2020版高考生物总复习第35讲酶的应用教案北师大版选修1.docx

第35讲酶的应用最新考纲全国卷考情1.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近三年考纲不作要求考点一酶在果汁生产中的应用果胶酶在果汁生产中的作用（1）果胶作用：植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一；在果汁加工中，会影响出汁率并使果汁浑浊。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。（2）果胶酶成分：是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。作用：果胶果胶酶,可溶性半乳糖醛酸（3）酶的活性及其影响因素酶的活性影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。（4）探究温度和pH对果胶酶活性的影响实验原则：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。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。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。（5）探究果胶酶的最适用量实验流程实验结果分析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。（教材P44旁栏思考题解答）（1）为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？提示将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性的问题。（2）在探究温度或pH的影响时，是否需要设置对照？如果需要，是如何设置的？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。（2015海南卷，30）生物选修1：生物技术实践生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁量。回答下列相关问题：（1）某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验，各组实验除酶的来源不同外，其他条件都相同，测定各组的出汁量，据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是_。（2）现有一种新分离出来的果胶酶，为探究其最适温度，某同学设计了如下实验：取试管16支，分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液，混匀，平均分为4组，分别置于0 、5 、10 、40 下保温相同时间，然后，测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。该实验温度设置的不足之处有和。（3）某同学取5组试管（AE）分别加入等量的同种果泥，在A、B、C、D 4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶，然后，补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同；E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后，测定各组的出汁量。通过AD组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中，若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量，E组设计（填“能”或“不能”）达到目的，其原因是_。答案（1）探究不同来源果胶酶的活性（2）温度梯度设置不合理温度范围设置不合理（3）不能E组没有加入等量的缓冲液，违背了单一变量原则考点二酶在洗涤方面的应用加酶洗衣粉在洗涤中的作用（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肽或氨基酸血渍、奶渍等脂肪酶脂肪甘油和脂肪酸食品的油渍、人体皮脂、口红等淀粉酶淀粉麦芽糖、葡萄糖来自面粉等的污垢纤维素酶使纤维的结构变得蓬松棉纺品的表面浮毛（3）对加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法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。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对照原则和单一变量原则，其变量分析如下表。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种类（普通和加酶）洗涤效果水的用量，污物的量，实验用布的质地与大小，不同洗衣粉的用量，搅拌、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（1）使用加酶洗衣粉时宜用开水、温水还是凉水浸泡？提示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。（2）（教材P48“练习2”解答）某同学打算用丝绸作实验材料探讨含蛋白酶洗衣粉的洗涤效果，合适吗？为什么？提示不合适。因为丝绸的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，损坏衣物。（2016海南高考，30）回答下列问题：（1）蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示。通常，用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，不应该使用开水，原因是_。