高中生物选修2课件：32酶在工业生产中的应用

1、第2节酶在工业生产中的应用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,以及科学技术是不断发展的。一二一、酶的家族与酶制剂的生产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.酶的优点与无机催化剂相比,酶具有催化效率高、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的。(2)基因工程菌发酵生产:一些重要的酶已经采用基因工程菌发酵生产,

2、使酶的产量大幅度提高。一二4.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。一二二、酶在工业生产中的应用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、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

3、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。一二三一、酶催化反应的优缺点1.酶催化反应的优点(1)酶催化的反应类型十分广泛。六大酶类催化的反应基本上涵盖了各种化学反应类型,因此,酶具有极其广泛的应用范围。(2)酶催化的反应具有极高的选择性,包括对底物的种类,底物中的区域、位点等的选择性,因此,一种酶只能够催化一种底物或一类底物的一种反应,酶催化的反应可以在一个十分复杂的系统内进行,而且几乎没有副反应,反应的转化率和产率高。这在临床检验、化学分析和特定产品的生产上要比化学方法具有更大的优势。(3)酶催化的反应速度快。酶催化的反应速度大约是化学催化剂催化的反应速度的10

4、10倍,因此,酶催化的反应时间短,设备利用率高,生产效率高。一二三(4)酶催化的反应条件温和,一般是在常温、常压和中性pH条件下进行,因此,能耗低,设备要求低,使用时间长,反应成本和操作成本低。即使近期开发出来的极端酶类,如耐高温酶和嗜酸碱酶等,催化反应的条件也远比化学催化剂催化的反应条件低得多:最高温度在100 左右,最适pH为211,不必在强酸、强碱条件下进行。一二三2.酶催化反应的缺点(1)大多数酶是蛋白质,在不适宜的条件下容易发生变性失活,因此,在使用和保存酶时要十分小心,要尽可能保持适宜的条件。为了维持酶的稳定和催化效率,在酶催化反应和保存时要使用缓冲液系统;一般的酶不能够耐受高温,

5、可以在低温下保存,但是也有的酶在低温下也会失活,甚至更不稳定。有些酶对金属离子十分敏感,为保持这些酶的稳定性和催化反应的活性,还需要一些特定的金属离子;大多数酶对有机溶剂比较敏感,在这些有机溶剂中易失活。因此,必须根据具体的酶的性质采取相应的措施。酶对温度、pH和有机溶剂敏感,稳定性差,因此在某些应用上会受到限制。一二三(2)绝大多数酶溶于水,催化反应结束后,多数酶还有活性,因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。为了不让酶污染产物,往往通过加热或其他方法使酶变性失活,从反应系统中除去。这样,花了很大力气生产的酶只使用了一次,就不得不使其变性失活,这是很大的浪费。当然,现在发展的酶的固定

6、化技术,可以提高酶的稳定性,还可以解决酶催化反应后从反应体系中分离重复使用的问题。一二三(3)有些酶,如氧化还原酶、转移酶、某些裂解酶,在催化相应反应时,需要特殊的辅助因子,如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP,以及金属离子等。因此,在酶催化反应时,需在反应系统中添加相关的辅助因子。而这些辅酶参加反应后,如果没有辅酶再生系统使之再生,一旦辅酶完全被消耗,酶反应就会停止;辅酶一般十分昂贵,在酶催化的反应中不可能大量使用。为解决这个问题,人们可以采用两种办法:一是使用含有酶的微生物细胞,通过提供适当的辅酶再生的底物,如葡萄糖,利用细胞的辅酶再生系统,使辅酶再生循环使

7、用;另一种办法是建立辅酶再生的酶反应系统与主要的酶反应耦联,使辅酶可以再生循环使用。一二三二、使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较 一二三三、酶制剂的主要品种酶制剂有多种。从形态上分,有固体酶制剂和液体酶制剂,例如,在制糖工业和发酵工业上,经常使用的、用于制备葡萄糖的葡萄糖淀粉酶,就有固体和液体两种。固体酶制剂体积小,容易运输、保存,比较稳定,所以大多数酶制剂以固体形式生产、销售。固体酶制剂的主要缺点是杂质含量高,酶活性较低,生产过程中需要沉淀和干燥,酶活性损失较大。相对于固体酶制剂,液体酶制剂的生产比较简单,成本较低,使用方便。液体酶制剂的生产关键是解决酶制剂的稳定性问题,为此,液体酶制剂中

8、大多需要加入适当的稳定剂和保护剂。另外,液体酶制剂的运输和保存也较固体酶制剂难度大些。一二三按酶制剂在应用领域上的分类,有用于工业生产上作为催化剂的工业酶制剂(如-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖异构酶、青霉素酰化酶、天冬氨酸酶等等),有用于食品生产加工的酶制剂(又称为食品酶制剂),还有用于临床检测的诊断酶制剂,用于化学分析的分析酶制剂,用作药物的药物酶制剂和用于洗涤剂的洗涤酶制剂等。按酶的来源不同,还可将酶制剂分为植物酶制剂、动物酶制剂和微生物酶制剂。针对应用的需要,按酶生产加工方法的不同,又可将其分为游离酶制剂、固定化酶制剂、酶试纸、酶电极等。题型一题型二题型三题型一 酶的功能【例1】 下列叙

9、述属于酶的功能的是()A.酶的催化作用受温度的影响B.酶对酸碱度的变化很敏感C.酶大多是蛋白质D.酶是生物催化剂解析:分析各选项,A、B两项叙述的是影响酶功能的因素,C项叙述的是酶的性质,只有D项叙述的是酶的功能。答案:D题型一题型二题型三题型二 固定化酶技术的应用【例2】 下列不是酶的常见固定方式的是()解析:A、B、C三项分别为将酶吸附在载体表面、将酶相互连接起来、将酶包埋在细微网格里。答案:D反思领悟固定化酶通常采用化学结合法和物理吸附法,而细胞多采用包埋法固定化。题型一题型二题型三题型三 固定化酶技术的特点【例3】 下列不属于固定化酶在利用时的特点的是 ()A.有利于酶与产物分离B.可

10、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解析:固定化酶是采用包埋法、化学结合法或物理吸附法将酶固定在一定载体上,所以固定化酶不能自由出入依附的载体。答案:C1 2 3 41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:C1 2 3 42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:D1 2 3 43右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呈正相关;之后,呈负相关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1 2 3 4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。A