浙科版选修1 第二部分 第4课时 α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 学案.docx

第4课时-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测知识内容要求考情解读-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测掌握程度参考实验与探究能力1.尝试用吸附法制作固定化-淀粉酶。2.运用固定化-淀粉酶进行淀粉水解的测定。3.说明酶固定化的方法及制作原理。4.通过此实验探讨固定化酶的应用价值。一、固定化技术的基础知识1酶(1)作用：酶是生物体内各种化学反应的催化剂。(2)特点：它有高度的专一性和高效性。2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。教材实验中用的是吸附法。3将酶改造成固定化酶的原因：酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用。4固定化酶作用的机理：将固定化酶装柱，当底物经过该柱时，在酶的作用下转变为产物。易混易错固定化酶技术能够实现酶与底物的接触，并能与产物分离，提高了酶的利用效率，可重复使用，但并不意味着固定化酶技术就能使酶永久使用。探究1图示解读1酶固定化的方法是吸附法：是将酶吸附到载体表面。是共价偶联法：是将酶通过共价键结合到载体的表面。是交联法：通过把酶交互连接、相互结合而将酶固定。是包埋法：是将酶或者细胞包埋在细微的网格里。2固定化酶的优点是什么？答案固定化酶的优点主要是酶容易与产物分离、酶可重复使用。探究2比较异同1常见固定化方法及其优缺点方法优点缺点吸附法适用的酶范围广，酶活性高酶与载体的结合力较弱，酶容易脱落共价偶联法、交联法结合稳定，适用范围广制备条件不够温和，酶活性较低包埋法酶活性高，稳定性也较高适用范围窄固定化酶能够连续使用，但不是永久使用。酶是具有生物活性的大分子，因此随着使用次数的增多，酶活性也会降低，如果酶活性降低到一定程度，就会失去使用价值。2下列所示的酶固定化技术中属于包埋法的是。例1(2017浙江选考联考)漆酶属于木质降解酶类，在修复环境、农业生产等领域有着广泛的用途，若将漆酶大量用于环境修复，下列哪种方法可用于石英砂对漆酶的固定()a包埋法 b共价偶联法c吸附法 d交联法答案c解析以石英砂作为固定化酶的介质，采用的方法是吸附法，c项符合题意。例2(2017绍兴一中月考)下列不属于固定化酶在使用时的特点的是()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答案c解析固定化酶由于酶被固定在不溶性的载体上，很容易与产物分离，同时酶也能反复使用，这是固定化酶的主要优点；通常固定化酶的种类单一，所以不能催化一系列酶促反应。方法技巧直接使用酶和固定化酶的比较项目直接使用酶固定化酶酶的种类一种或几种一种制作方法/吸附法、共价偶联法、交联法、包埋法等是否需要营养物质否否催化反应单一或多种单一反应底物各种物质(大、小分子)各种物质(大、小分子)缺点对环境条件非常敏感，易失活；难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应优点催化效率高、耗能低、低污染既能与反应物接触，又能与产物分离；可以重复利用二、-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验1-淀粉酶的固定化(1)-淀粉酶作用的最适条件：最适ph为5.57.5；最适温度为5075 。(2)方法：吸附法，将-淀粉酶固定在石英砂上。(3)淀粉的水解作用淀粉糊精麦芽糖葡萄糖遇碘显蓝色遇碘显红色遇碘不显色2淀粉水解的测定实验固定-淀粉酶用滴管滴加淀粉溶液加kii2溶液观察洗涤几天后重复实验。3实验步骤固定化-淀粉酶，装入注射器中以0.3 ml/min的流速滴加12滴淀粉溶液过柱流出5 ml淀粉溶液后接收0.5 ml流出液滴加kii2溶液，观察颜色，稀释1倍后再观察颜色用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。探究1图示解读-淀粉酶的固定化反应柱示意图(如图所示)1-淀粉酶的固定化的介质是石英砂，方法是吸附法。2过程和原理：将-淀粉酶固定在石英砂上，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。