高考生物一轮复习 12酶的应用课件 教科版选修1.ppt

第2讲酶的应用 1 果汁中的果胶和果胶酶 2 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 知识点一果汁中的果胶和果胶酶1 果胶 1 果胶的成分与存在 果胶是的主要组成成分之一 它由组成 2 果胶与果汁加工 果胶不仅影响 还会使果汁浑浊 植物细胞壁以及胞间层 半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲脂 出汁率 2 果胶酶 1 来源 黑曲霉 苹果青霉 2 组成 果胶酶并不是特指某一种酶 而是分解果胶的一类酶的总称 主要包括果胶酶和酶 3 作用 将果胶分解成可溶性的分子 使出汁率提高 也使浑浊的果汁变得澄清 3 果胶酶的应用 1 水果加工业 水果中的果胶经果胶酶水解后 可降低果汁的 有助于压榨 在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到作用 还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀 果胶酶可用于桔子脱囊衣 制造果粉和低糖果冻 果胶甲酯 粘度 澄清 2 饲料工业 果胶酶与酶 半纤维素酶等配合 可降解植物细胞壁中的果胶和纤维 促使淀粉 脂类 维生素和蛋白质等释放出来 从而提高了饲料的营养价值 果胶酶可降低饲料的粘度 促进饲料在动物消化道内的 思考1 在葡萄酒酿造中为何要加入果胶酶 提示 在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到澄清作用 还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀 消化 吸收 纤维素 知识点二 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测1 固定化酶 1 形成 将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种上 使之成为的制剂 2 特性 与游离酶相比较 好 与底物和产物容易分离 易于控制 能反复多次使用 便于 有利于自动化生产 2 固定化酶的制作方法 由酶的性质和载体特性所决定 主要包括法 共价偶联法 法和包埋法等 介质 不溶于水而又有酶活性 稳定性 运输和贮存 吸附 交联 思考2 与普通的酶相比较 固定化酶有什么优点 提示 酶固定化后有一定的机械强度 催化反应的过程可管道化 连续化和自动化 酶不溶解在催化反应的溶液中 产物更易纯化 固定化酶可反复使用 更经济 更利于工厂化生产 固定化酶提高了酶的稳定性 可较长时间地贮存和使用 麦芽糖 红 探究影响果胶酶活性的因素 温度或ph 的实验分析 1 实验原理 果胶酶的活性受温度 ph和酶抑制剂的影响 在最适温度或ph时 活性最高 果肉的出汁率 果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比 2 实验流程 提醒在混合苹果泥和果胶酶之前 要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中 每组进行同温 或同ph 处理 其目的是保证底物和酶在混合时的温度 或ph 相同 避免苹果泥与果胶酶混合时影响混合物的温度 或ph 从而影响果胶酶的活性 闪记一般来说 酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定化 而细胞多采用包埋法固定化 这是因为细胞个大 而酶分子很小 个大的细胞难以被吸附或结合 而个小的酶容易从包埋材料中漏出 判断正误 1 果胶酶只存在于植物细胞中 2 果胶易溶于乙醇 这是鉴别果胶的一种简易方法 3 酶的固定化方法有吸附法 共价偶联法 交联法和包埋法等 将 淀粉酶固定在石英砂上应属吸附法 酶的应用 高考地位 5年4考 2012 广东理综 29 2011 江苏单科 15 典例1 2010 浙江自选 17 某同学进行苹果汁制作实验 工艺如下图所示 请回答下列问题 1 图中用kmno4溶液浸泡苹果的目的是 黑曲霉提取液中含有的 可水解果胶 从而使果汁澄清 固定化柱中填充的石英砂通过 方式将酶固定化 酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去 2 实验中 操作流程a和b的先后次序为 在苹果汁澄清过程中 应关闭的流速调节阀是 