专题4酶的研究与应用

1、2016届第一轮复习之选修1生物技术实践绥德县第一中学陕西省陕西省绥德绥德一、果胶酶的作用（一）果胶:1、植物细胞壁及胞间层的主要成分之一：在植物细胞间层和初生壁中与纤维素结合，是重要的黏合和支撑物质。2、成分：由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物3、特点：不溶于水4、在果汁生产中的影响：影响出汁率，使果汁浑浊（二）果胶酶：指分解果胶质的多种酶的总称。1、成分:包括多聚半乳糖醛酸酶，果胶分解酶和果胶酯酶等2、作用:能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。使榨取果汁变的更容易。而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使得浑浊的果汁变的澄清。1、酶的活性：是指酶催化一定化学反应的能力。2、酶活性的高低

2、：可用在一定条件下酶所催化的某一化学反应速度来表示 酶的反应速度常用酶的反应速度常用单位时间内单位时间内、单位体积中反应物的减少量单位体积中反应物的减少量或或生生成物的增加量成物的增加量来表示。来表示。酶活性单位酶活性单位U U：1U1U表示一个酶活性单位，指标准状态下（温度为表示一个酶活性单位，指标准状态下（温度为2525，其他反应条件如，其他反应条件如PHPH等均为最适情况），等均为最适情况），1 min1 min使使1ug1ug分子作分子作用物发生转变的酶量。用物发生转变的酶量。二、酶的活性与影响酶活性的因素3、酶活性的影响因素：温度、pH和酶的抑制剂等。 （1）温度对酶活性的影响（2）

3、pH 对酶活性的影响（3）酶的抑制剂：某些物质能抑制酶的活性（三）果胶酶的用量。生产果汁时生产果汁时, ,为了使为了使果胶酶得到充分的利用果胶酶得到充分的利用, ,节约成本节约成本, ,需要需要控制好控制好酶的用量酶的用量。在本课题中，在探究了果胶酶催化反应的最适温度和最。在本课题中，在探究了果胶酶催化反应的最适温度和最适适PHPH的基础上，还要进一步探究对于一定量的苹果泥，使用多少果的基础上，还要进一步探究对于一定量的苹果泥，使用多少果胶酶最合适。胶酶最合适。二、实验设计（一）探究温度和PH对果胶酶活性的影响1、实验流程制备苹果泥设置一系列具有梯度的温度和pH加入果胶酶反应一段时间过滤果汁2

4、、该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或澄清度来实现的（果肉出汁率、澄清度与果胶酶活性成正比）。 3、果胶酶活性受温度（）的影响，在最适温度（最适）下，其活性最高。4 4、温度对果胶酶活性的影响、温度对果胶酶活性的影响 操作方法：在操作方法：在一恒定一恒定PHPH下通过下通过设置温度梯度设置温度梯度来确定酶催化反应的来确定酶催化反应的最适温度。最适温度。 流程示意图：流程示意图： 记录表格：记录表格：5 5、pHpH值对果胶酶活性的影响值对果胶酶活性的影响 操作方法：在操作方法：在一恒定温度一恒定温度下通过下通过设置设置pHpH值梯度值梯度来确定酶催化反

5、应来确定酶催化反应的最适的最适pHpH值。值。 流程示意图：流程示意图：pH值56789果汁量/ml 记录表格：记录表格：（二）探究果胶酶的用量1 1、两种设计方案：（自变量的控制）、两种设计方案：（自变量的控制）第一种可采用第一种可采用同浓度不同体积同浓度不同体积的果胶酶溶液的果胶酶溶液; ;第二种可采用第二种可采用同体积不同浓度同体积不同浓度的果胶酶溶液；设计对照实验，其他无关变量保持一致。的果胶酶溶液；设计对照实验，其他无关变量保持一致。2 2、实验流程：、实验流程：同体积不同浓度同体积不同浓度的果胶酶溶液的果胶酶溶液（1 1）准确称取纯的）准确称取纯的果胶酶果胶酶1,2,3,4,5,6

