高三生物復(fù)習(xí) 酶的研究和應(yīng)用課件.ppt

第十一單元 生物技術(shù)實(shí)踐 第44課時(shí) 酶的研究和應(yīng)用 突破考點(diǎn) 提煉方法 1 影響果汁產(chǎn)量的物質(zhì)纖維素和果膠是組成水果的重要物質(zhì) 這兩種物質(zhì)的存在使制作果汁時(shí)存在兩個(gè)問(wèn)題 一是果肉的出汁率低 耗時(shí)長(zhǎng) 二是榨取的果汁渾濁 黏度高 容易發(fā)生沉淀 2 處理方法 酶解法常用的酶及其作用特點(diǎn)如下 考點(diǎn)1生物技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用 影響果汁產(chǎn)量的物質(zhì)及處理方法 提醒果膠酶和纖維素酶都是復(fù)合酶 并不特指某一種酶 而是一類(lèi)酶的總稱(chēng) 3 探究酶活性最適條件和用量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 1 原理 果膠酶的活性受溫度 或ph 的影響 處于最適溫度 可ph 時(shí)活性最高 果肉的出汁率 果法的澄清度與果膠酶的活性大小成正比 2 流程 各取一支 分9組分別放入30 35 40 45 50 55 60 65 70 的恒溫水浴中加熱 或各取一支 分5組分別調(diào)節(jié)蘋(píng)果泥和果膠酶的ph為5 6 7 8 9 置于同一恒溫水浴中 將果膠酶加入相同溫度 或ph 的蘋(píng)果泥內(nèi)恒溫保持10min 過(guò)濾果汁 用量筒測(cè)量果汁的量 并記錄于設(shè)計(jì)好的表格 3 注意事項(xiàng) 在蘋(píng)果泥和果膠酶混合之前 一定要保證底物和酶達(dá)到所要求的溫度或ph條件 以避免混合后條件的變化 確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和可靠性 4 衡量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的指標(biāo) 以果汁澄清度與果汁產(chǎn)量的多少確認(rèn)果膠酶活性的高低 4 探究果膠酶的最適用量 1 原理提示 本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)探究性的定量實(shí)驗(yàn) 所測(cè)出的最適用量是在本實(shí)驗(yàn)的溫度 ph條件下測(cè)出的 因而果膠酶的最適用量應(yīng)標(biāo)明溫度和ph 2 確定最適用量的方法 如果隨酶濃度的增加 過(guò)濾到的果汁的體積也增加 說(shuō)明酶的用量不足 當(dāng)酶的濃度增加到某個(gè)值后 再增加酶的用量 過(guò)濾到的果汁的體積不再改變 說(shuō)明酶的用量已經(jīng)足夠 那么 這個(gè)值就是酶的最適用量 3 結(jié)果分析計(jì)算澄清蘋(píng)果汁得率 r r v1 v2 100 式中 v1為澄清蘋(píng)果汁體積 v2為處理前蘋(píng)果汁體積 1 用果膠酶處理蘋(píng)果泥是為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng) 應(yīng)采取的措施是 a 加大蘋(píng)果泥用量b 大幅度提高反應(yīng)溫度c 換成大型號(hào)容器d 用玻璃棒進(jìn)行攪拌 對(duì)位訓(xùn)練 解析為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng) 應(yīng)采取的措施是增大酶和反應(yīng)物的接觸面積 攪拌可以達(dá)到此目的 只換大型號(hào)容器不一定加快反應(yīng) 大幅度提高溫度有可能會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高而使酶活性降低的現(xiàn)象 如果反應(yīng)物夠多 增加反應(yīng)物不改變反應(yīng)速率 答案d 排雷 1 果膠酶和纖維素酶都是復(fù)合酶 并不特指某一種酶 而是一類(lèi)酶的總稱(chēng) 2 既是酶促反應(yīng) 其催化速率受溫度 ph 酶的數(shù)量 攪拌 增大接觸面積 等眾多因素的影響 3 探究 酶的最適條件 溫度 ph 及最適用量時(shí)都需設(shè)置一系列濃度梯度 且不同的溫度梯度之間或不同的ph梯度之間構(gòu)成了相互對(duì)照 通過(guò)相互對(duì)照可確認(rèn)果膠酶活性的溫度或ph的最適值 考點(diǎn)2生物技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用 探究不同種類(lèi)加酶洗衣粉的洗滌效果 1 實(shí)驗(yàn)原理酶的催化作用具有專(zhuān)一性 復(fù)合酶洗衣粉加入的酶制劑種類(lèi)較多 與單一加酶洗衣粉相比 對(duì)各種污漬都有較好的洗滌效果 拓展延伸常用酶制劑的種類(lèi)及洗滌原理 2 實(shí)驗(yàn)變量 1 自變量 加酶洗衣粉 2 無(wú)關(guān)變量 其他條件相同且適宜 如溫度 ph等 3 實(shí)驗(yàn)步驟 提醒洗衣時(shí) 水溫控制過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響酶活性 進(jìn)而影響洗滌效果 4 