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1、酶的研究和应用【学习目标】1、了解果胶酶的组成和作用。2、理解检测酶活性的原理。（重点）3、简述探究温度和PH对果胶酶活性的影响及其最适值的实验。（重、难点）4、说出加酶洗衣粉的洗涤原理。5、说明固定化细胞和固定化酶的作用和原理。（重点）6、掌握制备固定化酵母细胞和利用其进行酒精发酵的方法。（重、难点）【要点梳理】要点一、果胶酶在果汁生产中的应用【高清课堂：酶的研究和应用 417460 课题1：基础知识】 1、实验原理（1）果胶是植物细胞壁以及胞间层中的主要成分，也是植物汁液中的主要成分。果胶可结合大量的水分，将植物细胞粘合在一起，降低植物组织的分散性。若去掉果胶，细胞壁被瓦解，就会使果泥中的
2、植物组织块变得松散，产生更多的果汁，增加出汁率（2）果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁澄清（3）果胶酶催化果胶分解需要适宜的温度和pH （4）果胶不溶于酒精，因而可用于初步鉴定果胶被分解多少 要点诠释：果胶酶和纤维素酶的比较：果胶酶的组成是多聚半乳糖醛酸酶，果胶分解酶和果胶酯酶，其化学本质是蛋白质，作用是催化果胶成为可溶性半乳糖醛酸；纤维素酶的组成是C1酶，CX酶和葡萄糖苷酶，其化学本质也是蛋白质，作用是催化纤维素成为纤维二糖，然后再成为葡萄糖。果胶酶和纤维素酶都是复合酶，并不特指某一种酶，而是一类酶的总称。2、酶的活性与影响酶活性的因素（1）酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。酶活
3、性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。 在科学研究与工业生产中，酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。 （2）影响酶活性的因素 温度：温度对酶活性的影响是通过影响酶（蛋白质）的稳定性和分子（离子等）运动速率的综合作用的结果。低温使酶的活性降低，高温能使酶失活。酶都有一个最适温度。 pH：酶分子上有许多酸性、碱性氨基酸的侧链基团，这些基团随着pH的变化可处于不同的解离状态，从而影响底物与酶的结合和进一步反应，或影响酶的空间结构，进而影响酶的活性。过酸或过碱能使酶不可逆地失活。酶促反应都有一个最适酸碱度。 酶的抑制剂：某些物质虽然不能引
4、起酶变性，但能使酶分子上某些必需基团（主要是酶活性中心上的一些基团）发生变化，引起酶活力下降，甚至失活，致使酶促反应速度降低。能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。 此外，底物、辅助因子、活化剂、变构剂的种类和浓度，指示剂和辅酶的种类和浓度以及酶的抑制剂等都会影响酶的活性。 要点诠释：测定酶的活性，必须全面了解影响酶活性的因素，以确定合适的条件，来测定其最适条件和最大活性。 温度对酶活性的影响具有双重性，即低温和高温都抑制酶的活性，且温度过高会使酶发生不可逆变性失活。 强酸、强碱都会导致酶的结构发生不可逆破坏而失去活性。 底物浓度及用量，酶的浓度及用量，也会影响酶的活性。在实际生产中，应在最
5、适条件下，充分发挥酶的最大活性，以使酶得到充分利用，节约成本。3、探究酶活性最适条件的实验设计 （1）实验设计思路 本课题的三个实验都是相同的实验思路，都是通过设置梯度来确定最适值，但是不同的实验的变量是不同的。 探究温度和pH对酶活性的影响。研究温度对酶活性的影响的方法是在一恒定的pH下通过设置温度梯度来确定酶催化反应的最适温度；同理研究pH对酶活性的影响就是在某一恒定的温度下通过设置pH梯度来确定酶催化反应的最适pH。具体的设计方案是：确定温度（pH）梯度控制温度或pH酶活性的变化。 探究果胶酶的用量。探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量
6、是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积即可。 （2）探究温度对果胶酶活性的影响 （3）探究pH对果胶酶活性的影响 用搅拌器搅拌制苹果泥，苹果泥来源要相同（最好是同一个苹果） 将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在恒温水浴中保温 将苹果泥和果胶酶分别加入9组实验用的试管中（pH梯度可设置为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0），并快速混合调节pH 放进恒温水浴中反应一段时间 将试管中的混合物过滤，并用量筒量取果汁体积，比较果汁的多少，确定最适pH 记录实验结果pH5.05.56.0
7、6.57.07.58.08.59.0果汁量 （4）探究果胶酶的用量准确称取纯的果胶酶1 mg、2 mg、3 mg、4 mg、5 mg、6 mg、7 mg、8 mg、9 mg，配制成相等体积的酶的水溶液，取等量的酶的水溶液放入9支试管中，依次编号为19号【也可只配制一个浓度的酶液，只是使用体积（量）不同】。制取苹果泥并称取45 g苹果泥，分别装入9支试管中，每支试管中装5 g，依次编号为19号 将上述试管放入37的恒温水浴中平衡内外温度 一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，然后再放人恒温水浴中，约20 min 过滤后测量、记录果汁的体积盛有苹果泥的试管123456789盛有
8、果胶酶的试管123456789果汁量mL 注意：实验中所用的果胶酶尽量使用纯酶制剂或不合抑制物的粗酶制剂，以免影响对酶用量的估算。要点二、探讨加酶洗衣粉的洗涤效果1、加酶洗衣粉的概念：指含有酶制剂的洗衣粉。 2、常用酶制剂的洗涤原理： （1）蛋白酶可以将蛋白质分解为易溶解或分散于洗涤液中的多肽或氨基酸，其用于洗涤剂配方中有助于去除血渍、奶渍以及各种食品类的蛋白质污垢。 （2）脂肪酶可以将脂肪水解为甘油和游离的脂肪酸等，这些都比原来的脂肪易溶解，其用于洗涤剂配方中用以去除含脂肪的污渍，如食品中的油渍、人体皮脂以及口红等。 （3）淀粉酶能使淀粉迅速分解为麦芽糖、葡萄糖等可溶性成分，因此淀粉酶用于洗
