选修一专题酶研究与应用

第1页/共45页第一页，共46页。一、果胶酶在果汁生产中的作用1．果胶酶的组成及作用：果胶酶包括

、

和果胶酯酶，能使果胶分解成可溶性的半乳糖

醛、酸，瓦解

和胞间层。2．酶的活性及影响酶活性的因素(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

等条件都会影

响酶的活性。多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶植物细胞壁反应速度酶的抑制剂第2页/共45页第二页，共46页。3．研究温度对果胶酶活性影响的实验(1)实验方案：确定

→探讨控制温度的方法和措施。(2)实验程序：制备水果泥→制备果胶酶→水果泥与果胶酶分

别

→将水果泥和果胶酶

→过滤出果汁→

记录果汁量→改变不同

后，重复上面实验。(3)记录实验数据，并填入表格。(4)得出结论：获得的果汁越多，或果汁越澄清，表明果胶酶

的

越高。温度梯度水浴保温混合保温温度活性第3页/共45页第三页，共46页。二、探讨加酶洗衣粉的洗剂效果1．加酶洗衣粉和酶制剂加酶洗衣粉是指含有

的洗衣粉，常用酶制剂有四类：

、脂肪酶、

和纤维素酶。2．加酶洗衣粉去污机理碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子

水解成

可溶性的氨基酸或小分子肽。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶

分别把大分子脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质。酶制剂蛋白酶淀粉酶蛋白质第4页/共45页第四页，共46页。3．不同种类的洗衣粉的洗涤效果酶具有

，复合酶洗衣粉中加入的

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。三、酵母细胞的固定化1．固定化酶的应用实例固定化酶技术使用的反应柱上的孔应该满足酶颗粒无法

通过，反应溶液自由出入的条件。专一性酶制剂第5页/共45页第五页，共46页。2．固定化细胞技术(1)概念：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

的技术。(2)方法：包括包埋法、化学结合法和

。(3)酶更适合采用

和物理吸附法固定，细胞多采用

固定。(4)固定化细胞优点：与固定化酶相比，制备成本低，操作容易。3．制备固定化酵母细胞的实验操作步骤

酵母细胞的活化→配制0.05mol·L－1的CaCl2溶液→配制海藻酸

钠溶液→海藻酸钠溶液与

混合→固定化酵母细胞。一定空间内物理吸附法化学结合法包埋法酵母细胞第6页/共45页第六页，共46页。第7页/共45页第七页，共46页。考点一探究果胶酶活性的影响因素及其用量命题解读近几年高考题中虽然本部分所占分值不大，但是每年都有所考查，形式上以简答题为主，难度较易，命题常联系果汁加工生产、加酶洗衣粉等生产生活实际，考查酶特性的探究的实验分析与设计。预计2012年高考仍将延续这种考查的角度和难度。第8页/共45页第八页，共46页。[示例1]

工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下实验：Ⅰ：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(如图甲所示)。第9页/共45页第九页，共46页。Ⅱ：将步骤Ⅰ处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水

浴中恒温处理10分钟(如图乙所示)。Ⅲ：将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(

如图中丙所示)。Ⅳ：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：果汁量/mL813152515121110温度/℃1020304050607080第10页/共45页第十页，共46页。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，是因为果胶酶可以分解细胞壁中的

果胶，产物是_______________________________________。(2)为什么该实验能够通过测定滤出的苹果汁量的大小来判断

果胶酶活性的高低？_________________________________。(3)下图中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：第11页/共45页第十一页，共46页。①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____________________________________________。②图B中，曲线ab段表明________________，曲线bc段表明________________________________________。③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__________。④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率随pH变化的曲线，实验时可根据________________来判定果胶酶的最适pH。第12页/共45页第十二页，共46页。[解析]

(1)果胶酶催化植物细胞壁中的果胶分解成为半乳糖醛酸。(2)该实验中衡量结果的指标有两项，一是观察在相同的时间内，滤出苹果汁的量的多少，量多说明果胶酶活性高，将果胶分解得多，使果汁更好地流出；二是观察果汁的澄清度。(3)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的影响。①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，反第13页/共45页第十三页，共46页。应速度也不增加，这时受酶浓度影响。②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下降，因为温度超过最适温度，酶活性降低。③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℃(酶反应的适宜温度)的水浴锅中加热时，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。④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率随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。

第14页/共45页第十四页，共46页。[答案]

(1)半乳糖醛酸(2)果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁量的大小反映了果胶酶催化果胶分解的能力(3)①受反应物中酶浓度的限制②果胶酶的活性随温度升高而升高果胶酶的活性随温度的继续升高而下降③反应速度加快无催化反应④果汁的量第15页/共45页第十五页，共46页。探究温度、pH对酶活性的影响及果胶酶的用量实验名称(目的)自变量因变量注意事项探究温度对果胶酶活性的影响温度果汁量(澄清度)①底物和酶在混合时的温度是相同②温度梯度越小，实验结果越精确③苹果泥和果胶酶用量在各个试管应相同④pH应为最适pH第16页/共45页第十六页，共46页。实验名称(目的)自变量因变量注意事项探究pH对果胶酶活性的影响pH果汁量(澄清度)①温度应为最适温度②pH梯度可用NaOH和HCl调节③用玻璃棒搅拌使反应充分进行探究果胶酶的用量果胶酶的用量果汁量(澄清度)①制备苹果匀浆后迅速加热，使苹果浆中果胶酶变性②温度、pH应为最适且保持不变第17页/共45页第十七页，共46页。1．下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究的有关叙述正确的

