1、专题4 酶的研究与应用 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用 一、果胶和果胶酶一、果胶和果胶酶 1.1.果胶果胶:半乳糖醛酸半乳糖醛酸 (1)(1)成分成分:由由_ 聚合而成的一种高分子化合物。聚合而成的一种高分子化合物。不溶于水不溶于水 (2)(2)特点特点:_:_。细胞壁细胞壁 (3)(3)作用作用:是植物是植物_以及胞间层的主要组成成分之一。以及胞间层的主要组成成分之一。2.2.果胶酶果胶酶:细胞壁细胞壁 (1)(1)作用作用:分解果胶分解果胶,使植物的使植物的_及胞间层瓦解。及胞间层瓦解。多聚半乳糖醛酸酶多聚半乳糖醛酸酶 果胶酯酶果胶酯酶 (2)(2)组成组成:_:_、果胶分解酶和、果胶分
2、解酶和 _等。等。(3)(3)在果汁生产中的作用在果汁生产中的作用:半乳糖醛酸半乳糖醛酸 可使浑浊的可使浑浊的 把不溶于水的果胶分解成可溶性的把不溶于水的果胶分解成可溶性的 _,_,果汁变得澄清。果汁变得澄清。出汁率出汁率 使榨取果汁变得更加容易使榨取果汁变得更加容易,提高提高_。二、酶的活性与影响酶活性的因素二、酶的活性与影响酶活性的因素 1.1.酶的活性酶的活性:化学反应化学反应 (1)(1)概念概念:酶催化一定酶催化一定_的能力。的能力。(2)(2)表示方法表示方法反应速度反应速度:单位时间内、单位体积中反应物的单位时间内、单位体积中反应物的 减少量减少量 增加量增加量 _或产物的或产物
3、的_。温度、温度、pHpH和酶的抑制剂和酶的抑制剂 等。等。2.2.影响酶活性的因素影响酶活性的因素:_:_三、探究温度和三、探究温度和 pHpH对酶活性的影响及果胶酶的用量对酶活性的影响及果胶酶的用量 1.1.探究温度和探究温度和pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响:(1)(1)操作思路操作思路:pHpH梯度梯度 探究最适探究最适pH:pH:在一恒定温度下在一恒定温度下,通过设置通过设置_来确定。来确定。温度梯度温度梯度 探究最适温度探究最适温度:在一恒定的在一恒定的pHpH下下,通过设置通过设置_来确来确 定。定。温度或温度或pH pH 果胶酶果胶酶 (2)(2)操作方法操作方法:在不同在
4、不同_下下,将一定量的将一定量的_加入一加入一 苹果泥苹果泥 定量的定量的_中中,反应同样长时间反应同样长时间,再将反应液过滤同样长时再将反应液过滤同样长时 间间,收集滤液收集滤液,用量筒测量并比较产生的苹果汁的体积。用量筒测量并比较产生的苹果汁的体积。(3)(3)判断果胶酶活性高低的方法判断果胶酶活性高低的方法:产生苹果汁的体积产生苹果汁的体积 测定单位时间内测定单位时间内 _ 来判断。获得的苹果汁来判断。获得的苹果汁 果胶酶的活性越高果胶酶的活性越高 。越多越多,说明说明_澄清度澄清度 比较果汁的比较果汁的_来判断果胶酶的活性。果汁越澄清来判断果胶酶的活性。果汁越澄清,表明表明 果胶酶的活
5、性越高。果胶酶的活性越高。2.2.探究果胶酶的用量探究果胶酶的用量:(1)(1)分析该实验的变量分析该实验的变量:酶的用量酶的用量 。自变量自变量:_:_温度、温度、pH pH 无关变量无关变量:_:_、酶催化反应的时间、苹果泥的用量、酶催化反应的时间、苹果泥的用量 等。等。(2)(2)判断的方法判断的方法:如果随着酶的用量增加如果随着酶的用量增加,过滤到的果汁的体积也增加过滤到的果汁的体积也增加,说明说明 酶的用量不足酶的用量不足 _。如果当酶的用量增加到某个值后如果当酶的用量增加到某个值后,再增加酶的用量再增加酶的用量,过滤到的过滤到的 酶的用量已经足够酶的用量已经足够 。果汁的体积不再改
6、变果汁的体积不再改变,说明说明_【思考辨析】【思考辨析】1.1.判断正误判断正误 (1)(1)果汁生产过程中果汁生产过程中,加入果胶酶加入果胶酶,即可彻底水解掉细胞壁。即可彻底水解掉细胞壁。()【分析】【分析】细胞壁的成分除了果胶细胞壁的成分除了果胶,还有纤维素还有纤维素,要彻底水解细要彻底水解细 胞壁胞壁,还需加入纤维素酶。还需加入纤维素酶。(2)(2)为有效地提高果汁的出汁率和澄清度为有效地提高果汁的出汁率和澄清度,需加入大量的果胶需加入大量的果胶 酶。酶。()【分析】【分析】酶具有高效性酶具有高效性,只需少量的酶即可达到理想的效只需少量的酶即可达到理想的效 果。果。(3)(3)梯度变量的
