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2019年高考生物 專題3 酶的應(yīng)用教學(xué)案 新人教版選修3 xx備考、最新考綱 1．酶在食品制造和洗滌等方面的應(yīng)用?！?.制備和應(yīng)用固相化酶。 考點(diǎn)1　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用(5年1考)　 (xx江蘇卷) 1．果膠酶的組成和作用 (1)組成：多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。 (2)作用：分解果膠，瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層。 (3)影響酶活性的因素：溫度、pH、酶的抑制劑等條件。 (4)果膠酶的應(yīng)用 ①水果加工業(yè)：水果中的果膠經(jīng)果膠酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于壓榨；在葡萄酒釀造中加入果膠酶能起到澄清作用，還可促使葡萄汁中的酒石酸發(fā)生沉淀；果膠酶可用于橘子脫囊衣，制造果粉和低糖果凍。 ②飼料工業(yè)：果膠酶與纖維素酶、半纖維素酶等配合，可降解植物細(xì)胞壁中果膠和纖維素，促使淀粉、脂質(zhì)、維生素和蛋白質(zhì)等釋放出來，從而提高了飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；果膠酶可降低飼料的黏度，促進(jìn)飼料在動(dòng)物消化道內(nèi)的消化吸收。 2．探究果膠酶活性最適條件的實(shí)驗(yàn) (1)酶的活性 (2)實(shí)驗(yàn)原理 ①果膠酶活性受溫度和pH的影響，處于最適溫度或pH時(shí)，活性最高。 ②果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶活性大小呈正相關(guān)。 (3)實(shí)驗(yàn)流程 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：溫度和pH在很大程度上對(duì)酶的空間結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生影響，過高或過低都會(huì)影響酶活性。 3．探究果膠酶的最適用量 (1)實(shí)驗(yàn)流程 37__℃加熱―→將果膠酶溶液與蘋果泥混合―→恒溫水浴中反應(yīng)20 min左右―→過濾果汁，測(cè)量果汁量并記錄 (2)實(shí)驗(yàn)分析 ①若隨著酶的用量增加，過濾到的果汁的體積也增加，說明酶的用量不足。 ②當(dāng)酶的濃度增加到某個(gè)值后，再增加酶的用量，過濾的果汁體積不再改變，說明酶的用量已經(jīng)足夠，那么這個(gè)值為酶的最適值(如下圖所示M為最適用量)。 特別提醒 (1)酶活性不等同于酶促反應(yīng)速度同等條件下的酶促反應(yīng)速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性與酶促反應(yīng)速度仍然是兩個(gè)完全不同的概念，其影響因素也不完全相同，如酶的濃度、反應(yīng)物的濃度可以影響反應(yīng)速度，但不能影響酶的活性。 (2)在蘋果泥和果膠酶混合之前，一定要保證底物和酶達(dá)到所要求的溫度或pH條件，以避免混合后條件的變化，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 (3)探究酶的最適條件(溫度、pH)及最適用量時(shí)都需設(shè)置一系列濃度梯度，且不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間構(gòu)成了相互對(duì)照，通過相互對(duì)照可確定果膠酶的最適溫度或最適pH。 　果膠酶探究實(shí)驗(yàn)的拓展應(yīng)用 (經(jīng)典高考)酶解法制備原生質(zhì)體的原理是利用酶溶液對(duì)細(xì)胞壁成分的降解作用。蝸牛酶液從蝸牛(以植物為食)消化腺中提取；果膠酶、纖維素酶從微生物中提取。為了研究不同酶液的酶解效果，某實(shí)驗(yàn)小組取無菌煙草幼葉，切成相同大小的小片，等量放入6支試管中，試劑用量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于下表。請(qǐng)回答有關(guān)問題。 　　　試管編號(hào) 項(xiàng)目　　　 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 蒸餾水/mL 2 0 1 1 1 1 緩沖水/mL 0 2 1 0.5 0.5 0.5 果膠酶液/mL 0 0 0 0.5 0 0 蝸牛酶液/mL 0 0 0 0 0.5 0 纖維素酶液/mL 0 0 0 0 0 0.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (綠色深淺程度) － － － ＋＋＋ ＋＋＋＋ ＋＋ (注：“＋”越多表示綠色越深，“－”表示顏色無顯著變化) (1)實(shí)驗(yàn)過程中，需要輕搖試管，其目的是________________，使原生質(zhì)體從葉小片中游離出來，以便觀察懸浮液綠色的深淺。 (2)從綠色的深淺可推測(cè)：蝸牛酶液酶解效果最好，原因是蝸牛酶液含有________________等多種酶。該實(shí)驗(yàn)中________是空白對(duì)照組，其設(shè)置意義是_________________________________________________________________。 (3)用網(wǎng)篩過濾原生質(zhì)體到離心管內(nèi)，離心后收集沉淀物，并用________洗滌。 (4)原生質(zhì)體是否符合要求還需要進(jìn)行檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)的方法是________________。 解析　(1)底物與酶接觸的越充分，反應(yīng)速率越大，從而可提高酶解效果。(2)植物細(xì)胞壁的成分為纖維素和果膠，蝸牛酶液酶解效果最好，則其必含纖維素酶和果膠酶?？瞻讓?duì)照實(shí)驗(yàn)中，沒有實(shí)驗(yàn)處理的為對(duì)照組。