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課標(biāo)版 生物 第32講 酶的研究與應(yīng)用,知識 酶的研究與應(yīng)用 一、果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1.果膠,(1)作用:① 植物細(xì)胞壁 以及胞間層的主要組成成分之一;在果汁加工 中,會(huì)影響② 出汁率 并使果汁渾濁。 (2)成分:由③ 半乳糖醛酸 聚合而成的一種高分子化合物。 (3)特點(diǎn):不溶于水。,2.果膠酶 (1)成分:是分解果膠的一類酶的總稱,包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解 酶和④ 果膠酯酶 等。 (2)作用:果膠 可溶性⑤ 半乳糖醛酸 二、加酶洗衣粉在洗滌中的作用 1.加酶洗衣粉:指含① 酶制劑 的洗衣粉。,2.酶制劑的種類與洗滌原理,注:酶制劑中的蛋白酶、淀粉酶等并非是單一酶,而是復(fù)合酶,如蛋白 酶制劑實(shí)際包括蛋白酶和肽酶,可將蛋白質(zhì)水解成小分子肽和氨基酸。 三、制備和應(yīng)用固相化酶 1.固定化酶 (1)形成:將水溶性的酶用物理或化學(xué)的方法固定在某種① 介質(zhì) 上,使 之成為② 不溶于水而又有酶活性 的制劑。 (2)特性:與游離酶相比較,③ 穩(wěn)定性 好,與底物和產(chǎn)物容易分離,易于 控制,能反復(fù)多次使用;便于④ 運(yùn)輸和貯存 ,有利于自動(dòng)化生產(chǎn)。 2.固定技術(shù) (1)概念:利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。,(2)方法(連線) (3)適用對象 一般來講,酶更適合采用⑤ 化學(xué)結(jié)合法 和物理吸附法固定化,而細(xì)胞,多采用⑥ 包埋法 固定化,這是因?yàn)閭€(gè)大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合,而 個(gè)小的酶則易從包埋材料中漏出。 3.淀粉酶水解作用的檢測 淀粉 糊精 ⑦ 麥芽糖 葡萄糖,1.如圖是果膠酶在不同溫度條件下的酶活性變化曲線,請回答下列問題: (1)在35 ℃時(shí),果膠酶的活性 。 (2)在 和 時(shí),果膠酶的活性都降為0,但恢復(fù)至35 ℃時(shí),,圖的催化活性可望恢復(fù),請?jiān)趫D中畫出恢復(fù)曲線,由此表明 圖 中所示酶的結(jié)構(gòu)已受到破壞。 答案 (1)最高 (2)0 ℃ 100 ℃ 甲 乙 解析 從圖中看出,果膠酶在35 ℃時(shí)催化效率最高,當(dāng)溫度降至0 ℃或升 高至100 ℃時(shí),果膠酶催化效率均降至0。果膠酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),當(dāng),,溫度升高至100 ℃時(shí),果膠酶的分子結(jié)構(gòu)受到破壞,從而變性失活,當(dāng)溫度再 恢復(fù)到35 ℃時(shí),酶也不會(huì)恢復(fù)活性。而溫度降至0 ℃時(shí),酶的結(jié)構(gòu)沒有受到 破壞,再恢復(fù)到35 ℃時(shí),酶活性還會(huì)恢復(fù)。,2.某生物學(xué)興趣小組進(jìn)行了“加酶洗衣粉最適溫度的測定”實(shí)驗(yàn)。下表 是他們記錄的不同溫度除去不同污漬所需時(shí)間的對照表,請依據(jù)表中數(shù)據(jù) 作答。,(1)要達(dá)到最佳洗滌效果,使用加酶洗衣粉的最適溫度范圍是 。 (2)在適宜溫度范圍內(nèi),加酶洗衣粉對衣物上的 的洗滌效果最佳,對,的洗滌效果最差,其原因是 。 (3)羊毛、蠶絲等織物 (填“能”或“不能”)用加酶洗衣粉洗滌, 因?yàn)? 。 (4)從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得,酶具有 性。 答案 (1)50 ℃~60 ℃ (2)奶漬 藍(lán)墨水 奶漬的主要成分是蛋白質(zhì)和脂肪,加酶洗衣粉主要含有 蛋白酶和脂肪酶,能使蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)物水解,但很難使藍(lán)墨水的成分 水解 (3)不能 羊毛、蠶絲等織物的主要成分是蛋白質(zhì),加酶洗衣粉中的蛋白酶 能使蛋白質(zhì)水解,從而使織物受到破壞 (4)專一,,解析 本題考查學(xué)生的分析能力,由表中數(shù)據(jù)可知,要達(dá)到最佳洗滌效果, 使用加酶洗衣粉的最適溫度范圍是50 ℃~60 ℃;對不同的污漬洗滌效果不 同,對奶漬洗滌效果最佳,對藍(lán)墨水洗滌效果最差,說明加酶洗衣粉中含有 蛋白酶和脂肪酶;羊毛和蠶絲的主要成分是蛋白質(zhì),如使用加酶洗衣粉洗滌 羊毛、蠶絲等織物,會(huì)對織物造成破壞;加酶洗衣粉對不同的污漬洗滌效果 不同,說明了酶具有專一性。