高二生物(新人教版)选修二课件：3《生物科学与工业》复习

新课标人教版课件系列《高中生物》选修２第３章

《生物科学与工业》教学目标1.说出微生物发酵生产的基本过程。举例说出微生物发酵与食品生产的关系。２．参与有关微生物发酵的调查活动。通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。３.说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。举例说明酶在工业生产中的应用。４.尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以及科学技术是不断发展的。５.说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。举例说明酶在工业生产中的应用。６.尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以及科学技术是不断发展的。第３章《生物科学与工业》第１节《微生物发酵及其应用》为什么要利用微生物？抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖。3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。为什么要利用微生物？微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造什么是发酵？利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。

微生物的生长规律㏒细胞数

调整期对数期

稳定期衰亡期单细胞微生物的典型生长曲线调整期的特点生长速度为零细胞体积急剧增大细胞内的RNA尤其是rRNA含量增高，细胞呈嗜碱性合成代谢活跃，易产生诱导酶对外界不良环境条件敏感影响调整期长短的因素接种龄接种量培养基成分发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌对数期的特点生长速度常数R最大细胞进行平衡生长酶系活跃，代谢旺盛影响对数期微生物增代时间的因素菌种营养成分营养物的浓度发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期稳定期特点：

1生长速率常数R等于02菌体产量达到了最高值3合成次生代谢产物4细胞内出现储藏物质，芽孢菌内开始产生芽孢产生原因：

营养物尤其是生长限制因子的耗尽营养物的比例失调，如碳氮比不合适有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）物化条件（pH、氧化还原势等）不合适衰亡期特点：

1R为负值2细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形3释放次生代谢产物，芽孢等4菌体开始自溶产生原因：

生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡发酵培养基的配制

微生物的营养物质有六大类要素，即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。生长因子：某些微生物本身不能从普通的碳源、氮源合成，需要额外少量加入才能满足需要的有机物质，包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分

发酵培养基的配制原则①营养物质应满足微生物的需要。不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大，应根据菌种对各营养要素的不同要求进行配制。②营养物的浓度及配比应恰当。营养物浓度太低，不能满足微生物生长的需要；浓度太高，又会抑制微生物生长。③物理、化学条件适宜。（pH、水活度、渗透压）④在设计培养基时，必须考虑是要培养菌体，还是要积累菌体代谢产物；是实验室培养，还是大规模发酵等问题。

哪些不同类型？发酵工业经历了哪几个阶段？原始发展阶段（发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其中的原理

。）传统发酵工业阶段（人们才开始了解发酵现象的本质，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大。）现代发酵工业阶段（生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种的生产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。

）生物技术产业阶段（利用构建的基因工程菌生产

）什么是发酵工程？采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程我国工业生产味精使用的菌种主要是经过诱变育种得到的营养缺陷型的北京谷氨酸棒状杆菌

发酵工程生产实例抑制1、菌种的选择2、培养基的选择选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种生物素生长因子豆饼水解液、玉米浆碳源尿素氮源磷酸二氢钾氧化钾硫酸镁无机盐水pH7-8豆饼水解液、玉米浆中的水酸碱度成分发酵工程啤酒制造工艺流程发酵工程啤酒制造工艺流程微生物的应用酒类：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵的酒液中。因此，果酒和啤酒营养价值较高。

微生物的应用醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不同的风味。

微生物的应用酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将原料经粉碎制成固体培养基，在好氧条件下，利用产生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶，将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。

酱：以大豆和少量面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发酵。发酵过程主要是能够产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌，将大豆中的蛋白质、脂肪、淀粉分解，产生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多种物质。这些物质使酱具有独特的酱香味。微生物的应用微生物的应用酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵，将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不适应症者的优良食品。

