人教版-高中生物讲义3-2酶在工业生产中的应用(选修2)

人教版-高中生物讲义3-2酶在工业生产中的应用(选修2)课程标准举例说明酶在工业生产中的应用。课标解读1．说出酶家族的概况与酶制剂的生产方法。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

与科学技术是一个不断发展的过程。第二页，共31页。酶的种类(1)根据存在部位分为：胞内酶和_____酶。(2)根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、______酶、裂解酶、连接酶、转移酶和_____酶六大类。酶的优点比无机催化剂___________、反应条件_____等优点。酶的家族与酶制剂的生产1．2．胞外水解催化效率高温和异构第三页，共31页。酶的生产(1)微生物发酵生产：大量_________都是利用微生物发酵生产。(2)基因工程菌发酵生产：一些_________是通过基因工程菌发酵生产。固定化酶技术(1)方法：采用多种办法将酶固定在一定的_____上，制备成_________的固体颗粒，称为固定化酶。(2)固定化酶的优点：避免了_____产物，又可以_____使用，从而有助于实现反应的_____化和自动化。3．4．应用的酶重要的酶载体不溶于水污染反复连续第四页，共31页。

酶与一般无机催化剂的共性是什么？提示反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。

[思维激活1]第五页，共31页。直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较1．类型优点不足直接使用酶催化效率高，低耗能，低污染等对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中酶很难回收，不能被再次利用，反应后酶会混合在产物中，可能影响产品质量固定化酶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可以被反复利用一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物都是通过一系列的酶促反应才能得到的第六页，共31页。酶的固定化方法(1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包埋法等(如图所示)。2.第七页，共31页。(2)各种制备固定化酶方法的比较(如下表)酶的固定方法原理固定载体优点吸附法离子键作用、物理吸附纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体工艺简便且条件温和，在生产上应用广泛交联法酶和多功能试剂之间形成共价键利用多功能试剂在酶与酶、酶与载体之间进行交联，从而形成三维的交联网架结构包埋法将酶包埋在能固化的载体中将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中，前者包埋成格子形，后者包埋成微胶囊形第八页，共31页。知识拓展固定化细胞技术通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细胞的方法也有多种，常用的方法(见下表)：第九页，共31页。固定方法载体吸附法将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤维等载体上；将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上包埋法将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。第十页，共31页。

固定化酶的优点是 (

)。A．有利于增加酶的活性B．有利于产物的纯化C．有利于提高反应速率D．有利于酶发挥作用解析固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切相关，如温度、pH等。反应速率与底物的浓度、温度、pH等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、pH适宜时，反应速率最快。答案

B【巩固1】第十一页，共31页。酶相比无机催化剂的优越性(1)反应能在_____、常压和_______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__________，符合环境保护的要求。(3)生产过程简单，_______，产品质量好，生产成本低。酶在工业生产中的应用1．常温中性PH严重的污染效率高第十二页，共31页。应用(1)已成功用于_____工业，不仅用于食品的直接生产，还用于改进工艺、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_______和化工工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_____。