要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶 可取一定量的果汁与等量的 混合 如果出现 现象 说明果胶还没有被完全水解 为使果胶完全水解 应将流速调 3 实验后 将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天 该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验 说明固定化酶可被 使用 解析 1 kmno4可用于消毒 从黑曲霉和苹果青霉中可以提取得到果胶酶 石英砂可以通过吸附的方式将酶固定化 常见的固定化酶方法还有共价偶联法 交联法和包埋法 通过吸附法固定酶后 总有少量酶没有被固定住 所以要用蒸馏水洗涤固定化柱 以洗去没有固定的酶 以免影响实验效果 2 实验过程中要先获得果胶酶 把果胶酶通过吸附法固定在石英砂上 再将石英砂装柱 然后向固定化柱中加苹果汁 果胶酶装柱后 就应关闭阀1 根据果胶不溶于乙醇 可以鉴定是否有果胶的存在 3 实验结束后可以用一定量的蒸馏水洗涤固定化柱 低温环境中保存固定化柱 几天后仍可重复使用 答案 1 消毒果胶酶吸附未被固定的酶等 2 ab阀1乙醇浑浊 沉淀 慢 3 重复 近五年课标试题中 本考点主要考查内容是酶在生产生活中的应用 浙江省2010年的自选模块考查了本考点的果胶酶的应用 2012 广东理综 29考查了酶在食品加工中的应用及酶活力测定内容 预计2014年还可能与酶在实际生产 生活实践中应用相结合 考查本考点知识 2 实验流程 2 注意事项在实际的操作过程中 还需要注意下列事项 1 与其他工业用酶基本相同 果胶酶的适宜温度范围也比较宽泛 因此 可以选用10 作为温度梯度 设置的具体温度为10 20 30 40 50 和60 等 也可以尝试以5 作为温度梯度 2 苹果 橙子和葡萄等水果都可以作为反应物 水果不用去皮 如用苹果作为原材料 一般可按每个中等大小的苹果加水100 200ml的比例进行搅拌 获得稀的苹果泥 3 果泥的用量可以采用5ml左右 果胶酶的用量可采用质量浓度为2 的果胶酶溶液2ml 4 水浴时间可以为20 30min 5 过滤果汁时 漏斗中应放置滤纸 酶活力测定的一般原理和方法 1 酶活力的含义 酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力 2 酶活力测定的一般原理和方法 酶的活力通常以单位时间内底物的消耗量或者在单位时间内产物的生成量来表示 例如 通过测定单位时间内麦芽糖的生成量来检测淀粉酶的活力 由于麦芽糖与3 5 二硝基水杨酸试剂反应 能生成黄褐色产物 利用分光光度法进行比色 可以测出麦芽糖的生成量 另外 还可以通过测定单位时间内淀粉的消耗量来检测淀粉酶的活力 训练1 某校生物兴趣小组为探究不同浓度果胶酶对澄清苹果汁出汁率的影响 进行了如下实验 实验步骤 制备苹果汁将苹果洗净 切成小块 用榨汁机打碎成苹果汁匀浆 加热苹果汁到100 再冷却至50 左右 配制不同浓度的酶液取5支10ml的试管 依次编号为2 6号 分别加入不同量的质量浓度为10g ml的果胶酶溶液 再分别加入苹果酸定容至10ml 获得质量浓度分别为2g ml 4g ml 6g ml 8g ml 10g ml的果胶酶溶液备用 降解苹果汁 如下图 沉淀向上述6只烧杯中添加明胶 活性炭等物质搅拌处理 充分混匀后静置 分别过滤 记录并处理结果用量筒测量澄清滤液 即苹果汁 的体积 记入表格 并计算出汁率 请回答下列问题 1 果胶酶能提高苹果的出汁率并使果汁澄清的原理是 2 步骤 中 苹果汁先加热到100 的目的是 3 步骤 中 在2 6号试管中加入10g ml果胶酶溶液的量分别是 步骤 中 在1号烧杯中加入1ml 4 根据预期结果 请绘制出澄清苹果汁出汁率与果胶酶浓度之间大致的关系曲线 并在坐标轴上标出澄清苹果汁最高出汁率所需的果胶酶最佳浓度 解析 1 果胶酶能分解果胶 瓦解细胞壁从而提高出汁率并使果汁澄清 2 将苹果汁加热到100 可使苹果中原有酶失活防止对实验结果的干扰 3 欲获得xg ml的浓度 应加入xml果胶酶量 4 出汁率曲线起点于纵轴某点 在一定范围内随果胶酶浓度升高 出汁率上升达饱和点后可稳定 答案 1 果胶酶能分解果胶 瓦解细胞壁 2 使苹果中的酶失活 防止对实验结果产生干扰 3 2ml 4ml 6ml 8ml 10ml苹果酸 4 如图关注坐标含义 曲线变化趋势 起点 最佳浓度 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 