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2019-2020年高考生物大一輪復習 第十一單元 第44講 酶的應用教案 [考綱要求]　1.酶的存在與簡單制作方法。2.酶活力測定的一般原理和方法。3.酶在食品制造和洗滌等方面的應用。4.制備和應用固相化酶。 考點一　影響果汁產量的物質、因素及探究方法 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，瓦解植物的細胞壁及胞間層。 2． 酶的活性及其影響因素 (1)酶的活性：酶催化一定化學反應的能力。酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學反應的反應速度來表示。 (2)影響酶活性的因素：溫度、pH、酶的抑制劑等。 3． 探究溫度和pH對酶活性的影響 (1)實驗原理 ①果膠酶活性受溫度和pH的影響，處于最適溫度或pH時，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。 (2)實驗結果：溫度和pH在很大程度上對酶的空間結構會產生影響，過高或過低都會影響酶活性。 4． 探究果膠酶的最適用量 37_℃恒溫水浴加熱→將果膠酶溶液與蘋果泥混合→37_℃恒溫水浴中反應20 min左右→過濾果汁，測量果汁量并記錄 易錯警示　(1)酶活性不等同于酶促反應速度 同等條件下的酶促反應速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性與酶促反應速度仍然是兩個完全不同的概念，其影響因素也不完全相同，如酶的濃度、反應物的濃度可以影響反應速度，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，確保實驗結果的可靠性。 (3)探究酶的最適條件(溫度、pH)及最適用量時都需設置一系列濃度梯度，且不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間構成了相互對照，通過相互對照可確定果膠酶的最適溫度或最適pH。 1． 下列有關果膠酶及與果膠酶實驗探究的敘述正確的是 (　　) A．探究果膠酶的用量時，pH、溫度不影響實驗結果 B．果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和葡萄糖異構酶等 C．探究溫度對果膠酶活性的影響時，溫度、蘋果泥、果膠酶用量及反應時間等都是 變量 D．可以用相同時間內過濾得到的果汁體積來確定果膠酶的用量 答案　D 解析　探究果膠酶的用量時，pH、溫度會影響實驗結果；葡萄糖異構酶不屬于果膠酶的成分；探究溫度對果膠酶活性的影響實驗中，溫度為單一變量，其他因素保持不變。 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． 探究影響果汁產量的因素 (1)探究溫度對酶活性的影響時，可以選用10 ℃作為溫度梯度，設置的具體溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等，也可以根據酶的特點，嘗試以5 ℃作為溫度梯度。 (2)探究pH對酶活性的影響時，只需將溫度梯度改成pH梯度，并在該酶的最適溫度下進行。反應液中的pH可以用質量分數為0.1%的氫氧化鈉溶液或鹽酸進行調節(jié)。 (3)探究酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對酶活性影響的基礎之上的。此時，研究的變量是酶的用量，其他因素都應保持相同。實驗時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，反應液的pH和溫度必須相同，否則將影響實驗結果的準確性。 3． 確定果膠酶最適用量的方法 如果隨酶濃度的增加，過濾到的果汁的體積也增加，說明酶的用量不足；當酶的濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積不再改變，說明酶的用量已經足夠，這個值就是酶的最適用量。 考點二　探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果 1． 梳理加酶洗衣粉的去污機理 種類 洗滌原理 洗滌的物質種類 蛋白酶 蛋白質小分子的肽＋氨基酸 血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質污垢 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 使纖維的結構變得蓬松，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)實驗原理：酶的催化作用具有專一性，復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，對各種污漬都有較好的洗滌效果。 (2)實驗變量 ①自變量：加酶洗衣粉。 ②無關變量：其他條件相同且適宜(如溫度、pH等)。 (3)實驗步驟 步驟 燒杯編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 注入自來水 500 mL 500 mL 500_mL 加入物質(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 復合酶 洗衣粉 脂肪酶 洗衣粉 用玻棒攪拌 5 min 5 min 5 min 觀察實驗現(xiàn)象 顏色淺 已消失 顏色淺 易錯警示　(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，酶制劑進入無機環(huán)境中后可以被微生物分解，因此不會對環(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，是因為蛋白酶會水解蛋白質類的絲綢。 (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間，加快洗滌。 (4)人體皮膚細胞有蛋白質，如不徹底清洗雙手，就會使手的皮膚受到腐蝕，而使人患過敏性皮炎、濕疹等。因此，應避免與這類洗衣粉長時間地接觸。 (5)加酶洗衣粉的酶制劑不含肽酶，因為肽本身易溶于水。 2． 加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉。請回答下列問題： (1)由下圖推知，該實驗的目的是_________________________________。