此實(shí)驗(yàn)中無酶處理的為對(duì)照組，目的是為了排除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。(3)離心管內(nèi)的沉淀物為原生質(zhì)體，為防止洗滌時(shí)被破壞，可用等滲溶液洗滌。(4)原生質(zhì)體是否獲得成功，即看植物細(xì)胞的細(xì)胞壁是否被去凈?？梢酝ㄟ^低滲漲破法，把獲得的材料放到低滲溶液中，檢測(cè)材料是否吸水漲破。 答案　(1)為了使細(xì)胞壁與酶充分接觸，提高酶解效果　(2)果膠酶和纖維素酶?、瘛ⅱ?、Ⅲ　排除無關(guān)變量的干擾　(3)等滲溶液　(4)低滲漲破法 歸納總結(jié) 1．果膠酶與纖維素酶的比較 種類 組成 作用 果膠酶 多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等 催化水解果膠成為可溶性半乳糖醛酸 纖維素酶 C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶 纖維素纖維二糖葡萄糖 2.探究影響果汁產(chǎn)量的因素 (1)探究溫度對(duì)酶活性的影響時(shí)，可以選用10 ℃作為溫度梯度，設(shè)置的具體溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等，也可以根據(jù)酶的特點(diǎn)，嘗試以5 ℃作為溫度梯度。 (2)探究pH對(duì)酶活性的影響時(shí)，只需將溫度梯度改成pH梯度，并在該酶的最適溫度下進(jìn)行。反應(yīng)液中的pH可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氫氧化鈉溶液或鹽酸進(jìn)行調(diào)節(jié)。 (3)探究酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對(duì)酶活性影響的基礎(chǔ)之上的。此時(shí)，研究的變量是酶的用量，其他因素都應(yīng)保持相同。實(shí)驗(yàn)時(shí)可以配制不同濃度的酶溶液，也可以只配制一種濃度的酶溶液，然后使用不同的體積。需要注意的是，反應(yīng)液的pH和溫度必須相同，否則將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 [對(duì)點(diǎn)強(qiáng)化] (xx臨沂一模)下圖為某工廠設(shè)計(jì)的蘆柑加工工藝流程，請(qǐng)分析回答： (1)為提高出汁率，過程②可使用________酶處理，該酶是一類酶的總稱，包括半乳糖醛酸酶、________酶，為提高該酶的利用率常采用________技術(shù)；過程③常常接種的菌種是________，并且需要嚴(yán)格控制氧分壓。 (2)蘆柑果皮可用來提取香精油，過程④最好采用的方法是________法。為提高出油率，材料需經(jīng)過石灰水________處理，然后漂洗。 (3)現(xiàn)獲得一株無子突變蘆柑，研究人員要在較短時(shí)間內(nèi)獲得大量突變植株，最好采用________的方法，該過程中需要對(duì)外植體進(jìn)行________處理。在上述過程中，所用到的培養(yǎng)基及器材都需要嚴(yán)格滅菌，工作臺(tái)需要用________擦拭。培養(yǎng)基中除基本營(yíng)養(yǎng)成分之外，還需要添加________。 答案　(1)果膠　果膠分解酶和果膠酯　固定化酶　酵母菌　(2)壓榨　浸泡　(3)植物組織培養(yǎng)　消毒　(4)70%的酒精　植物激素 考點(diǎn)2　探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果(5年4考) (xx江蘇卷、2011江蘇、xx廣東、江蘇) 1．梳理加酶洗衣粉的去污機(jī)理 種類 洗滌原理 洗滌的物質(zhì)種類 蛋白酶 蛋白質(zhì)小分子的肽＋氨基酸 血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質(zhì)污垢 脂肪酶 脂肪甘油＋脂肪酸 食品的油漬、人體皮脂、口紅 淀粉酶 淀粉麥芽糖＋葡萄糖 來自面條、巧克力等的污垢 纖維素酶 使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松，從而使?jié)B入到纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，達(dá)到更好的去污效果 棉紡織品的表面浮毛 2.探究不同類型加酶洗衣粉的洗滌效果 (1)實(shí)驗(yàn)原理：酶的催化作用具有專一性，復(fù)合酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，與單一加酶洗衣粉相比，對(duì)各種污漬都有較好的洗滌效果。 (2)實(shí)驗(yàn)變量 ①自變量：加酶洗衣粉。 ②無關(guān)變量：其他條件相同且適宜(如溫度、pH等)。 (3)實(shí)驗(yàn)步驟 步　驟 燒杯編號(hào) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 注入自來水/mL 500 500 500 加入物質(zhì)(等量) 奶漬布 奶漬布 奶漬布 控制水溫/℃ 37 37 37 加入洗衣粉(等量) 蛋白酶洗衣粉 復(fù)合酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉 用玻璃棒攪拌/min 5 5 5 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 顏色淺 已消失 顏色淺 特別提醒 (1)與普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗滌效果更好，又由于不含磷元素，酶制劑進(jìn)入無機(jī)環(huán)境中后可以被微生物分解，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 (2)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。 (3)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。 (4)人體皮膚細(xì)胞有蛋白質(zhì)，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。因此，應(yīng)避免與這類洗衣粉長(zhǎng)時(shí)間地接觸。 (5)加酶洗衣粉的酶制劑不含肽酶，因?yàn)殡谋旧硪兹苡谒? 　加酶洗衣粉與普通洗衣粉洗滌效果的 探究實(shí)驗(yàn) (經(jīng)典高考)為探究洗衣粉加酶后的洗滌效果，將一種無酶洗衣粉分成3等份，進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)。甲、乙兩組在洗衣粉中加入1種或2種酶，丙組不加酶，在不同溫度下清洗同種化纖布上的2種污漬，其他實(shí)驗(yàn)條件均相同，下表為實(shí)驗(yàn)記錄。請(qǐng)回答下列問題。 水溫/℃ 10 20 30 40 50 組別 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 清除血漬 時(shí)間/min 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67 清除油漬時(shí)間/min 93 78 95 87 63 91 82 46 85 75 27 77 69 8 68 (1)提高洗衣粉去污能力的方法有________，甲組在洗衣粉中加入了________，乙組在洗衣粉中加入了________。 (2)甲、乙兩組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有_______________ _____________________________________________。 (3)如果甲、乙和丙3組均在水溫為80 ℃時(shí)洗滌同一種污漬，請(qǐng)比較這3組洗滌效果之間的差異并說明理由： ___________________________________。 (4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化學(xué)物質(zhì)包裹的，遇水后包裹層很快溶解，釋放出來的酶迅速發(fā)揮催化作用。請(qǐng)說明這是否運(yùn)用了酶的固定化技術(shù)及其理由。________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 解析　本題考查酶的相關(guān)知識(shí)。通過表格比較容易得出：在10～50 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的去污能力增強(qiáng)；加入酶的洗衣粉去污能力比未加酶的強(qiáng)。血漬中主要成分是蛋白質(zhì)，油漬中主要成分是脂肪。根據(jù)甲、乙兩組去除血漬和油漬的能力比較，能夠得出甲組加入了蛋白酶，乙組加入了蛋白酶和脂肪酶。甲、乙兩組洗滌效果的差異，說明酶具有專一性。酶在高溫條件下會(huì)變性失活，水溫為80 ℃時(shí)酶失活，因而3組實(shí)驗(yàn)效果沒有差別。酶的固定化技術(shù)是要把酶固定在不溶于水的載體上，且固定化酶具有重復(fù)利用的特點(diǎn)。 答案　(1)加酶和適當(dāng)提高溫度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶 (2)專一性　(3)沒有差異，因?yàn)楦邷厥姑甘Щ? (4)未運(yùn)用酶的固定化技術(shù)，因?yàn)槊肝垂潭ㄔ诓蝗苡谒妮d體上，也不能重復(fù)利用 規(guī)律總結(jié) 1．變量的分析和控制 影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素有水溫、水量、水質(zhì)、洗衣粉的用量和種類，衣物的材料、大小及浸泡時(shí)間和洗滌時(shí)間等。 在探究用加酶洗衣粉洗滌的最佳溫度條件實(shí)驗(yàn)中，水溫是要研究的對(duì)象，實(shí)驗(yàn)自變量是水溫；在探究加酶洗衣粉與普通洗衣粉洗滌效果的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)自變量為洗衣粉的種類；在探究不同種類的加酶洗衣粉洗滌效果的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)自變量為加酶洗衣粉的種類。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循單一變量原則和對(duì)照原則等。 2．洗滌方式和材料的選擇 (1)采用全自動(dòng)洗衣機(jī)比較好，并且應(yīng)該盡量使用同一型號(hào)小容量的洗衣機(jī)，使其機(jī)械攪拌作用相同。 (2)洗滌材料的選擇也有一些講究。選用布料作為實(shí)驗(yàn)材料比較可行。在設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以控制布料的大小、顏色及污物的量，使其相同；同時(shí)，也便于洗滌效果的比較。 3．水量、水質(zhì)和洗衣粉用量的問題 (1)水量和布料的大小是成正比的。做實(shí)驗(yàn)用的布料不宜過大，水量不宜過多，但應(yīng)該讓布料充分浸泡在水中。 (2)其他相關(guān)問題簡(jiǎn)述如下：實(shí)驗(yàn)中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；布料應(yīng)放在洗衣粉溶液中浸泡相同的時(shí)間；采用玻棒攪拌的方式模擬洗衣過程；模擬攪拌的時(shí)間、次數(shù)和力量應(yīng)基本相同。 [對(duì)點(diǎn)強(qiáng)化] 加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉。請(qǐng)回答下列問題。 (1)由下圖推知，該實(shí)驗(yàn)的目的是______________________________________。 50 ℃時(shí)加酶洗衣粉中堿性蛋白酶的最適含量約是________%。 (2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗滌效果的實(shí)驗(yàn)記錄，請(qǐng)據(jù)表回答問題： 臉盆編號(hào) 洗滌物(等量) 洗滌溫度/℃ 洗衣粉(等量) 水量/L 洗凈所需時(shí)間/min 1 油污布 45 加酶 2 4 2 油污布 45 普通 2 7 3 油污布 5 加酶 2 9 4 油污布 5 普通 2 8 ①該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了________________原則。 ②若1號(hào)實(shí)驗(yàn)組洗凈油污布所需時(shí)間接近7 min，最可能的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)下列衣料不適宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗滌的有________。 ①棉織品　②毛織品?、垭婢]織品　④蠶絲織品 (4)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)寫出兩項(xiàng)提高加酶洗衣粉洗滌效果的措施：________________________________________________________________。 解析　(1)由題圖可知，實(shí)驗(yàn)中存在兩個(gè)變量：溫度與堿性蛋白酶含量，即實(shí)驗(yàn)探究的是溫度、堿性蛋白酶含量對(duì)去污力的影響。在50 ℃時(shí)，洗衣粉的去污力在堿性蛋白酶含量為0.6%時(shí)達(dá)到最大。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，1、3號(hào)為實(shí)驗(yàn)組，2、4號(hào)為對(duì)照組，1、2號(hào)與3、4號(hào)中只有是否加酶一個(gè)變量，因此該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了對(duì)照原則和單一變量原則。若1號(hào)實(shí)驗(yàn)組洗凈油污布所需時(shí)間接近7 min，最可能的原因是酶已經(jīng)失活。(3)蛋白酶可分解蛋白質(zhì)，故毛織品、蠶絲織品等以蛋白質(zhì)為主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗滌。(4)用溫水浸泡(提高酶的活性)，延長(zhǎng)浸泡時(shí)間(增加酶的催化時(shí)間)，增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗滌效果。 答案　(1)探究溫度、堿性蛋白酶含量對(duì)去污力的影響　0.6 (2)①對(duì)照、單一變量?、诿甘Щ睢?3)②④ (4)用溫水浸泡；延長(zhǎng)浸泡時(shí)間；增加洗衣粉的用量等(寫出兩項(xiàng)合理答案即可) 考點(diǎn)3　酵母細(xì)胞的固定化(必考點(diǎn)5年6考)　 (xx江蘇，xx江蘇、上海卷、2011江蘇卷、xx江蘇卷、浙江理綜) 1．固定化酶 (1)概念：固定化酶是指通過物理或化學(xué)的方法，將水溶性酶與非水溶性的載體結(jié)合，使酶固定在載體上，并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的酶。 (2)固定化酶的應(yīng)用實(shí)例——高果糖漿的生產(chǎn) ①反應(yīng)機(jī)理：葡萄糖果糖。 ②固定化酶反應(yīng)柱：將酶固定在一種顆粒狀載體上，再將這些酶顆粒裝到柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板，酶顆粒無法通過小孔，而反應(yīng)溶液卻能自由出入。 ③生產(chǎn)過程：將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱下端流出。 ④反應(yīng)柱的優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。 2．固定化細(xì)胞技術(shù) 固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。 3．固定化細(xì)胞技術(shù)常用的方法 名稱 原理 圖示 包埋法 將酶或細(xì)胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中 化學(xué)結(jié)合法 利用共價(jià)鍵、離子鍵將酶分子或細(xì)胞相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上 物理吸附法 通過物理吸附作用，把酶或細(xì)胞固定在纖維素、瓊脂糖、多孔玻璃和離子交換樹脂等載體上 一般來說，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化，細(xì)胞多采用包埋法固定化。 4．酵母細(xì)胞的固定化及發(fā)酵程序 注意問題 (1)海藻酸鈉溶液的濃度對(duì)包埋酵母細(xì)胞數(shù)量的影響 ①海藻酸鈉溶液濃度過高，將很難形成凝膠珠。 ②濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)量少。 (2)海藻酸鈉溶液配制注意事項(xiàng) ①海藻酸鈉溶化時(shí)要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊。 ②將溶化后的海藻酸鈉先冷卻至室溫，再與酵母細(xì)胞混合，避免高溫殺死酵母細(xì)胞。 ③固定化酵母細(xì)胞時(shí)，應(yīng)將海藻酸鈉酵母細(xì)胞的混合液用注射器緩慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。 　固定化酶和固定化細(xì)胞的理解考查 1．(xx江蘇單科，6)下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是(　　)。 A．可用包埋法制備固定化酵母細(xì)胞 B．反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)固定化酶的活性沒有影響 C．葡萄糖異構(gòu)酶固定前后專一性不同 D．