2024-2025学年高中生物专题四酶的研究与应用课题1果胶酶在果汁生产中的作用学案新人教版选修1

PAGE14-专题四酶的探讨与应用情景引入·趣味导学几种药用酶酶可以作为药物治疗多种疾病，用于治疗疾病的酶称为药用酶。药用酶具有疗效显著、不良反应小的特点，其应用相当广泛。溶菌酶是一种应用广泛的药用酶，具有抗菌、消炎、镇痛等作用。溶菌酶主要从蛋清和植物、微生物中分别得到。溶菌酶作用于细菌的细胞壁，可使病原菌、腐败性细菌等溶解死亡，被认为是具有显著疗效而对人体几乎无不良反应的一种较为志向的药用酶，临床上主要用于治疗各种炎症。溶菌酶与抗生素联合运用，可显著提高抗生素的疗效。溶菌酶还具有抗病毒作用，常用于腮腺炎、水痘、肝炎、流感等病毒性疾病的治疗。尿激酶是一种具有溶解血栓功能的碱性蛋白酶，主要存在于人和其他哺乳类动物的尿液中。尿激酶在人尿中的平均含量为5～6IU/mL，因此，可以从尿液中分别得到。尿激酶可以激活纤溶酶原成为有溶解血纤维蛋白活性的纤溶酶，催化血纤维蛋白，血纤维蛋白原，凝血因子V、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ等蛋白质或多肽水解，因而具有溶解血栓和抗凝血的功效。临床上用于治疗各种血栓性疾病，如心肌梗死、脑血栓、肺血栓、四肢动脉血栓、视网膜血管闭塞、风湿性关节炎等。这几种药用酶属于酶的探讨与应用。通过本专题的学习，应当驾驭测定酶活力的简洁方法；能够探讨影响酶活性的因素；理解固定化酶和固定化细胞的原理和方法；探讨酶在生产生活中的应用。专题概述酶是生物催化剂，具有高效、专一和所需反应条件温柔的优点。目前，酶已广泛应用于食品、环保和化工等各个行业，取得了良好的经济效益。本专题在必修课的基础上，通过试验探讨影响酶活性的因素以及酶在日常生活和工业生产上的应用。课题1《果胶酶在果汁生产中的作用》从实际动身，在了解果胶、果胶酶的基础上，介绍了酶的活性与影响酶活性的因素，并结合资料进行试验设计，加以探究。课题2《探讨加酶洗衣粉的洗涤效果》介绍了加酶洗衣粉的作用，通过科学的试验设计探讨加酶洗衣粉运用的最适条件。课题3《酵母细胞的固定化》首先结合固定化酶的应用实际，介绍了固定化细胞技术，其次说明白制备固定化酵母细胞的操作过程，从而加深对基础学问的理解。专题重点：温度和pH对果胶酶活性的影响；制备固定化酵母细胞；区分不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物的洗涤效果。专题难点：果胶酶的最适用量；制备固定化酵母细胞；试验过程中各种变量的限制。学法指导本专题是在必修课“酶是生物催化剂，具有高效性、专一性和所需反应条件温柔的特点”等基础学问上，通过试验探讨影响酶活性的因素以及酶在日常生活和工业生产上的应用。课题1和课题2的内容与日常生活联系紧密，比较偏重试验方案的设计，考虑的变量相对较多，还涉及试验变量的梯度设计，因此，要进行多次试验和摸索。课题3须要严格依据教材供应的试验步骤进行操作，通过比较法明确固定酶的三种方法。课题1果胶酶在果汁生产中的作用学习目标课程标准1．简述果胶酶的作用。2．说出影响果胶酶活性的因素。3．设计试验探究温度和pH对果胶酶活性的影响。(重点)4．设计试验探究果胶酶的最适用量。(难点)探讨酶的存在和简洁制作方法自主学习·预习热身一、果胶和果胶酶1．果胶(1)作用：是植物__细胞壁__及__胞间层__的主要组成成分之一。(2)成分：由__半乳糖醛酸__聚合而成的一种高分子化合物，不溶于__水__。2．果胶酶(1)作用：能把__果胶__分解成为可溶性__半乳糖醛酸__。(2)组成：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。二、酶的活性与影响酶活性的因素1．酶的活性是指酶__催化__肯定化学反应的实力，其凹凸用肯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__削减量__或产物的__增加量__。3．影响酶活性的条件有__温度__、__pH__和__酶抑制剂__等。三、试验设计1．探究温度(pH)对果胶酶活性的影响(1)两个试验的自变量分别是__温度__和__pH__，因变量是__酶的活性__，检测因变量的方法是测定果汁的__产生量__或__澄清度__。(2)试验流程包括制备苹果泥、设置__温度__梯度和__pH__梯度、加入果胶酶反应一段时间、__过滤果汁__。2．