高中生物 3.2 酶在工业生产中的应用课件 新人教版选修2.ppt

第3章生物科学与工业 第2节酶在工业生产中的应用 基础自主梳理 核心要点突破 课标领航 知能过关演练 第2节 课标领航 1 了解酶家族的概况 2 掌握酶制剂的生产方法及其在工业生产中的应用 情景导引酶是一种生物催化剂 加酶洗衣粉的使用 不仅洗涤效果非常明显 还减少了环境污染 但要控制适宜的温度和ph等条件 如果工业上大规模使用酶 应对酶如何进行处理 并控制相关条件呢 基础自主梳理 一 酶的家族与酶制剂的生产1 酶的种类 1 根据存在部位分 胞内酶和 酶 2 根据酶催化的反应和所起的作用分 氧化还原酶 裂解酶 连接酶 转移酶和异构酶六大类 胞外 水解酶 2 酶的特点比无机催化剂 反应条件温和 3 酶的生产 1 微生物发酵生产 大量 都是利用微生物发酵生产 2 基因工程菌发酵生产 一些 是通过基因工程菌发酵生产 催化效率高 应用的酶 重要的酶 4 固定化酶技术 1 方法 采用多种办法将酶固定在一定的 上 制备成 的固体颗粒 称为固定化酶 2 固定化酶的优点 避免了 产物 又可以 使用 从而有助于实现反应的连续化和自动化 载体 不溶于水 污染 反复 二 酶在工业生产中的应用1 酶比无机催化剂具有的优越性 1 反应能在 常压和 条件下进行 可以节省大量的能源和设备投资 2 生产过程中不会造成严重的污染 符合环境保护的要求 3 生产过程简单 效率高 产品质量好 生产成本低 常温 中性ph 2 应用 1 食品工业 改进工艺 简化生产过程 改善产品的品质和风味 延长储存期 提高产品产量和质量等方面 2 酶在轻工业和化工业方面有着广泛的应用 3 酶在医药工业方面 利用酶的催化反应生产药物 核心要点突破 1 酶的概念酶是活细胞产生的具有催化功能的蛋白质 极少数为rna 一般情况下指蛋白质类酶 目前已发现2000多种 分子量在数万至数十万之间 生物体内的含量一般极少 一般利用微生物发酵生产 3 酶催化反应的优点 1 酶催化的反应类型十分广泛 2 酶催化的反应具有极高的选择性 包括对底物的种类 底物中的区域 位点和立体的选择性 因此 一种酶只能够催化一种底物或一类底物的一种反应 酶反应可以在一个十分复杂的系统内进行特定的反应 而且几乎没有副反应 反应的转化率和产率高 这在临床检验 化学分析和特定产品的生产上要比化学方法具有更大的优势 3 酶催化的反应速度高 酶催化的反应速度大约比化学催化剂催化的反应速度高1010倍 因此 酶催化的反应时间短 设备利用率高 生产效率高 4 酶催化的反应条件温和 一般是在常温 常压 近乎中性ph条件下反应 因此 能耗低 设备要求低 使用时间长 反应成本和操作成本低 即使近期开发出来的极端酶类 如高温酶和嗜酸碱酶等 催化反应的条件也远比化学催化剂催化的反应条件低得多 最高温度在100 左右 最适ph为2 11 不必在强酸 强碱条件下进行 4 酶的固定化方法酶的固定化方法不下百种 归纳起来大致可以分为三类 即载体结合法 交联法和包埋法 1 载体结合法是指将酶固定到非水溶性载体上的方法 根据固定方式的不同 这种方法又可以分为物理吸附法 离子结合法和共价结合法 物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法 固体吸附剂多为活性炭 多孔玻璃等 离子结合法是指通过离子键将酶结合到具有离子交换基因的非水溶性载体上的方法 载体有离子交换树脂等 共价结合法是指酶和载体以共价键的形式结合在一起的方法 这种方法需要酶和载体都具有氨基 羧基或羟基等官能团 2 交联法是指通过双功能试剂 将酶和酶联结成网状结构的方法 