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1、專題3 酶的研究與應(yīng)用要點(diǎn)探究欄目導(dǎo)航課前導(dǎo)學(xué)走近高考一、果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用一、果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用2.酶的活性與影響酶活性的因素(1)酶的活性:酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力,可用催化某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。(2)影響酶活性的因素:溫度、pH、酶的抑制劑等基礎(chǔ)梳理3.探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)方案:確定溫度梯度探討控制溫度的方法和措施。(2)實(shí)驗(yàn)程序:制備蘋果泥蘋果泥與果膠酶分別水浴保溫將蘋果泥與果膠酶混合保溫過濾出果汁記錄果汁量改變不同溫度后,重復(fù)上面實(shí)驗(yàn)。(3)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并填入表格。(4)得出結(jié)論:獲得的果汁越多,或果汁越澄清,表明果膠酶活性越高。二、探討加酶洗衣

2、粉的洗滌效果種類洗滌原理洗滌實(shí)例蛋白酶可將蛋白質(zhì)水解為易溶解或分散于洗滌液中的小分子肽或氨基酸血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質(zhì)污垢脂肪酶把脂肪水解為較易溶解的甘油和游離的脂肪酸食品的油漬、人體皮脂、口紅淀粉酶能使淀粉迅速分解為可溶性的麥芽糖、葡萄糖等來自面條、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1.常用酶制劑的種類及洗滌原理常用酶制劑的種類及洗滌原理三、固定化酶和酵母細(xì)胞的固定化1.固定化酶(1)應(yīng)用實(shí)例果糖生產(chǎn):葡萄糖異構(gòu)酶將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖。(2)固定化酶技術(shù):將酶固定在顆粒狀的載體上,再將酶顆粒裝到反應(yīng)柱內(nèi),反

3、應(yīng)柱上的孔應(yīng)滿足酶顆粒無法通過而反應(yīng)溶液可以自由通過。2.固定化細(xì)胞技術(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:包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。(3)操作流程:酵母細(xì)胞的活化配制0.05 mol/L 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)胞沖洗發(fā)酵。知識(shí)導(dǎo)圖有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題引領(lǐng):(1)如何確定果膠酶的最適用量?(2)在探究不同加酶洗衣粉的洗滌效果實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)如何設(shè)置對(duì)照?1.探究果膠酶活性最適條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(1)思路方法:探究不同溫度(或pH)對(duì)果膠酶活性的影響時(shí),溫度(或pH)作為自變量,有效地控制其他無關(guān)變量,通過設(shè)置合理

4、的溫度(或pH)梯度來確定最適值。(2)注意事項(xiàng):在蘋果泥和果膠酶混合之前,一定要保證底物和酶達(dá)到相應(yīng)的條件(溫度或pH),避免混合后條件變化,確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。要 點(diǎn) 探 究探究點(diǎn) 一的體積多少;(3)衡量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的指標(biāo):在相同時(shí)間內(nèi),濾出蘋果汁的體積多少;觀察蘋果汁的澄清度。2.探究果膠酶的用量(1)原理提示:本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)探究性的定量實(shí)驗(yàn),所測(cè)出的最適用量是在本實(shí)驗(yàn)的溫度、pH條件下測(cè)出的,因而果膠酶的最適用量應(yīng)標(biāo)明溫度和pH。(2)確定最適用量的方法: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(dāng)酶的濃度增加到某個(gè)值后,再增加酶的用量,過濾到的果汁的體積不再改變,

5、說明酶的用量已經(jīng)足夠,那么,這個(gè)值就是酶的最適用量。3.探究不同種類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。步驟燒杯編號(hào)注入自來水500 mL500 mL500 mL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5 min5 min5 min觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顏色淺已消失顏色淺(3)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟【例1】 酶是生物體內(nèi)細(xì)胞合成的生物催化劑,沒有酶,生物體內(nèi)的幾乎所有代謝反應(yīng)都不能進(jìn)行。隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,酶已經(jīng)