固定化細(xì)胞可以催化各種反應(yīng)底物的一系列反應(yīng) 解析　酵母細(xì)胞體積較大，不會(huì)從包埋材料中漏出，A項(xiàng)正確；反應(yīng)產(chǎn)物的積累會(huì)影響酶與底物分子的結(jié)合，進(jìn)而降低酶的活性，B項(xiàng)錯(cuò)誤；葡萄糖異構(gòu)酶被固定前后的專一性相同，都只能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖，C項(xiàng)錯(cuò)誤；固定化細(xì)胞保留了細(xì)胞內(nèi)原有的多酶系統(tǒng)，利于多步催化的連續(xù)反應(yīng)，并非可以催化各種不同的反應(yīng)底物，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　A 　固定化技術(shù)在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用 2．(xx浙江自選，17)某同學(xué)進(jìn)行蘋果汁制作實(shí)驗(yàn)，工藝如下圖所示： (1)圖中用KMnO4速溶液浸泡蘋果的目的是________________。黑曲霉提取液中含有的________可水解果膠，從而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通過________方式將酶固定化，酶被固定后用蒸餾水洗滌固定化柱是為了除去________________。 (2)實(shí)驗(yàn)中，操作流程A和B的先后順序?yàn)開_______。在蘋果汁澄清過程中，應(yīng)關(guān)閉的流速調(diào)節(jié)閥是________。要測(cè)定從固定化柱流出的蘋果汁中是否還含有果膠，可取一定量的果汁與等量的________混合，如果出現(xiàn)________現(xiàn)象，說明果膠還沒有被完全水解。為使果膠完全水解，應(yīng)將流速調(diào)________。 (3)實(shí)驗(yàn)后，將洗滌過的固定化柱在低溫環(huán)境中保存若干天，該固定化柱仍可用于蘋果汁制作實(shí)驗(yàn)，說明固定化酶可被________使用。 答案　(1)消毒　果膠酶　吸附　未被固定的酶等 (2)A、B　閥1　乙醇　渾濁(沉淀)　慢　(3)重復(fù) 歸納總結(jié) 直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞的比較 直接使用酶 固定化酶 固定化細(xì)胞 制作方法 化學(xué)結(jié)合法固定化、物理吸附法固定化 包埋法固定化 是否需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 否 否 是 催化反應(yīng) 單一或多種 單一 一系列(或多種) 反應(yīng)底物 各種物質(zhì)(大分子、小分子) 各種物質(zhì)(大分子、小分子) 小分子物質(zhì) 缺點(diǎn) ①對(duì)環(huán)境條件非常敏感，易失活；②難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量 不利于催化一系列酶促反應(yīng) 反應(yīng)物不易與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降 優(yōu)點(diǎn) 催化效率高、耗能低、低污染 ①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；②可以重復(fù)利用 成本低、操作容易 1．(xx江蘇卷，17)下列關(guān)于酶和固定化酵母細(xì)胞的研究與應(yīng)用的敘述，錯(cuò)誤的是 (　　)。 A．從酶的固定方式看，吸附法比化學(xué)結(jié)合法對(duì)酶活性影響小 B．作為消化酶使用時(shí)，蛋白酶制劑以口服方式給藥 C．尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過氧化氫酶，可以反復(fù)使用 D．將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌 解析　酶的固定方式有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，物理吸附的過程是利用吸附劑本身的表面張力，從而對(duì)附近的分子產(chǎn)生吸附，與化學(xué)結(jié)合法相比，不會(huì)使吸附物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生改變，所以吸附法對(duì)酶活性影響較小，A項(xiàng)正確；消化酶在人體消化道內(nèi)發(fā)揮作用，蛋白酶制劑一般在最外面加上糖衣后通過口服方式給藥，B項(xiàng)說法正確；尿糖試紙是一種將葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和某種無色的化合物固定于濾紙上制成的酶試紙，不能反復(fù)利用，C項(xiàng)說法錯(cuò)誤；制作固定化酵母細(xì)胞時(shí)，將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗的目的是洗去CaCl2和雜菌，防止凝膠珠硬度過大和雜菌污染，D項(xiàng)說法正確。 答案　C 2．在20世紀(jì)50年代，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，到了70年代又發(fā)明了固定化酶與固定化細(xì)胞的技術(shù)。 (1)在實(shí)際生產(chǎn)中，固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是_____________________________。 與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞固定的是 ___________________________。 (2)制備固定化酵母細(xì)胞，常用的包埋材料是________，使用了下圖中方法[　]________(填出號(hào)碼與名稱)。 (3)制作固定化酵母細(xì)胞時(shí)，充分混合均勻的酵母細(xì)胞溶液可在飽和________溶液中形成凝膠珠。部分同學(xué)實(shí)驗(yàn)制得的凝膠珠不是圓形或橢圓形，其主要原因是___________________________________________________________。 