高中生物（必选3）2.1酶的制备和应用知识点

高中生物（必选3）2.1酶的制备和应用知识点整理一、课程主要内容总结本课程聚焦酶的制备和应用两大核心模块，旨在让学生理解酶制备的原理、关键步骤，掌握酶固定化的常用技术及优势，同时明确酶在生产生活中的典型应用场景。课程先从酶的特性出发，阐述酶制备的原料选择、提取、分离纯化及活性测定的基本逻辑；再重点讲解固定化酶与固定化细胞的原理、方法（物理吸附法、化学结合法、包埋法）及优缺点；最后结合食品加工、医药生产、环境治理等实例，分析酶应用的条件及注意事项，建立“原理-技术-应用”的知识体系。二、核心知识点梳理及配套练习知识点1：酶制备的原理与关键步骤###核心内容

1.原料选择：优先选用酶含量高、易获取、成本低的生物材料（如植物的根、茎、叶，动物的肝脏、胰腺，微生物菌体），需考虑酶的活性稳定性。

2.提取方法：根据酶的存在部位（细胞内酶/细胞外酶）选择对应方法。细胞外酶可直接收集发酵液；细胞内酶需先破碎细胞（机械研磨法、超声破碎法、酶解法等），再用缓冲液提取，避免酶因pH、温度变化失活。

3.分离纯化：核心是去除杂质，获得高纯度酶，常用步骤：离心（去除细胞碎片）→盐析（加硫酸铵等中性盐，降低酶的溶解度使其析出，不破坏酶活性）→透析（去除小分子杂质）→凝胶色谱法/电泳（进一步纯化）。

4.活性测定：通过检测酶催化特定底物的反应速率（如单位时间内底物的减少量或产物的生成量）衡量，需控制温度、pH等适宜条件。配套练习题【选择题】下列关于酶提取的叙述，错误的是（）

A.提取细胞内酶时，需先破碎细胞释放酶

B.提取过程中加入缓冲液可维持pH稳定，保护酶活性

C.高温加热可加速细胞破碎，提高酶的提取效率

D.细胞外酶可直接从发酵液中获取，无需破碎细胞

【答案】C

【解析】高温会破坏酶的空间结构，导致酶失活，因此提取过程中需避免高温，C错误；A、B、D均符合酶提取的原理，细胞内酶需破碎细胞释放，缓冲液可维持pH稳定，细胞外酶存在于发酵液中，可直接收集。【填空题】酶分离纯化过程中，______法通过加入中性盐降低酶的溶解度使其析出，该方法的优点是________________；后续通过______可去除提取液中的小分子杂质。

【答案】盐析；不破坏酶的空间结构（或不影响酶活性）；透析

【解析】盐析是利用中性盐对蛋白质（酶的化学本质多为蛋白质）溶解度的影响，使酶析出，不会破坏酶的活性；透析利用半透膜的选择透过性，可让小分子杂质通过，而酶（大分子）保留在袋内，从而去除小分子杂质。【简答题】某同学计划从新鲜猪肝中提取过氧化氢酶，简述其核心步骤及各步骤的目的。

【答案】核心步骤及目的：①破碎细胞（如机械研磨，加缓冲液）：释放细胞内的过氧化氢酶，缓冲液维持pH稳定，保护酶活性；②离心：去除细胞碎片等杂质，获得含酶的上清液；③盐析（加适量硫酸铵）：使过氧化氢酶析出，初步纯化；④透析：去除上清液中的小分子杂质，进一步纯化；⑤活性测定：检测酶的催化效率，判断纯化效果。

【解析】新鲜猪肝中过氧化氢酶含量高，作为原料适宜。提取过程需围绕“释放酶-去除杂质-保护酶活性”展开，每个步骤均需结合酶的特性，避免酶失活。知识点2：酶的固定化技术###核心内容