實(shí)驗(yàn)時(shí)注意事項(xiàng) 1 在比較普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果的實(shí)驗(yàn)中 自變量為洗衣粉的種類(lèi) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循單一變量原則 對(duì)照原則 有效控制其他變量 如水的用量 污染物的量 所用實(shí)驗(yàn)的布的質(zhì)地和大小 兩種洗衣粉的用量 攪拌及洗滌時(shí)間等 2 在使用加酶洗衣粉時(shí)不但要考慮最佳洗滌效果的條件 如最適溫度 ph 還要考慮衣物的承受力 如蛋白酶洗衣粉不能洗滌絲綢類(lèi)衣物 也要考慮洗滌成本問(wèn)題 因污漬的成分比較復(fù)雜 一般選擇復(fù)合加酶洗衣粉 以減少用量 3 該實(shí)驗(yàn)探究多種加酶洗衣粉對(duì)同一污漬的洗滌效果 也可以探究同一種加酶洗衣粉對(duì)于不同污漬的洗滌效果 2 為探究洗衣粉加酶后的洗滌效果 將一種無(wú)酶洗衣粉分成3等份 進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn) 甲 乙組在洗衣粉中加入1種或2種酶 丙組不加酶 在不同溫度下清洗同種化纖布上的2種污漬 其他實(shí)驗(yàn)條件均相同 下表為實(shí)驗(yàn)記錄 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 對(duì)位訓(xùn)練 1 提高洗衣粉去污能力的方法有 甲組在洗衣粉中加入了 乙組在洗衣粉中加入了 2 甲 乙組洗滌效果的差異 說(shuō)明酶的作用具有 3 如果甲 乙和丙3組均在水溫為80 時(shí)洗滌同一種污漬 請(qǐng)比較這3組洗滌效果之間的差異并說(shuō)明理由 4 加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化學(xué)物質(zhì)包裹的 遇水后包裹層很快溶解 釋放出來(lái)的酶迅速發(fā)揮催化作用 請(qǐng)說(shuō)明這是否運(yùn)用了酶的固定化技術(shù)及其理由 加酶和適當(dāng)提高溫度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 專(zhuān)一性 沒(méi)有差異 因?yàn)楦邷厥姑甘Щ?未運(yùn)用酶的固定化技術(shù) 因?yàn)槊肝垂潭ㄔ诓蝗苡谒妮d體上 也不能重復(fù)利用 解析加酶洗衣粉中添加了多種酶制劑 如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等 這些酶制劑不僅可以有效地清除衣物上的污漬 而且對(duì)人體沒(méi)有毒害作用 并且這些酶制劑及其分解產(chǎn)物能夠被微生物分解 不會(huì)污染環(huán)境 既然是酶制劑 就具備酶的特性 需要適宜的溫度和ph 具有專(zhuān)一性 溫度過(guò)高時(shí) 酶變性失活 三者幾乎沒(méi)有差別 固定化后的酶在保持原有催化活性的同時(shí) 又可以同一般催化劑一樣能回收和反復(fù)使用 可在生產(chǎn)工藝上實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化 更適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的需要 排雷 1 與普通洗衣粉相比 加酶洗衣粉洗滌效果更好 又由于不含磷元素 酶制劑進(jìn)入無(wú)機(jī)環(huán)境中后可以被微生物分解 因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染 2 一般說(shuō)來(lái) 絲綢類(lèi)的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗滌 是因?yàn)榈鞍酌笗?huì)水解蛋白質(zhì)類(lèi)的絲綢 3 酶的催化作用需要適宜的溫度 用溫水浸泡衣物可以縮短衣物的浸泡時(shí)間 加快洗滌 4 人體皮膚細(xì)胞有蛋白質(zhì) 如不徹底清洗雙手 就會(huì)使手的皮膚受到腐蝕 而使人患過(guò)敏性皮炎 濕疹等 因此 應(yīng)避免與這類(lèi)洗衣粉長(zhǎng)時(shí)間地接觸 5 加酶洗衣粉的酶制劑不含肽酶 因?yàn)殡谋旧硪兹苡谒?考點(diǎn)3生物科學(xué)新技術(shù) 固定化酶和固定化細(xì)胞 1 固定化酶技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例 1 固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù) 2 將酶或細(xì)胞固定化的方法 包埋法 將酶或細(xì)胞包埋在不溶于水的多孔性載體中 化學(xué)結(jié)合法 將酶分子或細(xì)胞相互結(jié)合 或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上 物理吸附法 將酶分子吸附在載體的表面上 提醒酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化 而細(xì)胞多采用包埋法固定化 這是因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大 