醪糟：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种根霉，在好氧条件下，发酵生产的含低浓度酒精和不同糖分的食品。根霉在生长时会产生大量的淀粉酶，将大米中的淀粉水解成葡萄糖，同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。微生物的应用微生物的应用面包：现在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。馒头：以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸制的，如果连续使用面肥发酵，经几代发酵，微生物会因生长优势而单一化。发酵的菌种一般多为乳酸菌。因为发酵产酸，在蒸制前要用碱中和酸，制得的馒头才松软适口、带有特殊香味。现在，大批量生产是采用干酵母发酵，所以不产酸，不需要再用碱中和即可蒸制。微生物的应用微生物的应用泡菜：请参看《生物技术实践》的专题1的课题3（乳酸菌）腐乳：请参看《生物技术实践》的专题1的课题2（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）酸菜：与泡菜类似。微生物的应用微生物的应用糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽；果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用；各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，保存营养和改善口感等；各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节口味、口感；饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%～80%的食品添加剂是用发酵法，或发酵产生的酶，加工生产的。微生物的应用微生物的应用制药业：抗生素、氨基酸、维生素的生产厂家；食品业：醋、酱油、酱、酒等的生产厂家；轻工业：柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产厂家；化工业：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生产厂家；饲料业：饲料添加剂的生产厂家；农药业：农用抗生素、微生物肥料、微生物农药等的生产厂家。微生物的应用第３章《生物科学与工业》第２节《酶在工业生产中的应用》雕牌超效加酶洗衣粉

胰蛋白酶

溶菌酶

溶菌酶

一、酶及其类型1、酶是什么呢？酶的来源生化效应化学本质基本组成单位具体产生场所有机物（蛋白质或RNA）催化作用，降低活化能活细胞产生氨基酸或核糖核苷酸核糖体或细胞核内转录(4)、根据酶催化的反应和所起的作用：氧化还原酶、水解酶、裂解酶、连接酶、转移酶和异构酶（酶的国际统一分类法）胞内酶胞外酶2、酶的类型(1)、根据存在的部位：（2）、根据酶催化的底物：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等(3)根据同一种酶的来源不同：枯草杆菌蛋白酶、木瓜蛋白酶等优点：缺点：高效性专一性反应条件温和大多数的酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易变性、失活，稳定性差，在某些方面的应用有局限性。3、酶的优缺点问题：酶特别“娇嫩”，对环境条件的要求比较苛刻。这就给实际生产及应用造成麻烦。怎么解决这一问题呢？3、酶制剂的生产（1）酶制剂的慨念（2）、酶催化有哪些特点？（3）酶催化反应结束后，酶和其他产物混合在一起，分离比较麻烦，这不仅影响产品的纯度，而且酶不能分离出来重复使用，也造成了浪费。这个问题又是怎样解决呢？4、酶的固定化——固定化酶载体结合法交联法包埋法酶经固定化处理后，稳定性较高，可以长期反复使用，有利于工业生产中转化反应的连续化和自动化。二、酶在工业生产中的应用1、葡萄糖的生产2、果汁的生产3、棉布的生产4、造纸工业中的应用5、半合成青霉素的生产6、食品加工、洗涤剂a－淀粉酶果胶酶和纤维素酶纤维素酶酶代替化学脱墨青霉素酰化酶脂肪酶7、酶在新能源开发中的应用前景三、练习1、能正确说明酶特性的是A、酶大多数是蛋白质B、酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用C、酶的活性随温度的升高而不断升高D、每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应（酶的化学本质）2、多酶片中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，具有辅助消化的作用。其片剂是糖衣片，这样制作的目的是A、补充体内糖类物质的供给B、防治胃液的消化作用C、经唾液的消化后即可迅速起作用D、使其中各种酶缓慢地释放3、（2005年黄冈模拟）图是含有淀粉的琼脂块上的实验装置，将该装置放在37℃的温度下，培养24h后，用碘液冲洗圆点处，各琼脂块的处理方法和实验结构见下表。下列说法正确的是圆点处理方法结果A加入新鲜的唾液红棕色B接种面包霉红棕色C加入煮沸的唾液蓝黑色D加入蔗糖酶？E加入新鲜唾液与质量分数为10％的盐酸的混合液蓝黑色ABEDCA、面包霉能分泌淀粉酶，酶可在细胞外发挥作用B、温度能影响酶的活性，温度越高，酶的催化活性越强C、酶不仅具有高效性，还具有专一性，实验E就是最好的证明D、酶的催化需要适宜的pH，据此推断表中的“？”处应该是蓝黑色4、根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是A．呼吸酶 B．光合酶 C．胰蛋白酶 D．解旋酶第３章《生物科学与工业》第３节《生物工程药物与疫苗》1、根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是A．呼吸酶 B．光合酶 C．胰蛋白酶 D．解旋酶复习3、（2005年黄冈模拟）图是含有淀粉的琼脂块上的实验装置，将该装置放在37℃的温度下，培养24h后，用碘液冲洗圆点处，各琼脂块的处理方法和实验结构见下表。下列说法正确的是圆点处理方法结果A加入新鲜的唾液红棕色B接种面包霉红棕色C加入煮沸的唾液蓝黑色D加入蔗糖酶？E加入新鲜唾液与质量分数为10％的盐酸的混合液蓝黑色ABEDCA、面包霉能分泌淀粉酶，酶可在细胞外发挥作用B、温度能影响酶的活性，温度越高，酶的催化活性越强C、酶不仅具有高效性，还具有专一性，实验E就是最好的证明D、酶的催化需要适宜的pH，据此推断表中的“？”处应该是蓝黑色．人们为了尽快、彻底地去除衣物上的油渍污垢，常常使用加酶洗衣粉，请回答下列问题：（1）为洗去衣服上的奶渍，在加酶洗衣粉中加入哪些酶?__________________。（2）用加酶洗衣粉时，为何用温水而不用沸水?____________________________________________。（3）加酶洗衣粉属于_____________，它的生产包括________________________________步骤。（4）加酶洗衣粉的使用是否可以降低洗衣粉、洗涤剂对环境的污染程度?为什么?______。_______________________________________________。（5）加酶洗衣粉的使用属于酶制剂应用中的__________________。蛋白质酶和脂肪酶