用淀粉指示剂测试，若流出物呈红色，表明有糊精生成。探究2实验探究1操作说明-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验过程中，涉及两次对固定化酶柱的洗涤，第一次是-淀粉酶固定时，目的是洗去未吸附的游离的-淀粉酶；第二次洗涤是在实验结束时，目的是清除未反应的淀粉和产物以便于下次固定化酶柱的继续使用。两次洗涤都使用10倍柱体积的蒸馏水对固定化酶柱进行洗涤。2实验结果的比较例3(2017温州十校联合体期末节选)请回答与“固定化酶”实验有关的问题：(1)-淀粉酶可以通过培养枯草杆菌来生产， 是筛选高表达量菌株的最简便方法之一。(2)利用物理或化学的方法将-淀粉酶固定后，成为 且又有酶活性的制剂。若用吸附法固定时，在装柱后需要用 缓慢冲洗，洗去未吸附的游离的-淀粉酶。(3)一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成 ，实验后用蒸馏水洗涤此柱，放在 中保存。答案(1)单菌落分离(2)不溶于水10倍柱体积的蒸馏水(3)糊精4 冰箱解析(1)单菌落分离是筛选高表达量菌株和消除杂菌污染最简便的方法之一。(2)固定化酶技术是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。制作固定化酶柱时，需要用10倍柱体积的蒸馏水清洗固定化酶柱，以除去未吸附的游离的酶。(3)-淀粉酶将淀粉水解为糊精，实验后仍需要用10倍柱体积的蒸馏水冲洗酶柱，此时冲洗的目的是除去未反应的淀粉溶液，以便于酶柱的重复使用，使用完毕的酶柱需放置在4 冰箱中保存。例4如图为固定化酶反应柱的示意图，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-淀粉酶就可以固定在石英砂上。这种固定化的方法称为 。30 min后，装入如图所示的反应器中，构成固定化酶反应柱，并用10倍柱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0.3 ml/min的流速过柱，控制流速的目的是 。在流出5 ml后接收0.5 ml流出液，加入12滴 ，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倍柱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，却没有得到相同的结果，试分析可能的原因： 。答案(1)吸附法除去未吸附的游离的酶不能(2)保证酶与底物充分反应kii2溶液稀释1倍糊精(3)除去反应物及产物(4)酶已经失活或再次操作时相应的反应条件(如温度)不合适等解析(1)酶的固定化方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等，本题中为吸附法。构成固定化酶反应柱后，用蒸馏水洗涤是为了除去未吸附的一些游离的酶，在洗涤时蒸馏水流速不能过快，流速为1 ml/min。(2)以相对较慢的速度使淀粉溶液流过反应柱，可以让吸附着的酶与底物充分反应。根据kii2溶液与淀粉反应呈蓝色，与糊精反应呈红色的原理来鉴定反应情况。(3)实验完成后还需要对反应柱进行洗涤，以除去参与反应的反应物及生成的产物，以便重复使用。(4)一段时间后重复使用得不到相同的结果，排除反应物本身的问题，肯定是酶出了问题，可能这些酶已经失活或再次操作时相应的反应条件(如温度)不合适等。易混易错明确-淀粉酶的固定化操作流程，以及洗涤流速对吸附酶的影响。固定化酶的催化效率高，可重复利用(不是无限制重复)，成本低，但是固定化酶仍然受到温度、ph等因素的影响。1(2017浙江吴越联盟联考)在合适条件下，将果胶酶与海藻酸钠混合后，滴加到一定浓度的钙离子溶液中，使液滴形成凝胶固体小球。该过程是对酶进行()a吸附 b包埋c装柱 d洗涤答案b解析分析题意可知，果胶酶在一定浓度的钙离子溶液中形成凝胶固体小球，说明凝胶固体小球对果胶酶进行了包埋，b项符合题意。2(2017温州中学期末)紫甘薯匀浆流经-淀粉酶柱后，取适量流出的液体，经脱色后加入kii2溶液，结果液体呈红色，表明该液体中含有()a淀粉 b糊精c麦芽糖 d葡萄糖答案b解析淀粉遇碘显蓝色，淀粉的初步水解产物糊精遇碘显红色，b项符合题意。