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1、课标版 生物 第32讲酶的研究与应用,1,知识酶的研究与应用 一、果胶酶在果汁生产中的作用 1.果胶,(1)作用:植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一;在果汁加工中,会影响出汁率并使果汁浑浊。 (2)成分:由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。 (3)特点:不溶于水。,2,2.果胶酶 (1)成分:是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。 (2)作用:果胶可溶性半乳糖醛酸 二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用 1.加酶洗衣粉:指含酶制剂的洗衣粉。,3,2.酶制剂的种类与洗涤原理,4,注:酶制剂中的蛋白酶、淀粉酶等并非是单一酶,而是复合酶,如蛋白酶制剂实际包括蛋白酶和肽
2、酶,可将蛋白质水解成小分子肽和氨基酸。 三、制备和应用固相化酶 1.固定化酶 (1)形成:将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上,使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。 (2)特性:与游离酶相比较,稳定性好,与底物和产物容易分离,易于控制,能反复多次使用;便于运输和贮存,有利于自动化生产。 2.固定技术 (1)概念:利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。,5,(2)方法(连线) (3)适用对象 一般来讲,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化,而细胞,6,多采用包埋法固定化,这是因为个大的细胞难以被吸附或结合,而个小的酶则易从包埋材料中漏出。 3.淀粉酶水解作用的检测 淀
3、粉糊精麦芽糖葡萄糖,7,1.如图是果胶酶在不同温度条件下的酶活性变化曲线,请回答下列问题: (1)在35 时,果胶酶的活性。 (2)在和时,果胶酶的活性都降为0,但恢复至35 时,8,图的催化活性可望恢复,请在图中画出恢复曲线,由此表明图中所示酶的结构已受到破坏。 答案(1)最高 (2)0 100 甲乙 解析从图中看出,果胶酶在35 时催化效率最高,当温度降至0 或升 高至100 时,果胶酶催化效率均降至0。果胶酶的化学本质是蛋白质,当,9,温度升高至100 时,果胶酶的分子结构受到破坏,从而变性失活,当温度再恢复到35 时,酶也不会恢复活性。而温度降至0 时,酶的结构没有受到破坏,再恢复到3
4、5 时,酶活性还会恢复。,10,2.某生物学兴趣小组进行了“加酶洗衣粉最适温度的测定”实验。下表是他们记录的不同温度除去不同污渍所需时间的对照表,请依据表中数据作答。,(1)要达到最佳洗涤效果,使用加酶洗衣粉的最适温度范围是。 (2)在适宜温度范围内,加酶洗衣粉对衣物上的的洗涤效果最佳,对,11,的洗涤效果最差,其原因是。 (3)羊毛、蚕丝等织物(填“能”或“不能”)用加酶洗衣粉洗涤,因为 。 (4)从以上实验数据可得,酶具有性。 答案(1)50 60 (2)奶渍蓝墨水奶渍的主要成分是蛋白质和脂肪,加酶洗衣粉主要含有蛋白酶和脂肪酶,能使蛋白质和脂肪等有机物水解,但很难使蓝墨水的成分水解 (3)
5、不能羊毛、蚕丝等织物的主要成分是蛋白质,加酶洗衣粉中的蛋白酶能使蛋白质水解,从而使织物受到破坏 (4)专一,12,解析本题考查学生的分析能力,由表中数据可知,要达到最佳洗涤效果, 使用加酶洗衣粉的最适温度范围是50 60 ;对不同的污渍洗涤效果不同,对奶渍洗涤效果最佳,对蓝墨水洗涤效果最差,说明加酶洗衣粉中含有蛋白酶和脂肪酶;羊毛和蚕丝的主要成分是蛋白质,如使用加酶洗衣粉洗涤羊毛、蚕丝等织物,会对织物造成破坏;加酶洗衣粉对不同的污渍洗涤效果不同,说明了酶具有专一性。,13,3.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答: 酵母细胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混
