导与练高考生物一轮复习专题3酶的研究与应用名师优质课件新人教版选修1

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1、专题 酶的研究与应用 课前导学课前导学 要点探究要点探究 课堂自测课堂自测 1.果胶酶的组成及作用。 2.加酶洗衣粉中酶制剂的种类及作用。 3.固定化酶技术。 4.固定化细胞技术的方法。 一、果胶酶在果汁生产中的作用 2.酶的活性与影响酶活性的因素 (1)酶的活性:酶催化一定化学反应的能力 ,可用在一定条件下,酶催化某一化学反应的反应速度反应速度来表示。 (2)影响酶活性的因素:温度温度、pH、酶的抑制剂等。 3.探究温度对酶活性影响的实验 (1)实验方案:确定温度梯度探讨控制温度的方法和措施。 (2)实验程序:制备苹果泥苹果泥与果胶酶分别 水浴保温水浴保温将苹果泥与果胶酶混合保温过滤出果汁记

2、录果汁量改变不同温度温度后,重复上面实验。 (3)记录实验数据,并填入表格。 (4)得出结论:获得的果汁越多或果汁越澄清,表明果胶酶活性越高越高。 二、探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 常用酶制剂的种类及洗涤原理 种类 蛋白酶 洗涤原理 可将蛋白质水解为易溶解或分散于洗涤液中的 小分子的肽小分子的肽或氨基酸氨基酸 洗涤实例 血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢 食品的油渍、人体皮脂、口红 来自面条等污垢 脂肪酶 把脂肪水解为较易溶解的甘油甘油和游离的脂肪酸脂肪酸 淀粉酶 能使淀粉迅速分解为可溶性的麦芽糖、葡萄糖等 纤维 素酶 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 ,

3、达到更好的去污效果 三、固定化酶和酵母细胞的固定化 1.固定化酶 (1)应用实例果糖生产:葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖。 (2)固定化酶技术:将酶固定在颗粒状的载体上,再将酶颗粒装到反应柱内,反应柱底端的孔应满足酶颗粒酶颗粒无法通过而反应溶液反应溶液可以自由通过。 2.固定化细胞技术 (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。 (2)方法:包埋包埋法、化学结合法和物理吸附物理吸附法。 (3)制备固定化酵母细胞的操作流程:酵母细胞的活化活化配制 0.05 mol/L CaCl2溶液配制海藻酸钠海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞冲洗发酵。 1.

4、判断正误 (1)果胶酶是一种能将果胶水解成可溶性半乳糖醛酸的酶。( ) (2)果胶酶的最适用量与温度和pH 无关。( ) (3)固定化酶和固定化细胞都可以大分子物质为反应底物。( ) 2.探究温度、 pH 对果胶酶活性的影响及探究果胶酶的用量三个实验中,实验变量依次为( D D ) A.温度、酶活性、酶用量 B.苹果泥用量、pH、果汁量 C.反应时间、酶活性、酶用量 D.温度、pH、果胶酶用量 3.(2012 广州模拟)市场上有一种加酶洗衣粉,即在洗衣粉中加入少量的碱性蛋白酶,它的催化活性就很强,衣物上的汗渍、血渍以及人体排放的蛋白质等遇到它,皆能被水解而除去。下列衣物中不能用该加酶洗衣粉洗涤

5、的是( D D ) 棉织品 毛织品 腈纶织品 蚕丝织品 涤纶织品 尼龙织品 A. B. C. D. 4.(2012 南京模拟)酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域,下列有关叙述错误的是( A A ) A.90 高温会使 Taq DNA聚合酶失去催化活性 B.制备固定化酶的方法主要有包埋法、化学结合法和吸附法 C.固定化酶在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性 D.固定化细胞可以催化一系列酶促反应 有关酶的实验设计 问题引领: 探究果胶酶活性最适条件的实验设计思路是怎样的? 如何确定果胶酶的最适用量? 在探究不同加酶洗衣粉的洗涤效果实验中,应如何设置对照? 1.探究果胶酶活性最适条