解析　將酶固定化后，可使酶在催化反應(yīng)之后不隨產(chǎn)物流走，可以反復(fù)利用；將細(xì)胞固定化后，可以將一種細(xì)胞內(nèi)的多種酶同時(shí)進(jìn)行固定。海藻酸鈉一般不能參與化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，在高溫下容易溶化，溫度降低時(shí)又形成多孔性固體顆粒，是包埋酵母菌的好材料。圖①為化學(xué)結(jié)合法，圖②為物理吸附法，圖③為包埋法。凝膠珠是高溫下溶化的海藻酸鈉與酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸鈉濃度過高或制凝膠珠時(shí)離液面太近，可能形成片狀或長(zhǎng)條形，而不是圓形的凝膠珠。 答案　(1)酶既容易與反應(yīng)物接觸，又容易與產(chǎn)物分離，固定在載體上的酶能 反復(fù)利用　多酶系統(tǒng)(或一系列酶、多種酶)　(2)海藻酸鈉　③包埋法　 (3)CaCl2　海藻酸鈉溶液濃度過高(或針筒口離液面過近，高度不夠) (時(shí)間：30分鐘) 一、選擇題 1．(xx江蘇卷，16)下列關(guān)于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗滌效果”的敘述，合理的是 (　　)。 A．先用熱水溶解洗衣粉，再將水溫調(diào)節(jié)到最適溫度 B．實(shí)驗(yàn)的觀察指標(biāo)可以是相同洗滌時(shí)間內(nèi)污漬的殘留程度 C．相同pH時(shí)加酶洗衣粉洗滌效果好于普通洗衣粉 D．衣物質(zhì)地和洗衣粉用量不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 解析　由于溫度會(huì)影響酶的活性，高溫會(huì)導(dǎo)致加酶洗衣粉中的酶變性失活，A項(xiàng)錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)的目的是探究?jī)煞N洗衣粉的洗滌效果，所以觀察指標(biāo)可以是相同洗滌時(shí)間內(nèi)污漬的殘留程度或達(dá)到同樣洗滌效果所需時(shí)間的長(zhǎng)短，B項(xiàng)正確；在適宜的pH下，加酶洗衣粉的洗滌效果高于普通洗衣粉，但pH過高或過低時(shí)酶都會(huì)變性失活，則兩者洗滌效果相似，C項(xiàng)錯(cuò)誤；酶具有專一性，加有蛋白酶的洗衣粉不能用于洗滌真絲、羊毛等衣料，適當(dāng)增加洗衣粉的用量會(huì)使洗滌效果增強(qiáng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　B 2．(經(jīng)典高考)酶在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中的核心問題是固定化技術(shù)，而酶固定化所依據(jù)的基本原理在于酶具有 (　　)。 A．熱穩(wěn)定性 B．催化高效性 C．催化特異性 D．可反復(fù)使用性 解析　固定化酶指通過物理或化學(xué)的方法，將水溶性酶與非水溶性載體結(jié)合，既能與反應(yīng)物接觸又能與產(chǎn)物分離，與直接使用酶相比，除催化效率高、特異性強(qiáng)外，還可反復(fù)使用；酶的熱穩(wěn)定性一般都不強(qiáng)。 答案　D 3．(2011江蘇單科，15)下列有關(guān)酶的制備和應(yīng)用的敘述，正確的是 (　　)。 A．酶解法和吸水漲破法常用于制備微生物的胞內(nèi)酶 B．透析、電泳和酸解等方法常用于酶的分離與純化 C．棉織物不能使用添加纖維素酶的洗衣粉進(jìn)行洗滌 D．多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的核心層 解析　利用酶解法和吸水漲破法使細(xì)胞解體，用于制備胞內(nèi)酶；酶的純化和分離的方法有透析法、離心沉降法和電泳法；纖維素酶能去除棉紡織品表面的浮毛，平整織物表面，故可用添加纖維素酶的洗衣粉洗滌棉織物；多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的最外層，保護(hù)其他酶在胃中不被破壞。 答案　A 4．(xx江蘇單科，25改編)圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述不正確的是 (　　)。 A．剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B．圖1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C．圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 D．圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中 解析　在酵母細(xì)胞的固定化過程中，剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液要冷卻至室溫才能加入已活化的酵母細(xì)胞，否則會(huì)影響酵母細(xì)胞的活性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；將海藻酸鈉慢慢滴加到配制好的CaCl2溶液中，液滴在CaCl2。溶液中形成凝膠珠，B項(xiàng)正確；在發(fā)酵過程中，攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母細(xì)胞更充分地接觸，C項(xiàng)正確；將固定好的酵母細(xì)胞用蒸餾水沖洗2～3次后，再將葡萄糖溶液轉(zhuǎn)入錐形瓶，加入固定好的酵母細(xì)胞，置于適宜條件下發(fā)酵，D項(xiàng)正確。 答案　A 5．(xx北京海淀期末檢測(cè)，30)下列關(guān)于探究果膠酶最適用量的實(shí)驗(yàn)的敘述，不正確的是 (　　)。 A．各組需加入等量不同濃度的果膠酶溶液 B．要保證各組適宜并相同的pH和溫度等條件 C．需要檢測(cè)不同反應(yīng)時(shí)間條件下的生成物量 D．