高考生物一轮复习讲义-第11单元第4课时酶的研究与应用.docx
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1、第4课时酶的研究与应用目标要求1.理解酶活力测定的一般原理和方法。2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用。3.制备和应用固相化酶。考点一果胶酶在果汁生产中的作用1果胶2果胶酶3酶的活性与影响酶活性的因素(1)酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力,其高低用一定条件下酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。(2)酶的反应速度是指单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。4实验设计(1)探究温度和pH对果胶酶活性的影响实验原则: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。实验原理:果胶酶的活性受温度、pH或酶抑制剂和激活剂的影响,在最适温度或pH时,活性最高,果肉的出汁率、果
2、汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。实验流程制备果泥设置一系列具有梯度的pH或温度加入果胶酶反应一段时间过滤果汁分析:该实验的自变量是温度或pH,因变量是酶的活性,检测因变量是通过测定果汁的体积或比较澄清度来实现的。(2)探究果胶酶的最适用量实验思路:如果随着酶浓度的增加,过滤得到的果汁体积也增加,说明酶的用量不足;当酶的浓度增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤得到的果汁的体积不再改变,说明酶的用量已经足够,这个值就是酶的最适用量。实验流程(1)源于选修1 P44“旁栏思考”:在探究温度或pH对酶活性的影响时,需要(填“需要”或“不需要”)设置对照实验。如果需要,如何设置?不同的温度梯度之间
3、或不同的pH梯度之间相互对照。(2)源于选修1 P44“旁栏思考”:在混合苹果泥和果胶酶之前,将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理的目的是保证底物和酶在混合时的温度是相同的,避免了苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响果胶酶的活性问题。归纳总结1果胶酶与纤维素酶的比较名称组成作用果胶酶多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸纤维素酶C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶纤维素纤维二糖葡萄糖2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(
4、澄清度)无关变量pH、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、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、果胶的浓度和用量、水浴时间和过滤时间等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考向果胶酶在果汁生产中的作用1(2023内蒙古满洲里高三期末)果胶酶常在04 下保存,其原因是()A此温度条件下,酶的活性最高B此温度条件下,酶变性失活C低温可降低酶的活
5、性,但酶不变性失活D自然条件下,果胶酶常在04 下发生催化作用答案C解析在04 温度条件下,酶的活性较低,但不会变性失活,便于长时间保存,A、B错误,C正确。2果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层。请完成以下有关果胶酶和果汁生产中的问题:(1)在果汁生产中应用果胶酶可以提高_和_。(2)某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶水解最适pH”的课题研究。本课题的实验步骤中,在完成“烧杯中分别加入苹果泥,试管中分别注入果胶酶溶液、编号、分组”之后,有下面两种操作:第一种:将试管中果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合,再把混合液的pH分别调至4、5、61
6、0。第二种:将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥pH分别调至4、5、610,再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。请问哪一种操作更科学?_。 理由是_。 如果用曲线图的方式记录实验结果,在现有的条件下,当横坐标表示pH,纵坐标表示_时,实验的操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解,分析图中最可能是实验结果的曲线图是_。 若实验所获得的最适pHm,请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。答案(1)出汁率澄清度(2)第二种第二种操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境(或第一种操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应)果汁体积甲如图所示解析(2)探究果胶酶催化果胶分解最