探究果胶酶的用量该试验的自变量是__酶的用量__，除此之外，影响果汁产量的因素还有__pH__、__温度__、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等无关变量。思索1．酶的本质和特征是什么？提示：大多数酶是蛋白质，少数是RNA，酶具有高效性、专一性，酶的催化需相宜的温度和pH。2．在生产果汁过程中，处理果泥时，为尽可能地消退沉淀，使果汁澄清，除加入果胶酶外，还应加入哪种酶？提示：还应加入纤维素酶，浑浊和沉淀主要是细胞壁和胞间层造成的，主要成分包括果胶和纤维素，故处理时还应加入纤维素酶。┃┃活学巧练__■推断题1．果胶酶能够瓦解植物的细胞壁和胞间层，也能瓦解细菌的细胞壁。(×)分析：细菌的细胞壁成分与植物细胞壁的成分不同，依据酶作用的专一性，果胶酶不能瓦解细菌的细胞壁。2．果胶酶的活性可用果汁的体积或果汁的澄清度表示。(√)3．果胶酶能将果胶分解成半乳糖。(×)分析：果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物，被果胶酶分解的产物是半乳糖醛酸，而不是半乳糖。4．酶的活性即酶反应速度。(×)分析：酶的活性是酶本身具有的特性，而酶反应速度由酶的活性、酶的浓度和底物浓度、酶的抑制剂等多种因素共同确定。5．制作果汁时可同时加入果胶酶和纤维素酶。(√)6．高温柔低温均会导致果胶酶变性失活。(×)分析：高温能使果胶酶变性失活，低温只是抑制果胶酶的活性，不会导致果胶酶变性失活。7．探究温度和pH对酶活性的影响时，试验组越多，试验结果越精确。(×)分析：探究试验的结果精确度是由试验变量的梯度差确定的，在同一温度或pH范围内，试验组越多，试验结果越精确。8．底物浓度肯定时，酶用量越大，滤出的果汁越多。(×)分析：在肯定范围内，随着酶用量的增多，酶反应速度加快，滤出的果汁也增多，当酶用量达到肯定量，底物成为限制因素时，再增加酶的用量，酶反应速度也不再增大，滤出的果汁也不再增多。新知解读·互动探究学问点果胶酶与纤维素酶┃┃要点归纳__■1．纤维素与果胶相同点不同点纤维素①都是高分子化合物②都不溶于水③都参加细胞壁的组成①组成的基本单位：葡萄糖②分解所需的酶：纤维素酶果胶①组成的基本单位：半乳糖醛酸②分解所需的酶：果胶酶2．纤维素酶与果胶酶组成作用纤维素酶C1酶CX酶葡萄糖苷酶纤维素在C1酶、CX酶的作用下分解成纤维二糖，再在葡萄糖苷酶的作用下将纤维二糖分解为葡萄糖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学问贴士①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。②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均不能用纤维素酶和果胶酶去除。┃┃典例评析__■典例1关于果胶酶的说法正确的是(C)A．果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素B．果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物C．果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称D．果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA[解析]果胶酶并不特指某一种酶，而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。果胶酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸。果胶酶作为酶的一种，具有一般酶的特性，即专一性、高效性、受温度与酸碱度的影响。因此它只能将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，而不能将纤维素分解为葡萄糖。答案为C。┃┃变式训练__■1．下列关于果胶酶的叙述，错误的是(C)A．果胶酶能够分解植物细胞壁中果胶B．果胶酶能降低化学反应的活化能C．果胶酶是由半乳糖醛酸聚合成的高分子化合物D．