【名师一号】高考生物 专题三 酶的研究与应用复习与学科能力课件.ppt

共70页 1 专题三酶的研究与应用 共70页 2 教材基础回扣一 酶的制备1 对于细胞内酶 用 1 捣碎机 研磨机等机械将生物组织细胞破碎 使酶从活细胞中释放出来 进入细胞外的溶液中 经 2 过滤 离心制备成 3 粗酶液 共70页 3 2 对于分泌到细胞外的酶 直接从分泌物或细胞外的组织间隙中提取 提取过程中注意温度 4 ph等多种环境因素对酶活性的影响 3 酶活力测定的原理 通常以单位时间内 单位体积中反应物的 5 减少量或产物的增加量来表示 共70页 4 二 酶的应用 果胶酶1 作用 能够分解果胶为 6 可溶性的半乳糖醛酸 使浑浊的果汁变得澄清 2 组成 并不特指某一种酶 而是分解 7 果胶的一类酶的总称 包括多聚半乳糖醛酸酶 8 果胶分解酶和果胶酯酶 3 来源 植物 9 霉菌 酵母菌和 10 细菌均能产生果胶酶 4 应用 果胶酶能够分解果胶 瓦解植物的 11 细胞壁及胞间层 使榨取的果汁变得更容易 12 澄清和过滤 共70页 5 三 加酶洗衣粉1 常用种类 13 蛋白酶 脂肪酶 14 淀粉酶和纤维素酶 其中应用最广泛 效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性 15 脂肪酶 共70页 6 2 去污机制 1 碱性蛋白酶能将血渍 奶渍等含有的大分子 16 蛋白质水解成可溶性的 17 氨基酸或小分子肽 使污物从衣物上脱落 2 脂肪酶 淀粉酶和纤维素酶也能将大分子 18 脂肪 淀粉和 19 纤维素水解为小分子物质 共70页 7 3 酶制剂特点 能够耐酸 耐碱 忍受 20 表面活性剂和较高温度 并且通过特殊的化学物质将酶层层包裹 与洗衣粉其他成分隔离 共70页 8 四 酶的应用1 固定化酶 1 应用原理 将酶固定在不溶于水的载体上 使酶既易催化反应 又易于回收 可以重复使用 2 应用实例 高果糖浆生产 共70页 9 固定化酶反应柱 酶固定在一种 22 颗粒状载体上 再将这些酶颗粒装到柱内 柱子底端装上分布着许多小孔的 23 筛板 酶颗粒无法通过小孔 而反应溶液却能自由出入 生产过程 将葡萄糖溶液从反应柱的 24 上端注入 使葡萄糖溶液流过反应柱 与固定化葡萄糖异构酶接触 转化成果糖 从反应柱 25 下端流出 反应柱优点 能连续作用半年 大大降低了 26 生产成本 提高了果糖的产量和 27 质量 共70页 10 2 固定化细胞技术 1 概念 固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学的方法将酶或细胞固定在 28 一定空间内的技术 2 方法 包埋法 将酶或细胞包埋在 29 多孔载体的细微网格里 化学结合法 将酶分子或细胞相互结合 或将其结合到 30 载体上 物理吸附法 将酶吸附到 31 载体表面 共70页 11 3 固定化细胞优点 与固定化酶相比 制备成本 32 更低 操作更容易 酶的活性高且稳定 4 应用 固定化酵母细胞发酵 固定化乳糖酶制备乳糖等 共70页 12 考点迁移互动考点1果胶酶在果汁生产中的应用1 酶的存在酶 enzyme 是在生物体活细胞中合成的 多数酶在细胞内直接参与生物化学反应 少数的酶要分泌到细胞外发挥作用 共70页 13 2 酶的制备如果提取存在于细胞内的酶 需要破碎生物组织细胞 可用破碎仪 研磨器或匀浆器等机械将组织细胞破碎 使酶从活细胞中释放出来 进入细胞外的溶液中 经过滤 离心制备成粗酶液 对于唾液淀粉酶 胰蛋白酶等分泌到细胞外的酶 可以直接从动物分泌物或细胞外的组织间隙中提取 共70页 14 3 探究温度 或ph 对果胶酶活性的影响 1 果胶酶活性受温度 或ph 影响 处于最适温度 或ph 时活性最高 2 果肉的出汁率 果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比 共70页 15 实验流程 共70页 16 记录结果 或 共70页 17 知识归纳 1 果胶和果胶酶 1 果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一 是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物 不溶于水 2 果胶酶是指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 果胶脂酶等 不是一种酶 3 果胶酶的作用是能把果胶分解成半乳糖醛酸 从而使果汁变的澄清 并提高水果的出汁率 共70页 18 2 酶的活性和酶反应速度 1 酶的活性 是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 2 酶反应速度 用单位时间内 单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示 3 影响因素 温度 ph 酶浓度 底物浓度和酶的抑制剂等 共70页 19 3 探究ph对果胶酶活性影响的实验 在混合苹果泥和果胶酶之前 