3(2017效实中学期中)下列不属于酶的固定方法的是()a将酶包埋在细微网格中b将酶相互连接起来c将酶吸附在载体表面d将酶加上糖衣做成胶囊答案d解析将酶包埋在细微网格中即酶固定方式中的包埋法，a项正确；将酶相互连接起来即酶固定方式中的交联法，b项正确；将酶吸附在载体表面即酶固定方式中的吸附法，c项正确；将酶加上糖衣只不过是为了防止胃液里的胃蛋白酶消化酶制剂的方法，并不是酶固定的方法，d项错误。4(2017绍兴期末检测)为了高效处理污水，研究人员通常将微生物做固定化酶相似的处理。下列各项中，不属于固定化微生物技术污染水处理的优点的是()a有效保留微生物体内某些固有的酶的催化活性b可重复和连续使用c提高生物反应器内的微生物浓度d不利于处理后的固液成分分离答案d解析根据题意可知，固定化微生物与固定化酶的原理相似，因此，固定化的微生物能够保留生物体内某些固有的酶的催化活性、能够重复利用，a、b项正确；固定化微生物有利于微生物抵抗不利环境的影响，因此，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于反应后的固液成分分离，c项正确，d项错误。5(2017杭州四中期中)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70年代又发明了固定化酶技术。请回答下列相关问题：(1)固定化酶技术将酶固定在 上，使酶既能与 接触，又能与 分离，同时固定在载体上的酶还能 。常用的固定方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。(2)“-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”实验中：-淀粉酶固定在 上，使用了上图中的方法 (填号码及名称)。实验中，用滴管滴加淀粉溶液时，使淀粉溶液以 的流速过固定化酶柱，目的是 。灌注了固定化酶的注射器在使用完后要 洗涤固定化柱，并放置在 中保存。答案(1)不溶于水的载体反应物产物反复利用(2)石英砂乙、吸附法0.3 ml/min使淀粉充分与酶接触用10倍体积的蒸馏水4 冰箱解析(1)固定化酶技术将酶固定在不溶于水的载体上，使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能反复利用。(2)-淀粉酶固定在石英砂上，使用了图乙吸附法；用滴管滴加淀粉溶液时，使淀粉溶液以0.3 ml/min的流速通过固定化酶柱，目的是使淀粉充分与酶接触；灌注了固定化酶的注射器在使用完后要用10倍体积的蒸馏水洗涤固定化柱，并放置在4 冰箱中保存。题组一固定化酶1-淀粉酶的固定化所采用的方法是()a吸附法 b共价偶联法c交联法 d包埋法答案a2关于固定化酶技术的说法，正确的是()a固定化酶技术就是固定反应物，并将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术b固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应c固定化酶中的酶无法重复利用d固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术答案d解析固定化酶技术就是将水溶性的酶利用物理或化学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，其优点是酶被固定在一定装置内可以重复利用，缺点是无法同时催化一系列酶促反应；在固定过程中，固定的是酶而不是反应物，因此a、b、c项均错误。3下列关于固定化酶和一般酶制剂应用效果的说法，错误的是()a固定化酶生物活性强，可永久使用b一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高c一般酶制剂参加反应后不能重复利用d固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量答案a解析固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与底物接触，又能与产物分离。同时，固定在载体上的酶还可以反复利用，降低成本，产物中也不含酶，提高了产品的纯度；固定化酶虽可以多次利用，但不可永久使用。4下列关于固定化酶的说法，错误的是()a固定化酶的不足之处是不能催化一系列反应b固定化酶可再次利用，降低了生产成本c固定后的酶既能与反应物接触，又能与产物分离d固定化酶易溶于水答案d解析固定化酶只固定一种酶，由于酶具有专一性，固定化酶不能催化一系列反应，a项正确；固定化酶可反复利用，降低了生产成本，b项正确；固定后的酶既能与反应物接触，又能与产物分离，c项正确；固定化酶不易溶于水，d项错误。