1、第第3535讲酶的研究与应用讲酶的研究与应用第十一单元第十一单元2023内容索引强基础强基础 增分策略增分策略增素能增素能 精准突破精准突破悟考情悟考情 演练真题演练真题知考向明考情提素养重考能全国卷内容要求1.理解酶的活力与其空间结构的关系,以及影响酶活力的因素2.理解酶活力测定的一般原理和方法3.关注酶在食品加工业及洗涤方面的应用科学思维运用比较法理解记忆固定化酶和固定化细胞的内容近五年全国卷考情2021全国甲(37)、2020全国(37)科学探究探究影响果胶酶活性的因素;制备和应用固定化酶强基础强基础 增分策略增分策略一、酶在果汁生产中的应用一、酶在果汁生产中的应用1.果胶酶在果汁生产中
2、的作用(1)果胶植物细胞壁出汁率半乳糖醛酸(2)果胶酶 (3)酶的活性及其影响因素 影响酶活性的因素通常有和酶的抑制剂等。 果胶酯酶半乳糖醛酸催化反应物产物的增加量温度、pH2.探究影响果胶酶活性的因素(温度或pH)的实验(1)实验原则:遵循单一变量原则、对照原则,严格控制无关变量,尽量减少无关变量对实验结果的影响。(2)实验原理:果胶酶的活性受温度、pH和酶抑制剂的影响,在最适温度或pH下,活性。果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶活性的大小呈。 最高正相关(3)分析:该实验的自变量是,因变量是,检测因变量是通过测定果汁的体积或比较果汁的来实现的。 温度或pH酶的活性澄清度3.探究果胶酶的最
3、适用量 37 恒温水浴37 恒温水浴旁栏边角(选修1 P44“旁栏思考”)在探究温度或pH对酶活性的影响时,是否需要设置对照?如果需要,是如何设置的?提示 需要设置对照实验,不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。易错辨析(1)果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖,使浑浊的果汁变澄清。()(2)果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物。()(3)果胶酶就是果胶分解酶的简称。()果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸,使浑浊的果汁变澄清。果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。 果胶酶是分解果胶的一类酶的总称。 二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用二、加酶洗衣
4、粉在洗涤中的作用1.加酶洗衣粉:指含的洗衣粉。 2.酶制剂的种类与洗涤原理酶制剂小分子肽甘油+脂肪酸麦芽糖、葡萄糖3.对加酶洗衣粉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)加酶洗衣粉洗涤效果的探究方法实验设计应遵循单一变量原则,需有效地控制其他变量(如水质、水温、布料质地、污渍类型、污染程度、洗涤方法和力度等),具体实验的实验变量如下表。项目原理自变量因变量加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的比较加酶洗衣粉中含有酶制剂 洗涤效果(单位时间内污渍去除快慢等)温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响低温使酶活性受抑制,高温使酶,均使
5、加酶洗衣粉的优势不能充分发挥 温度不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的比较酶的催化作用具有专一性 酶的有无失活加酶洗衣粉中酶的种类旁栏边角(选修1 P48“练习2”)某同学打算用丝绸作为实验材料,探讨含有蛋白酶的洗衣粉的洗涤效果,你认为他这样做合适吗?为什么?提示 不合适。因为丝绸的主要成分是蛋白质,它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解,损坏衣物。易错辨析(1)高温易使酶失活,因此冷水洗涤去污效果应该比温水好。()(2)洗衣粉中的表面活性剂对碱性蛋白酶活性有一定的促进作用。()(3)在pH低于7.0的自来水中,碱性蛋白酶依然能起作用。()(4)洗衣粉中酶主要是通过快速分解溶在水里的污渍发挥作用。()酶有最