6、走出實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)人們的生產(chǎn)和生活。果膠酶能夠分解果膠,瓦解植物的細(xì)胞壁及胞間層,使榨取果汁更容易,也使得渾濁的果汁變得更加澄清。請(qǐng)回答下列有關(guān)酶的問題:(1)每當(dāng)?shù)搅素S收的季節(jié),蘋果堆滿了倉(cāng)庫(kù),如果交通不便,就會(huì)有很多蘋果因保存不當(dāng)或不能及時(shí)運(yùn)出,而漸漸腐爛變質(zhì),蘋果腐爛的原因是: ; 。 為了減少損失,提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益,人們想到了榨取果汁,要想使果汁盡可能多的榨出來,應(yīng)加入果膠酶,在該物質(zhì)的作用下,果膠分解成可溶性的 。 (2)探究溫度對(duì)果膠酶活性影響的實(shí)驗(yàn)步驟:a.用攪拌器制蘋果泥,并適量且等量注入到6支試管中;同時(shí)另取6支試管各注入適量且等量的果膠酶溶液;b.取6個(gè)燒杯分別編號(hào)1、2、3

7、、4、5、6,依次注入適量30 、35 、40 、45 、50 、55 的水,恒溫水浴;c.每一燒杯中分別放入裝有等量蘋果泥和果膠酶的試管,保溫3 min;d.將各組燒杯中試管內(nèi)的蘋果泥和果膠酶混合均勻,振蕩試管,反應(yīng)一段時(shí)間;e.過濾,比較獲得蘋果汁的體積。c中將分別裝在不同試管中的蘋果泥和果膠酶恒溫處理的目的是 。 有人認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)缺乏對(duì)照,應(yīng)補(bǔ)充一組蘋果汁和蒸餾水相混合的實(shí)驗(yàn),你認(rèn)為有沒有必要? 。 若繼續(xù)探究果膠酶的最適用量,則在實(shí)驗(yàn)過程中溫度、等因素應(yīng)保持不變(列舉兩個(gè))。 (3)由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量較大的酶制劑之一,若通過固定化霉菌細(xì)胞生產(chǎn)果膠酶,則在配制海藻酸

8、鈉溶液時(shí),要注意,否則可能出現(xiàn)焦糊。固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法固定化,原因是 。 (4)加酶洗衣粉中應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是酶和酶,其中前者能將血漬、奶漬等含有的水解成使污漬容易脫落,同樣后者可將脂肪水解成和。 (5)使用加酶洗衣粉清洗衣物時(shí),需要注意的問題有(多選) ()A.應(yīng)該用溫水來溶化加酶洗衣粉B.用來溶化加酶洗衣粉的清水的pH越接近中性效果越好C.最好先把衣物放在含有加酶洗衣粉的水中浸泡片刻D.加酶洗衣粉一般只適宜用于清洗化纖衣物思維導(dǎo)引:1.為什么不能先將蘋果泥和果膠酶混合再恒溫保溫?2.該實(shí)驗(yàn)的自變量是什么,是否存在對(duì)照?解析:(1)蘋果堆滿倉(cāng),由于空氣不通暢,易使其進(jìn)行無氧

9、呼吸產(chǎn)生酒精而使之腐爛;除此之外,還寄生有微生物。果膠酶瓦解細(xì)胞壁及胞間層使榨取果汁更容易,果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸。(2)探究溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中,溫度是自變量,為了保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行,必須預(yù)先達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求條件。該實(shí)驗(yàn)利用溫度梯度作為相互對(duì)照,因此也就沒必要補(bǔ)充蘋果汁和蒸餾水相混合的實(shí)驗(yàn)作對(duì)照了,故先將蘋果泥和果膠酶分別恒溫處理。(3)固定化細(xì)胞技術(shù)操作時(shí),為了避免海藻酸鈉溶液出現(xiàn)焦糊,要注意用小火加熱或間斷加熱。由于細(xì)胞體積大,不易從包埋材料中漏出,所以固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法固定化。(4)由于生活用水多呈弱堿性,所以堿性酶制劑的使用效果更佳。(5)由于酶的作用要有適宜的條件如

10、溫度、pH,還有其專一性,所以使用時(shí)要注意外部條件。答案:(1)無氧呼吸產(chǎn)生酒精使細(xì)胞死亡微生物侵染半乳糖醛酸(2)保證底物和酶在混合時(shí)的溫度是相同的沒有pH、蘋果泥含量(3)加熱時(shí)用小火或間斷加熱細(xì)胞體積大,不易從包埋材料中漏出(4)堿性蛋白堿性脂肪大分子蛋白質(zhì)可溶性的氨基酸和小分子肽甘油脂肪酸(5)AC直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較問題引領(lǐng)問題引領(lǐng):(1)如何制作固定化酶和固定化細(xì)胞如何制作固定化酶和固定化細(xì)胞?(2)固定化酶和固定化細(xì)胞各有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)固定化酶和固定化細(xì)胞各有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)?探究點(diǎn) 二直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶制作方法化學(xué)結(jié)合固定化、