50 ℃時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驗記錄，請據表回答問題。 臉盆編號 洗滌物(等量) 洗滌溫度 洗衣粉 (等量) 水量 洗凈所需時間 1 油污布 45 ℃ 加酶 2 L 4 min 2 油污布 45 ℃ 普通 2 L 7 min 3 油污布 5 ℃ 加酶 2 L 9 min 4 油污布 5 ℃ 普通 2 L 8 min ①該實驗設計體現(xiàn)了______________________原則。 ②若1號實驗組洗凈油污布所需時間接近7min，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?、诿椘贰、垭婢]織品　④蠶絲織品 (4)根據以上實驗結果，請寫出兩項提高加酶洗衣粉洗滌效果的措施：________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)探究溫度、堿性蛋白酶含量對去污力的影響　0.6 (2)對照、單一變量　酶失活　(3)②④ (4)用溫水浸泡；延長浸泡時間；增加洗衣粉的用量等(寫出兩項合理答案即可) 解析　(1)由題圖可知，實驗中存在兩個變量：溫度與堿性蛋白酶含量，即實驗探究的是溫度、堿性蛋白酶含量對去污力的影響。在50 ℃時，洗衣粉的去污力在堿性蛋白酶含量為0.6%時達到最大。 (2)由表中數據可知，1、3號為實驗組，2、4號為對照組，1、2號與3、4號中只有是否加酶一個變量，因此該實驗設計體現(xiàn)了對照原則和單一變量原則。若1號實驗組洗凈油污布所需時間接近7 min，最可能的原因是酶已經失活。 (3)蛋白酶可分解蛋白質，故毛織品、蠶絲織品等以蛋白質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)，延長浸泡時間(增加酶的催化時間)，增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗滌效果。 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、洗衣粉的用量和種類，衣物的材料、大小及浸泡時間和洗滌時間等。 在探究用加酶洗衣粉洗滌的最佳溫度條件實驗中，水溫是要研究的對象，實驗自變量是水溫；在探究加酶洗衣粉與普通洗衣粉洗滌效果的實驗中，實驗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驗中，實驗自變量為加酶洗衣粉的種類。在設計實驗時，應遵循單一變量原則和對照原則等。 2． 洗滌方式和材料的選擇 (1)采用全自動洗衣機比較好，并且應該盡量使用同一型號小容量的洗衣機，使其機械攪拌作用相同。 (2)洗滌材料的選擇也有一些講究。選用布料作為實驗材料比較可行。在設置對照實驗時，可以控制布料的大小、顏色及污物的量，使其相同；同時，也便于洗滌效果的比較。 3． 水量、水質和洗衣粉用量的問題 (1)水量和布料的大小是成正比的。做實驗用的布料不宜過大，水量不宜過多，但應該讓布料充分浸泡在水中。 (2)其他相關問題簡述如下：實驗中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再進行實驗；布料應放在洗衣粉溶液中浸泡相同的時間；采用玻棒攪拌的方式模擬洗衣過程；模擬攪拌的時間、次數和力量應基本相同。 考點三　酵母細胞的固定化 1． 固定化細胞技術的概念 固定化酶和固定化細胞技術是利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術。 2． 固定化細胞技術常用的方法 包埋法、化學結合法和物理吸附法。一般來說，酶更適合采用化學結合法和物理吸附法固定化，細胞多采用包埋法固定化。 3． 酵母細胞的固定化及發(fā)酵程序 酵母細胞的活化→配制物質的量濃度為0.05 mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞→沖洗→發(fā)酵。 易錯警示　固定化實驗中的易錯總結 (1)海藻酸鈉溶液的濃度對包埋酵母細胞數量的影響 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胞的數量少。 (2)海藻酸鈉溶液配制注意事項 ①海藻酸鈉溶化時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，再與酵母細胞混合，避免高溫殺死酵母細胞。 ③固定化酵母細胞時，應將海藻酸鈉酵母細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。 3． 在20世紀50年代，酶已經大規(guī)模地應用于各個生產領域，到了70年代又發(fā)明了固定化酶與固定化細胞的技術。 (1)在實際生產中，固定化酶技術的優(yōu)點是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 與固定化酶技術相比，固定化細胞固定的是____________。 (2)制備固定化酵母細胞，常用的包埋材料是________，使用了下圖中方法[　]________(填出號碼與名稱)。 (3)制作固定化酵母細胞時，充分混合均勻的酵母細胞溶液可在飽和________溶液中形成凝膠珠。部分同學實驗制得的凝膠珠不是圓形或橢圓形，其主要原因是____________。 答案　(1)酶既容易與反應物接觸，又容易與產物分離，固定在載體上的酶能反復利用　多酶系統(tǒng)(或一系列酶、多種酶) (2)海藻酸鈉?、邸“穹ā?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) 解析　將酶固定化后，可使酶在催化反應之后不隨產物流走，可以反復利用；將細胞固定化后，可以將一種細胞內的多種酶同時進行固定。海藻酸鈉一般不能參與化學反應，同時，在高溫下容易溶化，溫度降低時又形成多孔性固體顆粒，是包埋酵母菌的好材料。圖①為化學結合法，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離液面太近，可能形成片狀或長條形，而不是圓形的凝膠珠。 1． 直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較 直接使用酶 固定化酶 固定化細胞 制作方法 化學結合法固定化、物理吸附法固定化 包埋法固定化 是否需要營養(yǎng)物質 否 否 是 催化反應 單一或多種 單一 一系列(或多種) 反應底物 各種物質(大分子、小分子) 各種物質(大分子、小分子) 小分子物質 缺點 ①對環(huán)境條件非常敏感，易失活；②難回收，成本高，影響產品質量 不利于催化一系列酶促反應 反應物不易與酶接近，尤其是大分子物質，反應效率下降 優(yōu)點 催化效率高、耗能低、低污染 ①既能與反應物接觸，又能與產物分離； ②可以重復利用 成本低、操作容易 2． 