6、适温度,加酶洗衣粉中的酶在温水中更能充分发挥洗涤效果。 洗衣粉中的表面活性剂能影响碱性蛋白酶的活性,会使酶失活。 加酶洗衣粉中的酶主要通过分解衣物上的污渍发挥作用。 (5)酶制剂中的酶,指的都是单一酶。()(6)加酶洗衣粉应用温水来进行清洗衣物。()(7)用加酶洗衣粉后,应再用清水彻底清洗双手。()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某些肽酶,可将蛋白质水解成小分子肽和氨基酸。 三、固定化酶和固定化细胞三、固定化酶和固定化细胞1.固定化酶和固定化细胞(1)固定化酶形成:将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种上,使之成为 的制剂。 特性:与游离酶相比
7、较,好,与底物和产物容易分离,易于控制,能反复多次使用;便于,有利于自动化生产。 (2)固定化细胞:是指固定在 的、能够进行生命活动并且可以的活细胞,又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞。 介质不溶于水而又有酶活性稳定性运输和贮存一定空间范围内反复使用(3)固定方法及适用对象 一般来讲,酶更适合用法和法固定化,而细胞多采用法固定化,这是因为个大的细胞 ,而个小的酶则 。 化学结合物理吸附包埋难以被吸附或结合易从包埋材料中漏出2.固定化酵母细胞的实验流程 活化海藻酸钠海藻酸钠小火或间断恒定冲洗蒸馏水旁栏边角1.(选修1 P50“旁栏思考”)为什么要对酵母细胞进行活化?提示 在缺水状态下,微生物处于
8、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。2.(选修1 P51“结果分析与评价”)如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,其原因可能是什么?提示 海藻酸钠溶液浓度过高(或针筒口离液面过近,高度不够)。 易错辨析(1)一般来说,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。()(2)如果希望反复使用固定化酵母细胞,就需要避免其他微生物的污染。()(3)细胞的固定化操作中用到的CaCl2溶液及注射器无需进行严格灭菌,只做一般消毒即可。() 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。(4)海藻酸钠溶液浓度过低,很难形成凝胶珠;浓
9、度过高,凝胶珠包埋的细胞数量少。()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。长句应答加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一个环节,应如何操作?提示 溶化海藻酸钠时采用小火间断加热法,防止海藻酸钠发生焦糊。 增素能增素能 精准突破精准突破主题一主题二能力解读主题一主题一 酶的应用酶的应用主题一主题二命题解读主题一主题二角度一、果胶酶应用及相关探究角度一、果胶酶应用及相关探究考向探究考向1果胶酶在果汁生产中的应用及探究1.(2020全国)水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题。(1)制作果汁时,可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。
10、果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、(答出2种即可)。纤维素酶可以分解植物(填“细胞膜”或“细胞壁”)中的纤维素。 (2)用果胶酶处理果泥时,为了提高出汁率,需要控制反应的温度,原因是。 主题一主题二(3)现有甲、乙、丙三种不同来源的果胶酶,某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常,酶活性的高低可用来表示。 (4)获得的果汁(如苹果汁)可以用来制作果酒或者果醋,制作果酒需要菌,这一过程中也需要O2,O2的作用是。制作果醋需要醋酸菌,醋酸菌属于(填“好氧”或“厌氧”)细菌。 主题一主题二答案 (1)果胶分解酶、果胶酯酶细胞壁 (2)温度对果
11、胶酶的活性有影响,在最适温度下酶活性最高,出汁率最高(3)在一定条件下,单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量(4)酵母促进有氧呼吸,使酵母菌大量繁殖好氧主题一主题二考向2果胶酶特性探究2.我国水果生产发展迅速,由于收获的季节性强,易造成积压,腐烂变质,为了解决上述问题且满足不同人群的需求,可以加工制作果汁、果酒、果醋等。在果汁生产中用到果胶酶,某课题研究小组为了探究果胶酶的某些特性,进行了如下实验。(1)实验方法:按照下图所示的顺序进行操作。主题一主题二(2)实验结果:对照组与实验组进行了相同时间的实验,结果如下图所示。图中自变量是温度,除此之外还可用表示。 A.酶的浓度B.苹