而酶分子很小 個(gè)大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合 而個(gè)小的酶容易從包埋材料中漏出 3 固定化細(xì)胞常用的載體材料常用的載體有明膠 瓊脂糖 海藻酸鈉 醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等 4 固定化酶的優(yōu)點(diǎn) 易接觸 易分離 可反復(fù)利用 5 固定化酶的應(yīng)用實(shí)例 固定化酶的反應(yīng)柱示意圖 將酶固定在一種顆粒狀的載體上 再將這些酶顆粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi) 柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板 酶顆粒無(wú)法通過(guò)篩板的小孔 而反應(yīng)溶液卻可以自由出入 利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實(shí)例 如上圖 高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶 它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖 生產(chǎn)過(guò)程中 將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入 使葡萄糖溶液流過(guò)反應(yīng)柱 與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸 轉(zhuǎn)化成果糖 從反應(yīng)柱的下端流出 2 固定化酵母細(xì)胞的制備和應(yīng)用 1 操作流程酵母細(xì)胞的活化 配制cacl2溶液 配制海藻酸鈉溶液 海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合 固定化酵母細(xì)胞 沖洗 發(fā)酵 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 觀察凝膠珠的顏色和形狀 如果制作的凝膠珠顏色過(guò)淺 呈白色 說(shuō)明海藻酸鈉的濃度偏低 固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少 如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形 則說(shuō)明海藻酸鈉的濃度偏高 制作失敗 需要再做嘗試 觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液 利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精 可以看到產(chǎn)生了很多氣泡 同時(shí)會(huì)聞到酒味 3 注意事項(xiàng) 酵母細(xì)胞的活化 酵母細(xì)胞所需要的活化時(shí)間較短 一般需要0 5 1h 此外 酵母細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)變大 因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器 以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容器 加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán) 關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成敗 海藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量 如果海藻酸鈉濃度過(guò)高 將很難形成凝膠珠 如果濃度過(guò)低 形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少 影響實(shí)驗(yàn)效果 剛形成的凝膠珠應(yīng)在cacl2溶液中浸泡一段時(shí)間 以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格 可以使用下列方法 一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓 如果凝膠珠不容易破裂 沒(méi)有液體流出 就表明凝膠珠 的制作成功 二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠 如果凝膠珠很容易彈起 也能表明制備的凝膠珠是成功的 3 2011 江蘇卷 15 下列有關(guān)酶的制備和應(yīng)用的敘述 正確的是 a 酶解法和吸水漲破法常用于制備微生物的胞內(nèi)酶b 透析 電泳和酸解等方法常用于酶的分離與純化c 棉織物不能使用添加纖維素酶的洗衣粉進(jìn)行洗滌d 多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的核心層 對(duì)位訓(xùn)練 答案a 解析抗蟲(chóng)棉固然可以減少農(nóng)藥的使用 但外源基因可能通過(guò)花粉逸散到近緣的其他植物 從而造成基因污染 解析利用酶解法和吸水漲破法使細(xì)胞解體 