7、设置过程中梯度变量的设置过程中,梯度差越小梯度差越小,实验结果越准确。实验结果越准确。()(4)(4)在探究在探究pHpH对酶活性的影响实验中对酶活性的影响实验中,最好将温度都控制在最适最好将温度都控制在最适 温度。温度。()2.2.问题思考问题思考 (1)(1)在探究温度在探究温度(或或pH)pH)对酶活性的影响时对酶活性的影响时,思考是否需要设置对思考是否需要设置对照实验照实验?如果需要如果需要,应该如何设置应该如何设置?提示：提示：需要设置对照实验。不同的温度梯度之间或不同的需要设置对照实验。不同的温度梯度之间或不同的 pHpH梯梯度之间就可以作为对照度之间就可以作为对照,这种对照称为相
8、互对照。这种对照称为相互对照。(2)(2)为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低酶活性的高低?提示：提示：果胶酶将果胶分解为小分子物质果胶酶将果胶分解为小分子物质,小分子物质可以通过小分子物质可以通过滤纸滤纸,因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度和力。在不同的温度和 pHpH下下,果胶酶的活性越大果胶酶的活性越大,苹果汁的体积就苹果汁的体积就越大。越大。一、果胶酶与纤维素酶一、果胶酶与纤维素酶 名称名称 组组 成成 作作 用用 多聚半乳糖醛酸酶、
9、多聚半乳糖醛酸酶、果胶酶果胶酶 果胶分解酶、果胶酯果胶分解酶、果胶酯酶等酶等 将不溶性的果胶分解为可溶将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸性的半乳糖醛酸 C C1 1酶酶 纤维素纤维素 纤维二糖纤维二糖 C Cx x酶酶 纤维纤维 素酶素酶 C C1 1酶、酶、C CX X酶和葡萄糖酶和葡萄糖苷酶苷酶 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 苷酶苷酶 【易错提醒】【易错提醒】果胶酶和纤维素酶的作用辨析果胶酶和纤维素酶的作用辨析 (1)(1)两种酶都是复合酶两种酶都是复合酶,是催化几个连续反应的几种不同的酶的是催化几个连续反应的几种不同的酶的总称总称,不是特指一种酶。不是特指一种酶。(2)(2)两种酶都是
10、水解酶两种酶都是水解酶,可同时发挥作用可同时发挥作用,不会相互干扰不会相互干扰,制作果制作果汁过程中可同时加入。汁过程中可同时加入。【典例训练【典例训练1 1】下列关于酶的说法正确的是下列关于酶的说法正确的是()A.A.果胶酶是果胶分解酶的简称果胶酶是果胶分解酶的简称,纤维素酶是纤维素分解酶的简纤维素酶是纤维素分解酶的简称称 B.B.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸 C.C.在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清,是果胶酶彻底分是果胶酶彻底分解了细胞壁的结果解了细胞壁的结果 D.D.果胶酶只改变果胶分解的速度果胶酶只改变果胶
11、分解的速度,反应前后果胶酶本身没有发反应前后果胶酶本身没有发生改变生改变 【解题关键】【解题关键】解答本题时需注意两点解答本题时需注意两点:(1)(1)明确果胶酶是一类酶而不是一种酶。明确果胶酶是一类酶而不是一种酶。(2)(2)理解酶的特性及作用实质。理解酶的特性及作用实质。【解析】【解析】选选D D。果胶酶是多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果。果胶酶是多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶的总称胶酯酶的总称,果胶酶的催化作用具有专一性果胶酶的催化作用具有专一性,只能使果胶分解只能使果胶分解为半乳糖醛酸为半乳糖醛酸,不能水解细胞壁中的纤维素。果胶酶只是大大不能水解细胞壁中的纤维素。果胶酶只是大大