果胶酶在细胞内合成场所是核糖体[解析]依据酶的专一性，果胶酶能够分解植物细胞壁中果胶，A正确；酶的作用机理是降低化学反应的活化能，B正确；果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，C错误；果胶酶的化学本质是蛋白质，蛋白质的合成场所是核糖体，D正确。故选C。学问点酶的活性与影响酶活性的因素┃┃要点归纳__■1．酶的活性(1)含义：指酶催化肯定化学反应的实力。(2)表示方法：其凹凸用在肯定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶的反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的削减量或产物的增加量来表示。2．影响酶活性的因素(1)温度：①在肯定范围内，随着温度的上升，酶的活性渐渐增加。②超过肯定温度后，随着温度的上升，酶的活性渐渐降低直到活性全部丢失。如下图所示：(2)pH：如右图所示，过酸或过碱都能使酶不行逆转的失活。酶促反应都有一个最适酸碱度。(3)酶的抑制剂：某些物质虽然不能引起酶变性，但能使酶分子中某些必需基团(主要是酶活性中心上的一些基团)发生变更，引起酶活性下降，甚至失活，致使酶促反应速度降低。能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。┃┃典例评析__■典例2右图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，下列叙述错误的是(D)A．在B点之前，果胶酶的活性和温度成正比，之后，成反比B．当温度到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强C．A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度上升，果胶酶的活性可以上升D．C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[解析]从图中可以看出随着温度上升，果胶酶的活性在上升，达到B点时，酶的活性达到最高；随着温度的接着上升，酶的活性快速下降。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，使酶的活性发生不行逆的变更。答案为D。┃┃变式训练__■2．关于探究果胶酶最适用量的试验，叙述错误的是(C)A．配制不同浓度的果胶酶溶液，并在各组中加入等量的该溶液B．调整pH，使各组中的pH相同而且处于相宜状态C．用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间可以不同D．在相同且相宜的温度条件下进行试验[解析]试验的目的是探究果胶酶最适用量，所以可配制不同浓度的果胶酶溶液作为自变量，A正确；该试验中pH值为无关变量，故调整pH值，使各组中的pH值相同而且处于相宜状态，B正确；用玻璃棒搅拌加酶的果泥，属于无关变量，所以搅拌时间必需相同，C错误；试验应在相同的相宜温度条件下进行试验，D正确。学问点探究酶活性影响因素的试验设计┃┃要点归纳__■1．探究温度对酶活性的影响(1)试验原理：果胶酶活性受温度影响，处于最适温度时，酶活性最高。低于或高于最适温度，酶活性受抑制。即果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。(2)试验思路：设置一系列温度梯度，从中选出酶活性最高的温度，然后再以该温度为中心，缩小温度梯度向两个方向各设置温度梯度，以进一步确定最适温度范围。(3)试验操作流程各取一支分9组分别加入30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃和70℃的恒温箱中恒温加热↓待试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度的苹果泥内↓保持恒温10min↓过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格(4)试验结果记录试验温度30℃35℃40℃45℃50℃55℃60℃65℃70℃果汁量(mL)2．探究pH对酶活性的影响(1)试验原理：酶活性受环境pH的影响，在肯定pH下，酶具有最大活性，通常称此pH为最适pH，高于或低于最适pH，酶活性都肯定程度受到抑制，反应速度下降，甚至变性失活。(2)试验思路：设置pH梯度从中选出反应速度最大的pH，进一步缩小pH梯度，选择最适pH。