酶需要适宜催化作用的温度条件，温度过高使酶失活

固体酶制剂

酶的生产提取、分离纯化、合成酶制剂

可以加酶洗衣粉比普通洗衣粉用量少、效率高，酶可在自然环境中降解直接利用

P56页思索与练习1．酶在生物体内的含量一低，工业生产所用的酶是如何获得的?

酶在生物界普遍存在，因而可以从动物、植物、微生物等各种原料中提取酶，如从动物胰脏中可以提取胰蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶，从木瓜中提取木瓜蛋白酶，从菠萝皮中提取菠萝蛋白酶。但动物、植物的来源总是有限的，不能适应生产上大量用酶的需要，所以目前工业上大多采用微生发酵法来获得大量的酶制剂。此法的优点在于微生物人工培养不受气候、地理等条件的限制，繁殖速度快，还可以根据需要选育菌种来提高产酶率。2．在工业生产上，用酶催化的反应取代传统的化学反应，如用’酶法生葡萄糖取代酸解淀粉生产葡萄糖工艺，这对生产效率、产业工人和环境有什么意义?

用酶法生产葡萄糖，可使粉状葡萄糖得率达100％，结晶葡萄糖率达80％，提高了葡萄糖的质量和产量，减轻了产业工人的工作量，减轻了对环境污染，对保护环境有重大意义。第１课时生物工程药物一、生物工程药物概念：一般是指利用DNA重组技术或其他生物技术生产的药物。如：基因工程药物；细胞工程药物；发酵工程药物；酶工程药物等。（一）基因工程药物传统制药业中胰岛素制备方法是怎样的？有何明显的不足？

有何比较好的方法来解决这个问题？请叙述该方法的大致过程？

若从猪、牛等动物的胰脏中提取；产量有限，价格昂贵，可能导致过敏反应

利用基因工程、发酵工程进行生产（一）基因工程药物科技人员成功研制“