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1、第第2节节 酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用课程标准课程标准 举例说明酶在工业生产中的应用。举例说明酶在工业生产中的应用。课标解读课标解读 1说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。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。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。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，认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以及科学技术是一个不断发展的过程。以及科学技术是一个不断发展的过程。1.酶的种类酶的种类(1)根据存在部位分为：胞内酶和根据存在部位分为：胞内酶和
2、_酶。酶。(2)根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、_酶、裂解酶、连接酶、转移酶和酶、裂解酶、连接酶、转移酶和_酶六大类。酶六大类。2.酶的优点酶的优点比无机催化剂比无机催化剂_、反应条件、反应条件_等优点。等优点。酶的家族与酶制剂的生产酶的家族与酶制剂的生产胞外胞外水解水解催化效率高催化效率高温和温和异构异构酶的生产酶的生产(1)微生物发酵生产：大量微生物发酵生产：大量_都是利用微生物发酵都是利用微生物发酵生产。生产。(2)基因工程菌发酵生产：一些基因工程菌发酵生产：一些_是通过基因工程是通过基因工程菌发酵生产。菌发酵生产。固定化酶技术
3、固定化酶技术(1)方法：采用多种办法将酶固定在一定的方法：采用多种办法将酶固定在一定的_上，制备上，制备成成_的固体颗粒，称为固定化酶。的固体颗粒，称为固定化酶。(2)固定化酶的优点：避免了固定化酶的优点：避免了_产物，又可以产物，又可以_使用，使用，从而有助于实现反应的从而有助于实现反应的_化和自动化。化和自动化。34应用的酶应用的酶重要的酶重要的酶载体载体不溶于水不溶于水污染污染反复反复连续连续 酶与一般无机催化剂的共性是什么？酶与一般无机催化剂的共性是什么？反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。思维激活思维激活1直接使用酶和固定化酶催化反
4、应的优缺点比较直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较1类型类型优点优点不足不足直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶催化效率高，低耗催化效率高，低耗能，低污染等能，低污染等对环境条件非常敏感，容易失对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中酶很难回收，不能活；溶液中酶很难回收，不能被再次利用，反应后酶会混合被再次利用，反应后酶会混合在产物中，可能影响产品质量在产物中，可能影响产品质量酶既能与反应物接酶既能与反应物接触，又能与产物分触，又能与产物分离，同时，固定在离，同时，固定在载体上的酶还可以载体上的酶还可以被反复利用被反复利用一种酶只能催化一种化学一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，反应，
5、而在生产实践中，很多产物都是通过一系列很多产物都是通过一系列的酶促反应才能得到的的酶促反应才能得到的酶的固定化方法酶的固定化方法(1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包埋法等埋法等(如图所示如图所示)。2.(2)各种制备固定化酶方法的比较各种制备固定化酶方法的比较(如下表如下表)酶的固酶的固定方法定方法原理原理固定载体固定载体优点优点吸附法吸附法交联法交联法包埋法包埋法离子键作用、离子键作用、物理吸附物理吸附纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体玻璃、离子交换树脂等载体工艺简工艺简便且条便且
6、条件温和，件温和，在生产在生产上应用上应用广泛广泛酶和多功能试酶和多功能试剂之间形成共剂之间形成共价键价键利用多功能试剂在酶与酶、酶与利用多功能试剂在酶与酶、酶与载体之间进行交联，从而形成三载体之间进行交联，从而形成三维的交联网架结构维的交联网架结构将酶包埋在将酶包埋在能固化的载能固化的载体中体中将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中，前者包素等半透性高分子膜中，前者包埋成格子形，后者包埋成微胶囊埋成格子形，后者包埋成微胶囊形形知识拓展知识拓展 固定化细胞技术固定化细胞技术 通过各种方法将细胞与一定的
7、载体结合，使细胞仍保通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，这样对于催化多步的连续反应优势
8、就更加明显。固定统，这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细胞的方法也有多种，常用的方法化细胞的方法也有多种，常用的方法(见下表见下表)：固定方固定方法法载体载体吸附法吸附法包埋法包埋法海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。将动物细胞吸附于