题组二-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验5下列有关教材中-淀粉酶固定化实验的叙述，错误的是()a酶的固定方法为吸附法b固定化酶既不溶于水又有酶活性c将石英砂加入-淀粉酶溶液中后，需要充分地不时地搅拌d将-淀粉酶和石英砂混合物装入注射器后，即可滴加淀粉溶液答案d解析将-淀粉酶和石英砂混合物装入注射器后，需用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器，以除去未吸附的游离淀粉酶。6下列有关教材实验中淀粉水解作用检测的叙述，不正确的是()a实验中，向反应柱中滴加淀粉溶液宜慢，使淀粉溶液以0.3 ml/min的流速过柱b正常情况下，向流出液中滴加kii2溶液呈红色c实验后，用蒸馏水洗涤反应柱，可洗去未反应的淀粉和产物糊精d实验后，反应柱可常温保存答案d解析实验后，反应柱应低温(4 )保存，以延长酶的寿命。7某校学生尝试用琼脂作载体，用包埋法固定-淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。实验结果见下表(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通-淀粉酶量相同)。实验表明1号试管中淀粉未被水解，最可能的原因是()1号试管2号试管固定化淀粉酶普通-淀粉酶淀粉溶液60 保温5 min，取出冷却至室温，滴加碘碘化钾溶液现象变蓝不变蓝注：“”表示加入，“”表示未加入。a实验中的温度过高，导致固定化淀粉酶失去活性b淀粉是大分子物质，难以通过琼脂与淀粉酶接触c水浴保温时间过短，固定化淀粉酶未将淀粉水解d实验程序出现错误，试管中应先加入碘碘化钾溶液后保温答案b解析由于固定化酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物质，它不能通过琼脂与淀粉酶充分接触，导致淀粉不能被水解而遇碘碘化钾溶液呈现蓝色。8下列关于固定化酶实验的叙述，错误的是()a固定化酶柱长度和淀粉溶液流速决定了酶柱中酶的含量b淀粉溶液流速过快会导致流出液中含有淀粉c各组实验所用的-淀粉溶液浓度应相同d淀粉溶液的ph对实验结果有影响答案a解析固定化酶柱的长度决定了酶的含量，反应是否充分与淀粉溶液的流速有关，从而决定了产物的浓度；如果淀粉溶液的流速过快，则淀粉与酶接触不充分，从而使淀粉不能被充分水解；各组淀粉溶液的浓度是实验的无关变量，故各组实验所用的淀粉溶液浓度应该相同；温度、ph会影响酶的活性，从而对实验结果造成影响。题组三综合应用9固定化酶技术是近几年发展起来的一项酶应用技术，它很好地解决了酶的重复利用的问题，大大提高了酶的利用率。下列关于固定化酶技术的说法正确的是()a固定化酶就是固定反应物，使酶能反复利用b固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应c固定化后的-淀粉酶可以连续水解废水中的淀粉为葡萄糖，因而可用于保护环境d固定化酶常用方法有吸附法、包埋法、交联法、共价偶联法答案d解析固定化酶是通过化学或物理的方法(吸附法、包埋法、交联法、共价偶联法)将酶固定在某种介质上，实现了酶的重复利用，a项错误，d项正确；固定化酶只固定一种酶，因此只能催化一种类型的反应，b项错误；淀粉酶催化淀粉水解，产生糊精，c项错误。10下列关于酶和固定化酶的研究与应用的叙述，正确的是()a酶的固定化技术因改变了酶的空间结构而提高了酶的催化效率b作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药c尿糖试纸含有固定化的葡萄糖和过氧化氢酶而可以反复使用d通过包埋法固定的酶的活性不再受温度和ph等因素的影响答案b解析酶的固定化技术没有改变酶的空间结构，a项错误；消化酶在消化道内起作用，则蛋白酶制剂以口服的方式给药，b项正确；尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开，所以不能再次使用，c项错误；通过包埋法固定的酶的活性也要受到温度和ph等因素的影响，d项错误。