6、件的实验设计 (1)思路方法:探究不同温度(或 pH)对果胶酶活性的影响时,温度(或 pH)作为自变量,有效地控制其他无关变量,通过设置合理的温度设置合理的温度( (或或 pH)pH)梯梯度度来确定最适值。 (2)注意事项:在苹果泥和果胶酶混合之前,一定要保证底物和酶达到相应的条件保证底物和酶达到相应的条件( (温度或温度或 pH)pH),避免混合后条件变化,确保实验结果的准确性。 (3)衡量实验结果的指标:在相同时间内,滤出苹果汁的体积体积多少;观察苹果汁的澄清度澄清度。 2.探究果胶酶的用量 (1)原理提示:本实验是一个探究性的定量实验,所测出的最适用量是在本实验的温度、 pH 条件下测出

7、的,因而果胶酶的最适用量应标明温度和标明温度和 pHpH。 (2)确定最适用量的方法:如果随酶用量的增加,过滤到的果汁的体积也增加,说明酶的用量不足;当酶的用量增加到某个值后,再增加酶的用量, 过滤到的果汁的体积不再改变果汁的体积不再改变,说明酶的用量已经足够,那么,这个值就是酶的最适用量。 3.探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果 (1)实验原理:酶的催化作用具有专一性,复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,与单一加酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。 (3)实验步骤 步骤 注入自来水 加入物质 (等量) 控制水温 加入洗衣粉 (等量) 用玻璃 棒搅拌 观察实 验现象 烧杯编号 500 mL

8、 奶渍布 37 蛋白酶洗衣粉 5 min 颜色浅 500 mL 奶渍布 37 复合酶洗衣粉 5 min 已消失 500 mL 奶渍布 37 脂肪酶洗衣粉 5 min 颜色浅 【命题视角】 在近年高考中,本考点所占分值不大,题目较易,常联系果汁加工生产、 加酶洗衣粉等生产生活实际,考查酶特性探究的实验设计与分析。 【典例 1】 酶是生物体内细胞合成的生物催化剂,没有酶,生物体内的几乎所有代谢反应都不能进行。随着生物科学技术的发展,酶已经走出实验室走进人们的生产和生活。果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层,使榨取果汁更容易,也使得浑浊的果汁变得更加澄清。请回答下列有关酶的问题: (1)每当

9、到了丰收的季节,苹果堆满了仓库,如果交通不便,就会有很多苹果因保存不当或不能及时运出,而渐渐腐烂变质,苹果腐烂的原因是: ; 。 为了减少损失,提高产品的经济效益,人们想到了榨取果汁,要想使果汁尽可能多的榨出来,应加入果胶酶,在该物质的作用下,果胶分解成可溶性的 。 (2)探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤:a.用搅拌器制苹果泥,并适量且等量注入到 6 支试管中;同时另取 6 支试管各注入适量且等量的果胶酶溶液;b.取 6个烧杯分别编号1、2、3、4、5、6,依次注入适量 30 、35 、40 、45 、50 、55 的水,恒温水浴;c.每一烧杯中分别放入相应装有等量苹果泥和果胶酶的试管,保温

10、3 min;d.将各组烧杯中试管内的苹果泥和果胶酶混合均匀,振荡试管,反应一段时间;e.过滤,比较获得苹果汁的体积。 c 中将分别装在不同试管中的苹果泥和果胶酶恒温处理的目的是 。 有人认为该实验缺乏对照,应补充一组苹果泥和蒸馏水相混合的实验,你认为有没有必要? 。 若继续探究果胶酶的最适用量,则在实验过程中温度、 等因素应保持不变(列举两个)。 (3)由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量最大的酶制剂之一,若通过固定化霉菌细胞生产果胶酶,则在配制海藻酸钠溶液时,要注意 ,否则可能出现焦糊。 固定化细胞技术一般采用包埋法固定化,原因是 。 (4)使用加酶洗衣粉清洗衣物时,需要注意的问题有(