12、加速了果胶在常温下的分解速度加速了果胶在常温下的分解速度,酶在反应前后其数量和性质酶在反应前后其数量和性质均不发生改变。均不发生改变。【变式训练】【变式训练】能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是 ()A.A.淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶 B.B.纤维素酶、果胶酶、蛋白酶纤维素酶、果胶酶、蛋白酶 C.C.果胶酶、溶菌酶、纤维素酶果胶酶、溶菌酶、纤维素酶 D.D.磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶 【解析】【解析】选选B B。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,则用纤则用纤维素酶和果胶
13、酶可以破坏细胞壁。细胞膜主要由磷脂和蛋白质维素酶和果胶酶可以破坏细胞壁。细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成构成,所以用蛋白酶能够破坏细胞膜。所以用蛋白酶能够破坏细胞膜。二、酶的活性与影响酶活性的因素二、酶的活性与影响酶活性的因素 1.1.酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力:(1)(1)表示方法表示方法:酶的活性用单位时间内、单位体积中反应物的减酶的活性用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。少量或产物的增加量来表示。(2)(2)实例实例:如如H H2 2O O2 2酶活性可用单位时间内酶活性可用单位时间内 H H2 2O O2 2(反应物反应
14、物)的消耗量的消耗量或气泡或气泡(产物产物O O2 2)的生成量来表示。的生成量来表示。2.2.酶活性的影响因素酶活性的影响因素:(1)(1)温度温度:低于最适温度时低于最适温度时,随着温度的升高随着温度的升高,酶的活性逐渐增强酶的活性逐渐增强,但低但低温不会使酶失活。温不会使酶失活。高于最适温度时高于最适温度时,随着温度的升高随着温度的升高,酶活性逐渐降低直到活性酶活性逐渐降低直到活性全部丧失。如图所示全部丧失。如图所示:(2)pH:(2)pH:低于最适低于最适pHpH时时,随着随着pHpH的升高的升高,酶的活性逐渐增强酶的活性逐渐增强,过酸会使过酸会使酶失活。酶失活。高于最适高于最适pHp
15、H时时,随着随着pHpH的升高的升高,酶活性逐渐降低直到活性全部酶活性逐渐降低直到活性全部丧失。如图所示丧失。如图所示:(3)(3)酶的抑制剂酶的抑制剂:能使酶分子某些必需基团能使酶分子某些必需基团(主要是酶活性中心主要是酶活性中心上的一些基团上的一些基团)发生变化发生变化,引起酶活性下降引起酶活性下降,甚至失活甚至失活,致使酶反致使酶反应速度降低。应速度降低。【思维拓展】【思维拓展】(1)(1)一般情况下一般情况下,高温、强酸、强碱可以使酶的空高温、强酸、强碱可以使酶的空间结构改变间结构改变,而氨基酸的种类、数量、排列顺序都不发生改变。而氨基酸的种类、数量、排列顺序都不发生改变。(2)(2)
16、虽然底物浓度及用量、酶的浓度及用量会影响酶促反应速虽然底物浓度及用量、酶的浓度及用量会影响酶促反应速率率,但不会影响酶的活性。但不会影响酶的活性。【典例训练【典例训练2 2】下表是某同学探究温度对果胶酶活性的实验结下表是某同学探究温度对果胶酶活性的实验结果。该结果不能说明果。该结果不能说明()温度温度()()果汁量果汁量(mL)(mL)10 10 2 2 20 20 3 3 30 30 4 4 40 40 5 5 50 50 6 6 60 60 5 5 A.A.温度影响果胶酶的活性温度影响果胶酶的活性 B.40B.40与与6060时酶的活性相等时酶的活性相等 C.50C.50是该酶的最适温度是
17、该酶的最适温度 D.D.若温度从若温度从1010升高到升高到40,40,酶的活性将逐渐增强酶的活性将逐渐增强 【解题关键】【解题关键】解答本题的关键有三点解答本题的关键有三点:(1)(1)分析温度与果汁量的关系。分析温度与果汁量的关系。(2)(2)找出温度影响酶活性的规律。找出温度影响酶活性的规律。(3)(3)理解酶最适温度的含义。理解酶最适温度的含义。【解析】【解析】选选C C。果胶酶的最适温度在。果胶酶的最适温度在4040 6060之间之间,题表不能题表不能说明说明5050就是最适温度。在低于最适温度时就是最适温度。在低于最适温度时,随温度的升高随温度的升高,酶酶的活性增强的活性增强;高于