6、合固定化酵母细胞。 (1)在状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复状态。活化前应选择足够大的容器,因为酵母细胞活化时。 (2)固定化细胞一般采用包埋法,而固定化酶常用和。 (3)影响实验成败的关键步骤是。 (4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是。 (5)如果海藻酸钠浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目 。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明。,14,答案(1)缺水正常(生活)体积会增大(增多) (2)化学结合法物理吸附法 (3)配制海藻酸钠溶液 (4)小火加热(或间断加热),不断搅拌 (5)较少(海藻酸钠浓度偏高)制作失败 解析(1)在缺水状态下,微生物处于休眠
7、状态。活化就是让处于休眠状 态的微生物重新恢复正常的生活状态。由于酵母菌活化时体积会变大,所以活化前应选择足够大的容器。(2)固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,其中固定化细胞一般,15,采用包埋法,而固定化酶常用化学结合法和物理吸附法。原因是细胞个大,而酶分子小,个体大的细胞难以被吸附或结合,而个体小的酶容易从包埋材料中漏出。(4)海藻酸钠溶化时应小火加热,或间断加热,还要不断搅拌,防止焦糊。,16,突破一酶在果汁生产、洗涤方面的应用 1.酶的活性 (1)概念:指酶催化一定化学反应的能力。 (2)表示方法:用在一定条件下酶所催化的某一化学反应的反应速
8、度来表示。 (3)酶反应速率的表示方法:用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。 (4)酶活性的影响因素:温度、pH和酶的抑制剂等。,17,2.探究温度和pH对果胶酶活性的影响 (1)实验流程 制备果泥 设置一系列具有梯度的pH和温度 加入果胶酶反应一段时间 过滤果汁 (2)该实验的自变量是温度或pH,因变量是酶的活性,检测因变量是通过,18,测定果汁的体积或澄清度来实现的。 3.对加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法 (1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法:可在洗涤后比较污物的残留状况,如已消失、颜色变浅、面积缩小等。 (2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法:实验设计遵循的原则是对照
9、原则和单一变量原则,如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时,以洗衣粉的种类为自变量,其他条件完全一致;同时,普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。 (3)变量分析,19,20,知能拓展(1)一般来说,丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤,是 因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。 (2)酶的催化作用需要适宜的温度,用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间,加快洗涤。 (3)人体皮肤细胞有蛋白质,使用加酶洗衣粉后如不彻底清洗双手,就会使手的皮肤受到腐蚀,而使人患过敏性皮炎、湿疹等。 (4)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶,因为肽本身易溶于水。,21,典例1某同学用含有不同种类酶制
10、剂的洗衣粉进行了如下实验。,22,请回答以下问题: (1)该实验的目的是探究。该实验还应控制的无关变量有。该实验中分别构成两组对照实验。 (2)该同学在实验过程中可通过观察来判断酶的催化效率。 (3)蛋白酶洗衣粉的去污原理是 。 (4)大力推广使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉,有利于生态环境保护,这是因为 。,23,解析依据题表可以看出,表中涉及酶与污染物这两个实验变量,A与B构 成一组对照实验,用来鉴定不同酶对同一污染物的作用效果,实验变量是酶的种类;A与C构成另一组对照实验,用来鉴定同一种酶对不同污染物的作用效果,实验变量是不同种类的污染物。这两组实验都是用来探究酶的特异性。洗衣粉的用量、污染