1.概念：将酶或细胞固定在一定的载体上，使酶既能发挥催化作用，又能重复利用，同时便于与产物分离。

2.固定化酶与固定化细胞的区别：固定化酶仅固定单一酶，针对性强；固定化细胞固定的是整个细胞，含多种酶，可催化一系列连续反应，成本更低。

3.常用方法及特点：

-物理吸附法：利用载体对酶的吸附作用固定（如活性炭吸附酶），操作简单，酶活性损失少，但吸附不牢固，易脱落；

-化学结合法：通过化学键将酶与载体结合（如酶与纤维素衍生物结合），结合牢固，可重复利用次数多，但操作复杂，可能破坏酶活性；

-包埋法：将酶或细胞包埋在多孔载体中（如海藻酸钠凝胶包埋酵母细胞），操作简单，对酶活性影响小，但底物和产物需透过载体，扩散效率较低。

4.优势：提高酶的利用率，降低生产成本；便于产物分离，提高产物纯度；可实现连续化生产。配套练习题【选择题】下列关于酶固定化方法的叙述，正确的是（）

A.包埋法适用于所有酶的固定化，应用范围最广

B.化学结合法固定的酶稳定性高，重复利用次数多

C.物理吸附法固定的酶与载体结合牢固，不易脱落

D.固定化细胞可催化多种反应，固定化酶仅能催化单一反应

【答案】B

【解析】包埋法适用于体积较大的细胞或酶，不适用于小分子酶，A错误；化学结合法通过化学键结合，稳定性高，重复利用次数多，B正确；物理吸附法吸附不牢固，酶易脱落，C错误；固定化酶若固定的是多种酶的混合物，也可催化多种反应，D错误。【选择题】用海藻酸钠包埋酵母细胞制备固定化细胞，下列说法错误的是（）

A.海藻酸钠浓度过高，会导致凝胶珠过硬，通透性差

B.包埋过程中需用注射器将混合液滴入CaCl₂溶液中，形成凝胶珠

C.固定化酵母细胞可用于发酵生产酒精，实现连续化操作

D.该方法属于化学结合法，酵母细胞与海藻酸钠通过化学键结合

【答案】D

【解析】海藻酸钠包埋酵母细胞属于包埋法，而非化学结合法，酵母细胞是被包埋在海藻酸钠凝胶内部，未形成化学键，D错误；A、B、C均正确，海藻酸钠浓度需适宜，过高凝胶珠过硬，过低易破裂，CaCl₂可使海藻酸钠凝固形成凝胶珠，固定化细胞可重复利用，实现连续发酵。【填空题】固定化酶的核心目的是________________；与固定化酶相比，固定化细胞的优势是________________，局限性是________________。

【答案】提高酶的利用率，降低生产成本，便于产物分离；可催化一系列连续反应，成本更低，操作更简单；底物和产物扩散效率低，可能影响反应速率

【解析】固定化技术的核心是解决酶“一次性使用、成本高、产物分离难”的问题；固定化细胞含多种酶，可催化连续反应，但载体存在一定阻碍，导致底物和产物扩散效率降低。【实验分析题】某小组分别用物理吸附法和化学结合法固定淀粉酶，测定两种方法固定的酶的活性及重复利用次数，结果如下表。

|固定化方法|初始酶活性（U/mL）|重复利用5次后酶活性（U/mL）|

|------------|--------------------|------------------------------|

|物理吸附法|85|32|

|化学结合法|70|58|

请分析两种方法的优劣，并说明原因。

【答案】物理吸附法优势：初始酶活性高，说明操作过程中酶活性损失少；劣势：重复利用5次后酶活性下降明显，说明酶与载体吸附不牢固，易脱落。化学结合法优势：重复利用5次后酶活性仍较高，说明酶与载体结合牢固，稳定性强；劣势：初始酶活性低于物理吸附法，说明化学结合过程可能破坏了部分酶的空间结构，导致酶活性损失。

【解析】酶活性高低反映酶的催化能力，重复利用后的酶活性反映固定化效果的稳定性。物理吸附法操作简单，对酶活性影响小，但结合不牢固；化学结合法结合牢固，但操作复杂，可能损伤酶活性。知识点3：酶的应用实例###核心内容

1.食品加工领域：

-加酶洗衣粉：含蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等，可分解衣物上的蛋白质、脂肪、淀粉污渍，需在适宜温度（30-50℃）和pH（中性或弱碱性）条件下使用，避免高温、强酸强碱破坏酶活性；

