2020高中生物专题4酶的研究与应用课题1果胶酶在果汁生产中的作用教案新人教版选修1.docx

课题1果胶酶在果汁生产中的作用学习目标1.了解果胶酶的作用及获取方法。2.学会检测果胶酶的活性。3.探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量。知识点一果胶酶的作用、影响酶活性的因素与酶的用量知识梳理1.果胶与果胶酶(1)果胶成分：由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。特点：不溶于水。作用：是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。对果汁加工的影响：果胶不仅会影响水果的出汁率，还会使果汁变浑浊。(2)果胶酶：分解果胶的一类酶的总称。包括：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。作用：a.瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易；b把果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。来源：植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶。由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量最大的酶制剂之一，被广泛地应用于果汁加工业。2酶的活性与影响酶活性的因素(1)酶的活性概念：酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低的表示方法：在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度。酶反应速度的表示方法：单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。(2)影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。3果胶酶的用量生产果汁时，为了使果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。1.果胶酶的合成场所在哪里？提示：果胶酶的化学本质是蛋白质，其合成场所为核糖体。2微生物体内产生的果胶酶的作用是什么？提示：微生物体内产生的果胶酶能够分解植物细胞壁和胞间层，从而获得自身需要的营养物质。典题分析题型一正确理解果胶酶和纤维素酶的异同点 例1下列关于果胶酶的叙述正确的是()纤维素酶和果胶酶也可以分解细菌细胞壁果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶果胶酶和纤维素酶分别指分解果胶和纤维素的一种酶纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁组成果胶酶的基本单位是氨基酸和核苷酸AB CD解题分析细菌细胞壁的成分是肽聚糖，不能被纤维素酶和果胶酶分解，错误；果胶酶水解果胶的产物是半乳糖醛酸，正确；植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶，正确；果胶酶特指分解果胶的一类酶，纤维素酶是分解纤维素的一种复合酶，错误；植物细胞壁的成分主要为纤维素和果胶，根据酶的专一性，可用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，正确；果胶酶的本质是蛋白质，其基本单位是氨基酸，错误。答案D题后归纳(1)纤维素酶是一种复合酶，而果胶酶是一类酶。一类酶与复合酶不同，一类酶中每一种酶都能独立发挥作用，复合酶则需要各种成分共同协作完成催化作用。(2)由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此可以用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁。由于原核生物的细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质，因此这两类生物的细胞壁不能用纤维素酶和果胶酶去除。知识点二探究温度和pH对果胶酶活性的影响和果胶酶的用量 知识梳理1.探究温度和pH对果胶酶活性的影响(1)实验原理果胶酶的活性受温度(或pH)影响，处于最适温度(或pH)时，酶的活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。(2)实验过程(3)操作提示各实验组中苹果泥的用量和果胶酶的用量要严格控制，比例适当且用量相等。苹果泥和果胶酶混合前要进行恒温(或恒pH)处理，时间不宜太长。要严格控制各实验组的pH、温度、操作的程序等。在探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸进行调节。原因有二：一是0.1%的NaOH碱性较小，可对pH进行细微调整；二是Na并不参与酶的催化。在用果胶酶处理果泥时，为了使果胶酶能够充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物，但不宜剧烈。(4)结果分析根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图，最终得到果胶酶的最适温度和pH。a最适温度时，酶的活性最高。b低于最适温度时，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强。c高于最适温度后，随着温度升高，酶的活性迅速下降，直至完全丧失。果胶酶的最适温度为4550 。a在最适pH时，酶的活性最高。b低于最适pH时，随着pH的降低，酶的活性逐渐降低，过酸会使酶变性失活。c高于最适pH时，随着pH的升高，酶活性逐渐降低，直到活性全部丧失。果胶酶的最适pH范围为3.06.0。2探究果胶酶的用量(1)实验原理：在一定条件下，随着酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积增加；当酶浓度达到某一数值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，这个值就是酶的最适用量。(2)实验过程盛有苹果泥试管123456789盛有果胶酶试管123456789果汁量(mL)(3)操作提示在探究酶的用量实验中，除了酶的用量以外，影响果汁产量的因素还有：pH、温度、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等，这些因素应相同且适宜。实验中所用的果胶酶应尽量使用纯酶制剂，以免影响对酶用量的估算。(4)结果分析根据实验数据绘制出不同果胶酶用量与果汁体积关系的曲线图(如下图所示)。a如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。b如果设定的果胶酶的用量梯度无法满足实验要求，即出现过高或过低现象，应及时调整梯度范围。1.为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温(或恒pH)处理？提示：目的是保证底物和酶在混合时的温度(或pH)相同，避免苹果泥与果胶酶混合时影响混合物的温度(或pH)，从而影响果胶酶的活性。2在探究温度或pH的影响时，是否需要设置对照？如果需要，又应该如何设置？为什么？提示：需要设置对照实验。不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照，这种对照称为相互对照。