9、容器壁、微载体和中空纤维将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤维等载体上；将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔等载体上；将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上维的外壁上将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法是应将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的动物和植物细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等胶等 固定化
10、酶的优点是固定化酶的优点是 ()。A有利于增加酶的活性有利于增加酶的活性B有利于产物的纯化有利于产物的纯化C有利于提高反应速率有利于提高反应速率D有利于酶发挥作用有利于酶发挥作用解析解析固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切相关，如温
11、度、相关，如温度、pH等。反应速率与底物的浓度、温度、等。反应速率与底物的浓度、温度、pH等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、pH适宜时，反应速率最快。适宜时，反应速率最快。答案答案B【巩固巩固1】酶相比无机催化剂的优越性酶相比无机催化剂的优越性(1)反应能在反应能在_、常压和、常压和_条件下进行，可以节省大条件下进行，可以节省大量的能源和设备投资。量的能源和设备投资。(2)生产过程中不会造成生产过程中不会造成_，符合环境保护的要求。，符合环境保护的要求。(3)生产过程简单，生产过程简单，_，产品质量好，生产成本低。，产品
12、质量好，生产成本低。酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用1常温常温中性中性PH严重的污染严重的污染效率高效率高应用应用(1)已成功用于已成功用于_工业，不仅用于食品的直接生产，还工业，不仅用于食品的直接生产，还用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。延长储存期、提高产品产量和质量等方面。(2)在在_和化工工业方面有着广泛的应用。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在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产_。思维激活思维激活2试画出试画出pH、T、底物浓度、酶
13、浓度对酶活性的、底物浓度、酶浓度对酶活性的影响的曲线图。影响的曲线图。2食品食品轻工业轻工业药物药物工业上常用的酶及应用工业上常用的酶及应用应用领域应用领域使用的酶种类使用的酶种类用途用途洗涤剂洗涤剂工业工业细菌蛋白酶细菌蛋白酶用于污渍的去除用于污渍的去除淀粉酶淀粉酶可作为洗碗机的洗涤剂，用于去可作为洗碗机的洗涤剂，用于去除难溶的淀粉残迹等除难溶的淀粉残迹等烘烤食烘烤食品工业品工业真菌产生的真菌产生的淀淀粉酶粉酶催化淀粉降解成可被酵母菌利用催化淀粉降解成可被酵母菌利用的糖类的糖类蛋白酶蛋白酶在饼干制作过程中，用于降低面在饼干制作过程中，用于降低面粉中的蛋白质含量等粉中的蛋白质含量等酿酒工业酿酒
14、工业麦芽产生的淀粉麦芽产生的淀粉酶、蛋白酶、葡酶、蛋白酶、葡聚糖酶聚糖酶将淀粉和蛋白质降解成能被酵母将淀粉和蛋白质降解成能被酵母菌使用的单糖、氨基酸和多肽，菌使用的单糖、氨基酸和多肽，从而提高乙醇的产量从而提高乙醇的产量葡聚糖酶葡聚糖酶改进啤酒的过滤性能改进啤酒的过滤性能淀粉葡萄糖苷酶淀粉葡萄糖苷酶用于生产低糖啤酒用于生产低糖啤酒木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶去除啤酒储存过程中生成的混浊去除啤酒储存过程中生成的混浊乳制品乳制品工业工业胰凝乳酶胰凝乳酶在奶酪的制作过程中用在奶酪的制作过程中用于分解蛋白质于分解蛋白质乳糖酶乳糖酶降解乳糖为葡萄糖及各降解乳糖为葡萄糖及各类糖浆类糖浆糖工业糖工业淀粉酶、淀粉葡萄
15、淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶糖苷酶将淀粉转化为葡萄糖及将淀粉转化为葡萄糖及各类糖浆各类糖浆葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶用于将葡萄糖转化为果用于将葡萄糖转化为果糖，生产高果糖浆糖，生产高果糖浆纺织工业纺织工业淀粉酶淀粉酶广泛地应用于纺织品的广泛地应用于纺织品的褪浆褪浆制革工业制革工业胰蛋白酶胰蛋白酶用于毛皮中特定蛋白质用于毛皮中特定蛋白质的去除或皮革脱毛的去除或皮革脱毛医疗和制医疗和制药工业药工业胰蛋白酶胰蛋白酶用于伤口愈合和溶解血凝用于伤口愈合和溶解血凝块，抑制微生物的生长块，抑制微生物的生长L天冬酰胺酶天冬酰胺酶用于治疗癌症，使癌细胞用于治疗癌症，使癌细胞无法获得生长所需的营养无法获得生长所需的营养胃
16、蛋白酶胃蛋白酶用于治疗消化不良用于治疗消化不良其他多种酶其他多种酶作为诊断试剂作为诊断试剂 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是而来的，在这一过程中不需要的酶是 ()。A淀粉酶淀粉酶 B糖化酶糖化酶C葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 D纤维素酶纤维素酶解析解析此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。将淀粉通过一系列的催化作用转化为高
17、果糖浆。答案答案D【巩固巩固2】 肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是 ()。【例例1】示例示例一一酶的种类酶的种类思维导图：思维导图：深度剖析深度剖析 由题意由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题项符合题意。意。答案答案B归纳总结归纳总结酶的分类酶的分类（1）根据存）根据存在的部位在的部位胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。胞内