若要去除衣服上的血渍，应选择含有（填“蛋白酶甲”、“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”）的碱性洗衣粉，理由是_。（2）某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法（填“合理”或“不合理”），理由是_。（3）已知溶液的pH可以影响酶的活性，请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中（填“羧基和氨基”、“氨基和甲基”、“羧基和甲基”或“甲基和甲基”）等基团的解离状态。 答案（1）开水使血迹中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗蛋白酶丙碱性条件下只有蛋白酶丙有活性（2）不合理蛋白酶会降解脂肪酶（3）羧基和氨基考点三固定化酶和固定化细胞1.固定化酶和固定化细胞（1）固定化酶形成：将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。特性：与游离酶相比较，稳定性好，与底物和产物容易分离，易于控制，能反复多次使用；便于运输和贮存，有利于自动化生产。（2）固定化细胞：是指固定在一定空间范围内的、能够进行生命活动并且可以反复使用的活细胞，又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞。（3）固定技术概念：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。方法（连线）适用对象一般来讲，酶更适合采用化学结合法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.制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵（2016经典高考）为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下。请回答下列问题：（1）实验中的海藻酸钠作用是，CaCl2的作用是。（2）为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用洗涤。图1中1.0%海藻酸钠培养24 h后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是_。（3）为探索固定化藻对含Zn2污水的净化作用，应选用浓度为海藻酸钠制备凝胶球。（4）图2中空白凝胶球组Zn2浓度下降的原因是。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组2448 h间Zn2浓度下降速度较快的主要原因是_；7296 h间Zn2浓度下降速度较慢的原因有_。解析（1）海藻酸钠溶液在CaCl2溶液中形成凝胶球，包埋绿球藻。（2）可采用培养液或生理盐水洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性。溶液呈绿色，说明固定化的绿球藻数量少，原因是海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）。（3）根据图1可知，浓度为2.0%的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的繁殖。（4）空白凝胶球容易吸附Zn2，导致溶液中Zn2浓度下降；根据图1和图2分析，固定化藻的实验组2448 h间绿球藻数量增加最快（处于“S”型曲线的K/2值处），导致Zn2浓度下降速度较快，7296 h间绿球藻数量基本不再增加。答案（1）包埋绿球藻（包埋剂）与海藻酸钠反应形成形成凝胶球（凝固剂）（2）培养液（生理盐水）海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）（3）2.0%（4）凝胶球吸附Zn2绿球藻生长（增殖）速度快绿球藻生长（增殖）速度减慢，溶液中Zn2浓度较低（1）直接使用酶的三大缺点对环境条件非常敏感，容易失活。溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本。反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。（2）固定化酶与固定化细胞的比较固定化酶固定化细胞固定酶的种类一种一系列适用方法化学结合法、物理吸附法包埋法特点优点酶既可与反应物结合，又可与产物分离，固定在载体上的酶可反复利用成本低，操作容易缺点一种酶只能催化一种或一类化学反应可能导致反应效率下降实例固定化葡萄糖异构酶固定化酵母细胞随堂真题&预测1.（2018高考江苏卷，14）下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是（）A.用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞B.进行包埋时，用于悬浮细胞的CaCl2溶液浓度要适宜C.注射器（或滴管）出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状D.包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性解析海藻酸钠溶解时要先加水，之后小火间断加热并不断搅拌，完全溶化后用蒸馏水定容，冷却至室温后，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再固定，A错误；包埋时氯化钙溶液的作用是使胶体聚沉，B错误；滴加溶液时注射器或滴管不能贴近液面，否则凝胶珠会呈蝌蚪状，C错误；制作成功的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性，D正确。答案D2.（2013海南高考）若要提高衣物上血渍的去除效果，可在洗衣粉中加入酶，因为该酶能将血红蛋白水解成可溶性的或；若要提高衣物上油渍的去除效果，洗衣粉中可添加酶；使用加酶洗衣粉时，水温过低或或高时洗涤效果不好的原因分别是_。答案碱性蛋白（或蛋白）氨基酸小分子肽脂肪水温过低时酶活性较低，水温过高会导致酶变性失活3.