要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理 可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的 避免了果胶酶混合时影响混合物的温度 从而影响果胶酶活性的问题 4 在探究温度或ph的影响时 需要设置对照实验 不同的温度梯度之间或不同的ph梯度之间就可以作为对照 这种对照称为相互对照 除自变量 温度或ph 以外 各无关变量 如果汁总量 酶量 反应时间等 必须一致 共70页 20 4 探究果胶酶的最适用量实验流程 1 准确称取纯的果胶酶1mg 2mg 3mg 4mg 5mg 6mg 7mg 8mg 9mg 配制成相等体积的酶的水溶液 取等量放入9只试管中依次编号为1 9号 制取苹果泥并称取45g 分装入9只试管中 每只试管中分装5g 依次编号1 9号 共70页 21 2 将上述试管放入37 恒温水浴中平衡内外温度 3 一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合 然后再放入恒温水浴中 记录反应时间 约20分钟 共70页 22 4 过滤后测量果汁体积 并记录 共70页 23 知识归纳 实验中所用的果胶酶尽量使用其纯酶制剂或不含抑制物的粗酶制剂 以免影响对酶的用量的估算 1 如果随酶浓度的增加 过滤到的果汁的体积也增加 说明酶的用量不足 当酶的用量增加到某个值后 再增加酶的用量 过滤到的果汁的体积不再改变 说明酶的用量已经足够 那么这个值就是酶的最适用量 共70页 24 2 这里说的最适用量是指在本实验的温度 ph等条件下所测出的最适用量 若无关变量改变 酶的最适用量也会随之改变 3 如果设定的酶的浓度梯度无法满足实验要求 即会出现过低或过高现象 应及时调整 共70页 25 例析1 果胶是植物细胞壁以及细胞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细胞间层 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 纱布等 苹果 质量分数为2 的果胶酶溶液 蒸馏水等 共70页 26 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 共70页 27 2 取两个100ml洁净的烧杯 编号1 2号 按相应程序进行操作 请把表中未填写的内容填上 注入果胶酶溶液 2ml 共70页 28 3 取出两个烧杯 同时进行过滤 观察 或比较 并记录结果 4 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 相同时间内滤出的果汁体积和果汁澄清度 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 共70页 29 课题二 探索果胶酶催化果胶水解的最适ph 1 本课题实验步骤中 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 7 8 9 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 7 8 9 10 再把ph相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合 共70页 30 1 请问哪一种方法更为科学 理由是 2 该实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作 其目的是使 方法二 方法二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 酶和反应物果胶充分地接触 共70页 31 3 如果用曲线图的方式记录实验结果 在现有的条件下 当横坐标表示ph 纵坐标表示 填 果汁体积 或 试管体积 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 果汁体积 甲 共70页 32 解析 课题一 中 实验目的 验证果胶酶可以提高出汁率和澄清度 不难找出该实验的单一变量是 果胶酶溶液和蒸馏水 实验结果应与前面的实验目的相对应 即相同时间内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 中方法二是将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的ph分别调至4 5 6 7 8 9 10 再把相等地果胶酶溶液和苹果泥相混合 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 共70页 33 对于实验结果如果要用坐标图的形式表示 纵坐标表示果汁体积较恰当 根据在一定范围内 随ph增加 果汁体积增大 当ph超过最适值 随ph增加酶活性减弱 果汁体积减小 由此可知最可能是实验结果的曲线为图甲 共70页 34 考点2不同加酶洗衣粉的洗涤原理及洗涤效果的实验设计1 