是(

)A．探究果胶酶的用量时，pH、温度不影响实验结果

B．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖

异构酶等

C．探究温度对果胶酶活性影响时，温度、苹果泥、果胶

酶用量及反应时间等都是变量

D．可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶

的用量第18页/共45页第十八页，共46页。解析：探究果胶酶用量时，pH、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶；探究温度对果胶酶活性影响的实验中，温度为单一变量，其他因素保持不变。答案：D第19页/共45页第十九页，共46页。2．关于探究果胶酶最适用量的实验，叙述错误的是(

)A．配制不同浓度的果胶酶溶液，并在各组中加入等量的

该溶液

B．调节pH，使各组中的pH相同而且处于适宜状态

C．用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间可以不同

D．在相同且适宜的温度条件下进行实验解析：探究果胶酶最适用量的实验是一个对照实验，必须遵循单一变量原则和等量原则。惟一的变量是果胶酶的用量，其余无关变量如pH、温度、搅拌时间、反应时间都应相同。答案：C第20页/共45页第二十页，共46页。考点二酵母细胞的固定化命题解读

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出现。预计在今后高考中以生产实例来考查固定化细胞和固定化酶这两种技术的区别与联系。第21页/共45页第二十一页，共46页。[示例2]

某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。(1)酵母细胞的固定化采用的方法是____________________。(2)请你说一说，该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞的过程中应注意的事项：(至少写出3点)①____________________________________________；②____________________________________________；③____________________________________________。第22页/共45页第二十二页，共46页。(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵：①请指出标号为a、b、c的名称：

a．________________、

b.________________、

c.________________。②从上端漏斗中加入反应液的浓度

不能过高的原因是_____________________________。③为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，

实验过程中，一定要在

________条件下进行。第23页/共45页第二十三页，共46页。④加入反应液后的操作是

_______________________________________________。⑤装置的长导管起到什么作用？

_______________________________________________。(4)实验过程中，可能得到的现象：

_________________________________________________，实验过程中，装置内可能会发生的反应式为：

_________________________________________________。第24页/共45页第二十四页，共46页。[解析]酵母细胞属于较大的细胞，用包埋法包埋在多孔筛板里。回答“制备固定化酵母细胞的过程中应注意的事项”具有一定的开放性，按实验过程进行分析，合理即可。根据渗透作用的原理，若加入反应液的浓度过高，酵母细胞通过渗透作用失水过多，造成死亡。酵母细胞进行酒精发酵，会产生酒精和二氧化碳。第25页/共45页第二十五页，共46页。[答案]

(1)包埋法(2)①配制氯化钙溶液时应用蒸馏水②海藻酸钠溶液应用小火或间断加热③海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞(3)①固定化酵母反应柱多孔筛板②浓度过高酵母细胞因失水过多而死亡③无菌④关闭活塞1和活塞2

⑤释放CO2，防止空气进入反应柱(4)有气泡产生、有酒味散发C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O；C6H12O62C2H5OH＋2CO2第26页/共45页第二十六页，共46页。直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较

类型项目直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶常用载体高岭土、皂土、硅胶、凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法化学结合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化第27页/共45页第二十七页，共46页。

类型项目直接使用酶固定化酶固定化细胞缺点①对环境条件非常敏感，易失活②难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降优点催化效率高、耗能低、低污染①既能与反应物接触，又能与产物分离②可以反复利用成本低、操作容易第28页/共45页第二十八页，共46页。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。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。第29页/共45页第二十九页，共46页。3．在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，

到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。

(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是

________________________________________________。与固定化酶技术相比，固定化细胞技术固定的是

__________________________________________________。

(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是____________，

使用了如下图所示方法[

]________(填出号码及名称)。第30页/共45页第三十页，共46页。(3)制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是________________。第31页/共45页第三十一页，共46页。解析：将酶固定化后，能使酶在催化反应之后并不进入产物溶液，可反复使用；将细胞固定化后，即可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定；海藻酸钠不能参与化学反应，在高温时容易熔化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料；图示①为共价键(化学)结合法、②为吸附法、③为包埋法；凝胶珠是用高温下熔化的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近，可能形成片状或长条形而不是圆形的凝胶珠。第32页/共45页第三十二页，共46页。答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与反应物分离，固定在载体上的酶能反复使用多酶系统(一系列、多种酶)(2)海藻酸钠③包埋法(3)CaCl2海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近，高度不够)第33页/共45页第三十三页，共46页。第34页/共45页第三十四页，共46页。[示例]

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：第35页/共45页第三十五页，共46页。水温/℃1020304050组别甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙清除血渍时间/min67668852518336347711126891167清除油渍时间/min93789587639182468575277769868(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________________。第36页/共45页第三十六页，共46页。(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：

________________________________________________。第37页/共45页第三十七页，共46页。(5)加酶洗衣粉中的淀粉酶可以从霉菌中提取，用固体培养

基分离、纯化霉菌的方法是________。羊毛、蚕丝等

织物________(填“能”或“不能”)用加酶洗衣粉洗涤，

因为_____________________________________________。第38页/共45页第三十八页，共46页。[解析]

血渍和油渍中既含蛋白质也含脂肪。为加速血渍和油渍中蛋白质和脂肪的分解，需要加酶或适当提高温度。对比同一温度下的三组实验可知，甲加了一种酶，乙加了两种酶。甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶具有专一性。水温为80℃时，酶失活，因而三组实验效果没有差别。固定化酶是利用物理或化学的方法将酶固定在某种介质上，可以重复使用。固体培养基分离、纯化霉菌的方法是划线分离法或涂布分离法。羊毛、蚕丝织物的主要成分是蛋白质，用含有蛋白酶的洗衣粉洗涤会分解其中的蛋白质，损坏