选修专题酶研究与应用.pptx

3果胶酶的应用(1)水果加工业：水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的，有助于压榨。在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到 作用，还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀，还可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。(2)饲料工业：果胶酶与酶、半纤维素酶等配合使用可降解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，提高饲料的营养价值，还可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的 。黏度澄清纤维素消化吸收第1页/共36页二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用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第2页/共36页三、固定化酶和固定化细胞技术1固定化酶(1)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。(2)特性：与游离酶相比较，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。(3)固定化酶的制作方法：由酶的性质和载体特性所决定，主要包括 法、共价偶联法、交联法和包埋法等。(4)淀粉酶水解作用的检测不溶于水而又有酶的特性介质稳定运输和贮存吸附第3页/共36页2固定化细胞(1)概念：利用物理或化学方法，将细胞固定在的技术。(2)优点：制备容易、酶的活性。(3)固定化技术：物理 和。(4)应用：固定化酵母细胞发酵。3固定化酶和固定化细胞常用的材料：固定化酶常用纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体，而固定化细胞常用琼脂、海藻酸钠(钙)、角叉菜聚糖、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等。一定空间内高且稳定吸附法包埋法第4页/共36页思考辨析1判断关于酶的应用及活力测定说法的正误。(1)“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”可先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度(2012年高考江苏卷)()(2)相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉(2012年高考江苏卷)()(3)在探究果胶酶用量实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思路方法是不变的()(4)用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好()(5)果胶酶常用于果汁生产中，可提高出汁率和澄清度()第5页/共36页2判断关于固定化酶和固定化细胞说法的正误。(1)固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应(2013年高考江苏卷)()(2)从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小(2012年高考江苏卷)()(3)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌(2012年高考江苏卷)()(4)刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液()(5)利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物()(6)固定化酶常采用化学结合法和包埋法()(7)固定化细胞常采用包埋法()第6页/共36页1果胶酶与纤维素酶的比较果胶酶的作用及酶特性的探究果胶酶的作用及酶特性的探究第7页/共36页2.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，严格控制变量，尽量减少无关变量的影响。(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时，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。(3)实验流程第8页/共36页各取一支，分9组分别放入30、35、40、45、50、55、60、65、70 的恒温水浴中加热(或各取一支，分5组调节苹果泥和果胶酶的pH为5、6、7、8、9置于同一恒温水浴中)第9页/共36页3加酶洗衣粉的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)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法：实验设计遵循的原则是 原则和 原则，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时，以洗衣粉的种类为自变量，其他条件完全一致；同时，普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。对照单一变量第10页/共36页(3)变量分析第11页/共36页特别提醒(1)一般说来，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，是因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。(2)酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间，加快洗涤。(3)人体皮肤细胞有蛋白质，使用加酶洗衣粉后如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀，而使人患过敏性皮炎、湿疹等，并且应避免与这类洗衣粉长时间的接触。(4)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水。第12页/共36页1工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下实验：.将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10 水浴中恒温处理10分钟(如图甲)。.将步骤处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10 水浴中恒温处理10分钟(如图乙)。.将步骤处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图丙)。第13页/共36页.在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：根据上述实验，请分析回答下列问题：(1)果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以分解细胞壁中的果胶，产物是_。(2)实验结果表明，当温度为_左右时，果汁量最多，此时果胶酶的活性_。(3)为什么该实验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？_。(4)下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时，果胶酶的反应速度与反应物浓度、温度、pH之间的关系，据图完成下列问题：第14页/共36页图A中，反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是_。图B中，曲线ab段表明_，曲线bc段表明_。将装有果胶酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12 和90 水浴锅中，20分钟后取出转入40 的水浴锅中保温，两支试管内的反应是：甲_，乙_。图C表示果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速率随pH变化的曲线，实验时可根据_来判定果胶酶的最适pH。第15页/共36页解析：本题考查影响酶活性的有关因素及实验结果的分析方法。(1)果胶酶可催化植物细胞壁中的果胶分解成为半乳糖醛酸。(2)由题干中的表格可知，40 时果汁量最多，说明此温度下酶活性最强。(3)该实验中衡量结果的指标有两项：一是观察在相同的时间内，滤出苹果汁的体积，体积越大说明果胶酶活性越高，果胶分解得多，因而果汁流出量多；二是观察果汁的澄清度。