,3.下面是制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟,請回答: 酵母細(xì)胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與 酵母細(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞。 (1)在 狀態(tài)下,微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微 生物重新恢復(fù) 狀態(tài)?；罨皯?yīng)選擇足夠大的容器,因?yàn)榻湍讣?xì)胞 活化時(shí) 。 (2)固定化細(xì)胞一般采用包埋法,而固定化酶常用 和 。 (3)影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是 。 (4)海藻酸鈉溶化過程的注意事項(xiàng)是 。 (5)如果海藻酸鈉濃度過低,形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目 。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形,說明 。,答案 (1)缺水 正常(生活) 體積會(huì)增大(增多) (2)化學(xué)結(jié)合法 物理吸附法 (3)配制海藻酸鈉溶液 (4)小火加熱(或間斷加熱),不斷攪拌 (5)較少 (海藻酸鈉濃度偏高)制作失敗 解析 (1)在缺水狀態(tài)下,微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀 態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。由于酵母菌活化時(shí)體積會(huì)變大,所 以活化前應(yīng)選擇足夠大的容器。(2)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用物 理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù),其中固定化細(xì)胞一般,采用包埋法,而固定化酶常用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。原因是細(xì)胞個(gè)大, 而酶分子小,個(gè)體大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合,而個(gè)體小的酶容易從包埋材 料中漏出。(4)海藻酸鈉溶化時(shí)應(yīng)小火加熱,或間斷加熱,還要不斷攪拌,防 止焦糊。,突破一 酶在果汁生產(chǎn)、洗滌方面的應(yīng)用 1.酶的活性 (1)概念:指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。 (2)表示方法:用在一定條件下酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表 示。 (3)酶反應(yīng)速率的表示方法:用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量 或產(chǎn)物的增加量來表示。 (4)酶活性的影響因素:溫度、pH和酶的抑制劑等。,2.探究溫度和pH對果膠酶活性的影響 (1)實(shí)驗(yàn)流程 制備果泥 ↓ 設(shè)置一系列具有梯度的pH和溫度 ↓ 加入果膠酶反應(yīng)一段時(shí)間 ↓ 過濾果汁 (2)該實(shí)驗(yàn)的自變量是溫度或pH,因變量是酶的活性,檢測因變量是通過,測定果汁的體積或澄清度來實(shí)現(xiàn)的。 3.對加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法 (1)判斷加酶洗衣粉洗滌效果的方法:可在洗滌后比較污物的殘留狀況,如 已消失、顏色變淺、面積縮小等。 (2)加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則是對照原則 和單一變量原則,如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對衣物污漬的洗滌 效果有何不同時(shí),以洗衣粉的種類為自變量,其他條件完全一致;同時(shí),普 通洗衣粉處理污物與加酶洗衣粉處理污物形成對照。 (3)變量分析,知能拓展 (1)一般來說,絲綢類的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗滌,是 因?yàn)榈鞍酌笗?huì)水解蛋白質(zhì)類的絲綢。 (2)酶的催化作用需要適宜的溫度,用溫水浸泡衣物可以縮短衣物的浸泡 時(shí)間,加快洗滌。 (3)人體皮膚細(xì)胞有蛋白質(zhì),使用加酶洗衣粉后如不徹底清洗雙手,就會(huì)使 手的皮膚受到腐蝕,而使人患過敏性皮炎、濕疹等。 (4)加酶洗衣粉的酶制劑不含肽酶,因?yàn)殡谋旧硪兹苡谒?典例1 某同學(xué)用含有不同種類酶制劑的洗衣粉進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。,請回答以下問題: (1)該實(shí)驗(yàn)的目的是探究 。該實(shí)驗(yàn)還應(yīng)控制的無關(guān)變量有 。該實(shí)驗(yàn)中 分別 構(gòu)成兩組對照實(shí)驗(yàn)。 (2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中可通過觀察 來判斷酶 的催化效率。 (3)蛋白酶洗衣粉的去污原理是 。 (4)大力推廣使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉,有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù),這是因 為 。,解析 依據(jù)題表可以看出,表中涉及酶與污染物這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)變量,A與B構(gòu) 成一組對照實(shí)驗(yàn),用來鑒定不同酶對同一污染物的作用效果,實(shí)驗(yàn)變量是酶 的種類;A與C構(gòu)成另一組對照實(shí)驗(yàn),用來鑒定同一種酶對不同污染物的作 用效果,實(shí)驗(yàn)變量是不同種類的污染物。這兩組實(shí)驗(yàn)都是用來探究酶的特 異性。洗衣粉的用量、污染物的含量以及水質(zhì)、pH等都為無關(guān)變量。 答案 (1)酶的特異性 洗衣粉的用量、污染程度、水質(zhì)、pH等 A 與B、A與C (2)蛋白膜消失時(shí)間的長短 (3)用蛋白酶催化污垢中蛋白質(zhì) 的水解 (4)酶可被分解,又避免水體富營養(yǎng)化,1-1 (2014四川樂山月考,10)工業(yè)生產(chǎn)果汁時(shí),常常利用果膠酶破除果肉細(xì) 胞壁以提高水果的出汁率,為研究溫度對果膠酶活性的影響,某同學(xué)設(shè)計(jì)了 如下實(shí)驗(yàn): ①將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管,在10 ℃水浴中恒溫處理10 min(如圖 甲)。,②將步驟①處理后的果膠酶和蘋果泥混合,再次在10 ℃水浴中恒溫處理10 min(如圖乙)。 ③將步驟②處理后的混合物過濾,收集濾液,測量果汁量(如圖丙)。 ④在不同溫度條件下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟,并記錄果汁量,結(jié)果如下表:,根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),請分析回答下列問題。 (1)果膠酶能破除細(xì)胞壁,是因?yàn)楣z酶可以促進(jìn)細(xì)胞壁中 的水 解。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)溫度為 左右時(shí),果汁量最多,此時(shí)果膠酶的活 性 。當(dāng)溫度再升高時(shí),果汁量降低,說明 。 (3)實(shí)驗(yàn)步驟①的目的是 。 答案 (1)果膠 (2)40 ℃ 最高 酶活性降低 (3)避免果汁和果膠酶混 合時(shí)影響混合物溫度,從而影響果膠酶活性 解析 (1)植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要組成成分之一是果膠,而果膠酶 則是水解果膠的一類酶的總稱。(2)通過表中數(shù)據(jù)可知:在40 ℃時(shí),產(chǎn)生的,,果汁量最多,在題中所給的溫度范圍內(nèi),40 ℃時(shí)酶活性最高。