6、,7,8,9(mg)1,2,3,4,5,6,7,8,9(mg)配制成相等体积的酶的水溶配制成相等体积的酶的水溶液，取等量放入液，取等量放入9 9支试管中，依次编号支试管中，依次编号1919号号; ;制取苹果泥制取苹果泥4545克，分别等量装入克，分别等量装入9 9支试管，每试管支试管，每试管5 5克，依次编号为克，依次编号为1919号号（2 2）将上述试管放入）将上述试管放入3737恒温水浴中平衡内外温度恒温水浴中平衡内外温度（3 3）一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，放入恒）一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，放入恒温水箱中。温水箱中。（4 4）

7、不断搅拌，约）不断搅拌，约2020分钟后，过滤并测量果汁。分钟后，过滤并测量果汁。3 3、实验结果分析说明：如果随着酶浓度的增大，过滤得到的果汁的体积也增加，、实验结果分析说明：如果随着酶浓度的增大，过滤得到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增大到某个值后，再增加酶的用量，过滤得到说明酶的用量不足；当酶的浓度增大到某个值后，再增加酶的用量，过滤得到的的果汁的体积不再改变果汁的体积不再改变，说明酶的，说明酶的用量已经足够用量已经足够，这个值就是，这个值就是酶的最适用量酶的最适用量。 3 3、课后探讨 喝果汁好还是直接吃水果好？喝果汁好还是直接吃水果好？ 你做出了澄清的苹果汁吗？粗略

8、地估算你制作一升苹果汁的成本，其你做出了澄清的苹果汁吗？粗略地估算你制作一升苹果汁的成本，其价格接近于市场价吗？如果有明显不同，你能分析出产生差异的原因吗？价格接近于市场价吗？如果有明显不同，你能分析出产生差异的原因吗？苹果泥用量、果胶酶的用量和酶的催化条件如温度、苹果泥用量、果胶酶的用量和酶的催化条件如温度、PHPH是否适宜等不仅影响是否适宜等不仅影响到是否制做出澄清的苹果汁，还影响到苹果汁的成本。到是否制做出澄清的苹果汁，还影响到苹果汁的成本。 如果从你绘制的曲线图中无法判断出果胶酶的如果从你绘制的曲线图中无法判断出果胶酶的最适最适PHPH或温度，你将如何改进实验方案？或温度，你将如何改进

9、实验方案？（1 1）重新设置温度或的梯度；）重新设置温度或的梯度；（2 2）检查无关变量是否一致并最适宜；）检查无关变量是否一致并最适宜；1.1.有两次瞬间高温灭菌；有两次瞬间高温灭菌；2.2.酶处理的时间相对较长；酶处理的时间相对较长；3.3.有离心分离步骤和浓缩步骤。有离心分离步骤和浓缩步骤。一、基础知识（一）普通洗衣粉:主要成分：表面活性剂，水软化剂，碱剂，漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂，香精和色素等（二）加酶洗衣粉加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶，其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。 （加酶洗衣粉可以

10、降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷、（加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染。）无磷的方向发展，减少对环境的污染。）碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹从衣物上脱落。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质，使洗衣粉具有更好的去污能力。 复合酶：实际污垢组成复杂，往往蛋白污垢被脂肪污垢或淀粉污垢覆盖，单一酶的作用一般达不到彻底清除污垢的作用。而复合酶可以发挥其独特的“协同效应”（三）洗衣粉中影响酶活性的因素： 温度、酸碱度、表面活性剂等都会

11、影响酶的活性。 将基因工程生产出的耐酸碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，用特殊水溶性物质包裹起来，与洗衣粉的其它成分隔离开来。二.实验设计（一）在本课题中，我们主要探究有关加酶洗衣粉的三个问题：普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有什么不同；在什么温度下使用加酶洗衣粉效果最好，1. 添加不同种类的酶的的洗衣粉，其洗剂效果有哪些区别。 探究用加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤的效果的不同 1. 如何有效地控制变量影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量，衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤的时间等。探究实验设计时要遵循的原则：科学性原则、可行性原则、对照原则、单一变量原则和平行重复

