第40讲-酶的研究与应用

第40讲酶的研究与应用1.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：(1)请在横线上填出各标号的名称。①________，②________，③________。(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是________________________，固定化细胞的优点是______________________________________________。(3)③的作用是___________________________________________________________________________________________________________________。(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有________________________或________________________。解析(2)与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触。还能与产物分离，并且可以反复利用。但是与固定化细胞相比，固定化酶不能催化一系列的化学反应，并且固定化细胞成本更低，操作更容易。(3)使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应液却可以自由通过。(4)制作固定化葡萄糖异构酶的方式有将酶相互连接起来或将酶吸附在载体表面上。答案(1)反应柱固定化酶分布着小孔的筛板(2)既能与反应物接触，又能与产物分离，能被反复利用成本更低，操作更容易(3)酶颗粒无法通过③，反应溶液却可以自由通过(4)将酶相互连接起来将酶吸附在载体表面上2.某同学用含有不同种类酶制剂的洗衣粉进行了如下实验。组别布料/cm污染物水温/℃A(蛋白酶洗衣粉)6×6蛋白膜40B(脂肪酶洗衣粉)6×6蛋白膜40C(蛋白酶洗衣粉)6×6淀粉膜40请回答以下问题：(1)该实验的目的是探究__________________________________________。该实验还应控制的无关变量有____________________________________。该实验中________分别构成两组对照实验。(2)该同学在实验过程中可通过观察________________________来判断酶的催化效率。(3)蛋白酶洗衣粉的去污原理是______________________________________。(4)大力推广使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉，有利于生态环境保护，这是因为________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质层层包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用，请说明这是否应用了酶的固定化技术及其理由是______________________________________________________________。答案(1)酶的作用具有专一性洗衣粉的用量，污染程度，水质，水的pH等A和B、A和C(2)蛋白膜消失的时间长短(3)在蛋白酶催化作用下蛋白质的水解产物溶于水中(4)酶蛋白进入环境后容易被微生物分解，避免过多的磷进入水体，造成水体富营养化(5)否，加酶洗衣粉中的酶没有固定在不溶于水的载体上，也不能重复使用3.下面三幅图是研究人员对黑曲霉A1果胶酶性质的研究结果，据图分析温度、pH和Ca2＋浓度等与酶活力的关系。(1)从图上可以看出，对酶活力影响最小的是__________________________。(2)这三个图的共同点说明__________________________________________。(3)若探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响，则在该实验中，实验组和对照组的pH及Ca2＋浓度是否需要进行调节？________分别调节到________和________。其原因是_______________________________________________。解析从图示可以看出，温度、pH和Ca2＋浓度对黑曲霉A1果胶酶的活力都有影响，但Ca2＋浓度的影响最小。它们都有一个最适值，在此条件下，酶的活力最大。若要探究温度对黑曲霉A1果胶酶活力的影响，则实验组和对照组的pH及Ca2＋浓度都应调节到最适值，遵循单一变量原则，确保实验结果的准确性。答案(1)Ca2＋浓度(2)在最适条件下，酶活力最高(3)需要41遵循单一变量原则，无关变量须相同且适宜4.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70年代又出现了固定化酶与固定化细胞的技术。(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________，使用了如图所示的方法[]________(填出号码与名称)。(3)制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶体不是圆形或椭圆形，其主要原因是______________________________________________________________。解析将酶固定化后，可使酶在催化反应之后不随产物流走，可以反复利用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应，同时，在高温下容易溶化，温度降低时又形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。图①为共价键结合法，图②为吸附法，图③为包埋法。凝胶珠是高温下溶化的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近，可能形成片状或长条形，而不是圆形的凝胶珠。答案(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用多酶系统(或一系列酶、多种酶)(2)海藻酸钠③包埋法(3)CaCl2海藻酸钠溶液浓度过高(或针筒口离液面过近，高度不够)5.请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。(1)细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是________。(2)包埋法固定化是指______________________________________________。(3)包埋法固定化细胞常用的载体有______________________________________________________________________________________(答出三种即可)。(4)与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的优点是____________________。(5)制备固定化酵母细胞的四个主要步骤是：①_____________________________________________________________。②_____________________________________________________________。③_____________________________________________________________。④_____________________________________________________________。答案(1)细胞个大，不易从包埋材料中漏出(2)将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中(3)明胶、琼酯糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等(4)成本更低，操作更容易(5)①酵母细胞的活化②配制海藻酸钠溶液③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合④酵母细胞的固定化6.(2016·江苏南通期中，29)下图1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答：(1)图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液________，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。(2)图1中X溶液为________________，其作用是_______________________。(3)某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因有海藻酸钠浓度过________(“高”或“低”)或注射器中的混合液推进速度过________(“快”或“慢”)。(4)图1中制备的凝胶珠用________后再转移到图2装置中，发酵过程中搅拌的目的是___________________________________________________________。解析(1)刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合，以免高温使酵母细胞失活。(2)混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母细胞，故图1中X溶液为CaCl2溶液，作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。(3)图3中所示的凝胶珠不是圆形或椭圆形，可能原因是海藻酸钠浓度偏高或注射器中的混合液推进速度过快。(4)制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中进行发酵，发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行。答案(1)冷却至室温(2)CaCl2溶液使海藻酸钠形成凝胶珠(3)高快(4)蒸馏水洗涤使培养液与酵母菌充分接触7.(2017·东北三省名校联考)为了探究啤酒酵母固定化的最佳条件，科研人员研究了氯化钙浓度对固定化酵母发酵性能的影响，结果如图。请回答：(1)与利用游离酵母生产啤酒相比，利用固定化酵母的优点有______________。(2)本实验结果表明，随氯化钙浓度的增大，凝胶珠机械强度增大，完整率________。(3)结合发酵性能分析，制备凝胶珠适宜的氯化钙浓度为________。当氯化钙浓度过高时，发酵液中的糖度升高，酒精度下降，发酵受到影响，原因是________________________________________________________________。(4)用海藻酸钠作为载体包埋酵母细胞，溶解海藻酸钠时最好采用________的方法，以防发生焦糊。溶化好的海藻酸钠溶液应________后，再与已活化的酵母细胞充分混合。若海藻酸钠浓度过低，会导致____________，固定效果大大降低。答案(1)可多次使用、便于产物分离、提高产品质量等(2)增加(3)2.0mol/L凝胶珠机械强度过大，通透性降低，影响糖进入颗粒内部(4)小火或间断加热冷却至室温酵母细胞从颗粒中漏出8.(2017·吉林模拟)固定化酶技术运用于工业化生产前，需要获得酶的有关参数。如图：曲线①表示某种酶在各种温度下酶活性相对最高酶活性的百分比；曲线②是将该种酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，由此得到酶的热稳定性数据，请回答下列问题：(1)与普通酶制剂相比，固定化酶在生产中的优点是________________________。(2)曲线②中，35℃和80℃的数据点是在________℃时测得的。通过本实验，你对酶的最适温度的认识是______________。该种酶固定化后运用于生产，最佳温度范围是____________________。(3)在酶的活性不受抑制时，起始反应速率与底物浓度的关系如图所示。请画出加入甲物质时，起始反应速率与底物浓度之间的关系曲线。答案(1)可反复使用(2)80既能使酶具有高的催化活性，又能维持较长时间60～70℃(3)曲线如下图