明 其他合理答案也可 2 将温度由25 提高到大约50 或升高温度 或将正方体苹果块处理成苹果泥 3 酶活性越大 果胶分解越快 生成的果汁越多生成果汁量的多少 果汁的澄清度 类型二 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 典例2 2013 杭州模拟 1 在工业生产中 为提高酶的使用效率和产品纯度 一般需要将酶进行固定化处理 利用石英砂固定 淀粉酶的方法属于 a 吸附法b 偶联法c 交联法d 包埋法 2 一定浓度的淀粉溶液流过 淀粉酶固定化酶柱后 被水解成 遇碘显色 3 淀粉酶可以通过枯草杆菌发酵生产 以下是利用诱变育种方法培育获得产生较多淀粉酶的菌株的主要实验步骤 原理 菌株生长过程可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉 在菌落周围形成透明圈 第一步 将枯草杆菌菌株接种到培养基上进行扩大培养 第二步 将枯草杆菌菌株分成两组 a组用处理 b组不处理 作对照 第三步 制备多个含淀粉的固体培养基 第四步 将a b组分别稀释后 分别在含淀粉的固体培养基上利用法分离 适宜条件下培养得到单菌落 第五步 观察a b组各菌落周围的 实验结果预期 根据诱发突变率低的特点 预期 根据诱发突变不定向性的特点 预期 解析 1 以石英砂为介质 吸附固定 淀粉酶的方法属于吸附法 2 淀粉被 淀粉酶催化水解成糊精 糊精遇碘显红色 3 一般用液体培养基对微生物进行扩大培养 要诱导突变 实验组用诱变剂处理 对照组不进行处理 一般用涂布分离法分离细菌 淀粉酶催化淀粉水解 培养基周围出现透明圈 透明圈越大 细菌产生 淀粉酶的能力越强 淀粉未分解的部位 不出现透明圈 因突变率低 实验组可能出现了产生较多淀粉酶的菌株 但因数量不多 故实验组中个别透明圈比对照组大 基因突变具有不定向性的特点 突变后的枯草杆菌产生 淀粉酶的能力可能增加 也可能减弱 故实验组中有个别透明圈比对照组的大 也有个别透明圈比对照组的小 即实验组中透明圈大小不一致 答案 1 a 2 糊精红 3 液体诱变剂涂布分离透明圈大小a组多数菌落周围的透明圈与b组差异不显著a组有少数菌落周围的透明圈比b组明显小 有少数菌落周围的透明圈比b组明显大 或a组透明圈大小不一 b组较一致 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60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 使用了图中方法 填出号码及名称 解析 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 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 为交联法 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 酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用 蜗牛酶液从蜗牛 以植物为食 消化腺中提取 果胶酶 纤维素酶从微生物中提取 为了研究不同酶液的酶解效果 某实验小组取无菌烟草幼叶 切成相同大小的小片 等量放入6支试管中 试剂用量和实验结果如下表所示 请回答有关问题 注 越多表示绿色越深 表示颜色无显著变化 1 实验过程中 需要轻摇试管 其目的是 使原生质体从叶小片中游离出来 以便观察悬浮液绿色的深浅 2 从绿色的深浅可推测 蜗牛酶液酶解效果最好 原因是蜗牛酶液含有 等多种酶 该实验中 是空白对照组 其设置意义是 3 用网筛过滤原生质体到离心管内 离心后收集沉淀物 并用 洗涤 4 原生质体是否符合要求还需进行检验 其检验的方法是 解析 本题考查有关酶的催化效率的实验 1 实验过程中 需要轻摇试管 使细胞壁与酶充分接触 可以提高酶解效果 2 蜗牛以植物为食 所以消化腺酶中含有果胶酶和纤维素酶 没有添加酶溶液 为空白对照组 其目的是排除无关变量的干扰 3 离心后收集沉淀物 并用等渗溶液清洗 目的是保持细胞的正常形态 4 要用低渗胀破法来检验原生质体是否符合要求 若没有细胞壁则可以胀破 