《2019版生物人教版选修2课件：3.2 酶在工业生产中的应用 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版生物人教版选修2课件：3.2 酶在工业生产中的应用 .pdf（21页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第2 2节 酶在工业生产中的应用 1.说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。 2.举例说明酶在工业生产中的应用。 3.尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。 4.认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术,以及科学技 术是不断发展的。 一二 一、酶的家族与酶制剂的生产 1.酶的种类 (1)根据存在部位分为:胞内酶和胞外酶。 (2)根据酶催化的反应和所起的作用分为:氧化还原酶、水解酶、 裂解酶、连接酶、转移酶和异构酶六大类。 2.酶的优点 与无机催化剂相比,酶具有催化效率高、反应条件温和等优点。 3.酶的生产 (1)微生物发酵生产:大量应用的酶都是利用微生物发酵生产的。 (2)基因工程菌发酵生产:一
2、些重要的酶已经采用基因工程菌发酵 生产,使酶的产量大幅度提高。 一二 4.固定化酶技术 (1)方法:采用多种办法将酶固定在一定的载体上,制备成不溶于 水的固体颗粒,称为固定化酶。 (2)固定化酶的优点:避免了污染产物,又可以反复使用,从而有助 于实现反应的连续化和自动化。 一二 二、酶在工业生产中的应用 1.酶相比无机催化剂的优越性 (1)反应能在常温、常压和中性pH条件下进行,可以节省大量的 能源和设备投资。 (2)生产过程中不会造成严重的污染,符合环境保护的要求。 (3)生产过程简单、效率高,产品质量好,生产成本低。 2.应用 (1)已成功用于食品工业、改进工艺、简化生产过程、改善产品 的
3、品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。 (2)在轻工业和化工工业方面有着广泛的应用。 (3)在医药工业方面,可利用酶的催化反应生产药物。 一二三 一、酶催化反应的优缺点 1.酶催化反应的优点 (1)酶催化的反应类型十分广泛。六大酶类催化的反应基本上涵 盖了各种化学反应类型,因此,酶具有极其广泛的应用范围。 (2)酶催化的反应具有极高的选择性,包括对底物的种类,底物中 的区域、位点等的选择性,因此,一种酶只能够催化一种底物或一 类底物的一种反应,酶催化的反应可以在一个十分复杂的系统内进 行,而且几乎没有副反应,反应的转化率和产率高。这在临床检验、 化学分析和特定产品的生产上要比化学方
4、法具有更大的优势。 (3)酶催化的反应速度快。酶催化的反应速度大约是化学催化剂 催化的反应速度的1010倍,因此,酶催化的反应时间短,设备利用率高, 生产效率高。 一二三 (4)酶催化的反应条件温和,一般是在常温、常压和中性pH条件 下进行,因此,能耗低,设备要求低,使用时间长,反应成本和操作成本 低。即使极端酶类,如耐高温酶和嗜酸碱酶等,催化反应的条件也 远比化学催化剂催化的反应条件低得多:最高温度在100 左右,最 适pH为211,不必在强酸、强碱条件下进行。 一二三 2.酶催化反应的缺点 (1)大多数酶是蛋白质,在不适宜的条件下容易发生变性失活,因 此,在使用和保存酶时要十分小心,要尽可
5、能保持适宜的条件。为 了维持酶的稳定和催化效率,在酶催化反应和保存时要使用缓冲液 系统。一般的酶不能够耐受高温,可以在低温下保存,但是也有的 酶在低温下也会失活,甚至更不稳定。有些酶对金属离子十分敏感, 为保持这些酶的稳定性和催化反应的活性,还需要一些特定的金属 离子;大多数酶对有机溶剂比较敏感,在一些有机溶剂中易失活。 因此,必须根据具体的酶的性质采取相应的措施。 酶对温度、pH和有机溶剂敏感,稳定性差,因此在某些应用上会 受到限制。 一二三 (2)绝大多数酶溶于水,催化反应结束后,多数酶还有活性,因而直 接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。为了不让酶污染产 物,往往通过加热或其他方法使
6、酶变性失活,从反应系统中除去。 这样,花了很大力气生产的酶只使用了一次,就不得不使其变性失 活,这是很大的浪费。当然,现在发展的酶的固定化技术,可以提高 酶的稳定性,还可以解决酶催化反应后从反应体系中分离重复使用 的问题。 一二三 (3)有些酶,如氧化还原酶、转移酶、某些裂解酶,在催化相应反 应时,需要特殊的辅助因子,如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、 FAD、FMA、ATP,以及金属离子等。因此,在酶催化反应时,需在 反应系统中添加相关的辅助因子。而这些辅酶参加反应后,如果没 有辅酶再生系统使之再生,一旦辅酶完全被消耗,酶反应就会停止。 辅酶一般十分昂贵,在酶催化的反应中不可能大
