专题4酶的研究和应用知识点

1、专题 4 酶的研究与应用知识点 课题 1 果胶酶在果汁生产中的作用 由水果制作果汁要解决两个主要问题：一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、 黏度高，容易发生沉淀。1 、植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分有纤维素和_果胶 _。并且两者不溶于水， 在果汁加工中，既影响出汁率，又使果汁浑浊。2 、果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一， 它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子 化合物，不溶于水。在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。果胶酶的作用 是能够将果胶 _分解成可溶性的 _半乳醛酸， 瓦解植物的细胞壁及胞间层， 并且使果汁变得澄清。3 、果胶酶是一类酶总称，包括

2、_果胶分解酶 、 多聚半乳糖醛酸酶 、果胶酯酶 _等。4 、酶的活性是指 酶催化一定化学反应的 的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化 的某一化学反应的反应速度 来表示。在科学研究与工业生产中，酶反应速度用单位时间内、 单位体积中反应物的减小量或产物的增加量来表示。5、影响酶活性的因素包括：温度、 PH、酶的抑制剂等。（二）实验设计设计一探究温度对酶活性的影响当酶处于最适温度或最适 pH 时，酶的活性最高；若温度过高、过酸或过碱，则导致酶变性失 活。在一定范围内，果肉的出汁率和果汁的澄清度与果胶酶的活性成正比。此实验的自变量是温度 _ ；根据单一变量原则，你应确保各实验组相同的变量有

3、 _PH 底物 浓度底物量 实验器材 酶的用量 等等 _。设计二探究 PH对酶活性的影响探究 pH 对果胶酶活性的影响，只须将温度梯度改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。反应液中的 pH 可以通过体积分数为 %的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。 设计三探究果胶酶的用量探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和 pH 对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研 究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。实验时可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可 以只配制一种浓度的果胶酶溶液， 然后使用不同的体积即可。 需要注意的是， 反应液的 pH 必须相同， 否则将影响实验结果的准 旁栏思考题 1为什么在混

4、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，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。3A 同学将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？B 同学呢？提示： A 同学将温度或 pH 作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的 时间和过滤

5、的时间等。只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。 B 同学对于变量的 处理应该与 A 同学相同，只是观察因变量的角度不同。4想一想，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，因此苹果汁的体积大小反 应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。5当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是变量，哪些因素应该保持不变？提示：温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的 pH 等所有其 他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的

6、活性产生影响。实验变量与反应变量 （如表 ）实验变量 （ 自变量 ）反应变量 （因变量 ）含义实验中实验者所操纵的因素或条件由于实验变量改变而引起的变化和结果实例温度或 pH果汁量联系实验变量为原因，反应变量是结果，二者是因果关系课题 2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果1、酶绝大多数是蛋白质，少数为RNA；酶具有生物 催化 作用；酶具有高效 性、专一性特点，但易受温度、 PH、表面活性剂等因素的影响。（ 1）加酶洗衣粉是指含酶制剂 的洗衣粉，目前常用的酶制剂有蛋白酶 、 脂肪酶 、淀粉酶和纤维 素酶四类。普通洗衣粉中含磷，含磷的污水排放可能导致 微生物和藻类大量繁殖，造成水体 污染，加酶洗衣粉可以降

7、低表面活性剂和三聚磷酸钠，使洗涤剂朝无磷的方向发展，减少对环 境的污染。（ 2）脂肪酶可以将脂肪分解成 甘油和脂肪酸， 蛋白酶可以将蛋白质分解成 多肽 ，然后在 肽酶 作 用下分解成氨基酸； 淀粉酶可以将淀粉分解成 可溶性麦芽糖和葡萄糖， 纤维素酶可以将纤维素 分解成 葡萄糖 ，以达到去污的目的，因此，蛋白类纤维织物（羊毛、蚕丝等）不能用 加 酶洗衣粉 来洗涤。（ 3）应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白 酶和 碱性脂肪 酶。 碱性蛋白酶能将血渍 、 奶渍等含有大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或 小分子的肽，使污迹容易从衣物上脱落。（ 4）. 衣物的洗涤，不仅要考虑到洗涤效果，还要考虑衣物的承受

8、能力、 洗涤成本等因素。（5）加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗衣粉朝低磷无磷的方向发展，减少 对环境的污染。2、实验设计遵循原则：是单一变量原则、对照原则和等量原则，比如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，用控制使用不同种类洗衣粉为变量，其他条件完全一致； 同时普通洗衣粉处理污渍物与加酶洗衣粉处理污渍物形成 对照 实验。3不同种类的酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果（ 1）实验原理：不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有专一性 ，所以对不同污渍的洗涤效果不同。4、比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉去污原理的异同普通洗衣粉加酶洗衣粉相同点表面活性剂可以产生泡沫，