有则不能胀破 答案 1 为了使细胞壁与酶充分接触 提高酶解效果 2 果胶酶和纤维素酶 排除无关变量的干扰 3 等渗溶液 4 低渗胀破法 2 取甲 乙两支洁净的试管 分别注入3ml浆糊 然后在甲试管中注入2ml新鲜的小麦淀粉酶滤液 在乙试管中注入2ml清水 振荡两支试管 将其下半部浸在35 左右的温水中 约5min 然后同时取出两试管 分别滴入1滴碘液 如图所示 请回答 1 两试管中的现象是 该实验的目的是证明 2 该实验的自变量是 因变量是 3 甲 乙两试管内各物质的量要求相同的目的是 4 实验过程为什么要恒温35 5 甲和乙构成一组 实验 而其中的乙试管则是 组 6 若要验证温度对酶活性的影响 可设计丙试管 丙试管中的成分应和 试管内的相同 并将该试管放入 中 该试管内最后的颜色变化是 7 若验证酶的专一性 可另设计试管丁和甲对比 丁试管内应先后加入 填代号 若验证ph对酶活性的影响 可另设计试管戊和甲对比 戊试管内应先后加入 填代号 等量的蛋白清 小麦淀粉酶滤液2ml 适量的硝酸 硝酸与蛋白质能产生黄色反应 可作为检验蛋白质是否存在的试剂 由于酶在滤液中的含量极少 故酶与硝酸的颜色反应可忽略 3ml浆糊 适量的naoh或hcl 一滴碘液 解析 本题以实验设计题的方式综合考查酶的有关特性 在该对照实验中 甲 乙两组的单一变量就是酶的加入与否 其余均为无关变量 应控制不变 在验证温度对酶活性的影响时 除温度可变外 其余应控制不变 在验证酶的专一性时 可把酶的种类作为因变量 也可以把作用底物作为因变量 在验证ph对酶活性的影响时 除ph可变外 其余应控制不变 在整个实验中 试管乙都作为空白对照 答案 1 甲试管内未变蓝色 乙试管内变蓝色酶的催化作用 2 加酶与否浆糊颜色的变化 3 保证单一变量 消除因其他变量的不同对实验结果的影响 增加实验的严密性 4 只有在恒温条件下 才能排除温度因素对结果的干扰 35 是小麦淀粉酶起催化作用的最适温度 5 对照对照 6 甲沸水或冰水变成蓝色 7 3 2013 宁波模拟 固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术 东北农业大学科研人员利用双重固定法 即采用戊二醛作交联剂 使酶相互连接 海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶 研究固定化酶的性质 并对其最佳固定条件进行了探究 如图显示的是部分研究结果 注 酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率 包括酶活性和酶的数量 分析并回答 1 固定化酶技术是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上 使酶既能与 接触 又能与 分离 同时还能被 常见的酶固定化的方法有多种 如对本题的小麦酯酶使用了 和 在 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 这一实验中 淀粉酶固定在石英砂上 使用了下图中的 2 从对温度变化适应性和应用范围的角度分析 甲图所示结果可以得出的结论是 3 乙图曲线表明浓度为 的海藻酸钠包埋效果最好 当海藻酸钠浓度较低时 酶活力较低的原因是 4 固定化酶的活力随使用次数的增多而下降 由丙图可知 固定化酶一般可重复使用 次后 酶活力明显下降 解题指南 解答本题需注意以下两点 1 从题干中提取有效信息 如 采用戊二醛作交联剂 海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶 2 分析曲线 对比甲图中两曲线的走势 尤其注意当温度高于最适温度后的变化 丙曲线中快速下降的点对应的使用次数 解析 1 固定化酶技术是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上 使酶既能与底物接触 又能与产物分离 可以被反复利用 从题干中可知 采用戊二醛作交联剂 海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶 因而使用了交联法和包埋法来固定小麦酯酶 淀粉酶固定在石英砂上 属于吸附法 