专题3酶的应用通用版选修1课件.ppt

专题3酶的应用,一、果胶酶在果汁生产中的作用1.果胶酶(1)组成:包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和_等,是分解果胶的_的总称。(2)作用:分解果胶为可溶性的_,瓦解_。使浑浊的果汁变得_,增加出汁量。,果胶酯酶,一类酶,半乳糖醛酸,植物细胞壁和胞间层,澄清,2.酶的活性与影响酶活性的因素(1)酶的活性:指酶催化一定化学反应的能力,可用_来表示。(2)影响酶活性的因素:温度、pH和_等。3.探究温度和pH对酶活性的影响(1)实验原理:果胶酶活性受温度和pH的影响,处于最适温度和最适pH时,活性_。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈_。(2)实验结果:温度和pH在很大程度上对酶的_会产生影响,过高或过低都会影响酶活性。,反应速度,酶的抑制剂,最高,正相关,空间结构,4.探究果胶酶用量的实验设计(1)实验原理:在一定的条件下,随着酶浓度的增加,果汁的体积_;当酶的浓度达到一定值后,再增加酶的用量,果汁的体积_,此值就是果胶酶的最适用量。(2)变量分析:本实验的自变量是_,因变量可以用果肉的_或是_体现。,增加,不变,酶的用量,出汁率,果汁的澄清度,(3)实验结果:榨出的果汁量与果胶酶用量的关系(或反应速率与酶用量的关系)画出坐标曲线。,二、酶在洗涤等方面的应用1.加酶洗衣粉(1)概念:指含有_的洗衣粉。(2)影响加酶洗衣粉效果的因素:温度、酸碱度、_及水质等。,酶制剂,表面活性剂,(3)常用酶制剂的种类及洗涤原理和实例:,蛋白质,多肽,甘油,脂肪酸,纤维,淀粉,2.探究不同加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果(1)实验原理:酶的催化作用具有_,复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类_,与单一加酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。(2)实验变量:自变量:_种类。无关变量:其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。,专一性,较多,加酶洗衣粉,(3)实验步骤:,奶渍布,37,已消失,(4)实验结论:复合酶洗衣粉的洗涤效果比单一加酶洗衣粉洗涤效果好。,三、固定化酶和固定化细胞1.固定化酶(1)应用原理:将酶固定在颗粒状的_上,使酶既易催化,又易于_,可以重复使用。(2)应用实例:反应机理:葡萄糖_。固定化酶反应柱:将酶固定在一种颗粒状载体上,再将这些_装到反应柱内,柱子底端装上分布着许多小孔的筛板,_无法通过小孔,而_却能自由出入。,载体,回收,果糖,酶颗粒,酶颗粒,反应溶液,_,葡萄糖异构酶,2.固定化细胞技术(1)概念:是利用_或_的方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。,物理,化学,(2)常用方法(连线):,(3)制备固定化酵母细胞过程及酒精发酵:酵母细胞的活化:向干酵母中加_,使其_。配制CaCl2溶液:无水CaCl2加定量蒸馏水。配制海藻酸钠溶液:在加热时不断搅拌,小火或间断加热。海藻酸钠溶液与酵母细胞混合:_至室温后,再加入已活化的酵母细胞,充分搅拌使其混合均匀,然后转移至注射器中。,蒸馏水,活化,冷却,固定化酵母细胞:以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的_中,形成凝胶珠,使其在CaCl2溶液中浸泡_左右。冲洗:凝胶珠用蒸馏水冲洗23次,除去表面的_。发酵:将150mL质量分数为_溶液转移至200mL的锥形瓶中,加入固定好的酵母细胞,25下发酵24h,发现有_产生,有_味散出。,CaCl2溶液,30min,CaCl2溶液,10%的葡萄糖,气泡,酒,1.(2012江苏T16A)“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”可先用热水溶解洗衣粉,再将水温调节到最适温度。()【分析】温度会影响酶的活性,高温会破坏酶的空间结构,导致酶失去活性,且不可恢复,所以应该先将水温调节到最适温度,再溶解洗衣粉。,2.(2012江苏T16C)相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉。()【分析】pH会影响酶的活性,只有在最适pH条件下,加酶洗衣粉洗涤效果才好于普通洗衣粉。3.(2012江苏T17A)从酶的固定方式看,物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小。()【分析】物理吸附法是利用离子键作用、物理吸附等方法,将酶固定在载体上,而化学结合法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联,从而得到三维的交联网架结构,后者有可能影响酶活性部位。,4.(2012江苏T17D)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗,目的是洗去CaCl2和杂菌。()【分析】将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗,目的是洗去CaCl2和杂菌,防止CaCl2导致凝胶珠硬度变大。5.在探究果胶酶用量实验中,虽然实验的变量发生了变化,但通过设置梯度来确定最适值的思路方法是不变的。()【分析】在探究果胶酶的用量实验中,参照研究温度和pH对酶活性的影响实验,采用梯度测定法,只是将原实验中的pH梯度和温度梯度改成酶的用量梯度,基本实验思路不变。,6.用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍,效果比其他类型加酶洗衣粉好。()【分析】油渍的主要成分属于脂质,而酶的催化作用具有专一性,则用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍,比其他类型加酶洗衣粉效果差。,7.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液。