酵母細胞的固定化方法 1． (xx江蘇卷，16)下列關于“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，再將水溫調節(jié)到最適溫度 B．實驗的觀察指標可以是相同洗滌時間內污漬的殘留程度 C．相同pH時加酶洗衣粉洗滌效果好于普通洗衣粉 D．衣物質地和洗衣粉用量不會影響實驗結果 答案　B 解析　由于溫度會影響酶的活性，高溫會導致加酶洗衣粉中的酶變性失活，A項錯誤；本實驗的目的是探究兩種洗衣粉的洗滌效果，所以觀察指標可以是相同洗滌時間內污漬的殘留程度或達到同樣洗滌效果所需時間的長短，B項正確；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過高或過低時酶都會變性失活，則兩者洗滌效果相似，C項錯誤；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，適當增加洗衣粉的用量會使洗滌效果增強，D項錯誤。 2． (xx江蘇卷，17)下列關于酶和固定化酵母細胞的研究與應用的敘述，錯誤的是 (　　) A．從酶的固定方式看，吸附法比化學結合法對酶活性影響小 B．作為消化酶使用時，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 答案　C 解析　酶的固定方式有包埋法、化學結合法和物理吸附法，物理吸附的過程是利用吸附劑本身的表面張力，從而對附近的分子產生吸附，吸附劑不會與被吸附物質發(fā)生化學反應而使其發(fā)生性質改變，所以吸附法對酶活性影響很小，A項正確；消化酶在人體消化道內發(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項正確；尿糖試紙是一種酶試紙，是將葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和某種無色化合物固定在紙條上，制成測試尿糖含量的酶試紙，這種酶試紙與尿液相遇時，很快會因為尿液中葡萄糖含量的多少而呈現(xiàn)一定的顏色，再次使用時顏色會有掩蓋作用，所以不能反復使用，C項錯誤；制備固定化酵母細胞時，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的污染，D項正確。 3． (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中應用范圍較廣的蛋白酶，查閱相關文獻，得知： (1)pH對不同蛋白酶的活力影響有差異。據圖可知，________________________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： 興趣小組分別對酶保護劑濃度、提取液pH進行了探究實驗。結果顯示，酶保護劑濃度在0.02～0.06 mol/L范圍內，酶活力較高；提取液pH在6.0～8.0范圍內，酶活力較高。他們認為，要進一步提高粗酶制劑的酶活力，以達到最佳提取效果，還需對酶保護劑濃度和提取液pH進行優(yōu)化，并確定以此為探究課題。請擬定該課題名稱，設計實驗結果記錄表。 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　單位時間內、單位體積中底物減少(或產物增加)　(2)課題名稱：探究酶保護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(或產物 的產生量) 酶保護劑濃度(mol/L) 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 解析　(1)題目中已經提供了信息“食品種類多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應該有較廣的酸堿度適應范圍，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間內、單位體積中底物的減少量(或產物的增加量)來表示。(2)由題中信息可知酶保護劑的適宜濃度范圍和提取液pH的適宜范圍，故實驗的自變量是酶保護劑的濃度和提取液的pH，需在適宜范圍內確定較小的梯度進行實驗。實驗結果記錄表要包含自變量酶保護劑的濃度和提取液的pH以及因變量底物的減少量(或產物的產生量)。 4． (xx江蘇卷，34A)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，進行3組實驗。甲、乙組在洗衣粉中加入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，其他實驗條件均相同，下表為實驗記錄。請回答下列問題。 水溫/℃ 10 20 30 40 50 組別 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 清除血漬時間/min 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67 清除油漬時間/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 ℃時洗滌同一種污漬，請比較這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物質包裹的，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。請說明這是否運用了酶的固定化技術及其理由：______________。 答案　(1)加酶和適當提高溫度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶 (2)專一性　(3)沒有差異，因為高溫使酶失活　(4)未運用酶的固定化技術，因為酶未固定在不溶于水的載體上，也不能重復利用 解析　加酶洗衣粉中添加了多種酶制劑，如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等。這些酶制劑不僅可以有效地清除衣物上的污漬，而且對人體沒有毒害作用，并且這些酶制劑及其分解產物能夠被微生物分解，不會污染環(huán)境。既然是酶制劑，就具備酶的特性，需要適宜的溫度和pH，具有專一性；溫度過高時，酶變性失活，三者幾乎沒有差別。固定化后的酶在保持原有催化活性的同時，又可以同一般催化劑一樣能回收和反復使用，可在生產工藝上實現(xiàn)連續(xù)化和自動化，更適應工業(yè)化生產的需要。