12、原则 探究温度对加酶洗衣粉效果的影响1.水温是我们要研究的对象，而其他因素应在实验中保持不变。选择什么样的水温进行实验需要实验者根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5 、15 、25 和35 的水温，因为这4个水温是比较符合实际情况的，对现实也有指导意义。2.考虑温度的同时还应考虑实际生活中洗衣时操作是否方便及成本问题。 不同类型的加酶洗衣粉的洗涤效果对于蛋白质面料的衣物不能使用蛋白酶洗衣粉使用加酶洗衣粉要注意水温和浸泡时间使用加酶洗衣粉洗衣后要注意洗手衣服的洗涤，不光要考虑洗涤效果，还要考虑衣物的承受能力，洗涤成本等因素酶作为一种生物催化剂，有

13、一定的寿命，不能放置太久使用加酶洗衣粉要注意的问题：其他除垢产品的去污原理厨房去污剂：用于清洗食具的洗涤剂（如洗洁净），其重要的化学成分是化学合成的烷基类活性剂，对皮肤有刺激性，残留的烷基苯磺酸盐对人体有一定的危害。马桶去污剂：酸性产品、中性产品和碱性产品。目前市场上以酸性为主，清洗效果最佳。洁厕灵是人们常用的一种洁厕剂，其主要成分是：各种有机酸、缓蚀剂、增稠剂、表面活性剂、香精等。1.衣领净的相关叙述：衣领净或领洁净是一种专用洗涤剂，是专门为洗涤衬衫、T恤以及内衣的领口和袖口污垢设计的。它也像其它洗涤剂一样含有阴离子表面活性剂等洗涤活性成份。同时还含有一种叫做碱性蛋白酶的成份，这是一种生物酶

14、制剂。对于人体分泌的油脂、汗渍有很好的分解能力，而且非常适合在碱性的洗涤液中发挥功能。 1、固定化酶的应用实例生产高果糖浆使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降

15、低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。一、固定化细胞技术一、固定化细胞技术名称原理图示适用范围包埋法将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中 细胞个大，难以被吸附或结合。多用于细胞的固定化学结合法利用共价链、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上酶分子很小，更适合采用化学结合和物理吸附法固定化。而个小的酶容易从包埋材料中漏出。物理吸附法欧诺个过物理吸附作用，把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上3、将酶或细胞固定化的方法2、固定化技术的定义：固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，4. 固

16、定化细胞的材料：固定化细胞时应当选用不溶于水的多孔性载体材料，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等5、优点：（1）固定化酶优点：使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用。 （2）固定化细胞优点：成本更低，操作更容易，可以催化一系列的化学反应。1 1从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一从操作角度来考虑，你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？种方法更容易？哪一种方法对酶活性的影响更小？2 2固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？3 3如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶

17、反应，应该选择哪种方如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？法？4 4如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？如果反应物是大分子物质，又应该选择哪种方法？固定化细胞技术固定化细胞技术固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞固定的是一系列酶固定化细胞技术固定化细胞技术固定化酶技术（大分子物质因不能通过细胞膜而不能与细胞内酶固定化酶技术（大分子物质因不能通过细胞膜而不能与细胞内酶接触接触,从而使固定化细胞不能发挥作用从而使固定化细胞不能发挥作用. ）在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生活化就是让处于休眠状态的微

18、生物重新恢复正常的生活状态。物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.50.51 1 h h，需要提前做好准备。此外，需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选因此活化前应该选择体积足够大的容器，以择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外避免酵母细胞的活化液溢出容器外。（一）制备固定化酵母细胞1.酵母细胞的活化：1g干酵母10mL蒸馏水50mL烧杯搅拌均匀放置1h，使之活化。二、实验设计二、实验设计2.配制CaCl2溶液：0.83gCaCl2150mL蒸馏水200mL烧杯溶解备用。3.配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸钠10mL水50mL烧杯酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化蒸馏水定容到10mL。配制海藻酸钠溶液：微火或间断加热并不断搅拌，防止海藻酸钠焦糊。配制海藻酸钠溶液：微火或间断加热并不断搅拌，防止海藻酸钠焦糊。 4.海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化酵母细胞液，搅拌后吸入到注射器中。将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌混合，将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌混合，避免高温杀死酵母细胞避免高温杀死酵母细胞海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键，因为如果海藻酸钠浓度过高，海