12、果泥的量C.水的加入量D.pH图中的纵坐标还可用来表示。 实验小组改变了实验条件后重复做实验,得到曲线乙,苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是 。 实验步骤中,在果胶酶和苹果泥混合前,将二者分装在不同试管中并进行恒温处理的目的是 。 主题一主题二答案 (2)D苹果汁的体积同一种酶的最适温度是一定的,不会因酶的浓度、底物量不同而改变保证底物和酶在混合时的温度是相同的主题一主题二方法突破果胶酶在果汁生产中作用的相关实验分析实验名称(目的)探究温度对果胶酶活性的影响探究pH对果胶酶活性的影响探究果胶酶的最适用量自变量 温度pH果胶酶的用量因变量 果汁的体积(澄清度)无关变量pH、果泥的
13、用量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和过滤时间等温度、果泥的用量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和过滤时间等温度、pH、果泥的用量、水浴时间和过滤时间等主题一主题二实验名称(目的)探究温度对果胶酶活性的影响探究pH对果胶酶活性的影响探究果胶酶的最适用量注意事项底物和酶在混合时的温度是相同的;苹果泥和果胶酶用量在各个试管中应相同;pH应为最适pH温度应为最适温度;pH梯度可用NaOH溶液和盐酸调节;用玻璃棒搅拌使反应充分进行制备苹果泥后迅速加热,使苹果泥中的果胶酶变性;温度、pH应为最适且保持不变主题一主题二角度二、加酶洗衣粉在洗涤中的应用及探究角度二、加酶洗衣粉在洗涤中的应用及探究考向探究1.(2
14、021全国甲)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。某同学通过实验比较了几种洗衣粉的去渍效果(“+”越多表示去渍效果越好),实验结果见下表。污渍加酶洗衣粉A 加酶洗衣粉B加酶洗衣粉C无酶洗衣粉(对照)血渍+油渍+根据实验结果回答下列问题。(1)加酶洗衣粉A中添加的酶是;加酶洗衣粉B中添加的酶是;加酶洗衣粉C中添加的酶是。 主题一主题二(2)表中不宜用于洗涤蚕丝织物的洗衣粉有,原因是。 (3)相对于无酶洗衣粉,加酶洗衣粉去渍效果好的原因是。 (4)关于酶的应用,除上面提到的加酶洗衣粉外,固定化酶也在生产实践中得到应用,如固定化葡萄糖异构酶已经用于高果糖浆生产。固定化酶技术是指。固定化酶在生产实践中应
15、用的优点是(答出1点即可)。 主题一主题二答案 (1)蛋白酶脂肪酶蛋白酶和脂肪酶(2)加酶洗衣粉A和C洗衣粉中的蛋白酶可能会分解蚕丝织物中的蛋白质而损伤衣物(3)酶可以将污渍中的大分子物质分解为小分子物质,使污渍易从衣物上脱落(4)利用物理或化学的方法将酶固定在一定空间内的技术固定化酶能够反复利用,从而能降低生产成本主题一主题二2.加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。回答下列问题。(1)由下图推知,该实验的目的是。50 时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约为%。 主题一主题二(2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录,请据表回答问题。编号洗涤物(等量)洗涤温度/洗衣粉(等量
16、)水量/L洗净所需时间/min1油污布45加酶242油污布45普通273油污布5加酶294油污布5普通28该实验设计体现了(至少写出2点)原则。 若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min,最可能的原因是。 主题一主题二(3)下列衣料中不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有(填序号)。棉织品毛织品腈纶织品蚕丝织品(4)根据以上实验结果,请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施: 。 (5)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 。 答案 (1)探究温度、碱性蛋白酶含量对加酶洗衣粉去污力的影响0.6(2)对照、单一变量酶失活(或酶的活性低)(3)(4)用温水浸泡;延长