用于制備胞內(nèi)酶 酶的純化和分離的方法有透析法 離心沉降法和電泳法 纖維素酶能去除棉紡織品表面的浮毛 平整織物表面 故可用添加纖維素酶的洗衣粉洗滌棉織物 多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的最外層 保持其他酶在胃中不被破壞 排雷 1 通常情況下 酶都是在水溶液中與底物進(jìn)行反應(yīng)的 因此酶在反應(yīng)系統(tǒng)中是與底物 產(chǎn)物混合在一起的 反應(yīng)結(jié)束后 即使酶仍具有較高活力 也很難回收 同時(shí)給產(chǎn)品進(jìn)一步純化帶來(lái)了困難 2 一般來(lái)說(shuō) 酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化 而細(xì)胞多采用包理法固定化 這是因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大 而酶分子很小 個(gè)大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合 而個(gè)小的酶容易從包埋材料中漏出 3 固定化細(xì)胞仍能進(jìn)行正常的生長(zhǎng) 繁殖和代謝 可以像游離的細(xì)胞一樣用于發(fā)酵生產(chǎn) 考綱能力關(guān)于微生物和酶的問(wèn)題考題 2011 上海卷 五 回答下列關(guān)于微生物和酶的問(wèn)題 環(huán)境污染物多聚聯(lián)苯難以降解 研究發(fā)現(xiàn)聯(lián)苯降解菌內(nèi)的聯(lián)苯水解酶是催化多聚聯(lián)苯降解的關(guān)鍵酶 1 下列培養(yǎng)基中能有效分離聯(lián)苯降解菌的是 原因是 a培養(yǎng)基 g l 某生長(zhǎng)因子2 0 nh4 2so42 0 k2hpo43 0 mgso41 0 ph7 4 多聚聯(lián)苯50mlb培養(yǎng)基 g l 牛肉膏10 0 蛋白胨20 0 葡萄糖20 0 nacl5 0 ph7 4 考題鏈接關(guān)于微生物和酶的問(wèn)題 該培養(yǎng)基中多聚聯(lián)苯為唯一碳源 a c培養(yǎng)基 g l 某生長(zhǎng)因子2 0 淀粉20 0 nh4no32 5 mgcl20 5 k2hpo43 0 多聚聯(lián)苯50ml ph7 4進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn) 不同的金屬離子對(duì)聯(lián)苯水解酶的活性有一定影響 結(jié)果見(jiàn)下表 2 依據(jù)表中結(jié)果 金屬離子 對(duì)該酶的活性有一定的促進(jìn)作用 金屬離子對(duì)酶的活性有促進(jìn)或抑制作用 可能的原因是 3 通過(guò)酶工程可將聯(lián)苯水解酶用于生產(chǎn)實(shí)踐 酶工程通常包括酶的生產(chǎn) 酶的固定化和酶的應(yīng)用等方面 酶固定化的好處是 4 下圖實(shí)線表示聯(lián)苯水解酶催化的反應(yīng)速率與酶濃度的關(guān)系 虛線表示在其他條件不變的情況下 底物濃度增加一倍 反應(yīng)速率與酶濃度的關(guān)系 能正確表示兩者關(guān)系的是 便于重復(fù)利用 能連續(xù)進(jìn)行反應(yīng) mn2 金屬離子與酶結(jié)合可以改變酶的空間結(jié)構(gòu) 尤其是活性部 酶的分離純化 b 位的結(jié)構(gòu) 5 紅球菌和假單孢菌都能降解多聚聯(lián)苯 但研究發(fā)現(xiàn)以每克菌體計(jì)算 兩種菌降解多聚聯(lián)苯的能力有所不同 對(duì)此現(xiàn)象合理的假設(shè)是 或 兩種菌內(nèi)酶基因的結(jié)構(gòu) 酶結(jié) 兩種菌內(nèi)酶量不同 構(gòu) 不同 體會(huì) 1 選擇培養(yǎng)基選擇作用關(guān)鍵體現(xiàn)在根據(jù)所要選擇微生物的特點(diǎn) 在配制培養(yǎng)基時(shí)關(guān)鍵成分的添加或缺失 如選擇固氮微生物則不需要在培養(yǎng)基上加氮源 2 固定化酶最大優(yōu)點(diǎn) 接觸易 分離更易 且可反復(fù)利用 易錯(cuò)警示對(duì)直接使用酶 固定化酶 固定化細(xì)胞混淆不清 典例在20世紀(jì)50年代 酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域 到了70年代又發(fā)明了固定化酶與固定化細(xì)胞的技術(shù) 1 在實(shí)際生產(chǎn)中 固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是 與固定化酶技術(shù)相比 固定化細(xì)胞固定的是 2 制備固定化酵母細(xì)胞 常用的包埋材料是 使用了下圖中方法 填出號(hào)碼與名稱(chēng) 反應(yīng)物接觸 又容易與產(chǎn)物分離 固定在載體上的酶能反復(fù)利用 酶既容易與反應(yīng) 多酶系統(tǒng) 海藻酸鈉 包埋法 解析將酶固定化后 可使酶在催化反應(yīng)之后不隨產(chǎn)物流走 可以反復(fù)利用 將細(xì)胞固定化后 可以將一種細(xì)胞內(nèi)的多種酶同時(shí)進(jìn)行固定 海藻酸鈉一般不能