選修一專(zhuān)題4酶的研究與應(yīng)用復(fù)習(xí)課程

選修一專(zhuān)題4酶的研究與應(yīng)用3．研究溫度對(duì)果膠酶活性影響的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)方案：確定

→探討控制溫度的方法和措施。(2)實(shí)驗(yàn)程序：制備水果泥→制備果膠酶→水果泥與果膠酶分

別

→將水果泥和果膠酶

→過(guò)濾出果汁→

記錄果汁量→改變不同

后，重復(fù)上面實(shí)驗(yàn)。(3)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并填入表格。(4)得出結(jié)論：獲得的果汁越多，或果汁越澄清，表明果膠酶

的

越高。溫度梯度水浴保溫混合保溫溫度活性二、探討加酶洗衣粉的洗劑效果1．加酶洗衣粉和酶制劑加酶洗衣粉是指含有

的洗衣粉，常用酶制劑有四類(lèi)：

、脂肪酶、

和纖維素酶。2．加酶洗衣粉去污機(jī)理堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子

水解成

可溶性的氨基酸或小分子肽。脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶

分別把大分子脂肪、淀粉和纖維素水解為小分子物質(zhì)。酶制劑蛋白酶淀粉酶蛋白質(zhì)3．不同種類(lèi)的洗衣粉的洗滌效果酶具有

，復(fù)合酶洗衣粉中加入的

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。三、酵母細(xì)胞的固定化1．固定化酶的應(yīng)用實(shí)例固定化酶技術(shù)使用的反應(yīng)柱上的孔應(yīng)該滿(mǎn)足酶顆粒無(wú)法

通過(guò)，反應(yīng)溶液自由出入的條件。專(zhuān)一性酶制劑2．固定化細(xì)胞技術(shù)(1)概念：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

的技術(shù)。(2)方法：包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和

。(3)酶更適合采用

和物理吸附法固定，細(xì)胞多采用

固定。(4)固定化細(xì)胞優(yōu)點(diǎn)：與固定化酶相比，制備成本低，操作容易。3．制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)操作步驟

酵母細(xì)胞的活化→配制0.05mol·L－1的CaCl2溶液→配制海藻酸

鈉溶液→海藻酸鈉溶液與

混合→固定化酵母細(xì)胞。一定空間內(nèi)物理吸附法化學(xué)結(jié)合法包埋法酵母細(xì)胞考點(diǎn)一探究果膠酶活性的影響因素及其用量命題解讀近幾年高考題中雖然本部分所占分值不大，但是每年都有所考查，形式上以簡(jiǎn)答題為主，難度較易，命題常聯(lián)系果汁加工生產(chǎn)、加酶洗衣粉等生產(chǎn)生活實(shí)際，考查酶特性的探究的實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計(jì)。預(yù)計(jì)2012年高考仍將延續(xù)這種考查的角度和難度。[示例1]

工業(yè)生產(chǎn)果汁時(shí)，常常利用果膠酶破除果肉細(xì)胞壁以提高水果的出汁率，為研究溫度對(duì)果膠酶活性的影響，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：Ⅰ：將果膠酶與蘋(píng)果泥分裝于不同試管，在10℃水浴中恒

溫處理10分鐘(如圖甲所示)。Ⅱ：將步驟Ⅰ處理后的果膠酶和蘋(píng)果泥混合，再次在10℃水

浴中恒溫處理10分鐘(如圖乙所示)。Ⅲ：將步驟Ⅱ處理后的混合物過(guò)濾，收集濾液，測(cè)量果汁量(

如圖中丙所示)。Ⅳ：在不同溫度條件下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，并記錄果汁量，

結(jié)果如下表：果汁量/mL813152515121110溫度/℃1020304050607080根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：(1)果膠酶能破除細(xì)胞壁，是因?yàn)楣z酶可以分解細(xì)胞壁中的

果膠，產(chǎn)物是_______________________________________。(2)為什么該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^(guò)測(cè)定濾出的蘋(píng)果汁量的大小來(lái)判斷

