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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【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【课堂演练】一、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A．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．苹果的能用量二、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：。⑵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。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10min10min课题2探讨加酶洗衣粉的洗剂效果【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】1．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。A．表面活性剂B．碱剂C．漂白剂D．水软化剂6．与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉的优点不包括A．容易去汗渍B．容易去油污C．容易除去奶渍D．可以重复使用7．酶制剂中的酶化学本质是A．蛋白质B．有机物C．RNAD．核酸8．当前生产酶制剂所需要的酶主要来自A．动物的组织和器官B．植物组织和器官C．微生物D．基因工程二、非选择题9．请你根据以下实验材料和条件写出探究复合酶的洗衣粉的最适温度的实验步骤。实验材料：添加了复合酶的洗衣粉，大小相同的白棉布4块（在上面分别滴加4滴同种的植物油，放置至干燥）。水温、水质及水量：水温的温度梯度为5℃、15℃、25℃和35℃（其中5℃可以通过冰箱冷藏室来控制，其他温度可以通过水浴控制）；水质为自来水；水量为500mL。实验仪器：1000mL的烧杯、玻璃棒等。实验步骤：10．比较普通洗衣粉加酶洗衣粉相同点不同点课题3酵母细胞的固定化【导学诱思】1．高果糖浆的生产需要使用，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。2．使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种上，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。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，提高了果糖的产量和质量。3．固定化酶和固定化细胞是利用或方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括、和法。一般来说，酶更适合采用和法固定，而细胞多采用法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被或，而个小的酶容易从中漏出。4．包埋法法固定化细胞即将微生物细胞包埋在不溶于水的中。常用的载体有、、、和等。【疑难点拨】1．细胞的活化。提示：在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。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。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1小时。2．如何检验凝胶珠的质量是否合格。提示：检验凝胶珠的质量是否合格，可以采用以下方法。一是用镊子夹起一个凝胶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。【典例解析】1．酶和细胞分别适应哪种固定方法？提示：一般来说，酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定，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；个大的难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。【课堂演练】一、选择题1．酶的固定化常用的方式不包括A．吸附B．包埋C．连接D．将酶加工成固体2．溶解海藻酸钠，最好采用加热的方法A．小火间断B．小火持续C．大火间断D．大火持续3．高果糖浆生产需要的酶是A．葡萄糖异构酶B．蔗糖酶C．麦芽糖酶D．果糖酶4．关于酵母菌的叙述，正确的是A．酵母菌在营养物质充足时、环境适宜时，依靠有性生殖进行繁殖B．酵母菌的代谢类型时异养厌氧型C．酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种的细胞器膜等膜D．用酵母菌酿酒时，应先密封后通气5．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，于微生物降解相比，其作用不需要适宜的A．温度B．酸碱度C．水分D．营养6．将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态，下面加快的一项是A．CO2的释放B．丙酮酸的氧化C．葡萄糖的利用D．ATP的形成7．固定化酶的优点是A．有利于增加酶的活性B．有利于产物的纯化C．有利于提高反应速度D．有利于酶