幾組實(shí)驗(yàn)之間可形成相互對(duì)照，不需單設(shè)空白對(duì)照 解析　探究果膠酶最適用量的實(shí)驗(yàn)中自變量是不同濃度的果膠酶溶液，A項(xiàng)正確；實(shí)驗(yàn)中要遵循單一變量原則，控制無關(guān)變量處于相同且適宜的狀態(tài)，如要保證各組適宜并相同的pH和溫度，B項(xiàng)正確；需要檢測(cè)相同反應(yīng)時(shí)間條件下的生成物量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；不同實(shí)驗(yàn)組之間可構(gòu)成相互對(duì)照，D項(xiàng)正確。 答案　C 6．(xx南京質(zhì)檢)關(guān)于固定化酶技術(shù)的說法，正確的是 (　　)。 A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，將酶依附著載體圍繞反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù) B．固定化酶的優(yōu)勢(shì)在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．固定化酶中的酶無法重復(fù)利用 D．固定化酶是將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù) 解析　固定化酶是利用物理或化學(xué)方法將酶固定在一定空間內(nèi)或?qū)⒚腹潭ㄔ诓蝗苡谒妮d體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，還可以使酶能夠被反復(fù)利用，這樣既可以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以減少對(duì)環(huán)境的污染。由于固定化酶只能固定一種酶，不可能催化一系列的酶促反應(yīng)。 答案　D 7．(xx浙江調(diào)研)在用果膠酶處理果泥時(shí)，為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)，應(yīng)采取的措施是 (　　)。 A．加大果泥用量 B．加大果膠酶用量 C．進(jìn)一步提高溫度 D．用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物 解析　用果膠酶處理果泥時(shí)，用玻璃棒不時(shí)地?cái)嚢璺磻?yīng)混合物，能使果膠酶與果泥充分接觸，使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)。 答案　D 8．(xx南昌模擬)下列有關(guān)固定化酵母技術(shù)的敘述正確的是 (　　)。 A．實(shí)驗(yàn)中需要先利用蒸餾水消耗酵母細(xì)胞中的有機(jī)物 B．固定化酵母細(xì)胞的常用方法是吸附法，這種方法對(duì)酵母細(xì)胞活性影響最小 C．實(shí)驗(yàn)中使用CaCl2溶液處理的目的是使酵母細(xì)胞處于感受態(tài)，提高發(fā)酵效率 D．若最終凝膠珠的顏色泛白，可能是由于海藻酸鈉溶液的濃度偏低 解析　采用包埋法制備固定化酵母細(xì)胞的主要步驟：酵母菌的活化(利用蒸餾水使干酵母菌恢復(fù)正常生活狀態(tài))―→海藻酸鈉、CaCl2溶液的配制(在溶解海藻酸鈉的過程中使用小火或間斷加熱，防止溶液焦糊)―→海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合(注意冷卻海藻酸鈉溶液至室溫，防止高溫破壞酵母菌的活性)―→固定化酵母細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)中CaCl2溶液的作用是使凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。若海藻酸鈉溶液的濃度過低，會(huì)導(dǎo)致固定的細(xì)胞數(shù)目較少，觀察到的凝膠珠顏色淺。 答案　D 9．(xx溫州五校聯(lián)考)在“探究不同溫度條件下加酶洗衣粉的洗滌效果”的實(shí)驗(yàn)中，控制變量的方法正確的是 (　　)。 A．實(shí)驗(yàn)材料的污染程度屬于本研究的無關(guān)變量，實(shí)驗(yàn)過程中不必考慮 B．若采用手洗法進(jìn)行去污操作，需盡可能保證各組的洗滌用力程度、時(shí)間等基本相同 C．水溫屬于本研究的變量，實(shí)驗(yàn)過程中必須保證各組實(shí)驗(yàn)溫度相同且恒定 D．水的用量和布料的大小是成正比的，實(shí)驗(yàn)用的布料越大、水量越多實(shí)驗(yàn)效果越好 解析　根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照原則和單因子變量原則，水溫是本研究的自變量，要有溫度梯度，各組實(shí)驗(yàn)溫度不能相同，其他的無關(guān)變量要保持適宜且相同。該實(shí)驗(yàn)用的布料大小、水量要適中，不是布料越大、水量越多實(shí)驗(yàn)效果越好。 答案　B 10．(xx保定調(diào)研)回答下列有關(guān)酵母菌的問題。 (1)在葡萄酒的自然發(fā)酵過程中，酵母菌的來源是________________________， 發(fā)酵溫度一般控制在________。在缺氧、________的發(fā)酵液中，酵母菌可以生長(zhǎng)繁殖，而絕大多數(shù)其他微生物受到抑制。為了提高果酒品質(zhì)，可利用________法或________法對(duì)菌種進(jìn)行純化，然后將純凈的酵母菌菌種直接加入果汁。 (2)固定酵母細(xì)胞時(shí)要將干酵母放入________中活化，并將溶化好的________溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁蛊浠旌暇鶆?，再轉(zhuǎn)移至注射器中。以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的________溶液中，觀察凝膠珠的形成。 答案　(1)附著在葡萄皮上的野生型酵母菌　18～25 ℃　呈酸性　平板劃線　稀釋涂布平板　(2)蒸餾水　海藻酸鈉　CaCl2 11．(xx濟(jì)寧二模)某同學(xué)用新鮮蘋果榨取果汁并制作果酒，其簡(jiǎn)要流程如下： (1)實(shí)驗(yàn)過程中，該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)榨取的果汁非常渾濁，解決的方法是________。 (2)分離酵母菌應(yīng)使用________培養(yǎng)基，固定化酵母細(xì)胞常采用________法，若想使這些醉母細(xì)胞能反復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)過程中一定要注意_____________。 (3)在酸性條件下，可用________來檢測(cè)發(fā)酵產(chǎn)物中是否有酒精產(chǎn)生。若想進(jìn)一步檢測(cè)所得果酒中酵母菌的密度，可采用________法。 (4)發(fā)酵完成后，該班同學(xué)制作的果酒品質(zhì)非常好，為方便后續(xù)年級(jí)使用，可將菌液________保存。 (5)另一個(gè)班的同學(xué)用葡萄制作的果酒酒味醇正，放置一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)果酒帶有明顯的酸味，請(qǐng)分析出現(xiàn)酸性的原因： ________________________。 答案　(1)用果膠酶處理　(2)選擇　包埋　無菌條件(避免微生物的污染)　 (3)重鉻酸鉀　稀釋涂布平板　(4)與甘油充分混勻后放在－20 ℃的冷凍箱中　(5)密封不嚴(yán)，其他微生物進(jìn)行有氧呼吸，將乙醇轉(zhuǎn)變成醋酸 12．(xx南京調(diào)研)某生物實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行了固定化酵母細(xì)胞的制備，并進(jìn)行了游離酵母和固定化酵母發(fā)酵產(chǎn)酒酒精度的比較，結(jié)果如表所示。請(qǐng)回答下列問題。  項(xiàng) 目 酒 精 度 / 時(shí) 間 /d 項(xiàng)目 酒精度 時(shí)間d 游離酵母 固定化酵母 0 0 0 2 1.0 2.5 4 2.1 4.2 6 3.2 5.0 8 3.9 5.4 10 4.3 6.0 12 4.6 6.4 (1)制作固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟：酵母細(xì)胞的活化―→________―→配制海藻酸鈉溶液―→________―→固定化酵母細(xì)胞。 (2)影響制作固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是________________。 (3)固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中鈣離子的作用是使膠體聚沉，海藻酸鈉起________的作用。 (4)該小組將制備的固定化酵母與游離酵母分別放在一定的條件下發(fā)酵，定時(shí)記錄發(fā)酵液的酒精度的變化。 ①實(shí)驗(yàn)過程中的“在一定條件下發(fā)酵”的條件是________，要求條件相同是為了確保________相同。 ②由表格可知，固定化酵母和游離酵母發(fā)酵都能產(chǎn)生酒精，但固定化酵母在發(fā)酵前期的延遲期時(shí)間比游離酵母的要________，并且固定化酵母發(fā)酵產(chǎn)生酒精的速度比游離酵母要____________。 答案　(1)配制CaCl2溶液　海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合　(2)海藻酸鈉溶液的配制　(3)包埋酵母細(xì)胞(或載體)　(4)①適宜的溫度、pH等　無關(guān)變量?、诙獭】? 13．(xx廣東理綜，29)食品種類多，酸堿度范圍廣。生物興趣小組擬探究在食品生產(chǎn)中應(yīng)用范圍較廣的蛋白酶，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得知： (1)pH對(duì)不同蛋白酶的活力影響有差異。據(jù)圖可知，________更適宜作為食品添加劑，理由是____________________________。蛋白酶的活力可用________的量來表示。 (2)該蛋白酶的提取工藝流程如下： → 沉淀物(粗酶制劑)→測(cè)酶活力(單位：U) 興趣小組分別對(duì)酶保護(hù)劑濃度、提取液pH進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，酶保護(hù)劑濃度在0.02～0.06 mol/L范圍內(nèi)，酶活力較高；提取液pH在6.0～8.0范圍內(nèi)，酶活力較高。他們認(rèn)為，要進(jìn)一步提高粗酶制劑的酶活力，以達(dá)到最佳提取效果，還需對(duì)酶保護(hù)劑濃度和提取液pH進(jìn)行優(yōu)化，并確定以此為探究課題。請(qǐng)擬定該課題名稱，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表。 解析　(1)題目中已經(jīng)提供了信息“食品種類多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應(yīng)該有較廣的酸堿度適應(yīng)范圍，由圖可知，木瓜蛋白酶的活力不隨pH的變化而變化，所以可以選作食品添加劑。酶的活力可用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物的減少量(或產(chǎn)物的增加量)來表示。(2)由題中信息可知酶保護(hù)劑的適宜濃度范圍和提取液pH的適宜范圍，故實(shí)驗(yàn)的自變量是酶保護(hù)劑的濃度和提取液的pH，需在適宜范圍內(nèi)確定較小的梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表要包含自變量酶保護(hù)劑的濃度和提取液的pH以及因變量底物的減少量(或產(chǎn)物的產(chǎn)生量)。 答案　(1)木瓜蛋白酶　木瓜蛋白酶的活力不隨pH的變化而變化 單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物減少(或產(chǎn)物增加)　(2)課題名稱：探究酶保護(hù)劑的濃度和提取液的pH的最佳組合 提取液的pH 底物的減少量 (或產(chǎn)物的產(chǎn)生量) 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06