-果汁澄清：用果胶酶分解果汁中的果胶，降低果汁黏度，使果汁澄清，提高出汁率；

-酿酒工业：用固定化酵母细胞发酵葡萄糖产生酒精，实现连续生产。

2.医药领域：用尿激酶、链激酶等溶栓酶治疗血栓，用胰蛋白酶辅助消化等，酶制剂需严格控制纯度和活性。

3.环境治理领域：用脂肪酶、蛋白酶分解污水中的有机污染物，用脲酶分解污水中的尿素，降低污水中氮含量。

4.应用关键：控制反应条件（温度、pH、底物浓度），避免酶失活；根据需求选择合适的酶制剂及固定化技术。配套练习题【选择题】下列关于加酶洗衣粉使用的叙述，错误的是（）

A.用温水溶解加酶洗衣粉，可提高酶的催化效率

B.浸泡时间不足会导致污渍分解不彻底

C.洗衣时加入过量的洗衣粉，可增强去污效果

D.用加酶洗衣粉洗涤羊毛衣物，可能损伤衣物

【答案】C

【解析】加酶洗衣粉的用量需适宜，过量加入不会显著增强去污效果，反而可能增加残留，C错误；温水可提供酶适宜的温度，提高催化效率，A正确；浸泡时间不足，酶与污渍接触不充分，分解不彻底，B正确；羊毛衣物的主要成分是蛋白质，加酶洗衣粉中的蛋白酶会分解蛋白质，损伤衣物，D正确。【填空题】果汁生产中，加入______可分解果胶，使果汁澄清；该酶的作用机理是________________。若想实现该酶的重复利用，可采用______技术。

【答案】果胶酶；分解果胶分子中的糖苷键，使果胶水解为小分子物质；酶的固定化（如物理吸附法、化学结合法、包埋法）

【解析】果胶酶的作用是水解果胶中的糖苷键，打破果胶对果汁的束缚，提高出汁率和澄清度；固定化技术可实现酶的重复利用，降低生产成本。【简答题】简述固定化酶在环境治理中的应用实例及优势。

【答案】实例：用固定化脂肪酶、蛋白酶分解污水中的油脂、蛋白质等有机污染物，降低污水的COD（化学需氧量）；用固定化脲酶分解污水中的尿素，减少水体富营养化。优势：①酶可重复利用，降低治理成本；②便于与污水分离，避免酶残留对环境造成二次污染；③可实现连续化处理，提高治理效率；④固定化后酶的稳定性增强，适应环境能力提升。

【解析】结合酶固定化的优势（重复利用、易分离、稳定性强），联系环境治理中有机污染物、氮磷污染物的处理需求，阐述实例及对应优势。知识点4：酶制备与应用的注意事项###核心内容

1.酶活性保护：全程控制适宜的温度和pH，避免高温、强酸、强碱、重金属离子等破坏酶的空间结构；提取和纯化过程中可加入酶抑制剂（如苯甲基磺酰氟）防止酶被降解。

2.载体选择：固定化酶/细胞的载体需具备多孔、稳定、无毒、成本低等特点（如活性炭、纤维素、海藻酸钠、琼脂糖等），根据固定化方法和应用场景选择合适载体。

3.成本控制：选择廉价易得的原料，优化提取和纯化步骤，提高酶的回收率；通过固定化技术提高酶的重复利用次数，降低单位产物的酶成本。

4.安全性：食品、医药领域使用的酶制剂需符合卫生标准，避免杂菌污染；环境治理中使用的固定化酶/细胞需确保不会对生态系统造成负面影响。配套练习题【选择题】下列措施中，不能保护酶活性的是（）

A.提取酶时加入缓冲液维持pH稳定

B.纯化过程中在低温（0-4℃）条件下操作

C.向酶溶液中加入重金属盐溶液

D.避免将酶置于高温、强光环境中

【答案】C

【解析】重金属离子会破坏酶的空间结构，导致酶失活，不能保护酶活性，C错误；缓冲液维持pH稳定、低温操作、