因为只有对照才能说明酶的最适温度或pH。3当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪些因素是自变量，哪些因素应该保持相同？提示：温度是自变量，应控制苹果泥量、果胶酶的浓度和用量、反应时间和混合物的pH等所有其他条件相同，只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。4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？提示：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，因此苹果汁体积的大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度或pH下，果胶酶的活性越大，过滤到的苹果汁的体积就越大。典题分析题型二果胶酶相关的探究实验中有关变量的考查例2探究温度对果胶酶活性的影响、pH对果胶酶活性的影响、果胶酶的用量三个实验中，自变量依次是()A温度、酶活性、果胶酶用量B苹果泥用量、pH、果胶酶用量C反应时间、酶活性、果胶酶用量D温度、pH、果胶酶用量答案D例3下列有关果胶酶及与果胶酶有关的实验探究的叙述，正确的是()A探究果胶酶的最适用量时，pH、温度不影响实验结果B探究温度对果胶酶活性的影响时，pH属于无关变量，各实验组只要保持一致即可C探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用浓盐酸进行调节D可以用相同时间内过滤到的果汁体积来确定果胶酶的最适用量解题分析探究果胶酶的最适用量时，pH、温度会影响实验结果，实验中要保持pH、温度相同且适宜，A错误；探究温度对果胶酶活性的影响时，pH为无关变量，各实验组要保持一致且应为最适pH，B错误；探究不同pH对果胶酶活性的影响时，可以用质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸进行调节，C错误；可用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的最适用量，D正确。答案D题后归纳实验探究中的变量控制题型三影响酶活性因素的分析例4如图分别表示温度、pH与酶活性的关系，下列叙述不正确的是()A曲线上的b点对应的温度表示该酶的最适温度B人体内胃蛋白酶的活性变化与曲线相似C曲线说明不同的酶有不同的最适pHD酶活性随温度的升高而增强解题分析分析题图可知，曲线上的b点，反应速率最大，说明该点酶活性最高，此时对应的温度是该酶的最适温度，A正确；胃蛋白酶的最适pH是1.5，其活性变化可用曲线表示，B正确；曲线说明不同的酶有不同的最适pH，C正确；低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强，超过最适温度后，随温度的升高酶活性减弱，直至完全丧失，D错误。答案D题后归纳温度和pH都能影响酶的活性，但结果并不完全相同。低温使酶的活性受到抑制，但酶的结构不变，随着温度升高，酶的活性会恢复；而高温、强酸、强碱会破坏酶的空间结构，使酶不可逆地失活。课堂小结当堂检测查漏补缺巩固提升1下列关于果胶酶作用的叙述错误的是()A分解果胶，从而瓦解水果细胞的细胞壁和胞间层B可将果胶分解成半乳糖醛酸，使水果汁变澄清C分解水果细胞壁中的纤维素和果胶以及细胞间质D果胶酶是一种催化剂，可以改变化学反应的速度答案C解析果胶酶能够分解果胶，将果胶分解成半乳糖醛酸，瓦解植物细胞的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，使果汁变澄清，A、B正确；果胶酶不能分解纤维素，C错误；果胶酶是一种催化剂，可以改变化学反应的速度，D正确。2在“探究pH对酶活性的影响”的实验中，不正确的是()A自变量是pHB控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等C可以通过测定滤出的果汁的体积来判断果胶酶的最适pHDpH过低时，果胶酶活性变小，但是不会失活答案D解析在探究pH对酶活性的影响的实验中，自变量是pH，A正确；设计实验要遵循单一变量原则，严格控制无关变量，此实验中的无关变量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等，无关变量应相同且适宜，B正确；可以根据相同时间内滤出果汁的体积来判断果胶酶的最适pH，C正确；如果pH过低，可引起蛋白质结构改变，从而使果胶酶丧失活性，D错误。3关于探究果胶酶最适用量的实验，下列有关叙述不正确的是()A各组需加入等量不同浓度的果胶酶溶液B要保证各组适宜并相同的pH和温度等条件C需要检测不同反应时间条件下的生成物量D几组实验之间可形成相互对照，不需单设空白对照答案C解析根据题干可知，本实验的自变量是不同浓度的果胶酶溶液，所以需要设计多个实验组形成相互对照，不需单设空白对照，D正确；每组加入等量的不同浓度的果胶酶溶液，其他无关变量(温度、pH等)都保持相同且适宜，A、B正确；反应时间是无关变量，各组保持适宜且一致，C错误。4下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是()A当反应温度由t2调到最适温度时，酶活性下降B当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性上升C酶活性在t2时比t1高，故t2时更适合酶的保存D酶活性在t1时比t2低，表明t1时酶的空间结构破坏更严重答案B解析酶的作用条件比较温和，在最适温度时，酶的活性最高，温度偏低或偏高，酶的活性都会明显降低。当反应温度由t1调到最适温度时，酶活性升高，B正确；t2时，酶的空间结构可能遭到破坏，调至最适温度时，酶活性上升或不变，A错误；低温更适合酶的保存，低温t1相比于t2更适合酶的保存，C错误；酶在最适温度以下，活性低，但空间结构并没有被破坏，在适宜的温度下活性可以恢复，D错误。5工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出汁率，为探究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验：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 min(如图A)。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 min(如图B)。将步骤处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图C)。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：温度/1020304050607080果汁量/mL813152515121110(1)果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解，产物是_。(2)实验结果表明，当温度为_左右时，果汁量最多，相比实验中其他温度条件下的反应，此时果胶酶的活性_。(3)为什么该实验能够通过测定过滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？_。(4)果胶酶作用于一定量的某种物质(底物)，保持温度、pH在最适值，生成物量与反应时间的关系如图(未达到酶的最适用量)：在35 min后曲线变成水平是因为_。若增加果胶酶浓度，其他条件不变，请在图中画出生成物量变化的示意曲线。答案(1)半乳糖醛酸(2)40 最高(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