（2020高考预测）假设你已经探究了果胶酶的最适温度（为45 ）和最适pH（为4.8），若还想进一步研究果胶酶的最适用量，此时，实验的自变量是_。合理设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合适。请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。（1）材料用具：制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、质量分数为2%的果胶酶溶液、质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸。（2）实验步骤： 取6支试管，编号为16，分别加入_，调节pH至4.8。向16号试管中分别加入，然后放入45 恒温水浴装置中_。（3）以上实验步骤的设计（填“有”或“没有”）不妥，试分析原因。_解析在探究影响果汁产量的酶的用量时，除酶的用量是变量外，其他条件都应相同且适宜。为了避免因混合导致温度变化而影响实验结果，应先将盛苹果泥的试管和盛不同量酶的试管放到相同温度下恒温处理，然后将两者混合。答案果胶酶的用量（2）等量的苹果泥不同体积的pH为4.8的果胶酶溶液保温相同时间过滤苹果泥并记录果汁体积（3）有。为了保证苹果泥与果胶酶混合前后的温度相同，应先将盛有苹果泥和果胶酶的试管放在同一温度的水浴装置中恒温处理一定时间后，再将两者混合。课后强化训练（时间：35分钟）1.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：（1）请在横线上填出各标号的名称。，。（2）与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是_，固定化细胞的优点是_。（3）的作用是_。（4）制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有或。解析（2）与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触。还能与产物分离，并且可以反复利用。但是与固定化细胞相比，固定化酶不能催化一系列的化学反应，并且固定化细胞成本更低，操作更容易。（3）使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应液却可以自由通过。（4）制作固定化葡萄糖异构酶的方式有将酶相互连接起来或将酶吸附在载体表面上。答案（1）反应柱固定化酶分布着小孔的筛板（2）既能与反应物接触，又能与产物分离，能被反复利用成本更低，操作更容易（3）酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由通过（4）将酶相互连接起来将酶吸附在载体表面上2.某同学用含有不同种类酶制剂的洗衣粉进行了如下实验。组别布料/cm污染物水温/A（蛋白酶洗衣粉）66蛋白膜40B（脂肪酶洗衣粉）66蛋白膜40C（蛋白酶洗衣粉）66淀粉膜40请回答以下问题：（1）该实验的目的是探究_。该实验还应控制的无关变量有_。该实验中分别构成两组对照实验。（2）该同学在实验过程中可通过观察来判断酶的催化效率。（3）蛋白酶洗衣粉的去污原理是_。（4）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_。（5）加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质层层包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用，请说明这是否应用了酶的固定化技术及其理由是_。答案（1）酶的作用具有专一性洗衣粉的用量，污染程度，水质，水的pH等A和B、A和C（2）蛋白膜消失的时间长短（3）在蛋白酶催化作用下蛋白质的水解产物溶于水中（4）酶蛋白进入环境后容易被微生物分解，避免过多的磷进入水体，造成水体富营养化（5）否，加酶洗衣粉中的酶没有固定在不溶于水的载体上，也不能重复使用3.下面三幅图是研究人员对黑曲霉A1果胶酶性质的研究结果，据图分析温度、pH和Ca2浓度等与酶活力的关系。（1）从图上可以看出，对酶活力影响最小的是_。（2）这三个图的共同点说明_。（3）若探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响，则在该实验中，实验组和对照组的pH及Ca2浓度是否需要进行调节？分别调节到和。其原因是_。解析从图示可以看出，温度、pH和Ca2浓度对黑曲霉A1果胶酶的活力都有影响，但Ca2浓度的影响最小。它们都有一个最适值，在此条件下，酶的活力最大。若要探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响，则实验组和对照组的pH及Ca2浓度都应调节到最适值，遵循单一变量原则，确保实验结果的准确性。答案（1）Ca2浓度（2）在最适条件下，酶活力最高（3）需要41遵循单一变量原则，无关变量须相同且适宜4.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年代又出现了固定化酶与固定化细胞的技术。（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，固定化细胞固定的是_。（2）制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是，使用了如图所示的方法（填出号码与名称）。（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体不是圆形或椭圆形，其主要原因是。解析将酶固定化后，可使酶在催化反应之后不随产物流走，可以反复利用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应，同时，在高温下容易溶化，温度降低时又形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。图为共价键结合法，图为吸附法，图为包埋法。