常用酶制剂的种类及洗涤原理 共70页 35 特别提醒 对于丝绸等主要成分为蛋白质的面料 在加入碱性蛋白酶的洗衣粉作用下 衣物同样会受到损伤 因此蛋白质类丝织物不能用蛋白酶洗衣粉 2 探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果 1 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试剂种类较多 与单一加酶洗衣粉相比 对各种污渍都有较好的洗涤效果 共70页 36 2 实验变量 自变量 加酶洗衣粉 无关变量 其他条件相同且适宜 如温度 ph等 共70页 37 3 实验步骤 共70页 38 特别提醒 该实验探究多种加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果 也可以探究同一种加酶洗衣粉对于不同污渍的洗涤效果 共70页 39 例析2 为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果 将一种无酶洗衣粉分成3等份 进行3组实验 甲 乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶 丙组不加酶 在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍 其他实验条件均相同 下表为实验记录 请回答下列问题 共70页 40 共70页 41 1 提高洗衣粉去污能力的方法有 甲组在洗衣粉中加入了 乙组在洗衣粉中加入了 2 甲 乙组洗涤效果的差异 说明酶的作用具有 加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 专一性 共70页 42 3 如果甲 乙和丙3组均在水温为80 时洗涤同一种污渍 请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由 4 加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的 遇水后包裹层很快溶解 释放出来的酶迅速发挥催化作用 请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由 没有差异 因为高温使酶失活 未运用酶的固定化技术 因为酶未固定在不溶于水的载体上 也不重复利用 共70页 43 解析 本题考查加酶洗衣粉的洗涤效果 着重考查的酶的特性 酶的作用条件温和 需要适宜的温度才能发挥其作用 因此增强洗涤效果除了添加酶外还要控制好适宜的水温 水温达到80 时酶会失活 酶具有专一性 血渍主要成分为蛋白质 洗涤时洗衣粉中需要添加蛋白酶 油渍主要成分为脂肪 洗涤时洗衣粉中需要添加脂肪酶 固定化酶需要把酶固定在一定的载体上 使酶既能与反应物接触 又能与产物分离 本题目中未运用固定化酶技术 共70页 44 考点3酵母细胞的固定化1 固定化酶和固定化细胞 1 概念 固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细菌固定在一定空间内的技术 2 固定化细胞技术 共70页 45 3 固定细胞的材料 常用的载体有明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 4 固定化酶的应用实例 利用葡萄糖异构酶生产高果糖浆 2 酵母细胞的固定化及发酵程序酵母细胞的活化 配制物质的量浓度为0 05mol l的cacl2溶液 配制海藻酸钠溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 固定化酵母细胞 冲洗 发酵 共70页 46 3 知识总结 1 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞的比较 共70页 47 深化拓展 在制备固定化酵母细胞的具体操作中 应注意下列问题 1 酵母细胞的活化 酵母细胞所需要的活化时间较短 一般需要0 5 1h 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 共70页 48 2 加热使海藻酸钠溶化是操作中重要的一环 关系到实验的成败 海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量 如果海藻酸钠浓度过高 将很难形成凝胶珠 如果浓度过低 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少 影响实验效果 共70页 49 3 刚形成的凝胶珠在cacl2溶液中浸泡一段时间 以便形成稳定的结构 检验凝胶珠的质量是否合格 可以使用下列方法 一是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 二是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 