9、将油脂分子分散开，水软化剂可以分 散污垢，等不同点酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易溶 于水，从而与纤维分开课题 3 酵母细胞的固定化(一)、固定化酶的应用实例高果糖浆是指 果糖含量为 42%的糖浆 能将葡萄糖转化为果糖的酶是 葡萄糖异构酶 。 使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上 ，再将这些酶颗粒装到一个反应柱 内，柱子底端装上分布着许多小孔的 筛板 。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可 以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与 接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降 低了生产成本，

10、提高了果糖的产量和质量。(二)固定化细胞技术 固定化酶和固定化细胞是利用 物理 或 化学 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术， 包括包埋 、化学结合法和物理吸附法。一般来说，酶更适合采用 化学结合法 和 物理吸附 法 固定， 而细胞多采用包埋法固定化。 这是因为细胞个大， 而酶分子很小； 个大的难以被 化 学结合 或 吸附 ，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。 包埋法法固定化细胞即将微生物细胞 均匀 包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素 和聚丙烯酰胺等。(三) 实验操作(1) 制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞需要的材料是干酵母、 CaCl 2 和 海

11、藻酸钠溶液1. 酵母菌的活化(1) 在缺水状态下， 微生物处于休眠状态； 活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生 活状态。(2) 酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要h 1 h ，需要提前做好准备；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容器外。2.配制物质的量为 L的 Cacl 2溶液 溶解物质要彻底，要用蒸馏水溶解，不要用自来水溶解，以防止自来水中各种离子影响实验结果3. 配制海藻酸钠溶液(1) 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环， 加热溶化海藻酸钠时要注意： 微火加热并不断 搅拌，防止海藻酸南焦糊(2) 海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量， 如果海藻酸

12、钠浓度过高， 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就少，影响实验效果。4. 海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合（1） 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杀死酵母菌。（2） 搅拌要彻底、充分，使两者混合均匀。5. 固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl 2 溶液中，并浸泡 30 分钟 （ 时间 ） 。（2） 用固定化酵母细胞发酵1. 将固定好的酵母细胞用 蒸馏水 冲洗 2-3 次。2. 发酵时的温度就为 25 ，时间 24h 。思考 1加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？防止海藻酸南焦糊思考 2为什么要

13、海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞思考 3发酵过程中锥形瓶为什么要密封？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件思考 4锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的思考 5在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？需要 从操作角度考虑，固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的 是一 种酶还是一系列酶？ 提示：固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化系列反应，故固定的是一 系列酶。比如固定化酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。如何检验凝胶珠的质量是否合格？ 提示：一是用镊子夹起一个凝胶

14、珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不破裂，没有液体流出，就 表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的 凝胶珠是成功的（四）结果分析与评价（1）观察凝胶珠的颜色和形状 如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少； 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝识。（2）观察发酵的葡萄糖溶液 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡 ，同时会闻到 酒味 。 二练习题 1下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是 （ ）A在 B点之前，果胶酶的活性和

15、温度成正比；之后，接近成反比B当温度到达 B 点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最高C A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升DC点时，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以上升2在探究加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果的实验时，往往采用同一型号的小容量自动洗衣机洗涤衣物，其主要原因是 （ ）A便于更好地控制实验变量B洗涤时间短C洗涤时更省力D可洗涤的衣物多3（ 2010江苏生物， 3）某种蛋白酶是由 129 个氨基酸脱水缩合形成的蛋白质，下列叙述正 确的是 （ ）A该蛋白酶分子结构中至少含有129个氨基和 129 个羧基B该蛋白酶溶液与双缩脲试剂发生作用，产生

16、紫色反应C利用透析法纯化该蛋白酶时，应以蒸馏水作为透析液D用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型加酶洗衣粉好4下列为探究某种加酶洗衣粉所需要的最适温度实验方案，其中正确的是（ ）A取一系列不同温度、其他条件相同的水，加入相同的污物及等量加酶洗衣粉，看哪一个温 度中酶的效果最好B在不同温度的水中，加入不等量洗衣粉，看哪种效果好C将加酶洗衣粉加入 30 水中不如加到 45的水中洗涤水中洗涤效果好，说明45为最适温度D将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37的水中洗涤同样的污物，发现加酶洗衣粉效果好，说明加酶洗衣粉的最适温度为 375（2010江苏生物， 25）图 1表示制备固定化酵母细胞的有关操