凝胶珠是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利用多酶系统（或一系列酶、多种酶）（2）海藻酸钠包埋法（3）CaCl2海藻酸钠溶液浓度过高（或针筒口离液面过近，高度不够）5.请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。（1）细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是_。（2）包埋法固定化是指_。（3）包埋法固定化细胞常用的载体有_（答出三种即可）。（4）与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的优点是_。（5）制备固定化酵母细胞的四个主要步骤是： _。 _。 _。 _。答案（1）细胞个大，不易从包埋材料中漏出（2）将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中（3）明胶、琼酯糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等（4）成本更低，操作更容易（5）酵母细胞的活化配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合酵母细胞的固定化6.下图1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答：（1）图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。（2）图1中X溶液为，其作用是_。（3）某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因有海藻酸钠浓度过（“高”或“低”）或注射器中的混合液推进速度过（“快”或“慢”）。（4）图1中制备的凝胶珠用后再转移到图2装置中，发酵过程中搅拌的目的是_。解析（1）刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合，以免高温使酵母细胞失活。（2）混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母细胞，故图1中X溶液为CaCl2溶液，作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。（3）图3中所示的凝胶珠不是圆形或椭圆形，可能原因是海藻酸钠浓度偏高或注射器中的混合液推进速度过快。（4）制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中进行发酵，发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行。答案（1）冷却至室温（2）CaCl2溶液使海藻酸钠形成凝胶珠（3）高快（4）蒸馏水洗涤使培养液与酵母菌充分接触7.为探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果，其同学按如表所示步骤进行实验。给烧杯编号1号烧杯2号烧杯3号烧杯注入自来水500 mL500 mL500 mL加入物质（等量且污染程度相同）奶渍布奶渍布奶渍布控制水温37 80 37 加入洗衣粉（等量）蛋白酶洗衣粉蛋白酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒搅拌5 min5 min5 min观察实验现象污物消失污物仍存在污物仍存在请分析后回答：（1）本实验的变量为。（2）实验结果说明，酶具有，其活性还受的影响。（3）通过以上实验可知，蛋白质类织物（填“能”或“不能”）用加蛋白酶的洗衣粉洗涤。答案（1）酶的种类和温度（2）专一性温度（3）不能8.果胶酶能够分解植物细胞之间的果胶，使榨取果汁变得更容易，果胶被分解后，浑浊的果汁会变得澄清。现有磨浆机、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液等实验材料及试剂，下表是某小组利用上述材料进行的有关实验（“/”表示不加）。请回答下列问题：编号项目试管甲乙丙丁1在试管中加入苹果泥2 mL2 mL2 mL2 mL22 mL/2 mL2 mL3加入不同的液体2 mL蒸馏水4 mL蒸馏水2 mL盐酸2 mL氢氧化钠4摇匀，恒温处理15分钟15分钟15分钟15分钟（1）表中处的内容是。（2）若要验证果胶酶的作用，应把两个试管同时取出并过滤相同时间，观察并比较，预期的实验现象与结果是。（3）比较试管甲、丙、丁可知，其实验目的是。为确保实验成功，请将表中的编号正确排序（用数字和箭头表示）：。（4）如果要用此实验做“探究果胶酶的最适用量”，请简要写出实验思路：。解析根据表格信息可知，甲、乙试管是探究果胶酶的催化作用；甲、丙、丁三个试管是探究pH对酶活性的影响，该实验操作时，应先将酶分别放在不同的环境条件下，然后再加入底物，操作顺序不同，实验结果也会不同。答案（1）加入质量分数为2%的果胶酶溶液（2）甲与乙甲果汁比乙澄清（3）探究pH对果胶酶活性的影响2314（4）配制不同浓度的果胶酶，恒温下加入等量苹果泥，观察果汁的澄清度，果汁最澄清组对应的酶用量即为酶的最适用量9.东北农业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂（使酶相互连接），海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。如图显示的是部分研究结果（注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量），请分析回答下列问题：（1）下列所示的酶固定化技术中属于包埋法的是。（2）从对温度变化的适应性和应用范围的角度分析，图甲所示结果可以得出的结论是对温度变化的适应性更强且应用范围更广。（3）图乙曲线表明浓度为的海藻酸钠溶液包埋效果最好，当海藻酸钠溶液浓度较低时，酶活力低的原因是。（4）固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是用戊二