高考地位 5年4考 2012 江苏 17 2011 江苏 15 典例2 2010 浙江嘉兴二模 如图是固定化酶反应柱 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 30min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 3ml min的流速过柱 控制流速的目的是 在流出5ml后 接收0 5ml流出液 加入1 2滴 观察颜色 为了使观察到的颜色变化明显 可采用 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 却没有了相同的结果 试分析可能的原因 解析 1 固定化酶的方法有吸附法 共价偶联法 交联法和包埋法 本题所示为吸附法 用蒸馏水洗涤是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1ml 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ki i2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 不适合等 答案 1 吸附法除去未吸附的游离淀粉酶不能 2 使淀粉溶液与淀粉酶充分接触充分反应ki i2稀释糊精 3 洗去残留的反应物和产物 4 从酶的活性 酶的数量 反应条件等方面分析 合理答案均可 固定化酶和固定化细胞在生产中可节约成本 具有重要的科研价值 成为近几年高考考查的热点之一 形式上选择题和简答题都有所呈现 预计2014年高考仍会以生产实例来考查固定化细胞和固定化酶技术操作与实践应用 1 直接使用酶和固定化酶的优缺点较 2 淀粉酶的固定化实验检测流程固定 淀粉酶 滴管滴加淀粉溶液 加ki i2溶液 观察 洗涤 几天后重复实验 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用检测 查漏补缺 1 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 实验中使用的是枯草杆菌的 淀粉酶 其作用的最适温度为50 75 最适ph为5 5 7 5 2 如何证明洗涤固定化淀粉酶柱的流出液中没有淀粉酶 可在试管中加入1ml可溶性淀粉液 再加入几滴淀粉酶柱的流出液 混合后用手握住试管增加温度 几分钟后加1 2滴ki i2指示剂 如仍显蓝色 即流出液中没有淀粉酶了 用固定在石英砂上的淀粉酶柱再作用于淀粉液 使其自柱中流出 作用的结果才能表明是淀粉酶的固相酶作用的结果 3 两次使用10倍柱体积蒸馏水的目的 在固定化 淀粉酶后常用10倍柱体积的蒸馏水洗涤注射器以除去未吸附的游离淀粉酶 实验结束后 用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此柱是为了洗去残留的淀粉溶液和产物 训练2 某大学科研人员利用双重固定法 即采用戊二醛作交联剂 使酶相互连接 海藻酸钠来包埋小麦酯酶 研究固定化酶的性质 并对其最佳固定条件进行了探究 下图显示的是部分研究结果 注 酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率 包括酶的活性和酶的数量 1 从图1可以看出 固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更 2 从图2可以看出 海藻酸钠浓度为 时的小麦酯酶活力最强 当海藻酸钠浓度较低时 酶活力较低的原因是 解析从对温度变化适应性和应用范围的角度分析 图1反映了固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围较广 图2曲线表明浓度为3 的海藻酸钠包埋效果最好 当海藻酸钠浓度较低时 酶活力较低原因是海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密 酶分子容易漏出 数量不足 答案 1 强 2 3 酶的数量不足 易混点1混淆酶活性探究实验中的变量点拨 1 探究影响果胶酶活性因素实验的分析 实验原则 遵循单一变量原则 对照原则 严格控制变量 尽量减少无关变量的影响 实验原理 果胶酶活性受温度 ph或酶抑制剂的影响 在最适温度或ph时 其活性最高 果肉的出汁率 果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正相关 