11、多选)( ) A.应该用温水来溶化加酶洗衣粉 B.用来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.加酶洗衣粉一般只适宜用于清洗化纤衣物 思维导引思维导引: :1.1.恒温处理恒温处理探究温度对果探究温度对果胶酶活性影响的实验中胶酶活性影响的实验中, ,底物和酶的温度底物和酶的温度如何控制如何控制? ? 2.2.对照对照探究温度对果胶酶活性影响的探究温度对果胶酶活性影响的实验中实验中, ,自变量是什么自变量是什么? ?是否存在对照是否存在对照? ? 解析解析: :(1)(1)苹果堆满仓库苹果堆满仓库, ,由于空气不通畅由于空气不通畅,

12、,易易使其进行无氧呼吸产生酒精而使之腐烂使其进行无氧呼吸产生酒精而使之腐烂; ;除此除此之外之外, ,还有微生物侵染。还有微生物侵染。 果胶酶瓦解植物细胞壁果胶酶瓦解植物细胞壁及胞间层使榨取果汁更容易及胞间层使榨取果汁更容易, ,果胶分解成可溶果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。性的半乳糖醛酸。 (2)(2)探究温度对酶活性影响的实验中探究温度对酶活性影响的实验中, ,温度是自温度是自变量变量, ,为了保证实验的正常进行为了保证实验的正常进行, ,必须预先达到必须预先达到实验要求条件实验要求条件, ,故先将苹果泥和果胶酶分别恒故先将苹果泥和果胶酶分别恒温处理。该实验利用温度梯度作为相互对照温处理。该

13、实验利用温度梯度作为相互对照, , 因此也就没必要补充苹果泥和蒸馏水相混合的因此也就没必要补充苹果泥和蒸馏水相混合的实验作对照了。实验作对照了。 (3)(3)固定化细胞技术操作时固定化细胞技术操作时, ,为了避免海藻酸钠为了避免海藻酸钠溶液出现焦糊溶液出现焦糊, ,要注意用小火加热或间断加热。要注意用小火加热或间断加热。由于细胞体积大由于细胞体积大, ,不易从包埋材料中漏出不易从包埋材料中漏出, ,所以所以固定化细胞技术一般采用包埋法固定化。固定化细胞技术一般采用包埋法固定化。 (4)(4)由于酶的作用要有适宜的条件如温度、由于酶的作用要有适宜的条件如温度、pH,pH,还有其专一性还有其专一性

14、, ,所以使用时要注意外部条件。所以使用时要注意外部条件。 答案答案: :(1)(1)无氧呼吸产生酒精使细胞死亡无氧呼吸产生酒精使细胞死亡 微生物侵染微生物侵染 半乳糖醛酸半乳糖醛酸 (2)(2)保证底物和酶在混合时的温度是相同的保证底物和酶在混合时的温度是相同的 没有没有 pHpH、苹果泥含量、苹果泥含量 (3)(3)加热时用小火或间断加热加热时用小火或间断加热 细胞体积大细胞体积大, ,不易不易从包埋材料中漏出从包埋材料中漏出 (4)AC(4)AC 直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较 问题引领: 怎样制作固定化酶和固定化细胞? 固定化酶和固定化细胞各有哪些优、缺点? 酶的种数 制作方法

15、 营养物质 反应底物 直接使用酶 一种或几种 一种一种 固定化酶 固定化细胞 一系列酶一系列酶 包埋法包埋法固定化 需要 小分子物质 反应物不易与酶接触 ,尤其是大分子物质 ,反应效率下降 成本低、操作容易 不需要 各种物质(大分子、小分子) 对环境条件非常敏感 ,易化学结合法固定化化学结合法固定化 、物物理吸附法固定化理吸附法固定化 不需要 各种物质(大分子、小分子) 不适用于催化一系列的酶促反应 既能与反应物接触 ,又能与产物分离 ;可以反复利用 缺点 失活;难回收,成本高,影响产品质量 优点 催化效率高、耗能低、污 染低 制备固定化酵母细胞时应注意制备固定化酵母细胞时应注意: : (1)