7、适pH实验的关键是分别将果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH,然后把pH相等的这两种溶液混合,否则,在达到预定pH之前就会发生酶的催化反应导致实验结果不准确。可见第二种操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境,因此第二种操作更科学。本实验自变量是pH的不同,因变量是果汁体积。如果用曲线图的方式记录实验结果,则横坐标表示pH,纵坐标表示果汁体积。在一定pH范围内,酶的活性随着pH的升高而逐渐增强,达到最适pH后,酶的活性随pH继续升高而逐渐减弱,过酸或过碱会使酶永久失活,据此可推知,图甲最可能是实验结果的曲线图。经过图甲曲线的峰值画一条与纵坐标相平行的线,该线与横坐标的交点即为m。考
8、点二探讨加酶洗衣粉的洗涤效果1加酶洗衣粉:指含酶制剂的洗衣粉。2酶制剂的种类与洗涤原理种类洗涤原理洗涤的物质种类蛋白酶蛋白质小分子的肽氨基酸血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢脂肪酶脂肪甘油脂肪酸食品的油渍、人体皮脂、口红淀粉酶淀粉麦芽糖葡萄糖来自面条、巧克力等的污垢纤维素酶使纤维的结构变得蓬松,从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触,达到更好的去污效果棉纺织品的表面浮毛归纳总结1加酶洗衣粉洗涤效果的探究方法(1)判断加酶洗衣粉的洗涤效果可在洗涤后比较污垢残留状况,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实验设计应遵循对照原则和单一变量原则,如在探究普通洗衣
9、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。(3)变量分析实验自变量因变量无关变量探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果洗衣粉的种类(普通和加酶)洗涤效果水的用量,污物的量,实验用材料的质地与大小,不同洗衣粉的用量,浸泡时间,洗涤时间等探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果加酶洗衣粉中酶的种类探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响温度2.探究不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果(1)实验原理:酶的催化作用具有专一性,复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,与加单一酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。(2)实验变
10、量自变量:加酶洗衣粉的种类。无关变量:其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。(3)实验步骤步骤烧杯编号注入自来水500 mL500 mL500 mL加入物质(等量)奶渍布奶渍布奶渍布控制水温37 37 37 加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉复合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒搅拌5 min5 min5 min观察实验现象颜色浅颜色消失颜色浅延伸应用(1)酶能直接添加到洗衣粉中吗?为什么?科学家是如何解决这一难题的?提示不能,因为洗衣粉中的表面活性物质会降低酶的活性。可以通过基因工程生产出能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶,用特殊水溶性物质将酶层层包裹,与洗衣粉的其他成分隔离开来,隔离层遇到
11、水后,就会很快溶解。(2)为什么说加酶洗衣粉能减少对环境的污染?提示加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量,使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展,减少对环境的污染。(3)试解释为什么加蛋白酶洗衣粉不能用于丝质及羊毛衣料?提示因为蛋白酶能使蛋白质水解,而丝质及羊毛衣料中含有蛋白质,这样会损坏衣物。考向探讨加酶洗衣粉的洗涤效果3(2023四川甘孜高三模拟)下列有关加酶洗衣粉使用注意事项的叙述,错误的是()A加酶洗衣粉有保质期,不宜存放太久B加酶洗衣粉使用的水温一般在50 以下C蛋白质类织物不能用加脂肪酶洗衣粉来洗涤D应避免长时间接触碱性蛋白酶洗衣粉,以免损伤人体皮肤答案C解析酶的化学本质是蛋白质
12、,蛋白质存放时间过久会被微生物分解,因此加酶洗衣粉不宜存放太久,加酶洗衣粉有保质期,A正确;温度会影响酶的活性,酶在高温下会失活,因此加酶洗衣粉使用的水温一般在50 以下,B正确;脂肪酶不会水解蛋白质,因此蛋白质类织物可以用加脂肪酶的洗衣粉来洗涤,C错误;碱性蛋白酶洗衣粉会分解人体皮肤表面蛋白质,而使人患有过敏性皮炎、湿疹等,因此应避免与这类洗衣粉长时间接触,以免损伤皮肤,D正确。4某工厂生产了一种加酶洗衣粉,其包装袋上印有如下说明。成分:含碱性蛋白酶等。用法:洗涤前先将衣服浸于洗衣粉水内数小时,使用温水效果最佳。注意:切勿用于丝质及羊毛衣料。用后彻底清洗双手。请回答下列问题:(1)相关部门针
13、对该洗衣粉设计了如图所示装置进行实验。该实验的目的是_。(2)一学生为探索该洗衣粉中酶催化作用的最适温度,参考上述(1)的实验材料及方法进行了如下实验,并把结果用曲线图A,B表示。由图可知,使用该加酶洗衣粉的最适温度约为_。在0 和75 时,酶的催化效率基本都降为零,但温度再度回到45 ,后者的催化作用已不能恢复,这是因为_。该学生在实验过程中可通过观察_来判断酶的催化效率。(3)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)检查该洗衣粉是否含蛋白酶(2)45 在75 时,酶的空间结构已发生不可逆改变(酶已变性),无法恢复胶片上的蛋白膜消失所用时间的长短(3)