11、物理吸附固定化包埋法固定化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不需要不需要需要反應(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)對(duì)環(huán)境條件非常敏感,易失活;難回收,成本高,影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接觸,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、污染低既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離;可以反復(fù)利用成本低、操作容易【例2】 (2011南京二模)根據(jù)材料回答下列有關(guān)問題:.某大學(xué)科研人員利用雙重固定法,即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接),海藻酸鈉來包埋小麥酯酶,研究固定化酶的性質(zhì),并對(duì)其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的是部分研究結(jié)果。(注:酶活力為固定化酶催化

12、化學(xué)反應(yīng)的總效率,包括酶的活性和酶的數(shù)量)制備固定化酵母細(xì)胞時(shí)應(yīng)注意:(1)細(xì)胞的固定化要在嚴(yán)格無菌條件下進(jìn)行;對(duì)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)溶解海藻酸鈉時(shí)采用小火間斷加熱法,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?！纠?】 (2011南京二模)根據(jù)材料回答下列有關(guān)問題:.某大學(xué)科研人員利用雙重固定法,即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接),海藻酸鈉來包埋小麥酯酶,研究固定化酶的性質(zhì),并對(duì)其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的是部分研究結(jié)果。(注:酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率,包括酶的

13、活性和酶的數(shù)量)(1)從圖1可以看出:固定化小麥酯酶比游離的小麥酯酶對(duì)溫度變化的適應(yīng)性更。 (2)從圖2可以看出:海藻酸鈉濃度為時(shí)的小麥酯酶活力最強(qiáng)。當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí),酶活力較低的原因是:。 .某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)制備固定化酵母細(xì)胞的過程如下:活化酵母細(xì)胞:稱取定量干酵母與定量蒸餾水混合并攪拌,使酵母細(xì)胞活化;配制CaCl2溶液:將無水CaCl2溶解在定量蒸餾水中,配制成一定濃度的CaCl2溶液;配制海藻酸鈉溶液:用定量的海藻酸鈉直接溶解在定量的蒸餾水/無菌水中,配制成溶液;海藻酸鈉溶液和酵母細(xì)胞混合:將活化的酵母細(xì)胞迅速加入到剛配制成的海藻酸鈉溶液中,充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?固定化酵母細(xì)胞:用注射

14、器以恒定的速度緩慢將海藻酸鈉和酵母細(xì)胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中,觀察凝膠珠形成。(1)請(qǐng)你改正其中兩處錯(cuò)誤的操作:第一處; 第二處。 (2)剛形成的凝膠珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右,目的是。 (3)如果制作的凝膠珠顏色過淺,呈白色,則說明海藻酸鈉濃度(過低/過高)。 思維導(dǎo)引:1.根據(jù)圖1和圖2曲線能得出什么結(jié)論?2.制備固定化酵母細(xì)胞時(shí)應(yīng)注意哪些問題?解析:.解答本題的關(guān)鍵是正確識(shí)圖。(1)從圖1可以看出,固定化小麥酯酶起作用的溫度范圍比游離小麥酯酶大,即固定化小麥酯酶比游離的小麥酯酶對(duì)溫度變化的適應(yīng)性更強(qiáng)。(2)從圖2可知,海藻酸鈉濃度為3%時(shí)的小麥酯酶活力最強(qiáng)。

15、酶活力包括酶的活性和酶的數(shù)量,當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí),酶的數(shù)量不足,因此酶活力較低。.(1)海藻酸鈉不能直接溶于水,因此配制海藻酸鈉溶液時(shí)應(yīng)適當(dāng)加熱至完全溶化。經(jīng)加熱配制成的海藻酸鈉溶液溫度較高,應(yīng)先冷卻至常溫再加入酵母細(xì)胞,否則酵母細(xì)胞會(huì)被殺死。(2)剛形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右是為了讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(3)凝膠珠呈白色,說明海藻酸鈉濃度過低。答案:.(1)強(qiáng)(2)3%酶的數(shù)量不足.(1)海藻酸鈉溶解應(yīng)適當(dāng)加熱至完全溶化海藻酸鈉溶液冷卻至常溫再加入酵母細(xì)胞(2)讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(3)過低1.(2010年浙江高考)某同學(xué)進(jìn)行蘋果汁制作實(shí)驗(yàn),工藝如圖所示。請(qǐng)回答:

16、(1)圖中用KMnO4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)椤Ｔ谔O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。 解析:本題考查蘋果汁的制作過程。(1)蘋果汁的制作需要果膠酶,該酶來自圖中的黑曲

17、霉。果膠酶將果膠催化水解,提高了果汁的澄清度。石英砂可將酶吸附而使之固定。(2)先提取果膠酶再進(jìn)行果汁的制作,防止蘋果汁放置時(shí)間過久變質(zhì)。澄清過程應(yīng)關(guān)閉閥1,避免提取液進(jìn)入固定柱中降低了果汁質(zhì)量,如果果膠未完全分解,可降低流速,延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。(3)固定化酶的優(yōu)點(diǎn)之一是可以重復(fù)使用。答案:(1)消毒果膠酶吸附未被固定的酶等(2)先A后B閥1乙醇渾濁(沉淀)慢(3)重復(fù)2.(2009年江蘇高考)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

18、,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)目蒸餾水(mL)201111緩沖液(mL)0210.50.50.5果膠酶液(mL)0000.500蝸牛酶液(mL)00000.50纖維素酶液(mL)000000.5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

19、。 (4)原生質(zhì)體是否符合要求還需進(jìn)行檢驗(yàn),其檢驗(yàn)的方法是。 解析:(1)實(shí)驗(yàn)過程中輕搖試管,可以使細(xì)胞壁與酶充分接觸,提高酶解效果。(2)蝸牛以植物為食,所以蝸牛酶液中含有果膠酶和纖維素酶。、沒有添加酶溶液,為空白對(duì)照組,其設(shè)置意義是排除無關(guān)變量的干擾。(3)離心后收集沉淀物,并用等滲溶液清洗,目的是保持細(xì)胞正常形態(tài),否則會(huì)使原生質(zhì)體破裂或變形。(4)把原生質(zhì)體放入低滲溶液中,若沒有細(xì)胞壁則可以漲破,有細(xì)胞壁則不能漲破。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、排除無關(guān)變量的干擾(3)等滲溶液(4)低滲漲破法3.(2011連云港三模)如圖1表示制備固定化酵母細(xì)

20、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。請(qǐng)回答下列問題:(1)圖1中X溶液為,其作用是使。 (2)圖1中制備的凝膠珠用洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中。圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使。 (3)在用海藻酸鈉包埋酵母菌形成凝膠珠的過程中,加熱溶解海藻酸鈉時(shí)需注意用加熱,然后將溶化好的海藻酸鈉溶液后,加入酵母菌充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉?(4)研究發(fā)現(xiàn),固定化強(qiáng)度強(qiáng)的酵母顆粒發(fā)酵效果好,且穩(wěn)定性高、使用壽命長(zhǎng)。某機(jī)構(gòu)利用上述裝置,將2%、2.5%、3%的海藻酸鈉分別利用2%、3%、4%的X溶液進(jìn)行凝膠化處理,所得到的固定化酵母顆粒的強(qiáng)度及在28 下發(fā)酵48 h后的酒精產(chǎn)量見下表:海藻酸鈉(%)

21、22.5322.5322.53X溶液(%)222333444固定化酵母顆粒強(qiáng)度(g/30個(gè))9309509901 0301 1001 1401 1701 1701 160酒精量(%)6.76.56.56.76.46.26.76.46.3從表中可以看出,隨著X溶液濃度的增加,增加;凝膠固定化效果較好的海藻酸鈉與X溶液濃度分別是。 解析:(1)圖1中X溶液為CaCl2溶液,其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠。(2)制備的凝膠珠要用蒸餾水沖洗23次,洗滌干凈后轉(zhuǎn)移到圖2裝置中進(jìn)行發(fā)酵。圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸,有利于發(fā)酵過程的進(jìn)行。(3)加熱溶解海藻酸鈉時(shí)需注意用小火(或間斷)加熱,防止海藻酸鈉焦糊;然后將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后,再加入酵母菌混合,以免高溫使酵母菌失活。(4)據(jù)表中數(shù)據(jù)可知:隨著X溶液濃度的增加,固定化強(qiáng)度增加;凝膠固定化效果較好的海藻酸鈉與X溶液濃度分別是2%、4%。答案:(1)CaCl2溶液海藻酸鈉形成凝膠珠(2)蒸餾水培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸(3)小火(或間斷)冷卻(至室溫)(4)固定化酵母顆粒強(qiáng)度2%、4%