11、物的含量以及水质、pH等都为无关变量。 答案(1)酶的特异性洗衣粉的用量、污染程度、水质、pH等A 与B、A与C(2)蛋白膜消失时间的长短(3)用蛋白酶催化污垢中蛋白质的水解(4)酶可被分解,又避免水体富营养化,24,1-1(2014四川乐山月考,10)工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率,为研究温度对果胶酶活性的影响,某同学设计了如下实验: 将果胶酶与苹果泥分装于不同试管,在10 水浴中恒温处理10 min(如图甲)。,25,将步骤处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10 水浴中恒温处理10 min(如图乙)。 将步骤处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图丙)
12、。 在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:,26,根据上述实验,请分析回答下列问题。 (1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中的水解。 (2)实验结果表明,当温度为左右时,果汁量最多,此时果胶酶的活性。当温度再升高时,果汁量降低,说明。 (3)实验步骤的目的是 。 答案(1)果胶(2)40 最高酶活性降低(3)避免果汁和果胶酶混 合时影响混合物温度,从而影响果胶酶活性 解析(1)植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一是果胶,而果胶酶 则是水解果胶的一类酶的总称。(2)通过表中数据可知:在40 时,产生的,27,果汁量最多,在题中所给的温度范围内,40 时酶活
13、性最高。当温度再升高时,出汁量降低,酶的催化活性降低。(3)因为酶具有高效性,使底物与酶的温度都达到预定值后再混合,避免它们事先发生反应,而引起结果的不准确。,28,突破二固定化酶与固定化细胞 1.固定化酶与固定化细胞的比较,29,30,2.制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵,31,易混辨析(1)细胞的固定化要在严格无菌条件下进行;对制备的海藻 酸钠溶液、CaCl2溶液以及注射器等器材进行严格灭菌。 (2)溶化海藻酸钠时采用小火或间断加热法,防止海藻酸钠焦糊。 (3)海藻酸钠溶液浓度过高,将很难形成凝胶珠;浓度过低,凝胶珠所包埋的酵母细胞数量少。 典例2回答有关固定化酶的以下问题: (1
14、)酶是生物体中生化反应的催化剂,在工业生产和食品加工中的应用日益广泛。为提高酶的利用率以及提高产品的纯度,一般需要对酶进行固定化处理,即将酶用物理或化学方法固定在介质上,具体方法有法、共价偶联法、法和法。,32,(2)如图为装有固定化酶a的实验装置。其中b是反应柱,c是催化底物。若装置中的固定化酶为-淀粉酶,则通常是利用法进行固定的,介质一般为石英砂。利用该装置进行淀粉水解实验时,在漏斗中加入反应液后的操作是,以保证反应充分。对流出的液体用检测,若呈现颜色反应,说明淀粉被水解成糊精。,33,若a是固定化酵母,要想得到较多的乙醇,加入反应液后的操作是,装置中的长导管起的作用是。 解析(1)固定化
15、酶是将水溶性的酶固定在相应的介质上,使之成为不溶 于水而又有酶活性的制剂,达到重复使用酶等目的。常用的固定化酶方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。(2)固定-淀粉酶通常用吸附法,开始实验后只需打开图示活塞1和2,并使淀粉溶液以0.3 mL/min的流速过柱,不能过快,以保证反应充分。在流出5 mL淀粉溶液后接收0.5 mL流出液,加KI-I2溶液检测,若溶液呈现红色,说明有糊精生成。要利用固定化酵母产生较多乙醇,需要创造无氧环境,所以加入反应液后要把活塞1和2关闭,而产生的CO2又可以通过长导管排放出去,而如图示形状的长导管还可,34,以起到防止杂菌进入的作用。 答案(1)非水溶性吸附
16、交联包埋 (2)吸附打开活塞1和2,并控制流速KI-I2红 关闭活塞1和2排放气体CO2,防止杂菌进入反应柱,35,2-1如图为固定化酶的反应柱示意图,其中为反应柱,为固定化酶,为分布着小孔的筛板,请据图回答: (1)关于固定化酶中用到的反应柱,理解正确的是() A.反应物和酶均可自由通过反应柱 B.反应物和酶均不能通过反应柱,36,C.反应物能通过,酶不能通过 D.反应物不能通过,酶能通过 (2)的作用是。 (3)制作固定化-淀粉酶常用的方法是。 (4)据图说出反应柱的作用原理:。 答案(1)C (2)使酶颗粒无法通过,反应液能自由通过 (3)吸附法 (4)反应物溶液从反应柱上端注入,使反应物溶液流过反应柱,与固定化酶接触,得到的产物从反应柱下端流出,37,解析固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介 质上(如石英砂),使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。固定化酶常用方法有吸附法、共价偶联法等。,38,