()【分析】刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温,才能与活化的酵母细胞混合制备混合液,以免高温使酵母细胞失活。8.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。()【分析】在利用固定化酵母细胞进行发酵时,酵母细胞是活细胞,需要营养,糖类既是反应底物,也提供营养物质。,考点一酶的研究与应用1.果胶酶与纤维素酶的比较,2.探究影响果胶酶活性的因素(1)实验原则:对照原则、单一变量原则,严格控制变量,尽量减少无关变量的影响。(2)实验原理:果胶酶活性受温度、pH和酶活性抑制剂的影响。在最适温度和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。(3)设计实验:探究最适温度时,pH为不变量,最好是最适pH;探究最适pH时,温度为不变量,最好是最适温度。,3.探究果胶酶的用量(1)本实验中要严格控制温度、pH、反应时间和底物用量等无关变量对实验的影响。(2)实验设计:探究果胶酶的最适用量时,最适用量是在温度、pH等最适宜条件下测出来的。,(3)实验分析:如果随着酶浓度的增加,过滤得到的果汁体积也增加,说明酶量不足;当酶浓度增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤得到的果汁体积不再改变,说明酶的用量已经足够,这个值即为酶的最适用量。,4.探究不同类型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制剂种类较多,与单一加酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。(2)实验变量:自变量:酶的种类。无关变量:其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。根据单一变量原则和等量原则可知,自来水的量、加入物质及水温应一致。,【高考警示】(1)在苹果泥和果胶酶混合之前,一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件,以避免混合后条件的变化,确保实验结果的可靠性。(2)同等条件下的酶促反应速率的快慢可以表示酶活性的高低,但酶活性与酶促反应速率仍然是两个完全不同的概念,其影响因素也不完全相同,如酶的浓度、反应物的浓度可以影响酶促反应速率,但不能影响酶的活性。,【典例1】在工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出汁率,为了研究温度对果胶酶活性的影响,某同学设计了如下实验:,.将果胶酶与苹果泥分装于不同试管,在10水浴中恒温处理10分钟(如图A)。.将果胶酶与苹果泥混合,再次在10水浴中恒温处理10分钟(如图B)。.将步骤处理后的混合物过滤,收集滤液,测果汁量(如图C)。.在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:,根据上述实验,请分析回答下列问题:(1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中的水解。(2)实验结果表明,当温度为时果汁量最多,此时果胶酶的活性在所设的温度条件下。(3)为什么此实验可以通过测量滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低?。,(4)下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时,果胶酶的反应速度与反应物浓度、温度、pH之间的关系,据图完成下列问题:,图A中,反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是_。图B中,曲线ab段表明_,曲线bc段表明。将装有果胶酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12和90水浴锅中,20分钟后取出转入40的水浴锅中保温,两支试管内的反应是:甲,乙。图C表示果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时,果胶酶催化反应的速度随pH变化的曲线,实验时可根据来判定果胶酶的最适pH。,【解析】(1)果胶酶能够把果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。(2)根据表格可知,40时果汁量最多,则此温度时酶活性在所设温度的条件下最大。(3)果胶酶将果胶分解为小分子物质,这些物质可以通过滤纸,苹果汁体积越大,表明果胶酶活性越高。(4)酶是生物体内具有催化能力的有机物,绝大多数是蛋白质,其催化效率受反应物浓度、温度、pH等的影响。,图A中,当反应物在低浓度范围内增加时,反应速度迅速上升;当反应物达到一定浓度时,随反应物浓度增加,反应速度不再增加。这是因为酶虽然具有高效性,但催化能力也有一定限度,当所有酶都发挥了最高效能后,反应物浓度再增加,反应速度也不增加,这时受酶浓度限制。图B中,从a点到b点曲线上升,这是因为温度升高,酶活性升高。曲线bc段下降,因为温度超过最适温度,酶活性降低,甚至失活。,由于甲试管温度较低,所以酶活性较低,反应速度很慢,当转入40(酶的适宜温度)的水浴锅中时,其反应速度迅速增加。乙试管在90高温下,酶结构被破坏,酶变性失活,当转入40的水浴锅中保温时,酶活性也不再恢复,故无催化反应。图C表示当果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时,果胶酶催化反应的速度随pH变化的曲线,实验时可根据果汁的量来判定果胶酶的最适pH。,答案:(1)果胶(2)40最高(3)单位时间内得到的果汁越多,说明此反应速度越快,即酶的活性越高,反之,则酶的活性越低(4)受反应物中酶浓度的限制果胶酶的活性随温度升高而增大超过最适温度,酶的活性随着温度升高而降低反应速度加快无催化反应果汁的量,【互动探究】(1)上题表中果汁量最多的是不是就一定是果胶酶的最适温度?如何更精确地探究果胶酶的最适温度?提示:不一定。在产生果汁最多的温度附近设置更小的温度梯度(如5、1等)进一步实验。(2)题中的步骤能否省略?为什么?