17、作，图 2 是利用固定化酵母细胞 进行酒精发酵的示意图，下列叙述错误的是 （ ）A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 B图 1中 X 溶液为 CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠 C图 2 发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触 D图 1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2 装置中6关于固定化酶技术说法正确的是（双选） （ ）A固定化酶技术就是固定反应物，使酶依附着载体围绕反应物旋转的技术 B固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C固定化酶中的酶可以重复利用 D固定化酶是将酶固定在一定空间的技术7为了进一步增强洗衣粉对血渍、奶渍、油污、土豆泥等衣物上常

18、见污垢的去除能力，洗衣粉 中常常会添加各种酶类。请回答有关问题：注意事项请将本品置于阴凉、 干燥处， 避热、 避湿、 避光。不慎溅入眼中，立即用水冲洗。水温以 3050为宜，切忌用 70以上的热水。（ 1） 根据衣物上常见的污垢， 加酶洗衣粉中添加的酶类有碱性蛋白酶、 （ 2）碱性蛋白酶能将血渍、 奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的 （ 3）右图为加酶洗衣粉的包装袋上的产 品说明，根据你所学习的有关知识，解释注意 事项的原因：（ 4）下面是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的有关探究实验，请据表回答：脸盆编号洗涤物（等量）洗涤温度洗衣粉（等量）水量洗净所需时间1油污布45加酶2 L

19、4 min2油污布45普通2 L7 min3油污布5加酶2 L9 min4油污布5普通2 L8 min该实验设计体现了 原则。若 1号实验组， 洗净所需时间接近 7分钟，请分析最可能的原因8（ 2007山东理综， 34）乙醇等“绿色能源”的开发备受世界关注。利用玉米秸秆生产燃料 酒精的大致流程为：（ 1）玉米秸秆经预处理后，应该选用酶进行水解，使之转化为发酵所需的葡萄糖。（ 2）从以下哪些微生物中可以提取上述酶（双选） （ ）A酿制果醋的醋酸菌B生长在腐木上的霉菌C制作酸奶的乳酸菌D反刍动物瘤胃中生存的某些微生物（ 3）若从土壤中分离产生这种酶的微生物，所需要的培养基为（按功能分） ，培养基

20、中的碳源为。（ 4）从生物体提取出的酶首先要检测，以便更好地将酶用于生产实践。在生产糖液的过程中，为了使酶能够被反复利用，可采用 技术。（ 5）发酵阶段需要的菌种是，在产生酒精时要控制的必要条件9在日常洗涤中，普通洗衣粉已经逐渐被加酶洗衣粉所代替，加酶洗衣粉中的碱性蛋白酶、纤 维素酶、脂肪酶、淀粉酶等可以将粘附在衣物上的奶渍、汗渍、血渍等快速、彻底地清除掉，因此 非常受人们的欢迎。（ 1）某班同学为探究某种复合加酶洗衣粉的最佳洗涤温度，设计了一个探究实验，该实验的自 变量应为 。实验过程中，不同的小组选用了含不同污染物的衣物作为实验材 料，最终结果汇总如下表：不同温度下除去不同污渍所需的时间（

21、 t ）用 水温 时 污染物51525354555657585植物油225110987849352246109牛奶200103704211344991100浆湖1439965312163497148由上表可知，在洗涤不同污染物的衣服时要 。（ 2）目前使用的加酶洗衣粉都是一次性的，某大型洗涤公司为降低生产成本研制了一种能多次重复使用加酶洗衣粉的设备，他们将酶固定在不溶于水的尼龙载体上，洗涤完衣物后，经过简单处 理，这些酶还可以多次重复利用，这种处理酶的方法 技术。（ 3）从生物体中提取出的酶首先要检测，以便更好地将酶应用于实践。（ 4）加酶洗衣粉中的淀粉酶可以从霉菌中提取。用固体培养基分离、纯

22、化霉菌的方法是和；对培养基进行灭菌，应该采用的方法是；提取到较纯净菌种后，常采用 方法进行长期保存。（ 5）土壤中有很多微生物能分泌纤维素酶，在分离这些微生物的过程中应该以 作为唯一碳源，为鉴定分离得到的是否是纤维素分解菌采用 法。10 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20 世纪 70 年代，人们又发明了固定化酶和固定化细胞技术。请回答下列有关固定化酶和固定化细胞方面的问题：（ 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，使用了如下图所示的方法 （填图号及名称） 。（ 3）酶活性