图 分别为交联法 包埋法和吸附法 2 从图中看出 当温度超过47 后 游离酶的活性比固定化酶活性下降快 所以固定化酶比游离酶对温度变化的适应性更强 应用范围比较广泛 3 从乙图可以看出 用浓度为3 的海藻酸钠包埋时 酶活力最高 此浓度时包埋效果最好 4 由丙图可知 固定化酶一般可重复使用3次 酶活力明显下降 答案 1 底物 或反应物 产物反复利用交联法包埋法 2 固定化酶的应用范围较广 3 3 海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密 酶分子容易漏出 数量不足 4 3 4 能力挑战题 如图是固定化酶反应柱 请回答下列问题 1 将 淀粉酶溶于水中 再加入石英砂 不时搅拌 这样 淀粉酶就固定在了石英砂上 这种固定化的方法称为 30min后 装入如图所示的反应器中 构成固定化酶反应柱 并用10倍体积的蒸馏水洗涤此反应柱 洗涤的目的是 洗涤时 蒸馏水流速 填 能 或 不能 过快 2 实验时 将此反应柱固定在支架上 用滴管滴加可溶性淀粉溶液 并以0 3ml min的流速过柱 控制流速的目的是 在流出5ml后接收0 5ml流出液 加入1 2滴 溶液 观察颜色 为了使观察到的颜色变化明显 可 后再观察 如果溶液呈红色 说明淀粉水解成为 3 实验后 用10倍体积的蒸馏水洗涤此反应柱 洗涤的目的是 洗涤后 放置在4 冰箱中保存 几天后 可重复使用 4 一段时间后 某同学从冰箱中取出此反应柱 重复上述实验 却没有了相同的结果 试分析可能的原因 解析 淀粉酶固定化以石英砂为介质吸附固定 由于吸附过程可能仍旧存在游离的淀粉酶 所以需要先用蒸馏水洗涤反应柱 流速不能过快 淀粉水解过程中 需要控制流速 使淀粉酶能充分催化淀粉水解 淀粉水解的检测试剂为ki i2溶液 一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后 可使淀粉水解成糊精 用淀粉指示剂溶液测试 流出物呈红色 表明有水解产物糊精生成 实验结束后 用10倍体积的蒸馏水洗涤此反应柱 洗涤的目的是洗去残留的反应物和产物 由于冰箱温度为4 所以酶活性 反应条件可能会受影响 最终影响实验结果 答案 1 吸附法除去未吸附的游离淀粉酶不能 2 使淀粉溶液与淀粉酶充分接触 充分反应ki i2稀释糊精 3 洗去残留的反应物和产物 4 从酶的活性 酶的数量 反应条件等方面分析 答案合理即可 5 2013 嘉兴模拟 如图简单表示葡萄酒的酿制过程 请据图分析 1 葡萄酒的酿制原理是先通气进行 以增加酵母菌的数量 然后再进行 获得葡萄酒 2 随着发酵程度的加深 液体密度会逐渐变低 可用密度计测量 原因是 3 下列叙述中不正确的是 a 在甲中进行搅拌是为了增加氧溶量b 在甲中 酵母菌的能量来源将全部消耗c 甲与乙放出的气体主要是二氧化碳d 揭开丙容器的盖子 可能会有醋酸产生 4 如果用葡萄酒来制葡萄醋 请写出反应式 1 制备固定化 淀粉酶的过程中 将 淀粉酶固定在石英砂上的方法是 一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后 可使淀粉水解为 遇碘呈 色 此实验的最适温度为 2 关于固定化酶中的酶说法正确的是 a 酶的种类多样性 可催化一系列的酶促反应b 酶被固定在不溶于水的载体上 可反复利用c 酶作为催化剂 反应前后结构不改变 所以固定化酶可永远利用下去d 固定化酶由于被固定在载体上 所以丧失了酶的高效性和专一性特点 解题指南 解答本题需要注意以下两点 1 酵母菌是兼性厌氧型生物 在有氧情况下进行需氧呼吸 有利于快速繁殖 在无氧情况下才能产生酒精 酒精的密度比水小 2 酶具有高效性和专一性 固定化酶作为酶的另一种存在形式 仍然具有这些特性 解析 1 酵母菌在有氧的情况下进行需氧呼吸 以出芽生殖的方式快速繁殖 增加酵母菌的数量 在无氧的情况下 分解有机物产生酒精 2 随着发酵的进行 产生的酒精越来越多 由于酒精的密度比糖水低 所以发酵液的密度会变小 3 甲中搅拌的目的一是使酵母菌与葡萄糖汁混合均匀 二是增加液体中的氧气含量 在甲中只消耗掉部分葡萄糖 故酵母菌的能量来源不会全部消耗 酵母菌在有氧和无氧条件下呼吸均产生二氧化碳 揭开丙容器的盖子 空气中的醋