11在果汁生产中使用固定化果胶酶具有很多优点，以下说法中不属于其优点的是()a固定化果胶酶可以重复回收，多次利用b固定化果胶酶可以提高酶的稳定性和果汁的质量c便于果汁加工工艺操作的连续化、自动化d用于处理溃碎果实，可以提高出汁率，促进澄清答案d解析固定化酶主要是让水溶性的酶固定在相应的介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂，达到重复使用、反应物和产物容易分离等目的，可以提高产品的质量等，游离果胶酶也可以提高出汁率和澄清度，不是固定化果胶酶的优点，故a、b、c项正确，d项错误。12(2015浙江自选)某工厂为了生产耐高温植酸酶饲料添加剂，开展了产该酶菌株的筛选、酶的固定化及其特性分析研究，其流程如下图所示。请回答下列问题：(1)土壤悬液首先经80 处理15分钟，其目的是筛选出 。(2)在无菌条件下，将经过处理的土壤悬液进行 ，然后涂布于含有植酸钠的固体培养基上。培养后观察到 ，其周围出现透明水解圈，圈的直径大小与 强弱相关。(3)筛选获得的菌株经鉴定后，将优良菌株进行扩大培养。培养时需要振荡，其主要目的是 。液体培养基与固体培养基相比，不含有的成分是 。(4)温度与植酸酶相对酶活性的关系如图所示。下列叙述错误的是 。a测试温度中，固定化与非固定化植酸酶的最适温度分别为60 和45 b测试温度范围内，固定化植酸酶的相对酶活性波动低于非固定化植酸酶c固定化与非固定化植酸酶相比，相对酶活性在80%以上时的温度范围较宽d65 时固定化与非固定化植酸酶的相对酶活性因蛋白质变性而位于最低点答案(1)耐高温菌株(2)稀释单菌落植酸酶的活性(3)供氧琼脂(4)d解析(1)欲获得“耐高温”的植酸酶产酶菌株，需在“高温”条件下筛选目的菌株。(2)欲对产生植酸酶的菌株进行选择培养，需在无菌条件下，将经过处理的土壤悬液进行稀释，然后用涂布分离法将菌液涂布于含有植酸钠的固体选择培养基上，培养基上可呈现以植酸酶合成菌菌落为中心的透明圈，圈的直径大小与植酸酶活性成正相关。(3)对筛选获得的优良菌株进行扩大培养时，为满足菌株需氧呼吸对o2的需求，宜进行振荡处理，与固体培养基相比，液体培养基中不需要添加琼脂等凝固剂。(4)图示曲线变动趋势表明，相对于非固定化植酸酶，固定化植酸酶的活性波动明显较低，且酶活性温度范围更加宽泛；非固定化酶的最适温度为45 ，而固定化酶的最适温度为60 ；图中65 并非固定化植酸酶活性的最低点。13(2017嘉兴一中期末)脲酶是催化尿素分解的特异性水解酶。该酶主要从刀豆等豆科植物中提取，现被广泛应用于尿素废水的净化过程。请分析回答以下问题：(1)脲酶可以催化尿素分解为 ，其中碱性物质能使酚红指示剂变为 。(2)为了提高脲酶的利用效率，可以采用固定化酶技术将其固定。酶的固定化方法有：吸附法、共价偶联法、包埋法和 。(3)实验室中可以采用吸附法将该酶制成固定化酶柱，让尿素废水过柱前，先用10倍柱体积的蒸馏水洗涤酶柱，目的是 。(4)脲酶除了从植物获取外，还可以来源于土壤中的微生物。为了从土壤中分离得到以尿素为氮源的微生物，采用的分离方法操作最简便的是 。答案(1)nh3和co2红色(2)交联法(3)除去未吸附的游离脲酶(4)划线分离法解析(1)脲酶可以催化尿素分解为nh3和co2，其中酚红指示剂遇碱性物质变为红色。(2)固定化酶技术常见的方法有吸附法、共价偶联法、包埋法和交联法。(3)底物流经固定化酶柱之前，采用10倍柱体积蒸馏水洗涤，主要目的是去除吸附的游离的脲酶。(4)若从微生物中分离获得脲酶，则需要涉及对微生物的分离培养，分离微生物时最简单的分离方法是划线分离法。14(2016浙江六校联考)如图为利用土壤中微生物l提取脲酶，并纯化和固定化的实验流程图：(1)筛选微生物l时，用 作为培养基中的唯一氮源，加入 作为凝固剂。接种时应采用 法。(2)下列对尿素溶液进行灭菌的最适方法是 灭菌。a高压蒸汽 b紫外灯照射c70%的酒精浸泡液 dg6玻璃砂漏斗过滤(3)对微生物l进行扩大培养时宜采用 培养基，并采用 方法对接种环进行灭菌。(4)脲酶宜采用共价偶联法进行固定化，可通过检测固定化脲酶的 确定其应用价值。除此法外，酶的固定化方法还包括 、 、交联法等。答案(1)尿素琼脂糖涂布分离(2)d(3)液体灼烧(4)活性包埋法吸附法解析(1)筛选含有脲酶的微生物，需以尿素为唯一氮源，由于琼脂中含有含氮化合物，因此，尿素培养基宜采用琼脂糖作为凝固剂。分解尿素的微生物采用涂布分离法进行接种。(2)尿素遇高温易分解，故对尿素溶液灭菌采用g6玻璃砂漏斗过滤的方法，d项符合题意。(3)扩大培养微生物采用液体培养基，接种环的灭菌方法为在酒精灯火焰上灼烧。(4)脲酶活性越高，对尿素的分解能力越强，应用价值越大。固定化酶的方法较多，常见的有吸附法、包埋法、共价偶联法及交联法等。自助加餐15固定化酶技术运用于工业化生产前，需要获得酶的有