14、酶本身无毒,含量少,又能被微生物分解,不会引起富营养化,可减少对环境的污染考点三酵母细胞的固定化1固定化技术(1)概念:利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。细胞中含有一系列酶,在细胞正常生命活动过程中,通过代谢产生所需要的代谢产物。(2)常用的固定化方法名称原理图示包埋法将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中化学结合法利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上物理吸附法通过物质吸附作用,把酶或细胞固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上(3)包埋法常用的载体材料:明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。2固定化酶母细胞的实验流程归纳总
15、结1直接使用酶、固定化酶与固定化细胞的比较项目直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶适用方法化学结合法、物理吸附法包埋法营养物质不需要不需要需要反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质优点催化效率高、耗能低、污染低酶既能与反应物结合,又能与产物分离;还可以被反复利用成本更低、操作更容易缺点对环境条件敏感,易失活;酶难回收,成本高,影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与酶接触,尤其是大分子物质,可能导致反应效率下降实例果胶酶固定化葡萄糖异构酶固定化酵母细胞2制备固定化酵母细胞的注意事项(1)在缺水状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让
16、处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞需要的活化时间较短,一般为0.51 h,实验时需要提前做好准备。(2)酵母细胞活化时体积会变大,因此活化前应该选择体积足够大的容器,以避免酵母细胞的活化液溢出。(3)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环。加热时要用小火或间断加热,且边加热边搅拌。(4)海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高,将很难形成凝胶珠;如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少,影响实验效果。(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温,否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。(6)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠,用作对照。(7)海藻酸钠胶体在
17、CaCl2这种电解质的作用下,发生聚沉,形成凝胶珠,需在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。(8)细胞的固定化要在严格无菌的条件下进行;反复使用固定化酵母细胞时,酵母菌菌种要纯,用具和材料要严格消毒,注意控制温度,营养全面,还需要避免其他微生物的污染。(9)检验凝胶珠的质量是否合格的方法:挤压法:用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果凝胶珠不容易破裂,没有液体流出,就表明凝胶珠的制作成功。摔打法:在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易弹起,也能表明制备的凝胶珠是合格的。考向酵母细胞的固定化5(2023四川南充高三期末)某同学欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验,下列叙述
18、正确的是()A固定化酶技术比固定化细胞技术操作更容易、成本更低B刚高温溶化的海藻酸钠溶液应迅速与活化的酵母细胞混合C将混合了酵母细胞的海藻酸钠溶液注入无菌水中形成凝胶珠D可通过闻是否有酒味或用重铬酸钾检测来判断酵母细胞发酵的情况答案D解析固定化细胞技术与固定化酶技术相比,成本更低、操作更容易、能连续性生产,A错误;将高温溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温后再加入活化酵母细胞液,否则温度过高会导致酵母菌死亡,B错误;将混合了酵母细胞的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中形成凝胶珠,C错误。6科研人员利用固定化酵母直接发酵甜菜汁生产燃料乙醇,下图表示相关的工艺流程。分析回答:(1)在固定化酵母细胞时要先将酵
19、母细胞活化,活化的作用是_。步骤中,溶化海藻酸钠时要注意_。(2)如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,则说明海藻酸钠浓度_(填“过低”或“过高”)。步骤中加入果胶酶的目的是_。(3)酵母细胞相对于酶分子来说比较大,如果用固定化细胞技术将这些细胞固定,可以采用_法。固定酵母细胞操作一般是在甜菜汁制备_(填“前”或“后”)。在酒精发酵时应控制的温度条件是_。试验后,将洗涤过的固定的凝胶珠在低温环境中保存若干天,仍可以用于发酵,说明固定化细胞可被_使用。研究表明使用固定化酵母的酒精产量平均值高于游离酵母的对照组,从酵母细胞发酵的环境条件考虑,可能的原因是_。答案(1)让休眠状态的酵母细胞恢复到正常状态
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