7、量使用。为解决这 个问题,人们可以采用两种办法:一是使用含有酶的微生物细胞,通 过提供适当的辅酶再生的底物,如葡萄糖,利用细胞的辅酶再生系 统,使辅酶再生循环使用;另一种办法是建立辅酶再生的酶反应系 统与主要的酶反应耦联,使辅酶可以再生循环使用。 一二三 二、使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较 一二三 三、酶制剂的主要品种 酶制剂有多种。从形态上分,有固体酶制剂和液体酶制剂,例如, 在制糖工业和发酵工业上,经常使用的、用于制备葡萄糖的葡萄糖 淀粉酶,就有固体和液体两种。固体酶制剂体积小,容易运输、保 存,比较稳定,所以大多数酶制剂以固体形式生产、销售。固体酶 制剂的主要缺点是杂质含量高,酶活
8、性较低,生产过程中需要沉淀 和干燥,酶活性损失较大。相对于固体酶制剂,液体酶制剂的生产 比较简单,成本较低,使用方便。液体酶制剂的生产关键是解决酶 制剂的稳定性问题,为此,液体酶制剂中大多需要加入适当的稳定 剂和保护剂。另外,液体酶制剂的运输和保存也较固体酶制剂难度 大些。 一二三 按酶制剂在应用领域上的分类,有用于工业生产上作为催化剂的 工业酶制剂(如-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖异构酶、青霉素 酰化酶、天冬氨酸酶等等),有用于食品生产加工的酶制剂(又称为 食品酶制剂),还有用于临床检测的诊断酶制剂,用于化学分析的分 析酶制剂,用作药物的药物酶制剂和用于洗涤剂的洗涤酶制剂等。 按酶的来源不同
9、,还可将酶制剂分为植物酶制剂、动物酶制剂和 微生物酶制剂。针对应用的需要,按酶生产加工方法的不同,又可 将其分为游离酶制剂、固定化酶制剂、酶试纸、酶电极等。 题型一题型二题型三 【例1】 下列叙述属于酶的功能的是( ) A.酶的催化作用受温度的影响 B.酶对酸碱度的变化很敏感 C.酶大多是蛋白质 D.酶是生物催化剂 解析:分析各选项,A、B两项叙述的是影响酶功能的因素,C项叙 述的是酶的性质,只有D项叙述的是酶的功能。 答案:D 题型一题型二题型三 【例2】 下列不是酶的常见固定方式的是( ) 解析:A、B、C三项分别为将酶吸附在载体表面、将酶相互连接 起来、将酶包埋在细微网格里。 答案:D
10、反思领悟反思领悟 固定化酶通常采用化学结合法和物理吸附法,而细胞 多采用包埋法固定化。 题型一题型二题型三 【例3】 下列不属于固定化酶在利用时的特点的是 ( ) A.有利于酶与产物分离 B.可以被反复利用 C.能自由出入依附的载体 D.一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应 解析:固定化酶是采用包埋法、化学结合法或物理吸附法将酶固 定在一定载体上,所以固定化酶不能自由出入依附的载体。 答案:C 1234 1.根据酶在生物体内存在的部位,可分为胞内酶和胞外酶,下列酶中 属于胞外酶的是( ) A.呼吸酶 B.光合酶 C.消化酶D.解旋酶 解析:胞内酶是在细胞内起催化作用的酶,胞外酶是指分泌
11、到细胞 外起作用的酶,呼吸酶、光合酶、解旋酶都在细胞内发挥催化作用, 消化酶由消化腺分泌到消化道起消化作用。 答案:C 1234 2.在果汁生产中加入果胶酶的目的是( ) A.分解纤维素 B.增加果汁的营养成分 C.增加果汁的黏稠度 D.使榨取果汁变得更容易,并使果汁澄清 答案:D 1234 3.右图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系,此曲线不能说 明的是( ) A.在B点之前,果胶酶的活性和温度呈正相关;之后,呈负相关 B.当温度升高到B点时,果胶酶的活性最高,酶的催化效率最高 C.A点时,果胶酶的活性很低,但随着温度升高,果胶酶的活性可以上 升 D.C点时,果胶酶的活性也很低,当温度降低时,酶的活性也可以上升 1234 解析:从题图中可以看出随着温度升高,果胶酶的活性在上升,等达 到B点时,酶的活性达到最高;随后,随着温度的继续上升,酶的活性 迅速下降。A点和C点相比,虽然酶的活性都很低,但是A点是低温条 件,对酶的分子结构无影响,所以,随着温度的上升,其活性也会不断 上升,而C点是高温条件,当温度过高时,会破坏酶的分子结构,使酶 的活性发生不可逆的变化,以后再降温,也不能改变酶的活性。 答案:D 1234 4.酶的固定化常用的固定方式不包括( ) A.吸附B.包埋 C.化学结合D.将酶加工成固体 答案:D