提示:不能。步骤保证了果胶酶和苹果泥混合前处于相同温度,避免混合时温度不同对实验结果的影响。,考点二固定化酶与固定化细胞技术1.固定化酶和固定化细胞技术(1)将酶或细胞固定化的方法:包埋法:将酶或细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。化学结合法:将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上。物理吸附法:将酶分子吸附在载体的表面上。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。,(2)固定化细胞常用的载体材料: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。,2.直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较,【高考警示】固定化实验中的易错点总结(1)海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响:海藻酸钠溶液浓度过高,将很难形成凝胶珠;浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。,(2)海藻酸钠溶液配制注意事项:海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊;将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温,再与酵母细胞混合,避免高温杀死酵母细胞;固定化酵母细胞时,应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中,而不是注射,以免影响凝胶珠的形成。,【典例2】某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下:活化酵母细胞:称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌,使酵母细胞活化;配制CaCl2溶液:将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中,配制成一定浓度的CaCl2溶液;配制海藻酸钠溶液:用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水中,配制成溶液;,海藻酸钠溶液和酵母细胞混合:将活化的酵母细胞迅速加入刚配制成的海藻酸钠溶液中,充分搅拌混合均匀;固定化酵母细胞:用注射器以恒定的速度缓慢将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中,观察凝胶珠的形成。,(1)请你改正其中两处错误的操作:第一处:;第二处:。(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右,目的是。(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,则说明海藻酸钠浓度(填“过低”或“过高”)。,(4)研究发现,固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好,且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置,将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理,所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28下发酵48h后的酒精产量见表:可以看出,随着X溶液浓度的增加,增加;凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与X溶液的浓度分别是、。,【解析】(1)海藻酸钠的溶化应小火或间断加热,至完全溶化。溶化后冷却至室温再加入已活化的酵母细胞,否则会杀死酵母细胞。(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右,目的是让凝胶珠形成稳定的结构。(3)凝胶珠颜色过浅,呈白色,说明海藻酸钠浓度过低。(4)从表中可以看出,随X溶液浓度的增加,酵母颗粒的固定化强度增加,且固定化效果较好的海藻酸钠的浓度是2%,X溶液的浓度是4%。,答案:(1)海藻酸钠溶解应小火或间断加热至完全溶化海藻酸钠溶液应冷却至室温再加入已活化的酵母细胞(2)让凝胶珠形成稳定的结构(3)过低(4)固定化强度2%4%,【变式训练】某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答下列问题:,(1)制作凝胶珠的实验步骤是:酵母细胞的活化配制海藻酸钠溶液固定化酵母细胞。(2)影响实验成败的关键步骤是。(3)固定酵母细胞时,海藻酸钠起的作用。(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵,定时记录发酵液中酒精度的变化。,实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是,要求条件相同是为了确保。由表可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定化酵母在发酵前期延迟期的时间比游离酵母发酵前期延迟期的时间要。,【解析】(1)制备固定化酵母细胞的实验步骤为:酵母细胞的活化配制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。(2)该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。(3)海藻酸钠起载体的作用,用于包埋酵母细胞。(4)酵母菌发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温度、pH等条件下进行,两组实验的条件相同,才能够确保无关变量相同,且遵循单一变量原则。由表可知,在12d的发酵时间里,固定化酵母发酵产酒酒精度从0到6.4,游离酵母发酵产酒酒精度从0到4.6。