共70页 50 例析3 某一实验小组的同学 欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验 实验材料及用具齐全 1 酵母细胞的固定采用的方法是 包埋法 共70页 51 2 该实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程为a 使干酵母与蒸馏水混合并搅拌 使酵母菌活化b 将无水cacl2溶解在自来水中 配成cacl2溶液c 用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液d 向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞 充分搅拌并混合均匀e 将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入蒸馏水中 观察凝胶珠形成 共70页 52 请你改正其中错误的操作 写出4点 配制cacl2溶液时应用蒸馏水 海藻酸钠溶解应用小火间断加热 海藻酸钠溶液冷却至室温再加入已活化的酵母细胞 注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入cacl2溶液 共70页 53 3 该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵 请指出标号为a b的名称 a b 从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复使用 实验过程一定要在 条件下进行 固定化酵母细胞 反应柱 浓度过高酵母细胞因失水过多而死亡 无菌 共70页 54 加入反应液后的操作是 装置的长导管起到什么作用 4 实验过程中 可能会观察到的现象 关闭活塞1和活塞2 释放co2防止空气进入反应柱 有气泡产生 有酒味散发 共70页 55 解析 酵母细胞的固定采用的是包埋法 在此实验操作过程中 有四项错误 分别是 配制cacl2溶液时应用蒸馏水 海藻酸钠溶解应用小火间断加热 海藻酸钠溶液冷却至室温再加入已活化的酵母细胞 注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入cacl2溶液 图中a b的名称分别是 固定化酵母细胞和反应柱 上端漏斗中加入反应液的浓度如果过高 会导致酵母细胞失水过多而死亡 共70页 56 整个实验过程在无菌条件下进行 可以使固定化的酵母细胞反复使用 加入反应液后关闭活塞1和活塞2 使环境处于无氧环境 让酵母细胞进行发酵 酵母菌发酵过程中 有二氧化碳生成 可观察到有气泡产生 并且有酒味散发 共70页 57 技巧热点探究有关酶研究的实验设计有关酶研究的实验考查是本节非常重要的内容 和实践结合是其突出的一个特点 实验教学是培养学生创新精神与实践能力的有效途径 近年来的高考中每年都会有实验题 且题量和分值呈现增加的趋势 本题属于实验设计类 共70页 58 典例 新收割的稻米煮出的饭香气诱人 也可以用抛光 增白 上油等方法处理陈稻米 以陈充新 新稻米中过氧化氢酶的活性明显高于陈稻米 植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢存在时 能使某些酚类物质如愈创木酚氧化成红褐色物质 简单表示为 愈创木酚红褐色物质 其颜色的深浅与酶活性呈正相关 共70页 59 某些水果如苹果 桃子等以及某些蔬菜如马铃薯 山药等去皮后颜色的变化也是这个类似的道理 现有两堆稻米 有一堆为新稻米 a 有一堆为陈稻米 b 请你完成下面实验设计 证明新稻米中过氧化氢酶的活性明显高于陈稻米 1 实验目的 验证新稻米中过氧化氢酶的活性高于陈稻米 共70页 60 2 实验原理 试剂和用具 1 愈创木酚 1 过氧化氢 具塞试管 培养皿 移液管 观察颜色的放大镜等 因为植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢存在时 能使某些酚类物质如愈创木酚氧化成红褐色物质 其颜色的深浅与酶的活性呈正相关 因此新稻米使酚类物质氧化颜色较陈稻米深 共70页 61 3 实验步骤 让稻米事先浸有1 愈创木酚 具体做法是 然后分别用移液管往两支试管内加入1 愈创木酚溶液 浸没大米 盖上试管塞 用力振荡20下 静置一段时间后 弃掉剩余液体 取两支具塞的试管 分别编号为a和b a管内放入适量的新稻米 b管内放入等量的陈稻米 共70页 62 将浸有1 的愈创木酚的稻米分别倒入两个对应编号的培养皿中 用镊子摊开 然后 一定时间后 用放大镜观察 用移液管吸取1 过氧化氢分别滴向培养皿中的稻米 使所有稻米都浸有过氧化氢 两培养皿里稻米的颜色 共70页 63 4 实验结果 5 结论 a管内稻米的红褐色比b管内颜色深 新稻米中过氧化氢酶的活性高于陈稻米 共70页 64 思维导析 从题干所给信息可看出 该实验的实验目的是比较新 陈稻米中过氧化氢酶的活性 方法是根据过氧化氢酶能使某些酚类物质氧化成红褐色物质 通过颜色深浅