(3)试验操作流程将9支试管内苹果泥和果胶酶分别加入9组试验试管内快速调整pH，梯度设计为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0↓置于恒温水浴中反应一段时间↓将试管中混合物过滤，并用量筒测量果汁体积并填表记录(4)试验结果记录pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0果汁量(mL)┃┃典例评析__■典例3某同学为探究温度对果胶酶活性的影响，在不同温度下，将等量的果胶酶加入到等量的苹果泥中，在反应同样的时间后，再将反应液滤过同样的时间，用量筒测定出苹果汁的体积，如图曲线能正确反映试验结果的是(B)[解析]酶的催化须要相宜的温度，在最适温度，酶的催化活性是最高的，低于最适温度或高于最适温度，酶的催化活性都较低，由此，在最适温度，苹果汁的体积是最大的，故B正确。┃┃变式训练__■3．下图表示果胶酶加入苹果泥后在0～80℃的环境中，苹果泥的分解总量与温度的关系图，依图推断，在0～80℃环境中，酶的活性变更曲线(pH相宜)(B)[解析]由题图可知，当温度为37℃左右时，分解苹果泥的速率最快(即曲线斜率最大)，此时酶的活性最高；温度达到大约50℃时，苹果泥分解总量不再变更，说明此时酶已经变性失活，酶的活性为零。学问点探究果胶酶的用量┃┃要点归纳__■1．试验原理随着酶浓度的增加，过滤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，过滤到的果汁的体积不再变更，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。2．试验变量自变量：果胶酶用量。因变量：果汁澄清度和出汁率。3．试验流程精确称取纯的果胶酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等体积的酶的水溶液，取等量放入9支试管中，依次编号为1～9号[也可只配制一个浓度的酶液，只是运用体积量不同]。制取苹果泥并称45g苹果泥，分装入9支试管中，每支试管中分装5g，依次编号为1～9号↓恒温水浴一段时间后，将不同浓度的果胶酶分别快速与各试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水浴中，约20min↓eq\x(过滤后测量、记录果汁体积)4．不同果胶酶用量对出汁量的影响曲线，如图。5．试验应留意的问题(1)试验中所用的果胶酶应尽量运用其纯酶制剂，以免影响对酶用量的估算。(2)由于本试验是一个探究性试验，试验结果也会因各种无关变量影响而发生变更。各种试验参数应依据详细状况调整，以期达到最佳试验效果。(3)假如设定的酶的浓度梯度无法满意试验，即出现过高或过低现象，应刚好调整。探究果胶酶的最适用量是建立在探究温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，探讨的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。┃┃典例评析__■典例4右图表示某探讨小组在探究果胶酶的用量的试验结果。下列有关说法不正确的是(C)A．在AB段限制反应速率的主要因素是酶的用量B．在BC段限制反应速率的因素是温度、pH、反应物浓度C．在AC段增加反应物浓度，可以明显加快反应速率D．在该试验给定条件下，果胶酶的最佳用量是B点对应的值[解析]由曲线图可以看出，在AB段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量；此时增加反应物浓度，反应速率不会明显加快。在BC段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快；此时反应物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加反应物浓度，反应速率会加快。┃┃变式训练__■4．(2024·康杰中学高二期中)果汁生产中果胶酶能提高果汁出汁率和澄清度。为了节约成本，某工程人员在相宜的温度和pH下，利用苹果汁和肯定浓度的果胶酶溶液探究果胶酶的最适用量，试验结果如图。对试验失误最可能的缘由分析及改进方法都合理的是(C)A．酶促反应时间不合理；延长反应时间B．苹果汁的用量不合理；削减用量C．果胶酶用量不合理；削减用量D．