9、涤剂配方中用以去除含淀粉的污垢，如来自面条、巧克力等的污垢。 （4）纤维素酶本身不能去除衣物上的污垢，它的作用是使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，从而达到更好的去污效果。另外，碱性纤维素酶可以去除在洗涤和穿着时由于磨损在棉纤维上所产生的微纤维，从而使棉纤维恢复原有的光滑状态。但过量使用，也会损伤棉、麻等天然纤维织物。 普通洗衣粉中通常包含有表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素以及填充剂等。 普通洗衣粉中含有磷。含磷污水的排放可能导致微生物和藻类的大量繁殖，造成水体的污染。加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠
10、的用量，使洗涤剂朝低磷无磷的方向发展，从而可以减少对环境的污染。要点诠释：使用加酶洗衣粉时的注意事项： 碱性蛋白酶能使蛋白质水解，因此，蛋白质类纤维（羊毛、蚕丝等）织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤，以免使纤维受到破坏。 使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在3550时活性最强。在低温下或70以上就会失效。 加酶洗衣粉也不宜长期存放，存放时间过长会导致酶活力损失。 加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存否则酶的活性将会丧失。 添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面的蛋白质，而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间的接触。3、探讨加酶洗衣粉洗涤效果的实验设计 比较普通洗
11、衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果的实验中，实验变量是洗涤剂，设计时应遵循单一变量原则，对照性原则，有效地控制其他变量，如水的用量、污染物的量、所用实验用布料的质地和大小、两种洗衣粉的用量、搅拌及洗涤时间等。在使用加酶洗衣粉时，不但要考虑最佳洗涤效果的条件，如最适温度、pH、还要考虑衣物的承受能力，也要考虑洗涤成本问题；因为洗涤的成分比较复杂，一般选择复合加酶洗衣粉，以减少用量。要点四、酵母细胞的固定化1、基础知识【高清课堂：酶的研究和应用 417460 课题2：基础知识】（1）固定化酶和固定化细胞是将水溶性的酶或细胞经过物理或化学方法固定在某种介质上或一定空间内，使之成为不溶于水，但仍具有催化活性的
12、酶制剂或保留细胞活性的固定化细胞。（2）酶和细胞固定化的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。酶分子更适宜采用吸附法、共价偶联法、交联法，而细胞更适合采用包埋法。 包埋法固定化酶/细胞 偶联法固定化酶/细胞 吸附法固定化酶/细胞（3）将固定化酶装到反应柱内，柱的底端装上分布着很多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液可以自由出入。当底物溶液流过装固定化酶的柱时，流出液中即含有酶的催化产物。2、直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种类一种或几种一种一系列酶常用载体高岭土、皂土、硅胶、凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法化学结
13、合法、物理吸附法包埋法是否需要营养物质否否是催化反应单一或多种单一一系列反应底物各种物质（大分子、小分子）各种物质（大分子、小分子）小分子物质缺点（1）对环境条件非常敏感，易失活；（2）难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降优点催化效率高、耗能低，低污染（1）既能与反应物接触，又能与产物分离；（2）可以反复利用成本低、操作容易 要点诠释：（1）固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生活的需要，应该为其提供一定的营养物质。 （2）固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。3、酵母细胞的固定化
14、的实验操作 （1）制备固定化酵母细胞 酵母细胞的活化 在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5 h1 h，需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。 配制物质的量浓度为0.05 molL的CaCl2溶液。 配制海藻酸钠溶液 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环。海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量，如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。 要点诠释：海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键。 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 固定化酵母细胞 刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否