16、(1)细胞的固定化要在严格无菌条件下进行细胞的固定化要在严格无菌条件下进行; ;对对制备的海藻酸钠溶液、制备的海藻酸钠溶液、CaClCaCl2 2溶液以及注射器等溶液以及注射器等器材进行严格灭菌。器材进行严格灭菌。 (2)(2)溶解海藻酸钠时采用小火间断加热法溶解海藻酸钠时采用小火间断加热法, ,防止防止海藻酸钠焦糊。海藻酸钠焦糊。 (3)(3)海藻酸钠溶液浓度过高海藻酸钠溶液浓度过高, ,将很难形成凝胶珠将很难形成凝胶珠; ;浓度过低浓度过低, ,凝胶珠所包埋的酵母细胞数量少。凝胶珠所包埋的酵母细胞数量少。 【命题视角】 本考点是近几年高考中的热点,常联系生产实例来考查固定化酶和固定化细胞这

17、两种技术的区别与联系。 【典例 2】 (2012 江苏南京月考)酿造工业中经常使用酵母菌,某科研小组对固定化技术在酿酒酵母上的应用做了一些研究。下表是海藻酸钠溶液浓度和氯化钙溶液浓度对固定化酵母的影响实验数据表,如图是在相同的发酵条件下,固定化酵母与游离酵母 3 次循环发酵的糖度变化比较曲线图,请分析回答下列问题: 海藻酸钠溶液浓度与氯化钙溶液浓度对固定化酵母的影响 海藻 酸钠 溶液(%) CaCl2 溶液(%) 固定化强度 (g/30个) 酒精量(%) 残糖量6.7 6.5 6.5 6.7 6.4 6.2 6.7 6.4 6.2 930 950 990 1 030 1 100 1 140 1

18、 170 1 170 1 160 2 2 2 3 3 3 4 4 4 2 2.5 3 2 2.5 3 2 2.5 3 (%) 2.5 2.75 2.75 2.60 2.65 2.65 2.65 2.75 2.75 (1)固定酵母细胞的方法常用 法,实验中要注意将刚溶化好的海藻酸钠溶液 后,加入已活化的酵母细胞,进行充分搅拌。 (2)Ca 是决定海藻酸钠固定化酵母机械强度的重要因2+素,根据表中数据分析,随着 Ca 浓度的增加,固定化酵母的强度 ,最终选择海藻酸钠溶液与氯化钙溶液的浓度分别为 时固定化效果好。海藻酸钠是一种多孔性载体,在一定范围内选择较低浓度的海藻酸钠溶液进行固定化酵母,产生酒精

19、量较高的原因是 。 2+(3)由比较曲线图可以看出, 发酵速度较快,游离酵母在重复使用 次后,其活性完全丧失,由此也可见固定化酵母细胞的优点是 。 解析解析: :(1)(1)细胞常用包埋法固定细胞常用包埋法固定, ,刚溶化好的海藻酸钠刚溶化好的海藻酸钠溶液要冷却到室温后再加入酵母细胞溶液要冷却到室温后再加入酵母细胞 , ,防止高温杀死防止高温杀死2+2+细胞。细胞。 (2)(2)由表中数据可见由表中数据可见, ,随着随着 CaCa 浓度的增加浓度的增加, ,固定固定化酵母的强度逐渐增加并趋于稳定化酵母的强度逐渐增加并趋于稳定 ; ;固定化效果最好固定化效果最好的除了看固定化强度还要看产酒精量的

20、除了看固定化强度还要看产酒精量 ; ;一定范围内选一定范围内选择较低浓度海藻酸钠溶液择较低浓度海藻酸钠溶液, ,则凝胶珠的相对渗透性较则凝胶珠的相对渗透性较强强, ,利于底物的进入和产物的排出。利于底物的进入和产物的排出。 (3)(3)比较比较 a a、b b、c c 图图, ,可见在固定化酵母作用下可见在固定化酵母作用下残糖量较低残糖量较低, ,而游离酵母在使用而游离酵母在使用 2 2 次后则失去次后则失去作用作用, ,固定化酵母可以重复使用。固定化酵母可以重复使用。 答案答案: :(1)(1)包埋包埋 冷却冷却 (2)(2)增加增加 2%2%、4% 4% 凝胶珠的相对渗透性较强凝胶珠的相对