规避2个易混点 2 三个实验的变量分析 易混点2混淆酶的固定化方法及适用对象点拨固定化酶常用方法归纳 注 1 固定化细胞使用的都是活细胞 在应用时要注意为其提供适宜的生存条件 2 固定化细胞由于保证了细胞的完整性 因而酶的环境改变小 所以对酶活性影响较小 纠错演练1 在探究果胶酶催化果胶水解的最适ph中 进行果胶酶溶液和苹果泥的混合并调整ph时有下面两种操作 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 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 10 再把ph相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合 1 请问上述哪一种操作更科学 并说明理由 2 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 实验的操作和记录是比较切实可行的 根据你对酶特性的了解 在图中选择一个最可能是实验结果的曲线图 解析实验是探究在一定温度条件下果胶酶催化果胶水解的最适ph 比较方法一和方法二可发现 方法二避免了在达到预设ph之前就发生酶的催化反应 实验的因变量是果汁的体积和澄清度 但由于ph梯度间隔不大 所以用果汁体积来做因变量探究酶的特性相对较为简单 实验结果若用坐标图表示 可设置纵坐标为果汁体积 在一定范围内 随ph增加 果汁体积增加 当ph超过最适值 则随ph增加而酶活性降低 果汁体积减小 答案 1 方法二方法二的操作能确保酶的反应环境从一开始便达到实验的预设ph 2 果汁体积甲 2 下图中所示的酶固定化技术中属于包埋法的一组是 a b c d 解析包埋法即将酶包埋于网格或胶囊中如图 所示 图中 为吸附法 为化学结合法 答案d 1 2012 江苏卷 17 下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述 错误的是 a 从酶的固定方式看 吸附法比化学结合法对酶活性影响小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酶和过氧化氢酶 可以反复使用d 将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗 目的是洗去cacl2和杂菌 解析酶的固定方式有包埋法 化学结合法和物理吸附法 物理吸附法是利用吸附剂本身的表面张力对附近的分子产生吸附 与化学结合法相比 不会使被吸附物质的性质发生改变 所以吸附法对酶活性影响较小 a项说法正确 消化酶在人体消化道内发挥作用 蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药 b项说法正确 尿糖试纸是一种将葡萄糖氧化酶 过氧化氢酶和某种无色的化合物固定于滤纸上制成的酶试纸 不能反复利用 c项说法错误 制作固定化酵母细胞时 将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗的目的是洗去cacl2和杂菌 防止凝胶珠硬度过大和杂菌污染 d项说法正确 答案c 2 2012 广东理综 29 食品种类多 酸碱度范围广 生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶 查阅相关文献 得知 1 ph对不同蛋白酶的活力影响有差异 据图可知 更适宜作为食品添加剂 理由是 蛋白酶的活力可用 的量来表示 兴趣小组分别对酶保护剂浓度 提取液ph进行了探究实验 结果显示 酶保护剂浓度在0 02 0 06mol l范围内 酶活力较高 提取液ph在6 0 8 0范围内 酶活力较高 他们认为 要进一步提高粗酶制剂的酶活力 以达到最佳提取效果 还需对酶保护剂浓度和提取液ph进行优化 并确定以此为探究课题 请拟定该课题名称 设计实验结果记录表 解析本题主要考查ph等外因对酶活力的影响以及酶活力的实验探究方法 1 通过分析ph对三种蛋白酶的影响可知 在ph为4 9范围内木瓜蛋白酶的活力较高且维持稳定 所以木瓜蛋白酶更适宜作为食品添加剂 酶的活力常用反应物的消耗量或生成物的产生量来表示 2 根据题意知 由于酶保护剂浓度和提取液ph都会影响酶的活力 所以为进一步提高粗酶制剂的酶活力 应该通过实验探究酶活力最高时酶保护剂浓度及提取液ph的大小 该实验的自变量是酶保护剂浓度及提取液ph的大小 因变量是酶活力 据此绘制出相关表格即可 答案 1 木瓜蛋白