17、浸泡时间;增加洗衣粉的用量等(5)酶可被分解,避免了水体富营养化主题一主题二能力解读主题二主题二固定化酶与固定化细胞固定化酶与固定化细胞主题一主题二命题解读主题一主题二考向探究考向1酶的固定化技术及实验分析1.如今酶已经大规模应用于食品、医药等领域,但在应用过程中发现了一些实际问题:易失活且不能回收利用。于是有人设想并实现了对酶或细胞进行固定化的操作,在一定程度上解决了出现的问题。图甲是将葡萄糖异构酶的固定化酶和游离酶进行实验的结果,图乙是固定化酶或固定化细胞的常用方法。回答下列问题。甲 乙主题一主题二(1)葡萄糖异构酶的作用是催化。 (2)由图甲可知,固定化酶与游离酶相比,优点是。 (3)研
18、究人员固定葡萄糖异构酶时往往不使用图乙中的方法(填“A”“B”或“C”),其原因是 。 (4)如果研究人员再想进行酵母细胞的固定,往往采用图乙中的方法(填“A”“B”或“C”)固定。在利用此方法固定时,使用CaCl2溶液的作用是 。 (5)如果反应物是蛋白质,则最好选择(填“固定化酶”或“固定化细胞”)。 主题一主题二答案 (1)葡萄糖转化为果糖(2)固定化酶的热稳定性更高(3)C酶分子较小,容易从包埋材料中漏出(4)C促进海藻酸钠形成凝胶珠(5)固定化酶主题一主题二考向2细胞固定化流程分析2.(2021四川南充三诊)细胞固定化技术是现代生物工程领域的重要技术之一。酵母细胞固定化工艺流程如下:
19、酿酒干酵母活化海藻酸钠溶液CaCl2溶液凝胶无菌水洗涤平衡、固化固定化酵母科研人员对固定化酵母细胞的实验条件进行分析,结果如下:表1CaCl2溶液浓度对固定化酵母特性的影响项目CaCl2溶液浓度/(molL-1)0.20.81.42.02.6发酵液残糖量/%2.62.62.52.42.5发酵液酒精度/%6.56.46.46.76.1固定化酵母强度+主题一主题二表2海藻酸钠溶液浓度对固定化酵母特性的影响 项目海藻酸钠溶液浓度/%2.03.04.05.06.0发酵液残糖量/%2.52.42.83.23.8发酵液酒精度/%6.56.76.36.35.9固定化酵母强度+注:(凝胶球的硬度)+软,+硬,
20、+较硬;发酵温度为28,发酵pH=3。(1)酵母细胞活化的作用是;由表1可知,随着Ca2+浓度的增大,固定化酵母强度(填“增强”或“减弱”),而发酵液的残糖量及酒精度无明显变化;由表2可知,随着海藻酸钠溶液浓度的增大,发酵液残糖量升高,酒精度下降,固定化酵母强度无明显变化;由此表明是决定糖液渗透到固定化酵母细胞的重要因素。 主题一主题二(2)当海藻酸钠溶液浓度较低时,凝胶相对渗透性增强,有利于底物的进入和产物的排出,但浓度过低会导致。 (3)海藻酸钠在水中溶解速度较慢,需要通过加热促进其溶解,溶解海藻酸钠时,最好采用的方法,原因是。 (4)一般来说,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定,而细
21、胞常采用包埋法固定,原因是。 (5)如果想要反复使用固定化酵母细胞,细胞固定化要在严格无菌条件下进行,原因是。 主题一主题二答案 (1)让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态增强海藻酸钠溶液的浓度(2)包埋的酵母细胞数量少(3)小火间断加热如果加热太快,容易造成海藻酸钠焦糊(4)细胞体积大,而酶分子很小;体积大的细胞难以被吸附或结合,而体积小的酶容易从包埋材料中漏出(5)避免其他微生物污染主题一主题二方法突破酶与细胞的固定方法归纳主题一主题二悟考情悟考情 演练真题演练真题图1 图2 答案 (1)包埋绿球藻(或作为包埋剂)与海藻酸钠反应形成凝胶球(或作为凝固剂)(2)培养液海藻酸钠浓度过低(凝胶
22、球孔径过大)(3)2.0%(4)凝胶吸附Zn2+绿球藻生长(增殖)速度快绿球藻生长(增殖)速度减慢,溶液中Zn2+浓度较低2.(2016海南)回答下列问题。(1)蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如下图所示。通常,用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时,不应该使用开水, 原因是。若要去除衣服上的血渍,应选择含有(填“蛋白酶甲”“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”)的碱性洗衣粉,理由是。 (2)某同学为了洗去衣服上的油渍,洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶,该同学的做法(填“合理”或“不合理”),理由是。 (3)已知溶液的pH可以影响酶的活性,请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中(填“羧基和氨基”“氨基和甲基”“羧基和甲基”或“甲基和甲基”)等基团的解离状态。 答案 (1)开水使血迹中的蛋白质变性而沉淀,难以清洗蛋白酶丙碱性条件下只有蛋白酶丙有活性(2)不合理蛋白酶会降解脂肪酶(3)羧基和氨基本本 课课 结结 束束