23、一般用酶催化某一化学反应的速率来表示。在酶活性测定过程中，酶促反应速率用 单位时间内或单位体积中 来表示。（ 4）使用纤维素酶和化学方法都能分解纤维素，请指出使用酶处理的优点：。（ 5）为什么一般不能用加酶洗衣粉洗涤丝绸及羊毛衣物？。三、答案及解析1答案： D解析：从图中可以看出，随着温度的不断升高，果胶酶的活性在上升，等达到 B 点时，酶的活 性达到最高；随后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。但是 A 点和 C点相比，虽然酶的活 性都很低，但是 A 点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而 C 点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶

24、的活性发生不可逆的变化。2答案： A 解析：在探究加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果的实验中，自变量是不同的污渍，其他无关变 量应相同且适宜，故采用同一型号的小容量自动洗衣机，便于更好地控制变量。3答案： B 解析：一个蛋白质分子中至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基；该蛋白酶属于蛋白质， 与双缩脲试剂作用，产生紫色反应；利用透析法纯化该蛋白酶时，应以磷酸缓冲液作为透析液；蛋 白酶催化水解蛋白质，而油渍属于脂质，用含该蛋白酶的洗衣粉无法去除油渍，用含该蛋白酶的洗 衣粉去除血渍、奶渍时，效果比其他类型加酶洗衣粉好。4答案： A 解析：探究某种加酶洗衣粉所需要的最适温度，需要以温度为实验变量设置对照

25、实验，观察指 标为不同温度环境中洗衣粉的去污效果，其他的无关变量均需控制相同； B 中洗衣粉不等量； C 中 温度变化太少，只能说明 45比 37酶活性高，而不能说明就是最适温度；D中实验变量为酶的有无，实验结论是加酶洗衣粉比普通洗衣粉有较强的去污能力，而不能得到酶的最适温度。A 项错误。海藻酸钠与酵母菌混23 次后，可转移到发酵装置中；B、C、D三个选项正确。5答案： A解析：溶化的海藻酸钠应冷却至室温后与活化的酵母菌混合，合液应滴入 CaCl2 溶液中，以制备凝胶珠；凝胶珠用蒸馏水冲洗 搅拌可使酵母菌与培养液充分接触，有利于发酵的顺利进行，故6答案： CD 解析：固定化酶是利用物理或化学方

26、法将酶固定在一定空间内的技术，其优点是酶被固定在一 定装置内可重复利用，不足是无法同时解决一系列酶促反应。7答案：（ 1）（碱性）脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶（ 2）多肽（氨基酸）（ 3）洗衣粉中含有碱性蛋白酶， 溅入眼中会损伤眼角膜 酶的催化效果受温度影响， 30 50是洗衣粉中的酶适宜温度范围（ 4）单一变量、对照原则洗衣粉中酶变性或失效等解析：（ 1）根据酶的催化作用的专一性特点，血渍、奶渍的主要成分是蛋白质，油污的主要成分是脂 肪，土豆泥的主要成分是淀粉和纤维素。因此，洗衣粉中需要加入的酶类有碱性蛋白酶、碱性脂肪 酶、淀粉酶、纤维素酶。（ 2）血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质在蛋白酶的作用下

27、水解成多肽（氨基酸）。（ 3）由于洗衣粉中含有碱性蛋白酶，能催化水解眼角膜上的蛋白质，因此，溅入眼中会损伤眼 角膜。酶的催化效果受温度影响， 30 50是洗衣粉中的酶适宜温度范围，温度过高则会使酶变性 而失去活性，因此切忌用 70以上的热水。（4）实验 1、 2为一组对照，探究加酶洗衣粉的洗涤效果；实验1、3 为一组对照，探究温度对酶活性的影响， 这体现了实验的对照原则和单一变量原则， 如果 1 号实验组洗净所需时间接近 7min ， 即与普通洗衣粉洗涤效果一样，这说明洗衣粉中的酶失效。8答案：（ 1）纤维素（ 2） BD（ 3）选择培养基纤维素（ 4）酶的活力（活性）固定化酶（固定化细胞）（ 5）酵母菌无氧（密闭、密封）解析：（ 1）玉米的秸秆中含有大量的多糖纤维素，酶具有专一性，要想使之水解获得葡萄糖就应 该选用相应的酶纤维素酶。（ 2）提取酶要从含有纤维素丰富的环境中获取：腐木含有丰富的纤维素，反刍动物的食物主要 是秸秆（其主要成分是纤维素） 。（ 3）从各种微