18、最适温度时高于最适温度时,随温度的升高随温度的升高,酶的活性降低。酶的活性降低。温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的,故故4040与与6060时酶的时酶的催化效率相同。催化效率相同。【误区警示】【误区警示】温度梯度太大时温度梯度太大时,不能确定哪一温度是最适温度不能确定哪一温度是最适温度,只能确定一个范围只能确定一个范围,本题中只能说最适温度在本题中只能说最适温度在40406060之间之间,不能说明不能说明5050就是最适温度就是最适温度,只能说明只能说明5050最接近。要想进一最接近。要想进一步探究最适温度步探究最适温度,还要在还要在40406060之间设置更
19、小的温度梯度之间设置更小的温度梯度,再做实验。再做实验。三、探究酶活性影响因素的实验设计三、探究酶活性影响因素的实验设计 1.1.探究温度和探究温度和pHpH对酶活性的影响对酶活性的影响:(1)(1)实验原理实验原理:当酶处于最适温度或最适当酶处于最适温度或最适 pHpH时时,酶的活性最高。酶的活性最高。若温度过高、过酸或过碱若温度过高、过酸或过碱,则导致酶变性失活。则导致酶变性失活。在一定范围内在一定范围内,果肉的出汁率和果汁的澄清度与果胶酶的活果肉的出汁率和果汁的澄清度与果胶酶的活性成正比。性成正比。(2)(2)实验操作流程实验操作流程:温度或温度或pHpH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的
20、影响 (3)(3)结果分析结果分析:根据实验数据绘制出温度和根据实验数据绘制出温度和 pHpH对果胶酶活性对果胶酶活性(用酶反应速度用酶反应速度表示表示)影响的曲线图影响的曲线图(如图如图a a、pHpH。b),b),最终得到果胶酶的最适温度和最终得到果胶酶的最适温度和由于初次实验的梯度变量选择目的性不强由于初次实验的梯度变量选择目的性不强,选择的范围有可选择的范围有可能出现过高或过低的情况能出现过高或过低的情况,这可以从画出的曲线中反映出来这可以从画出的曲线中反映出来,如如图所示图所示,实验中可以根据出现的曲线进一步选择合适的梯度变实验中可以根据出现的曲线进一步选择合适的梯度变量。量。2.2
21、.探究果胶酶的最适用量探究果胶酶的最适用量:(1)(1)实验原理实验原理:在一定的条件下在一定的条件下,随着酶浓度的增加随着酶浓度的增加,果汁的体积果汁的体积增加增加;当酶浓度达到某一数值后当酶浓度达到某一数值后,再增加酶的用量再增加酶的用量,果汁的体积果汁的体积不再改变不再改变,此值即是酶的最适用量。此值即是酶的最适用量。(2)(2)实验过程实验过程:(3)(3)结果分析结果分析:根据实验数据绘制出不同果胶酶用量对出汁率影根据实验数据绘制出不同果胶酶用量对出汁率影响的曲线图响的曲线图(在浓度和体积相同的条件下在浓度和体积相同的条件下,如图所示如图所示)。【思维拓展】【思维拓展】预实验预实验
22、(1)(1)概念概念:在正式实验前在正式实验前,用标准物质或只用少量样品进行实验。用标准物质或只用少量样品进行实验。(2)(2)意义意义:为正式实验选择最佳实验材料为正式实验选择最佳实验材料,准确控制无关变量准确控制无关变量,避避免造成人力、物力及财力浪费。免造成人力、物力及财力浪费。(3)(3)应用应用:在探究酶最适温度或在探究酶最适温度或 pHpH时时,一般要设置预实验。一般要设置预实验。【典例训练【典例训练3 3】工业生产果汁时工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞常常利用果胶酶破除果肉细胞的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性
