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1专题四酶的研究与应用【学习导航】酶是生物催化剂，具有高效、专一和所需反应条件温和的优点。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。本专题是在必修课的基础上，通过实验研究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。通过本专题3各课题的学习，学生应该掌握测定酶活力的简单方法；能够研究酶活性的因素；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。课题1果胶酶在果汁生产中的应用【课题目标】简述果胶酶的作用；检测果胶酶的活性；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；搜集有关果胶酶应用的资料。【课题重点与难点】课题重点：温度和pH对果胶酶活性的影响。课题难点：果胶酶的最适用量。【知识要点】1.果胶酶的作用；2.酶的活性的定义；3.影响酶活性的因素；4.果胶酶的用量。【导学诱思】1．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。果胶酶能够分解，瓦解植物细胞的及，使榨取果汁更容易，而果胶分解成可溶性的，也使得浑浊的果汁变得澄清。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、和等。2．酶的活性是指的能力。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、单位体积中或来表示。3．、和等条件会影响酶的活性。【疑难点拨】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，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。3．A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活性产生影响。【典例解析】下图纵轴为酶反应速度，横轴为底物浓度，其中能正确表示酶量增加1倍时，底物浓度和反应速度关系的是2解析：在酶促反应中，如果底物浓度足够大，足以使酶饱和，则反应速度与酶浓度成正比。可由米氏方程推出：V=(K3[S]/Km+[S])×[E]，当[S]维持不变时，V与[E]成正比。由以上叙述可知B选项正确【课本答案和提示】（一）旁栏思考题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，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。3．A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活性产生影响。（二）练习答：大规模生产与实验室制备的主要不同点是：1.有两次瞬间高温灭菌；2.酶处理的时间相对较长；3.有离心分离步骤和浓缩步骤。【课堂演练】选择题1．同一个体内的各类活细胞所含的酶A．种类有差异，数量相同B．种类有差异，数量不同C．种类无差异，数量相同D．种类无差异，数量不同2．果子酒放久了易产生沉淀，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事，这说明A．酶具有专一性B．酶的成分是蛋白质C．酶的活性受环境影响D．该沉淀的是氨基酸3．下列说法不正确的是A．酸碱度和温度是通过影响酶来影响果汁产量的B．酶的数量越多，果汁产量越多C．酶的催化反应时间能够影响果汁的产量D．苹果泥的数量也能够影响果汁的产量4．下图中，横轴表示酶的反应条件，纵轴表示酶的反应速度，能正确反映温度、pH、时间和底物浓度与酶反应速度关系的是3A．甲、乙、丙、丁B．甲、甲、丙、丁C．甲、丁、乙、丙D．甲、甲、乙、丁5．下列可表示酶反应速度的是A．单位时间内反应物的减少量B．单位体积内产物的增加量C．单位时间内产物的增加量D．单位时间、单位体积内反应物的减少量6．下列不能产生果胶酶的是A．植物B．霉菌C．酵母菌D．放线菌7．下列不属于果胶酶的是A．多聚半乳糖醛酸酶B．果胶分解酶C．果胶酯酶D．半乳糖醛酸酶8．下列不能影响酶活性的是A．温度B．pHC．酶的抑制剂D．酶的数量9．下列能影响酶的活性，但不会使酶的分子结构遭到破坏的是A．低温B．高温C．过酸D．过碱10．下列不是影响果汁产量的是A．pHB．温度C．酶的数量D．苹果的能用量非选择题11．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物细胞壁及胞间层。在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。实验用具和材料：磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等。苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。实验一：果胶酶在果汁生产中的作用实验方法及步骤：⑴将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。⑵取两个100ml洁净的烧杯，编号为1、2号，按相应程序进行操作，请把表中未填写的内容填上。⑶取出两个烧杯，同时进行过滤。观察或比较，并记录结果。实验结果的预测及结论：如果是，则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。实验二：验证果胶酶在果汁生产中的作用⑴在课题实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥、试管中分别加入果胶酶溶液、编号、编组”之后，有下列两种操作：方法一：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6、……10。方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、5、6、……10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。请问哪一种方法更为科学：，并说明理由：。操作顺序项目烧杯12①在烧杯中加入苹果泥20mL20mL②2mL③注入蒸馏水④在恒温水浴中保温，并用玻璃棒不时搅拌10min10min4⑵实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使，以减少实验误差。⑶如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示，实验的操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，在图20中选择一个最可能是实验结果的曲线图：。若实验所获得的最适宜＝m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。1．B2．A3．B4．D5．D6．D7．D8．D9．A10．C．11．实验一：（2）注入果胶酶溶液；2ml（3）在相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度实验结果的预测及结论：相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，澄清度高实验二：（1）方法二；方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH(或回答“方法一的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应”)（2）酶和反应物（果胶）充分的接触（3）果胶体积：甲；课题2探讨加酶洗衣粉的洗剂效果【课题目标】1.说出加酶洗衣粉的洗涤原理；2.探讨温度对加酶洗衣粉洗涤的影响；3.探讨不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物洗涤效果的区别。【课题重点与难点】课题重点：区别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。课题难点：实验过程中各种变量的控制【知识要点】1.蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用；2.影响酶活性的因素。【导学诱思】1．加酶洗衣粉是指含有的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类：、、和。其中，应用最广泛广泛、效果最明显的是和。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或小分子的，使污迹从衣物上脱落。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的、和水解为小分子物质，使洗衣粉具有更的去污能力。3．在本课题中，我们主要探究有关加酶洗衣粉的三个问题：一是普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的效果有什么不同；二是在什么温度下使用加酶洗衣粉最好，三是的洗衣粉，其洗剂效果有哪些区别。【疑难点拨】51．普通洗衣粉中包含哪些化学成分？提示：普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。2．在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果？提示：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，【典例解析】1．下列不属于酶制剂的是A．蛋白酶B．脂肪酶C．淀粉酶D．麦芽糖酶解析：目前常用的酶制剂有四大类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。其中，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、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹从衣物上脱落。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质，使洗衣粉具有更强的去污能力。答案;D2．含有蛋白酶的洗衣粉的洗剂效果好，可以用丝绸作为实验材料吗？解析：不能。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。【课本问题答案和提示】（一）旁栏思考题1．查阅资料，看看普通洗衣粉中包含哪些化学成分？提示：普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。2．在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果？提示：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，最好能进行定量的比较。（二）练习1.答：列表比较如下。普通洗衣粉加酶洗衣粉相同点表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污垢；等等。不同点酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易于溶于水，从而与纤维分开。2.答：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。【课堂演练】一、选择题1．科学家通过技术手段生产出了能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶。A．细胞工程B．基因工程C．发酵工程D．酶工程2．蛋白酶不能洗去A．油渍B．血渍C．奶渍D．果汁渍3．下列不能影响加酶洗衣粉活性的是A．温度B．酸碱度C．表面活性剂D．水的数量4．普通洗衣粉中含有元素，会使环境污染？A．氮B．磷C．铁D．镁5．加酶洗衣粉可以降低的数量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染。