果胶酶体积梯度不合理；增大体积梯度[解析]据图分析，该试验的自变量是果胶酶溶液的体积，酶促反应时间是无关变量，各组应相同，A错误；试验无法确定苹果汁的用量对试验结果的影响，B错误；提高果胶酶溶液体积，果汁体积并没有增加，说明果胶酶用量不合理，应当削减用量，C正确；试验无法得出果胶酶体积梯度对试验结果有无影响，D错误。指引迷津·拨云见日影响酶促反应速度的因素及相关的试验设计1．影响酶促反应速度的因素及相关曲线分析影响因素相关曲线分析酶浓度在反应物足够，其他条件固定不变且相宜时，酶促反应速度与酶浓度成正比反应物浓度在无关变量固定不变且相宜、反应物浓度很低时，反应速度随反应物浓度的增加而加快，反应速度与反应物浓度近乎成正比；当反应物浓度较高时，反应物浓度增加，反应速度也增加，但不显著；当反应物浓度达到肯定值时，反应速度达到一个最大值，不再随反应物浓度的增加而增加温度在肯定温度范围内，酶促反应速度随着温度的上升而加快；但当温度上升到肯定限度时，酶促反应速度不仅不再增加，反而随着温度的上升而下降。即酶促反应有一最适温度pH每种酶只能在肯定pH范围内有活性，低于或超过这个范围，酶就会失去活性，即过酸、过碱都会使酶失活2．试验设计(1)思路：在保证无关变量相同的前提下，在一恒定温度下，通过设置pH梯度，可确定酶催化作用的最适pH；在一恒定pH条件下，通过设置温度梯度，可确定酶催化作用的最适温度；在温度和pH都相同的条件下，通过设置酶的用量梯度，可以确定酶的最适用量。(2)原则：比照原则、单一变量原则、平行重复原则。其中的变量就是所探讨的对象。在分析试验问题时，要紧紧抓住探讨变量，把其他可能影响试验结果的变量变为常量，才能保证明验结果的严密性和精确性。典例5A、B、C三图依次表示酶浓度肯定时，反应速度和反应物浓度、温度、pH的关系。请据图回答下列问题。(1)图A中，反应物达到某一浓度时，反应速度不再上升，其缘由是__受反应液中酶浓度的限制__。(2)图B中，a点所对应的温度称为__酶反应的最适温度__。(3)图B中，a点到b点曲线急剧下降，其缘由是__温度上升使酶活性下降__。(4)将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12℃和75℃水浴锅中，20min后取出转入37℃的水浴锅中保温，两试管内反应速度的变更状况分别应为：甲__反应速度加快(5)若图C表示的是果胶酶浓度、反应物浓度、温度等肯定时，果胶酶催化反应的速度随pH变更的曲线，试验时可依据__果汁的体积__来判定果胶酶的最适pH。[解析]酶的催化作用受温度、pH的影响，还受底物浓度的影响。其他条件不变时，在肯定范围内反应速度随底物浓度的增加而加快，当底物浓度达到肯定限度时，反应速度不再变更。酶一般是蛋白质，较高的温度能使其变性，从而丢失催化功能，当再复原其正常温度后也不再具有催化实力。而低温通常只是让酶活性降低，不使酶变性。探究果胶酶的最适pH时，可依据果汁的体积判定最适pH，获得果汁越多，说明酶活性越高，pH越接近最适值。核心素养·技能培优案例生产中运用的一般淀粉酶的最适温度在40～60℃之间，而极端耐热淀粉酶在100℃(1)此试验中除自变量和因变量外，还须要考虑__pH__、__酶浓度__及__反应物浓度(或产物浓度)__等因素。(2)在此试验中，因变量可以用碘液和斐林试剂检测，两种试剂各与何种物质反应生色？检测的是反应物还是产物？__碘液与淀粉反应，检测的是反应物；斐林试剂与还原糖反应生色，检测的是产物__。(3)假设试验结果如下表，请绘图反映试验结果。温度/℃102030405060708090100一般淀粉酶相对活性/%6254367836522200耐热淀粉酶相对活性/%61525487692100988265____[思维过程]题干：一般淀粉酶和极端耐热淀粉酶的最适温度。小题：(1)思索此试验的变量。(2)思索碘液和斐林试剂检测的物质、反应产生的颜色变更。(3)利用数学方法描点连线。[解析]酶的活性受多种因素的影响，如反应物的浓度以及温度、pH、激活剂、抑制剂等，此外试验操作依次也会对试验结果产生肯定的影响；对于试验结果来说，可以检测反应物的剩余量或产物的生成量，本试验供应的试剂中碘液检测的是反应物，斐林试剂检测的是产物；绘坐标图时要留意纵横坐标轴的含义及单位，精确定制单位大小；曲线尽量平滑等。[规律总结]高温使酶的活性丢失后不能复原，因为高温破坏了酶的分子结构，对酶造成不行逆的破坏，但低温使酶的活性降低后，