第16页/共36页(4)酶是生物体内具有催化能力的有机物，绝大多数是蛋白质，其催化效率受反应物浓度、温度、pH的影响。图A中，当反应物在低浓度范围内增加时，反应速度迅速上升；当反应物达到一定浓度时，随反应物浓度增加，反应速度不再增加。这是因为酶虽然有高效性，但催化能力也有一定限度，当所有酶都发挥了最高效能后，反应物浓度再增加，反应速度也不再增加，此时受酶浓度的影响。图B中，ab曲线上升，是因为在未达到最适温度之前，随温度升高，酶活性升高。曲线bc下降，是因为温度超过最适温度，酶逐渐变性失活。由于甲试管温度较低，所以酶活性较低，反应速度很慢，当转入40(酶反应的适宜温度)的水浴锅中加热时，其反应速度迅速增加。乙试管在90 高温下，酶结构被破坏，酶变性失活，当再转入40 的水浴锅中保温时，酶活性也不再恢复，故无催化反应。图C表示果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速率随pH变化的曲线，实验时可根据果汁的量来判定果胶酶的最适pH。第17页/共36页答案：(1)半乳糖醛酸(2)40 最大(3)果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化果胶分解的能力(4)受反应物中酶浓度的限制果胶酶的活性随温度升高而升高果胶酶的活性随温度的继续升高而下降反应速度加快无催化反应果汁的量第18页/共36页1固定化酶和固定化细胞技术(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)方法及适用对象固定化酶和固定化细胞固定化酶和固定化细胞第19页/共36页一般来讲，酶更适合用化学结合和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化，这是因为个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶则易从包埋材料中漏出。2固定化酶与固定化细胞的比较第20页/共36页3.制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵第21页/共36页第22页/共36页特别提醒(1)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。(2)溶化海藻酸钠时采用小火间断加热法，防止海藻酸钠焦糊。(3)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。第23页/共36页2在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是_。与固定化酶技术相比，固定化细胞技术固定的是_。(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是_，使用的是下图中方法_(填号码及名称)。(3)制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和_溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是_。第24页/共36页解析：将酶固定化后，能使酶在催化反应之后并不进入产物溶液，可反复使用；将细胞固定化后，即可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定；海藻酸钠不能参与化学反应，在高温时容易溶化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料；图示为共价键(化学)结合法、为吸附法、为包埋法；凝胶珠是用高温下溶化的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近，可能形成片状或长条形而不是圆形的凝胶珠。答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复使用多酶系统(一系列、多种酶)(2)海藻酸钠包埋法(3)CaCl2海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近，高度不够)第25页/共36页例1实验探究：加酶洗衣粉的使用条件和效果。实验目的：(1)观察加酶洗衣粉在洗涤中的效果。(2)探究加酶洗衣粉的最佳温度条件。实验用具及材料：9个100 mL的三角瓶、镊子、两组恒温水浴锅、若干块沾有鸡血且放置一天的棉布、两种加酶洗衣粉及未加酶的洗衣粉。实验步骤：(1)将两组恒温水浴分别调至40 和80。(2)向9个三角瓶中各加水100 mL，将三角瓶分成A、B、C三组，每组三个，向A组各瓶中加入一种加酶洗衣粉0.5 g，向B组各瓶中加入另一种加酶洗衣粉0.5 g，_。探究影响酶活性的因素探究影响酶活性的因素第26页/共36页(3)将每组的3个三角瓶分别放在20 室温下、40 和80 水浴中，保温一段时间。(4)_。试回答下列问题：(1)试补全上述实验步骤。_。_。(2)实验中设置C组三角瓶的作用是_。(3)根据生活中衣物上“油渍”的成分分析，加酶洗衣粉中的酶可能有_。(4)根据你对酶作用特点和温度与酶活性关系的理解，试为加酶洗衣粉编写“使用指南”(至少写出两点)：_。第27页/共36页解析本题考查实验探究加酶洗衣粉的洗涤效果与酶的活性。欲探究加酶洗衣粉的使用条件和效果，应设置对照实验，应以A、B两组各三角瓶中加入不同种类加酶洗衣粉各0.5 g为实验组，以C组各三角瓶中加入未加酶的洗衣粉作为对照组。答案(1)向C组各瓶中加入未加酶的洗衣粉0.5 g向每个三角瓶中各加入一块大小基本相同的沾有鸡血的棉布，并使棉布充分浸入溶液中，浸泡相同时间后取出棉布，比较各洗衣粉溶液的浑浊度(或比较各棉布的清洁情况)(2)对照(3)蛋白酶和脂肪酶(4)根据衣物总量或污渍多少适当调整洗衣粉用量；建议用温水浸泡；加入洗衣粉后应适当浸泡一段时间等(其他合理答案也可)第28页/共36页例2(2014年宝鸡模拟)某研究小组开展了酵母细胞固定化的研究。根据所学知识回答下列问题：(1)酵母细胞固定化，首先要进行酵母菌活化，酵母菌活化就是_状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。把从酵母细胞中提取的淀粉酶固定在尼龙布上制成固定化酶与传统酶应用技术相比最显著的优点是_。(2)利用2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别与2%、3%、4%的CaCl2溶液进行凝胶化，所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 以下发酵48 h后的酒精产量如下表所示。固定化细胞固定化细胞第29页/共36页从表中可以看出随着CaCl2浓度的增加，_增加，由此可推测出凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与CaCl2浓度分别是_、_。(3)该小组开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的研究，结果如下，请回答问题。第30页/共36页产酒酒精度的比较表影响实验成败的关键步骤是_。实验中钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸钠起_的作用。该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是_，要求条件相同是为了确保_。第31页/共36页由表格可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要_。解析本题考查酵母细胞的固定化过程，固定化酵母与游离酵母产酒酒精度的比较。(1)在缺水的状态下，微生物一般都处于休眠的状态，让处于休眠状态的酵母菌重新恢复正常的生活状态称为活化。由于酵母菌活化时体积增大较多，因此活化干酵母时要使用足够大的容器。将酶固定在载体上既可在反应时与反应物接触，又能与产物分离，因此固定化酶可以反复利用。(2)从表中分析可以看出，CaCl2的浓度越大，固定化强度越大。固定化强度最大为1 170 g/30个，再根据酒精产量的多少，可看出2%的海藻酸钠和4%的CaCl2是固定化酵母效果较好的浓度。第32页/共36页(3)海藻酸钠是包埋细胞的载体，配制海藻酸钠溶液加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化，配制的海藻酸钠溶液的浓度直接影响实验的成败。影响酶促反应的条件主要是温度和pH，因此适宜的温度和pH对于酵母正常发酵具有重要作用，对照实验的成功在于设置好单一变量，控制好无关变量。从表中可以看出，固定化酵母在很短的时间内即可产生较多的酒精，因此延迟期比游离的酵母时间要短。答案(1)让酵母菌恢复正常的生活体积会增大可以重复使用(故产品易纯化)(2)固定化强度2%4%(3)配制海藻酸钠溶液包埋酵母细胞(或载体)适宜的温度、pH等单一变量短第33页/共36页第34页/共36页本小节结束请按ESC键返回第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页