高中生物 第3章 生物科学与工业 3.2 酶在工业生产中的应用课件 新人教版选修2.ppt

第2节酶在工业生产中的应用 1 说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法 2 举例说明酶在工业生产中的应用 3 尝试分析和收集有关酶的专利文献资料 4 认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术 以及科学技术是不断发展的 一 二 一 酶的家族与酶制剂的生产1 酶的种类 1 根据存在部位分为 胞内酶和胞外酶 2 根据酶催化的反应和所起的作用分为 氧化还原酶 水解酶 裂解酶 连接酶 转移酶和异构酶六大类 2 酶的优点与无机催化剂相比 酶具有催化效率高 反应条件温和等优点 3 酶的生产 1 微生物发酵生产 大量应用的酶都是利用微生物发酵生产的 2 基因工程菌发酵生产 一些重要的酶已经采用基因工程菌发酵生产 使酶的产量大幅度提高 一 二 4 固定化酶技术 1 方法 采用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 2 固定化酶的优点 避免了污染产物 又可以反复使用 从而有助于实现反应的连续化和自动化 一 二 二 酶在工业生产中的应用1 酶相比无机催化剂的优越性 1 反应能在常温 常压和中性ph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 2 应用 1 已成功用于食品工业 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 在轻工业和化工工业方面有着广泛的应用 3 在医药工业方面 可利用酶的催化反应生产药物 一 二 三 一 酶催化反应的优缺点1 酶催化反应的优点 1 酶催化的反应类型十分广泛 六大酶类催化的反应基本上涵盖了各种化学反应类型 因此 酶具有极其广泛的应用范围 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 位点等的选择性 因此 一种酶只能够催化一种底物或一类底物的一种反应 酶催化的反应可以在一个十分复杂的系统内进行 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 酶催化的反应速度快 酶催化的反应速度大约是化学催化剂催化的反应速度的1010倍 因此 酶催化的反应时间短 设备利用率高 生产效率高 一 二 三 4 酶催化的反应条件温和 一般是在常温 常压和中性ph条件下进行 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 即使极端酶类 如耐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 一 二 三 2 酶催化反应的缺点 1 大多数酶是蛋白质 在不适宜的条件下容易发生变性失活 因此 在使用和保存酶时要十分小心 要尽可能保持适宜的条件 为了维持酶的稳定和催化效率 在酶催化反应和保存时要使用缓冲液系统 一般的酶不能够耐受高温 可以在低温下保存 但是也有的酶在低温下也会失活 甚至更不稳定 有些酶对金属离子十分敏感 为保持这些酶的稳定性和催化反应的活性 还需要一些特定的金属离子 大多数酶对有机溶剂比较敏感 在一些有机溶剂中易失活 因此 必须根据具体的酶的性质采取相应的措施 酶对温度 ph和有机溶剂敏感 稳定性差 因此在某些应用上会受到限制 一 二 三 2 绝大多数酶溶于水 催化反应结束后 多数酶还有活性 因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难 为了不让酶污染产物 往往通过加热或其他方法使酶变性失活 从反应系统中除去 这样 花了很大力气生产的酶只使用了一次 就不得不使其变性失活 这是很大的浪费 当然 现在发展的酶的固定化技术 可以提高酶的稳定性 还可以解决酶催化反应后从反应体系中分离重复使用的问题 一 二 三 3 有些酶 如氧化还原酶 转移酶 某些裂解酶 在催化相应反应时 