18、酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。 如细胞内有氧呼吸酶等如细胞内有氧呼吸酶等胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如 消化酶等消化酶等 如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是固定方法依次是 ()。【例例2】示例二示例二固定化酶技术固定化酶技术A载体结合法，交联法，包埋法载体结合法，交联法，包埋法B交联法，载体结合法，包埋法交联法，载体结合法，包埋法C包埋法，载体结合法，交联法包埋法，载体结合法，交联法D包埋法，交联法，载体结合法包埋法，交联法，载体结合法思维导图：思维导图：深度剖析深度剖析
19、题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，应属交联法；应属交联法；图表示固定在一定的支持物上，可用物理图表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。吸附法、离子结合法和共价结合法固定。答案答案D反思感悟反思感悟 固定化酶的优点固定化酶的优点酶被固定化后，大多数酶稳定性增加，因而可以通过过滤酶被固定化后，大多数酶稳定性增加，因而可以通过过滤等简单的方法将酶从反应系统中取出，这样做既避免了污等简单的方法将酶从反应系统中取出，这样做既避免
20、了污染产物，又可以反复利用，从而有助于实现反应的连续化染产物，又可以反复利用，从而有助于实现反应的连续化和自动化。和自动化。下列叙述中，能正确说明酶特性的是下列叙述中，能正确说明酶特性的是 ()。A酶大多数是蛋白质酶大多数是蛋白质B酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用C酶的活性随温度的升高而不断升高酶的活性随温度的升高而不断升高D每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应解析解析酶的特性是指酶的高效性、专一性以及受温度、酶的特性是指酶的高效性、专一性以及受温度、pH等等因素的影响。因素的影响。A项是酶的化
21、学本质，属于酶的概念；酶是活细项是酶的化学本质，属于酶的概念；酶是活细胞产生的，但它不仅仅在生物体内发挥作用，离体的酶，只要胞产生的，但它不仅仅在生物体内发挥作用，离体的酶，只要在合适的条件下仍可发挥催化作用；在一定的温度范围内，酶在合适的条件下仍可发挥催化作用；在一定的温度范围内，酶的活性随温度的升高而升高，的活性随温度的升高而升高，C项不能正确表述酶与温度的关项不能正确表述酶与温度的关系；系；D项表示了酶的专一性。项表示了酶的专一性。答案答案D1ATP的消耗利用需要的酶是的消耗利用需要的酶是 ()。A水解酶水解酶 B合成酶合成酶 C异构酶异构酶 D转移酶转移酶解析解析ATP水解为水解为AD
22、P和和Pi，同时释放能量，需水解酶。，同时释放能量，需水解酶。答案答案A下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错误的是下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错误的是 ()。A酶的催化条件是常温、常压和中性条件酶的催化条件是常温、常压和中性条件B酶催化反应不会造成严重的污染酶催化反应不会造成严重的污染C无机催化剂生产过程复杂、成本高无机催化剂生产过程复杂、成本高D酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点解析解析本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均能催化有关反应，但只有酶具有高效性，而无机催化剂催化能催化有关反应，但只有酶
23、具有高效性，而无机催化剂催化效率低，故效率低，故D项错误。项错误。A、B、C项叙述均正确。项叙述均正确。答案答案D23用于皮革工业的脱毛和软化的酶是用于皮革工业的脱毛和软化的酶是 ()。A脂肪酶脂肪酶 B淀粉酶淀粉酶 C蛋白酶蛋白酶 D聚合酶聚合酶解析解析动物皮毛由蛋白质构成，因此可用蛋白酶对皮革脱动物皮毛由蛋白质构成，因此可用蛋白酶对皮革脱毛与软化。毛与软化。答案答案C45下图是固定化酶连接的几种方式，据图回答。下图是固定化酶连接的几种方式，据图回答。(1)甲方式叫甲方式叫_，这种方法使用的载体有，这种方法使用的载体有_等。等。(2)乙方式叫乙方式叫_，这种方法需要酶和载体都具有，这种方法需
24、要酶和载体都具有_、_或或_等官能团。等官能团。(3)丙方式叫丙方式叫_，此方法需要使用，此方法需要使用_，如，如_等水溶性化合物。等水溶性化合物。(4)酶的固定方法大致可分为三类，即酶的固定方法大致可分为三类，即_、_和和_。图中甲、乙方式属于。图中甲、乙方式属于_。(5)经固定的酶的特性是经固定的酶的特性是_。解析解析本题考查酶的固定方法及特性，可结合题中的图示及教材本题考查酶的固定方法及特性，可结合题中的图示及教材讲解的有关内容确定答案。讲解的有关内容确定答案。答案答案(1)离子结合法离子交换树脂离子结合法离子交换树脂(2)共价结合法氨基羧基羟基共价结合法氨基羧基羟基(3)交联法交联剂戊二醛交联法交联剂戊二醛(4)载体结合法交联法包埋法载体结合法载体结合法交联法包埋法载体结合法(5)不仅仍具有催化性质，而且稳定性提高，反复利用不仅仍具有催化性质，而且稳定性提高，反复利用课堂小结课堂小结酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用酶的种类酶的种类酶制剂的生产酶制剂的生产酶的家族与酶酶的家族与酶制剂的生产制剂的生产酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用
