欄目索引課標(biāo)版 生物第32講酶的研究與應(yīng)用 欄目索引知識(shí)酶的研究與應(yīng)用一、果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用1.果膠知識(shí)梳理(1)作用: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)影響出汁率并使果汁渾濁。 (2)成分:由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。 欄目索引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、果膠分解酶和果膠酯酶等。(2)作用:果膠可溶性半乳糖醛酸二、加酶洗衣粉在洗滌中的作用1.加酶洗衣粉:指含酶制劑的洗衣粉。 欄目索引2.酶制劑的種類與洗滌原理種類洗滌原理洗滌的物質(zhì)種類蛋白酶蛋白質(zhì)小分子肽或氨基酸血漬、奶漬等脂肪酶脂肪甘油和脂肪酸食品的油漬、人體皮脂、口紅等 淀粉酶淀粉麥芽糖、葡萄糖來自面條等的污垢纖維素酶使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松棉紡品的表面浮毛 欄目索引注: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)的方法固定在某種介質(zhì)上,使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。(2)特性:與游離酶相比較,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)。 欄目索引(2)方法(連線) (3)適用對象一般來講,酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化,而細(xì)胞 欄目索引多采用包埋法固定化,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麥芽糖葡萄糖 欄目索引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), 欄目索引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)0100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) 欄目索引溫度升高至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)。 欄目索引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,對水溫/ 10 20 30 40 50 60 70 80植物油48 39 30 20 17 11 12 20藍(lán)墨水93 86 80 72 68 67 81 105奶漬48 43 28 12 6 4 12 17 欄目索引的洗滌效果最差,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)椤?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 欄目索引解析本題考查學(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。 欄目索引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。 欄目索引答案(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 欄目索引采用包埋法,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。 欄目索引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。重難突破 欄目索引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 欄目索引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 欄目索引實(shí)驗(yàn)自變量因變量無關(guān)變量探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果洗衣粉種類(普通和加酶)洗滌效果水的用量,污物的量,實(shí)驗(yàn)用布的質(zhì)地與大小,不同洗衣粉的用量,攪拌、洗滌時(shí)間等探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果加酶洗衣粉中酶的種類 探究不同溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響溫度 欄目索引知能拓展(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?欄目索引組別布料污染物水溫A(蛋白酶洗衣粉) 66cm蛋白膜40B(脂肪酶洗衣粉) 66cm蛋白膜40C(蛋白酶洗衣粉) 66cm淀粉膜40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)。 欄目索引請回答以下問題:(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。 欄目索引解析依據(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 欄目索引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): 將果膠酶與蘋果泥分裝于不同試管,在10水浴中恒溫處理10min(如圖甲)。 欄目索引將步驟處理后的果膠酶和蘋果泥混合,再次在10水浴中恒溫處理10min(如圖乙)。將步驟處理后的混合物過濾,收集濾液,測量果汁量(如圖丙)。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:溫度/ 10 20 30 40 50 60 70 80果汁量/mL 8 13 15 25 15 12 11 10 欄目索引根據(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 欄目索引果汁量最多,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。 欄目索引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 欄目索引固定化酶固定化細(xì)胞固定酶的種類一種一系列適用方法化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法包埋法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)酶既可與反應(yīng)物結(jié)合,又可與產(chǎn)物分離,固定在載體上的酶可反復(fù)利用成本低,操作容易 缺點(diǎn)一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)可能導(dǎo)致反應(yīng)效率下降實(shí)例固定化葡萄糖異構(gòu)酶固定化酵母細(xì)胞 欄目索引2.制備固定化酵母細(xì)胞及用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 欄目索引易混辨析(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。 欄目索引(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。若裝置中的固定化酶為-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。 欄目索引若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-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0.3mL/min的流速過柱,不能過快,以保證反應(yīng)充分。在流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL流出液,加KI-I 2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 欄目索引以起到防止雜菌進(jìn)入的作用。答案(1)非水溶性吸附交聯(lián)包埋(2)吸附打開活塞1和2,并控制流速KI-I2紅關(guān)閉活塞1和2排放氣體CO 2,防止雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱 欄目索引2-1如圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖,其中為反應(yīng)柱,為固定化酶,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 欄目索引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)的作用是。(3)制作固定化-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 欄目索引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。