而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第4天就达到4.2,表明其前期延迟期短。,答案:(1)配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合(2)配制海藻酸钠溶液(3)包埋酵母细胞(或载体)(4)适宜的温度、pH等单一变量短,1.葡萄收获的季节性较强,并且不易运输,易造成积压,腐烂变质。为了解决上述问题且满足不同人群的需求,可以将其加工制作成果汁、果酒、果醋等。下面是简单的生产流程图,结合所学知识回答下列问题。,(1)果胶酶的使用过程中,需要对酶的活性、酶的用量进行研究。在甲、乙两个曲线中,果胶酶活性受环境因素影响的变化曲线是;乙曲线中纵轴还可以用来表示。自变量X可以代表;自变量Y可以代表。,(2)果胶酶的最适用量是上图中的点对应的量。(3)过程中不用灭菌一般也不会受到杂菌的污染,原因是。(4)果酒和果醋的制作过程相比,从发酵条件来看,二者不同之处是。(5)果汁发酵后是否有酒精产生,可用来检验。在酸性条件下,该试剂与酒精反应呈现。,【解析】(1)果胶酶的活性受温度、pH等条件的影响,每一种酶的最适pH和最适温度是一定的。衡量实验结果的指标有两种,一是果汁的量,另一个是果汁的澄清度。(2)果胶酶的最适用量是过滤得到果汁澄清度最高时对应的最小酶量,B点后酶量增加而澄清度不再增加,因此B点对应的量为最适用量。(3)缺氧条件不利于大多数细菌的生存,同时酒精有杀菌作用。(4)酒精发酵为厌氧发酵,醋酸发酵为需氧发酵。(5)检测酒精时应用酸性重铬酸钾,反应呈现灰绿色。,答案:(1)甲过滤得到的果汁体积温度、pH等果胶酶的浓度(或用量)(2)B(3)培养液中缺氧环境及酵母菌产生的酒精能抑制绝大多数细菌的生长繁殖(4)酒精发酵需要厌氧条件,醋酸发酵需要充足的氧气(5)重铬酸钾灰绿色,2.固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员用双重固定法,即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接),海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶,以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率,包括酶活性和酶的数量。如图甲、乙、丙为部分研究结果。请分析回答:,(1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析,甲图所示结果可以得出的结论是。(2)乙图曲线表明浓度为的海藻酸钠包埋效果最好,当海藻酸钠溶液浓度较低时,酶活力低的原因是。(3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降,由丙图可知,固定化酯酶一般可重复使用次,之后酶活力明显下降。(4)使用固定化酶的优点有哪些?。(5)固定小麦酯酶采用双重固定法,这是因为。,【解析】(1)通过分析甲图可知,固定化酶与游离酶相比,对温度变化的适应性更强且应用范围较广。(2)乙图曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好,此时酶活力最高,当海藻酸钠溶液浓度较低时包埋不紧密,酶分子容易漏出,数量不足,因此酶活力较低。(4)固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。既能与反应物接触,又能与产物分离;还可以反复利用。(5)由于小麦酯酶分子很小,很容易从包埋材料中漏出,因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋,而是采用双重固定法。,答案:(1)固定化酶比游离酶对温度变化的适应性更强且应用范围较广(2)3%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(3)3(4)既能与反应物接触,又能与产物分离;可以反复利用(5)酶分子很小,容易从包埋材料中漏出,3.(能力挑战题)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、乙两组在洗衣粉中加入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:,(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、乙两组洗涤效果的差异,说明酶的作用具有。(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:。,【解析】(1)丙组为对照组,为了排除无关变量的干扰。清除污渍所用时间越短,说明酶的去污能力越强。通过表格数据可以看出,适当提高温度可以提高酶的催化能力。加酶后,去污效果也有明显提高。甲组能清除血渍而不能清除油渍,因此,甲组洗衣粉中加入了蛋白酶。乙组能清除血渍和油渍,说明乙组洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶。(2)根据甲、乙两组洗涤效果的差异,说明酶的作用具有专一性。(3)由于高温使酶变性而失活,所以甲、乙、丙3组均在水温80时洗涤同一种污渍,洗涤效果无差异。(4)因为酶未固定在不溶于水的载体上,也不能重复利用,因此加酶洗衣粉的生产未运用酶的固定化技术。,答案:(1)加酶和适当提高温度蛋白酶蛋白酶和脂肪酶(2)专一性(3)没有差异,因为高温使酶失活(4)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,也不能重复利用,【方法技巧】对照实验的设计方法(1)明确实验目的。(2)确定变量(自变量、因变量和无关变量)。(3)分析实验原理,按实验原理进行实验操作的设置。(4)恰当选材、合理分步,按预先设计的步骤完成实验,控制好自变量和无关变量。(5)对照结果,分析现象,得出结论。(6)实验完成后进行比较、分析,分析误差产生的原因,看是否需要设置重复实验,以进一步探究。,4.下面是某同学所做的啤酒酿造实验,请根据其实验过程,回答相关的问题。实验原理:利用固定化啤酒酵母分解麦芽汁,生成啤酒。实验步骤:第一步:啤酒酵母细胞活化。称取1g干酵母,放入50mL的小烧