果膠酶活性的高低？_________________________________。(3)下圖中A、B、C圖依次表示果膠酶濃度一定時(shí)，果膠酶的反

應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度、溫度、pH之間的關(guān)系，據(jù)圖完成下

列問(wèn)題：①圖A中，反應(yīng)物達(dá)到某一濃度時(shí)反應(yīng)速度不再上升的原因是____________________________________________。②圖B中，曲線(xiàn)ab段表明________________，曲線(xiàn)bc段表明________________________________________。③將裝有果膠酶與反應(yīng)物的甲、乙兩支試管分別放入12℃和90℃水浴鍋中，20分鐘后取出轉(zhuǎn)入40℃的水浴鍋中保溫，兩支試管內(nèi)的反應(yīng)是：甲________，乙__________。④圖C表示果膠酶濃度、反應(yīng)物濃度、溫度等一定時(shí)，果膠酶催化反應(yīng)的速率隨pH變化的曲線(xiàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)________________來(lái)判定果膠酶的最適pH。[解析]

(1)果膠酶催化植物細(xì)胞壁中的果膠分解成為半乳糖醛酸。(2)該實(shí)驗(yàn)中衡量結(jié)果的指標(biāo)有兩項(xiàng)，一是觀察在相同的時(shí)間內(nèi)，濾出蘋(píng)果汁的量的多少，量多說(shuō)明果膠酶活性高，將果膠分解得多，使果汁更好地流出；二是觀察果汁的澄清度。(3)酶是生物體內(nèi)具有催化能力的有機(jī)物，絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，其催化效率受反應(yīng)物濃度、溫度、pH的影響。①圖A中，當(dāng)反應(yīng)物在低濃度范圍內(nèi)增加時(shí)，反應(yīng)速度迅速上升；當(dāng)反應(yīng)物達(dá)到一定濃度時(shí)，隨反應(yīng)物濃度增加，反應(yīng)速度不再增加。這是因?yàn)槊鸽m然有高效性，但催化能力也有一定限度，當(dāng)所有酶都發(fā)揮了最高效能后，反應(yīng)物濃度再增加，反應(yīng)速度也不增加，這時(shí)受酶濃度影響。②從a點(diǎn)到b點(diǎn)曲線(xiàn)上升，這是因?yàn)闇囟壬?，酶活性升高。曲線(xiàn)bc下降，因?yàn)闇囟瘸^(guò)最適溫度，酶活性降低。③由于甲試管溫度較低，所以酶活性較低，反應(yīng)速度很慢，當(dāng)轉(zhuǎn)入40℃(酶反應(yīng)的適宜溫度)的水浴鍋中加熱時(shí)，其反應(yīng)速度迅速增加。乙試管在90℃高溫下，酶結(jié)構(gòu)被破壞，酶變性失活，當(dāng)轉(zhuǎn)入40℃的水浴鍋中保溫時(shí)，酶活性也不再恢復(fù)，故無(wú)催化反應(yīng)。④圖C表示果膠酶濃度、反應(yīng)物濃度、溫度等一定時(shí)，果膠酶催化反應(yīng)的速率隨pH變化的曲線(xiàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)果汁的量來(lái)判定果膠酶的最適pH。

[答案]

(1)半乳糖醛酸(2)果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過(guò)濾紙，因此蘋(píng)果汁量的大小反映了果膠酶催化果膠分解的能力(3)①受反應(yīng)物中酶濃度的限制②果膠酶的活性隨溫度升高而升高果膠酶的活性隨溫度的繼續(xù)升高而下降③反應(yīng)速度加快無(wú)催化反應(yīng)④果汁的量探究溫度、pH對(duì)酶活性的影響及果膠酶的用量實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)(目的)自變量因變量注意事項(xiàng)探究溫度對(duì)果膠酶活性的影響溫度果汁量(澄清度)①底物和酶在混合時(shí)的溫度是相同②溫度梯度越小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越精確③蘋(píng)果泥和果膠酶用量在各個(gè)試管應(yīng)相同④pH應(yīng)為最適pH實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)(目的)自變量因變量注意事項(xiàng)探究pH對(duì)果膠酶活性的影響pH果汁量(澄清度)①溫度應(yīng)為最適溫度②pH梯度可用NaOH和HCl調(diào)節(jié)③用玻璃棒攪拌使反應(yīng)充分進(jìn)行探究果膠酶的用量果膠酶的用量果汁量(澄清度)①制備蘋(píng)果勻漿后迅速加熱，使蘋(píng)果漿中果膠酶變性②溫度、pH應(yīng)為最適且保持不變1．下列有關(guān)果膠酶及與果膠酶實(shí)驗(yàn)探究的有關(guān)敘述正確的