交联法使用的交联剂是戊二醛等水溶性化合物 3 包埋法是指将酶包裹在多孔的载体中 如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中 或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中 前者包埋成格子型 后者包埋成微胶囊型 特别提醒 固定化酶的制备方法 经固定的酶不仅仍具有催化性质 而且稳定性提高 还可以像一般化学催化剂一样回收 反复利用 这样一来在生产工艺上可以实现连续化和自动化 2011年高考江苏卷 下列有关酶的制备和应用的叙述 正确的是 a 酶解法和吸水涨破法常用于制备微生物的胞内酶b 透析 电泳和酸解等方法常用于酶的分离与纯化c 棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤d 多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层 尝试解答 a 解析 酶解法可利用酶的专一性去除微生物的细胞壁 再通过吸水涨破法使细胞内的物质释放出来 然后提取其中的胞内酶 a项正确 透析和电泳可用于酶的分离和纯化 但酸解会导致酶结构的破坏 b项错误 棉织物的主要成分是纤维素 用添加了纤维素酶的洗衣粉进行洗涤会使棉织物蓬松 有利于污物的洗涤 纤维素酶还能去除掉棉织物表面的浮毛 平整棉织物表面 使洗涤后的棉织物柔软 蓬松 花纹清晰 色泽更加鲜艳 穿着更加舒适 c项错误 多酶片中的胃蛋白酶应位于片剂核心层的外层 而片剂的核心层是在小肠中发挥作用的胰蛋白酶等消化酶 d项错误 跟踪训练在实际生活中人们采取多种办法将酶固定在一定的载体上 制备成不溶于水的固体颗粒 称为固定化酶 你认为固定化酶的优点是 a 有利于提高酶的活性b 有利于产物的纯化c 有利于提高反应速率d 有利于酶发挥作用 解析 选b 制作固定化酶的目的是降低生产成本 一是能够顺利从发酵产物中把酶分离出来 二是能够使酶反复使用 酶的固定化对酶的活性 酶作用的发挥 反应速率的提高并没有多少作用 酶的活性 酶作用的发挥与环境条件密切相关 如温度 ph等 反应速率与反应物浓度 温度 ph等条件都有关系 在反应物浓度升高时 反应速率将提高 温度 ph适宜时 反应速率最快 1 葡萄糖的生产 1 传统生产方法名称 酸水解淀粉的方法 缺点 反应温度高 酸性强 设备很容易被腐蚀 水解后获取的产物颜色深 提取葡萄糖的难度大 2 现代生产方法名称 采用酶制剂的方法生产 生产过程 30 的淀粉浆 耐高温的 淀粉酶优点 由这种方法生产的葡萄糖很容易分离纯化 而且产量高 质量好 2 果汁的生产 1 传统制作果汁存在的问题水果出汁率低 耗费的时间长 榨取的果汁混浊 黏度高 不溶性杂质含量多 放置一段时间后 很容易发生沉淀 由于以上原因 传统制作果汁不利于我国水果生产发展 2 果胶酶 纤维素酶在果汁生产中的应用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 纤维素酶可以与果胶酶协作 共同瓦解植物细胞的细胞壁及细胞间的胞间层 某酒厂所生产的啤酒 果子酒 放置久了易产生沉淀 使酒浑浊 造成产品积压滞销 经化验 得知沉淀物是蛋白质 为解决这一问题 提出了两种方案 甲 在酒中加入少量蛋白酶 乙 在酒中加入少量氨基酸氧化酶 请评价这两种方案 1 方案合理 原因是 2 方案不合理 原因是 尝试解答 1 甲蛋白酶能水解蛋白质 既能消除沉淀 又能保存营养成分 2 乙氨基酸氧化酶不能水解蛋白质 不能消除沉淀 还会分解营养成分氨基酸 解析 这是一道联系生产实际的问题