當(dāng)溫度再升高時(shí),出汁量降低,酶的催化活性降低。(3)因?yàn)槊妇哂懈咝?使底物與酶的溫度都達(dá)到預(yù)定值后再混合,避免它們事先發(fā)生反應(yīng),而引起結(jié)果的不準(zhǔn)確。,突破二 固定化酶與固定化細(xì)胞 1.固定化酶與固定化細(xì)胞的比較,2.制備固定化酵母細(xì)胞及用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵,易混辨析 (1)細(xì)胞的固定化要在嚴(yán)格無菌條件下進(jìn)行;對制備的海藻 酸鈉溶液、CaCl2溶液以及注射器等器材進(jìn)行嚴(yán)格滅菌。 (2)溶化海藻酸鈉時(shí)采用小火或間斷加熱法,防止海藻酸鈉焦糊。 (3)海藻酸鈉溶液濃度過高,將很難形成凝膠珠;濃度過低,凝膠珠所包埋 的酵母細(xì)胞數(shù)量少。 典例2 回答有關(guān)固定化酶的以下問題: (1)酶是生物體中生化反應(yīng)的催化劑,在工業(yè)生產(chǎn)和食品加工中的應(yīng)用日益 廣泛。為提高酶的利用率以及提高產(chǎn)品的純度,一般需要對酶進(jìn)行固定化 處理,即將酶用物理或化學(xué)方法固定在 介質(zhì)上,具體方法有 法、共價(jià)偶聯(lián)法、 法和 法。,(2)如圖為裝有固定化酶a的實(shí)驗(yàn)裝置。其中b是反應(yīng)柱,c是催化底物。① 若裝置中的固定化酶為α-淀粉酶,則通常是利用 法進(jìn)行固定的,介 質(zhì)一般為石英砂。利用該裝置進(jìn)行淀粉水解實(shí)驗(yàn)時(shí),在漏斗中加入反應(yīng)液 后的操作是 ,以保證反應(yīng)充分。對流出的液 體用 檢測,若呈現(xiàn) 顏色反應(yīng),說明淀粉被水解成糊精。,②若a是固定化酵母,要想得到較多的乙醇,加入反應(yīng)液后的操作是 ,裝置中的長導(dǎo)管起的作用是 。 解析 (1)固定化酶是將水溶性的酶固定在相應(yīng)的介質(zhì)上,使之成為不溶 于水而又有酶活性的制劑,達(dá)到重復(fù)使用酶等目的。常用的固定化酶方法 有吸附法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法和包埋法。(2)固定α-淀粉酶通常用吸附 法,開始實(shí)驗(yàn)后只需打開圖示活塞1和2,并使淀粉溶液以0.3 mL/min的流速 過柱,不能過快,以保證反應(yīng)充分。在流出5 mL淀粉溶液后接收0.5 mL流出 液,加KI-I2溶液檢測,若溶液呈現(xiàn)紅色,說明有糊精生成。要利用固定化酵 母產(chǎn)生較多乙醇,需要?jiǎng)?chuàng)造無氧環(huán)境,所以加入反應(yīng)液后要把活塞1和2關(guān) 閉,而產(chǎn)生的CO2又可以通過長導(dǎo)管排放出去,而如圖示形狀的長導(dǎo)管還可,,以起到防止雜菌進(jìn)入的作用。 答案 (1)非水溶性 吸附 交聯(lián) 包埋 (2)①吸附 打開活塞1和2,并控制流速 KI-I2 紅 ②關(guān)閉活塞1和2 排放氣體CO2,防止雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱,2-1 如圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖,其中①為反應(yīng)柱,②為固定化酶,③ 為分布著小孔的篩板,請據(jù)圖回答: (1)關(guān)于固定化酶中用到的反應(yīng)柱,理解正確的是 ( ) A.反應(yīng)物和酶均可自由通過反應(yīng)柱 B.反應(yīng)物和酶均不能通過反應(yīng)柱,C.反應(yīng)物能通過,酶不能通過 D.反應(yīng)物不能通過,酶能通過 (2)③的作用是 。 (3)制作固定化α-淀粉酶常用的方法是 。 (4)據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理: 。 答案 (1)C (2)使酶顆粒無法通過,反應(yīng)液能自由通過 (3)吸附法 (4)反應(yīng)物溶液從反應(yīng)柱上端注入,使反應(yīng)物溶液流過反應(yīng)柱,與固定化酶接 觸,得到的產(chǎn)物從反應(yīng)柱下端流出,,解析 固定化酶就是將水溶性的酶用物理或化學(xué)的方法固定在某種介 質(zhì)上(如石英砂),使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。固定化酶常用 方法有吸附法、共價(jià)偶聯(lián)法等。,