北师大版选修二 第2章 第2节　酶在工业生产中的应用 学案.docVIP

第2节酶在工业生产中的应用课程目标导航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，以及科学技术是一个不断发展的过程。知识点1酶的家族与酶制剂的生产知识梳理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.酶的优点比无机催化剂催化效率高、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。(2)基因工程菌发酵生产：一些重要的酶是通过基因工程菌发酵生产。活学活用肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是()解析由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知b项符合题意。答案b归纳总结酶的分类知识点2酶的固定化技术知识梳理固定化酶技术(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。思维激活酶与一般无机催化剂的共性是什么？提示：反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。活学活用1.固定化酶的优点是()a.有利于增加酶的活性 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固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利地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。反应速率与底物的浓度、温度、ph等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、ph适宜时，反应速率最快。答案b2.如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是()a.载体结合法，交联法，包埋法b.交联法，载体结合法，包埋法c.包埋法，载体结合法，交联法d.包埋法，交联法，载体结合法解析题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，呈网状结构，应属交联法；图表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。答案d归纳总结1.直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较类型优点不足直接使用酶催化效率高，低耗能，低污染等对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中酶很难回收，不能被再次利用，反应后酶会混合在产物中，可能影响产品质量固定化酶酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物都是通过一系列的酶促反应才能得到的2.酶的固定化方法(1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包埋法等(如图所示)。(2)各种制备固定化酶方法的比较(如下表)酶的固定方法原理固定载体优点吸附法离子键作用、物理吸附纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体工艺简便且条件温和，在生产上应用广泛交联法酶和多功能试剂之间形成共价键利用多功能试剂在酶与酶、酶与载体之间进行交联，从而形成三维的交联网架结构包埋法将酶包埋在能固化的载体中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，前者包埋成格子形，后者包埋成微胶囊形知识拓展固定化细胞技术通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细胞的方法也有多种，常用的方法(见下表)：固定方法载体吸附法将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤维等载体上；将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上包埋法将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。知识点3酶在工业生产中的应用知识梳理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，不仅用于食品的直接生产，还用于改进工艺、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。思维激活试画出ph、t(温度)、底物浓度、酶浓度对酶活性的影响的曲线图。提示：活学活用现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是()a.淀粉酶 b.糖化酶c.葡萄糖异构酶 d.纤维素酶解析此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。答案d随堂练习巩固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存活在活细胞内的酶，胞外酶是指分泌到细胞外的酶，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c2.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d3.如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成正比；之后，成反比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。但是a点和c点相比，虽然酶的活性都很低，但是a点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而c点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，以后再降温，也不能改变酶的活性。答案d4.酶的固定化常用的固定方式不包括()a.吸附 b.包埋c.化学结合 d.将酶加工成固体答案d5.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是()a.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显b.固定化酶的应用中，要控制好ph、温度和溶解氧c.利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件d.利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物解析细胞内含有多种酶