是(

)A．探究果膠酶的用量時(shí)，pH、溫度不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果B．果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和葡萄糖

異構(gòu)酶等C．探究溫度對(duì)果膠酶活性影響時(shí)，溫度、蘋(píng)果泥、果膠

酶用量及反應(yīng)時(shí)間等都是變量D．可以用相同時(shí)間內(nèi)過(guò)濾得到的果汁體積來(lái)確定果膠酶

的用量解析：探究果膠酶用量時(shí)，pH、溫度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；葡萄糖異構(gòu)酶不屬于果膠酶；探究溫度對(duì)果膠酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，溫度為單一變量，其他因素保持不變。答案：D2．關(guān)于探究果膠酶最適用量的實(shí)驗(yàn)，敘述錯(cuò)誤的是(

)A．配制不同濃度的果膠酶溶液，并在各組中加入等量的

該溶液B．調(diào)節(jié)pH，使各組中的pH相同而且處于適宜狀態(tài)C．用玻璃棒攪拌加酶的果泥，攪拌時(shí)間可以不同D．在相同且適宜的溫度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)解析：探究果膠酶最適用量的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，必須遵循單一變量原則和等量原則。惟一的變量是果膠酶的用量，其余無(wú)關(guān)變量如pH、溫度、攪拌時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間都應(yīng)相同。答案：C考點(diǎn)二酵母細(xì)胞的固定化命題解讀固定化酶和固定化細(xì)胞在生產(chǎn)中可節(jié)約成本，具有重要的科研價(jià)值，成為近幾年高考考查的熱點(diǎn)之一，形式上選擇題和簡(jiǎn)答題都有出現(xiàn)。預(yù)計(jì)在今后高考中以生產(chǎn)實(shí)例來(lái)考查固定化細(xì)胞和固定化酶這兩種技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系。[示例2]

某一實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)，欲通過(guò)制備固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行葡萄糖溶液發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料及用具齊全。(1)酵母細(xì)胞的固定化采用的方法是____________________。(2)請(qǐng)你說(shuō)一說(shuō)，該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在制備固定化酵母細(xì)胞的過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)：(至少寫(xiě)出3點(diǎn))①____________________________________________；②____________________________________________；③____________________________________________。(3)該實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置來(lái)進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵：①請(qǐng)指出標(biāo)號(hào)為a、b、c的名稱(chēng)：a．________________、b.________________、c.________________。②從上端漏斗中加入反應(yīng)液的濃度

不能過(guò)高的原因是_____________________________。③為使該實(shí)驗(yàn)中所用到的固定化酵母細(xì)胞可以反復(fù)運(yùn)用，

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一定要在________條件下進(jìn)行。④加入反應(yīng)液后的操作是_______________________________________________。⑤裝置的長(zhǎng)導(dǎo)管起到什么作用？_______________________________________________。(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可能得到的現(xiàn)象：

_________________________________________________，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，裝置內(nèi)可能會(huì)發(fā)生的反應(yīng)式為：_________________________________________________。[解析]酵母細(xì)胞屬于較大的細(xì)胞，用包埋法包埋在多孔篩板里?；卮稹爸苽涔潭ɑ湍讣?xì)胞的過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)”具有一定的開(kāi)放性，按實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析，合理即可。根據(jù)滲透作用的原理，若加入反應(yīng)液的濃度過(guò)高，酵母細(xì)胞通過(guò)滲透作用失水過(guò)多，造成死亡。酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵，會(huì)產(chǎn)生酒精和二氧化碳。[答案]