需要特殊的辅助因子 如nad nadh nadp nadph fad fma atp 以及金属离子等 因此 在酶催化反应时 需在反应系统中添加相关的辅助因子 而这些辅酶参加反应后 如果没有辅酶再生系统使之再生 一旦辅酶完全被消耗 酶反应就会停止 辅酶一般十分昂贵 在酶催化的反应中不可能大量使用 为解决这个问题 人们可以采用两种办法 一是使用含有酶的微生物细胞 通过提供适当的辅酶再生的底物 如葡萄糖 利用细胞的辅酶再生系统 使辅酶再生循环使用 另一种办法是建立辅酶再生的酶反应系统与主要的酶反应耦联 使辅酶可以再生循环使用 一 二 三 二 使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较 一 二 三 三 酶制剂的主要品种酶制剂有多种 从形态上分 有固体酶制剂和液体酶制剂 例如 在制糖工业和发酵工业上 经常使用的 用于制备葡萄糖的葡萄糖淀粉酶 就有固体和液体两种 固体酶制剂体积小 容易运输 保存 比较稳定 所以大多数酶制剂以固体形式生产 销售 固体酶制剂的主要缺点是杂质含量高 酶活性较低 生产过程中需要沉淀和干燥 酶活性损失较大 相对于固体酶制剂 液体酶制剂的生产比较简单 成本较低 使用方便 液体酶制剂的生产关键是解决酶制剂的稳定性问题 为此 液体酶制剂中大多需要加入适当的稳定剂和保护剂 另外 液体酶制剂的运输和保存也较固体酶制剂难度大些 一 二 三 按酶制剂在应用领域上的分类 有用于工业生产上作为催化剂的工业酶制剂 如 淀粉酶 葡萄糖淀粉酶 葡萄糖异构酶 青霉素酰化酶 天冬氨酸酶等等 有用于食品生产加工的酶制剂 又称为食品酶制剂 还有用于临床检测的诊断酶制剂 用于化学分析的分析酶制剂 用作药物的药物酶制剂和用于洗涤剂的洗涤酶制剂等 按酶的来源不同 还可将酶制剂分为植物酶制剂 动物酶制剂和微生物酶制剂 针对应用的需要 按酶生产加工方法的不同 又可将其分为游离酶制剂 固定化酶制剂 酶试纸 酶电极等 题型一 题型二 题型三 例1 下列叙述属于酶的功能的是 a 酶的催化作用受温度的影响b 酶对酸碱度的变化很敏感c 酶大多是蛋白质d 酶是生物催化剂解析 分析各选项 a b两项叙述的是影响酶功能的因素 c项叙述的是酶的性质 只有d项叙述的是酶的功能 答案 d 题型一 题型二 题型三 例2 下列不是酶的常见固定方式的是 解析 a b c三项分别为将酶吸附在载体表面 将酶相互连接起来 将酶包埋在细微网格里 答案 d反思领悟固定化酶通常采用化学结合法和物理吸附法 而细胞多采用包埋法固定化 题型一 题型二 题型三 例3 下列不属于固定化酶在利用时的特点的是 a 有利于酶与产物分离b 可以被反复利用c 能自由出入依附的载体d 一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应解析 固定化酶是采用包埋法 化学结合法或物理吸附法将酶固定在一定载体上 所以固定化酶不能自由出入依附的载体 答案 c 1 2 3 4 1 根据酶在生物体内存在的部位 可分为胞内酶和胞外酶 下列酶中属于胞外酶的是 a 呼吸酶b 光合酶c 消化酶d 解旋酶解析 胞内酶是在细胞内起催化作用的酶 胞外酶是指分泌到细胞外起作用的酶 呼吸酶 光合酶 解旋酶都在细胞内发挥催化作用 消化酶由消化腺分泌到消化道起消化作用 答案 c 1 2 3 4 2 在果汁生产中加入果胶酶的目的是 a 分解纤维素b 增加果汁的营养成分c 增加果汁的黏稠度d 使榨取果汁变得更容易 并使果汁澄清答案 d 1 2 3 4 3 右图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系 此曲线不能说明的是 a 在b点之前 果胶酶的活性和温度呈正相关 之后 呈负相关b 当温度升高到b点时 果胶酶的活性最高 酶的催化效率最高c a点时 果胶酶的活性很低 但随着温度升高 果胶酶的活性可以上升d c点时 果胶酶的活性也很低 当温度降低时 酶的活性也可以上升 1 2 3 4 解析 从题图中可以看出随着温度升高 果胶酶的活性在上升 等达到b点时 酶的活性达到最高 随后 随着温度的继续上升 酶的活性迅速下降 a点和c点