试画出pH、T、底物浓度、酶浓度对酶活性的影响的曲线图。提示

[思维激活2]2．食品轻工业药物第十三页，共31页。工业上常用的酶与应用应用领域使用的酶种类用途洗涤剂工业细菌蛋白酶用于污渍的去除淀粉酶可作为洗碗机的洗涤剂，用于去除难溶的淀粉残迹等烘烤食品工业真菌产生的α­淀粉酶催化淀粉降解成可被酵母菌利用的糖类蛋白酶在饼干制作过程中，用于降低面粉中的蛋白质含量等酿酒工业麦芽产生的淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶将淀粉和蛋白质降解成能被酵母菌使用的单糖、氨基酸和多肽，从而提高乙醇的产量β­葡聚糖酶改进啤酒的过滤性能淀粉葡萄糖苷酶用于生产低糖啤酒木瓜蛋白酶去除啤酒储存过程中生成的混浊第十四页，共31页。乳制品工业胰凝乳酶在奶酪的制作过程中用于分解蛋白质乳糖酶降解乳糖为葡萄糖与各类糖浆糖工业淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶将淀粉转化为葡萄糖与各类糖浆葡萄糖异构酶用于将葡萄糖转化为果糖，生产高果糖浆纺织工业淀粉酶广泛地应用于纺织品的褪浆制革工业胰蛋白酶用于毛皮中特定蛋白质的去除或皮革脱毛第十五页，共31页。医疗和制药工业胰蛋白酶用于伤口愈合和溶解血凝块，抑制微生物的生长L­天冬酰胺酶用于治疗癌症，使癌细胞无法获得生长所需的营养胃蛋白酶用于治疗消化不良其他多种酶作为诊断试剂第十六页，共31页。

现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是 (

)。A．α­淀粉酶

B．糖化酶C．葡萄糖异构酶

D．纤维素酶解析此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。答案

D【巩固2】第十七页，共31页。

肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是(

)。【例1】示例一酶的种类第十八页，共31页。思维导图：

深度剖析由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题意。答案

B第十九页，共31页。归纳总结酶的分类（1）根据存在的部位胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。

如细胞内有氧呼吸酶等胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如

消化酶等第二十页，共31页。第二十一页，共31页。如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是 (

)。【例2】示例二

固定化酶技术A．载体结合法，交联法，包埋法B．交联法，载体结合法，包埋法C．包埋法，载体结合法，交联法D．包埋法，交联法，载体结合法第二十二页，共31页。思维导图：深度剖析①题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；②图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，应属交联法；③图表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。答案

D第二十三页，共31页。反思感悟固定化酶的优点酶被固定化后，大多数酶稳定性增加，因而可以通过过滤等简单的方法将酶从反应系统中取出，这样做既避免了污染产物，又可以反复利用，从而有助于实现反应的连续化和自动化。第二十四页，共31页。下列叙述中，能正确说明酶特性的是 (

)。A．酶大多数是蛋白质B．酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用C．酶的活性随温度的升高而不断升高D．每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应解析酶的特性是指酶的高效性、专一性以与受温度、pH等因素的影响。A项是酶的化学本质，属于酶的概念；酶是活细胞产生的，但它不仅仅在生物体内发挥作用，离体的酶，只要在合适的条件下仍可发挥催化作用；在一定的温度范围内，酶的活性随温度的升高而升高，C项不能正确表述酶与温度的关系；D项表示了酶的专一性。答案

D1．第二十五页，共31页。ATP的消耗利用需要的酶是 (

)。A．水解酶

B．合成酶

C．异构酶

D．转移酶解析

ATP水解为ADP和Pi，同时释放能量，需水解酶。答案

A下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错误的是 (

)。A．酶的催化条件是常温、常压和中性条件B．酶催化反应不会造成严重的污染C．无机催化剂生产过程复杂、成本高D．酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点解析本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均能催化有关反应，但只有酶具有高效性，而无机催化剂催化效率低，故D项错误。A、B、C项叙述均正确。答案

D2．3．第二十六页，共31页。用于皮革工业的脱毛和软化的酶是 (

)。A．脂肪酶

B．淀粉酶

C．蛋白酶

D．聚合酶解析动物皮毛由蛋白质构成，因此可用蛋白酶对皮革脱毛与软化。答案

C4．第二十七页，共31页。5．下图是固定化酶连接的几种方式，据图回答。第二十八页，共31页。(1)甲方式叫____________，这种方法使用的载体有_______等。(2)乙方式叫________，这种方法需要酶和载体都具有_______、________或________等官能团。(3)丙方式叫________，此方法需要使用________，如_________等水溶性化合物。(4)酶的固定方法大致可分为三类，即________、________和________。图中甲、乙方式属于________。(5)经固定的酶的特性是__________________________________________________________________