(1)包埋法(2)①配制氯化鈣溶液時(shí)應(yīng)用蒸餾水②海藻酸鈉溶液應(yīng)用小火或間斷加熱③海藻酸鈉溶液冷卻至常溫再加入酵母細(xì)胞(3)①固定化酵母反應(yīng)柱多孔篩板②濃度過(guò)高酵母細(xì)胞因失水過(guò)多而死亡③無(wú)菌④關(guān)閉活塞1和活塞2

⑤釋放CO2，防止空氣進(jìn)入反應(yīng)柱(4)有氣泡產(chǎn)生、有酒味散發(fā)C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O；C6H12O62C2H5OH＋2CO2直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較類(lèi)型項(xiàng)目直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶常用載體高嶺土、皂土、硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺制作方法化學(xué)結(jié)合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化類(lèi)型項(xiàng)目直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞缺點(diǎn)①對(duì)環(huán)境條件非常敏感，易失活②難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降優(yōu)點(diǎn)催化效率高、耗能低、低污染①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離②可以反復(fù)利用成本低、操作容易固定化細(xì)胞使用的都是活細(xì)胞，在應(yīng)用時(shí)要注意為其提供適宜的生存條件。固定化細(xì)胞由于保證了細(xì)胞的完整性，因而酶的環(huán)境改變小，所以對(duì)酶活性影響較小。3．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)胞技術(shù)固定的是__________________________________________________。(2)制備固定化酵母細(xì)胞，常用的包埋材料是____________，

使用了如下圖所示方法[

]________(填出號(hào)碼及名稱(chēng))。(3)制作固定化酵母細(xì)胞時(shí)，充分混合均勻的酵母細(xì)胞溶液可在飽和________溶液中形成凝膠珠。部分同學(xué)實(shí)驗(yàn)制得的凝膠珠不是圓形或橢圓形，其主要原因是________________。解析：將酶固定化后，能使酶在催化反應(yīng)之后并不進(jìn)入產(chǎn)物溶液，可反復(fù)使用；將細(xì)胞固定化后，即可以將一種細(xì)胞內(nèi)的多種酶同時(shí)進(jìn)行固定；海藻酸鈉不能參與化學(xué)反應(yīng)，在高溫時(shí)容易熔化，溫度降低時(shí)又可以形成多孔性固體顆粒，是包埋酵母菌的好材料；圖示①為共價(jià)鍵(化學(xué))結(jié)合法、②為吸附法、③為包埋法；凝膠珠是用高溫下熔化的海藻酸鈉與酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸鈉濃度過(guò)高或制凝膠珠時(shí)離液面太近，可能形成片狀或長(zhǎng)條形而不是圓形的凝膠珠。答案：(1)酶既能與反應(yīng)物接觸，又容易與反應(yīng)物分離，固定在載體上的酶能反復(fù)使用多酶系統(tǒng)(一系列、多種酶)(2)海藻酸鈉③包埋法(3)CaCl2海藻酸鈉濃度過(guò)高(或針筒離液面過(guò)近，高度不夠)[示例]

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、乙兩組在洗衣粉中加入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：水溫/℃1020304050組別甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙清除血漬時(shí)間/min67668852518336347711126891167清除油漬時(shí)間/min93789587639182468575277769868(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、乙兩組洗滌效果的差異，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：________________________________________________。(5)加酶洗衣粉中的淀粉酶可以從霉菌中提取，用固體培養(yǎng)

基分離、純化霉菌的方法是________。羊毛、蠶絲等

織物________(填“能”或“不能”)用加酶洗衣粉洗滌，

因?yàn)開(kāi)____________________________________________。[解析]

血漬和油漬中既含蛋白質(zhì)也含脂肪。為加速血漬和油漬中蛋白質(zhì)和脂肪的分