23、的影响,某某学生设计了如图所示的实验学生设计了如图所示的实验:将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管,在在1010水浴中恒温处水浴中恒温处理理10 min(10 min(如图中如图中A)A)。将步骤处理后的果胶酶和苹果泥混合将步骤处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在再次在1010水浴中水浴中恒温处理恒温处理10 min(10 min(如图中如图中B)B)。将步骤处理后的混合物过滤将步骤处理后的混合物过滤,收集滤液收集滤液,测量果汁量测量果汁量(如图如图中中C)C)。在不同温度条件下重复以上实验步骤在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量并记录果汁量,结果如结果如下
24、表下表:温度温度()()果汁量果汁量(mL)(mL)10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 8 8 13 13 15 15 25 25 15 15 12 12 11 11 10 10 根据上述实验根据上述实验,请分析并回答下列问题。请分析并回答下列问题。(1)(1)果胶酶能破除细胞壁果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中的是因为果胶酶可以促进细胞壁中的 水解。水解。(2)(2)实验结果表明实验结果表明,在上述在上述8 8组实验中组实验中,当温度为当温度为 时时 果汁量最多果汁量最多,此时果胶酶的活性此时果胶酶的活性 。当温度再升
25、高时。当温度再升高时,果汁量降低果汁量降低,说明说明_ _ _。(3)(3)实验步骤的目的是实验步骤的目的是 _ _ _。【解题关键】【解题关键】解答本题时解答本题时,需要掌握温度对酶活性影响的规律需要掌握温度对酶活性影响的规律,还要学会分析实验变量的方法。还要学会分析实验变量的方法。【解析】【解析】据表中数据分析得出据表中数据分析得出:当温度为当温度为4040时果汁量最多时果汁量最多,此此时果胶酶的活性相对最强。当温度再升高时时果胶酶的活性相对最强。当温度再升高时,果汁量降低果汁量降低,说明说明温度升高温度升高,降低了酶的活性。实验中要保证单一变量降低了酶的活性。实验中要保证单一变量,探究温
26、度探究温度对酶活性的影响时对酶活性的影响时,必须保证各试管中在预设温度的反应时间必须保证各试管中在预设温度的反应时间一致。一致。答案：答案：(1)(1)果胶果胶 (2)40(2)40 相对最强相对最强 温度升高温度升高,降低了酶的活性降低了酶的活性 (3)(3)使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下 【变式训练】【变式训练】下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究有关的叙下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究有关的叙述正确的是述正确的是()A.A.探究果胶酶的用量时探究果胶酶的用量时,pH,pH、温度不影响实验结果、温度不影响实验结果 B.B.果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分
27、解酶和葡萄糖异构果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等酶等 C.C.应将果泥与果胶酶先混合均匀后再放置到预设温度的水浴应将果泥与果胶酶先混合均匀后再放置到预设温度的水浴锅中锅中 D.D.可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来定量表示果胶酶可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来定量表示果胶酶的活性的活性 【解析】【解析】选选D D。探究果胶酶的用量时。探究果胶酶的用量时,pH,pH、温度会影响实验结、温度会影响实验结果果,pH,pH、温度要相同且适宜、温度要相同且适宜;果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等胶分解酶和果胶酯酶等;应将果泥与果胶酶分装在不同试管中应将果泥与果胶酶分装在不同试管中放置到预设温度的水浴锅中放置到预设温度的水浴锅中,几分钟后再混合均匀。几分钟后再混合均匀。