21、渗透性较强, ,利于底物的进入和产物的排出利于底物的进入和产物的排出 (3)(3)固定化酵母固定化酵母 2 2 可以重复使用可以重复使用 1.(2012常州模拟)下列关于果胶酶的叙述正确的是( C C ) 具有分泌功能的细胞产生的 凡是活细胞都能产生果胶酶 果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸 植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶 果胶酶特指分解果胶的一种酶 纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁 组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸 A. B. C. D. 解析解析: :错误错误, ,果胶酶是一些微生物和植物等产生的果胶酶是一些微生物和植物等产生的, ,不一定是分泌细胞不一定是分泌细胞; ;错误错

22、误, ,活的细胞不一定能产生活的细胞不一定能产生果胶酶果胶酶; ;正确正确, ,果胶酶水解果胶的产物是半乳糖醛果胶酶水解果胶的产物是半乳糖醛酸酸; ;正确正确, ,这四者都能产生果胶酶这四者都能产生果胶酶; ;错误错误, ,果胶酶果胶酶是一类酶是一类酶, ,不是一种酶不是一种酶; ;正确正确, ,植物细胞壁由纤维植物细胞壁由纤维素和果胶组成素和果胶组成; ;错误错误, ,果胶酶本质就是蛋白质。果胶酶本质就是蛋白质。 2.(2012 聊城模拟)下列关于加酶洗衣粉的说法不正确的是( A A ) A.直接将酶制剂添加到洗衣粉中制成加酶洗 衣粉 B.加酶洗衣粉效果的好坏受很多因素影响 C.加酶洗衣粉中

23、目前常用的酶制剂有蛋白酶、 脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶 D.加酶洗衣粉相对普通洗衣粉来说有利于环保 解析解析: :酶制剂是通过特殊的化学物质将酶层酶制剂是通过特殊的化学物质将酶层层包裹层包裹, ,与洗衣粉的其他成分隔离。与洗衣粉的其他成分隔离。加酶洗衣加酶洗衣粉效果的好坏受水温、粉效果的好坏受水温、水质等很多因素影响。水质等很多因素影响。加酶洗衣粉中添加的酶制剂包括蛋白酶、脂加酶洗衣粉中添加的酶制剂包括蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶四类。加酶洗衣粉肪酶、淀粉酶和纤维素酶四类。加酶洗衣粉相对普通洗衣粉来说相对普通洗衣粉来说, ,降低了表面活性剂、降低了表面活性剂、三三聚磷酸钠的用量聚磷酸钠的用量

24、, ,使洗衣粉朝低磷、使洗衣粉朝低磷、无磷方向无磷方向发展发展, ,有利于环保。有利于环保。 3.(2012 温州五校联考)在 “探究不同温度条件下加酶洗衣粉的洗涤效果”的实验中,变量控制方法正确的是( B B ) A.实验材料的污染程度属于本研究的无关变量,实验过程中不必考虑 B.若采用手洗法进行去污操作,需尽可能保证各组洗涤用力程度、时间等基本相同 C.水温属于本研究的自变量,实验过程中必须保证各组实验温度相同且恒定 D.水的用量和布料的大小是成正比的,实验用的布料越大、水量越多实验效果越好 解析解析: :根据实验的对照原则和单因子变量根据实验的对照原则和单因子变量原则原则, ,水温是本研

25、究的自变量水温是本研究的自变量, ,要有温度梯要有温度梯度度, ,各组实验温度不能相同各组实验温度不能相同, ,其他的无关变其他的无关变量要保持适宜且相同。该实验用的布料、量要保持适宜且相同。该实验用的布料、水量要适中水量要适中, ,不是布料越大、水量越多实验不是布料越大、水量越多实验效果越好。效果越好。 4.(2012 长春模拟)如图是应用固定化酵母细胞进行葡萄糖发酵的装置,下列说法中不正确的是( B B ) A.为使固定化酵母细胞可以反复使用,实验过程一定要在无菌条件下进行 B.加入反应液后应保持活塞 1 始终打开,活塞2 则必须关闭 C.装置的长导管主要是为了释放 CO2并防止杂菌进入反应柱 D.加入的反应液浓度不能过高以免酵母细胞因失水过多而死亡 解析解析: :B B 项中项中, ,酒精发酵是在无氧条件下进酒精发酵是在无氧条件下进行的行的, ,所以加入反应液后所以加入反应液后, ,活塞活塞 1 1 应关闭。应关闭。