2014年高考生物大一輪復(fù)習(xí) 第十一單元 第44講 酶的應(yīng)用教案

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1、第44講　酶的應(yīng)用 [考綱要求]　1.酶的存在與簡單制作方法。2.酶活力測定的一般原理和方法。3.酶在食品制造和洗滌等方面的應(yīng)用。4.制備和應(yīng)用固相化酶。 考點一　影響果汁產(chǎn)量的物質(zhì)、因素及探究方法 1． 果膠酶的組成和作用 (1)組成：多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。 (2)作用：分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層。 2． 酶的活性及其影響因素 (1)酶的活性：酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。酶活性的高低可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。 (2)影響酶活性的因素：溫度、pH、酶的抑制劑等。 3． 探究溫度和pH對酶活性的影響 (1)實

2、驗原理 ①果膠酶活性受溫度和pH的影響，處于最適溫度或pH時，活性最高。 ②果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶活性大小呈正相關(guān)。 (2)實驗結(jié)果：溫度和pH在很大程度上對酶的空間結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生影響，過高或過低都會影響酶活性。 4． 探究果膠酶的最適用量 37_℃恒溫水浴加熱→將果膠酶溶液與蘋果泥混合→37_℃恒溫水浴中反應(yīng)20 min左右→過濾果汁，測量果汁量并記錄 易錯警示　(1)酶活性不等同于酶促反應(yīng)速度 同等條件下的酶促反應(yīng)速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性與酶促反應(yīng)速度仍然是兩個完全不同的概念，其影響因素也不完全相同，如酶的濃度、反應(yīng)物的濃度可以影響反應(yīng)速度，但不能影響

3、酶的活性。 (2)在蘋果泥和果膠酶混合之前，一定要保證底物和酶達到所要求的溫度或pH條件，以避免混合后條件的變化，確保實驗結(jié)果的可靠性。 (3)探究×××酶的最適條件(溫度、pH)及最適用量時都需設(shè)置一系列濃度梯度，且不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間構(gòu)成了相互對照，通過相互對照可確定果膠酶的最適溫度或最適pH。 1． 下列有關(guān)果膠酶及與果膠酶實驗探究的敘述正確的是 (　　) A．探究果膠酶的用量時，pH、溫度不影響實驗結(jié)果 B．果膠酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和葡萄糖異構(gòu)酶等 C．探究溫度對果膠酶活性的影響時，溫度、蘋果泥、果膠酶用量及反應(yīng)時間等都是 變

4、量 D．可以用相同時間內(nèi)過濾得到的果汁體積來確定果膠酶的用量 答案　D 解析　探究果膠酶的用量時，pH、溫度會影響實驗結(jié)果；葡萄糖異構(gòu)酶不屬于果膠酶的成分；探究溫度對果膠酶活性的影響實驗中，溫度為單一變量，其他因素保持不變。 1． 果膠酶與纖維素酶的比較 種類 組成 作用 果膠酶 多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等 催化水解果膠成為可溶性半乳糖醛酸 纖維素酶 C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶 纖維素纖維二糖葡萄糖 2． 探究影響果汁產(chǎn)量的因素 (1)探究溫度對酶活性的影響時，可以選用10 ℃作為溫度梯度，設(shè)置的具體溫度為10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、

5、50 ℃和60 ℃等，也可以根據(jù)酶的特點，嘗試以5 ℃作為溫度梯度。 (2)探究pH對酶活性的影響時，只需將溫度梯度改成pH梯度，并在該酶的最適溫度下進行。反應(yīng)液中的pH可以用質(zhì)量分數(shù)為0.1%的氫氧化鈉溶液或鹽酸進行調(diào)節(jié)。 (3)探究酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對酶活性影響的基礎(chǔ)之上的。此時，研究的變量是酶的用量，其他因素都應(yīng)保持相同。實驗時可以配制不同濃度的酶溶液，也可以只配制一種濃度的酶溶液，然后使用不同的體積。需要注意的是，反應(yīng)液的pH和溫度必須相同，否則將影響實驗結(jié)果的準確性。 3． 確定果膠酶最適用量的方法 如果隨酶濃度的增加，過濾到的果汁的體積也增加，說明酶的用量不

6、足；當酶的濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積不再改變，說明酶的用量已經(jīng)足夠，這個值就是酶的最適用量。 考點二　探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果 1． 梳理加酶洗衣粉的去污機理 種類 洗滌原理 洗滌的物質(zhì)種類 蛋白酶 蛋白質(zhì)小分子的肽＋氨基酸 血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質(zhì)污垢 脂肪酶 脂肪甘油＋脂肪酸 食品的油漬、人體皮脂、口紅 淀粉酶 淀粉麥芽糖＋葡萄糖 來自面條、巧克力等的污垢 纖維素酶 使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松，從而使?jié)B入到纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，達到更好的去污效果 棉紡織品的表面浮毛 2． 探究不同類型加酶洗衣粉

7、的洗滌效果 (1)實驗原理：酶的催化作用具有專一性，復(fù)合酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，與單一加酶洗衣粉相比，對各種污漬都有較好的洗滌效果。 (2)實驗變量 ①自變量：加酶洗衣粉。 ②無關(guān)變量：其他條件相同且適宜(如溫度、pH等)。 (3)實驗步驟 步驟 燒杯編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 注入自來水 500 mL 500 mL 500_mL 加入物質(zhì)(等量) 奶漬布 奶漬布 奶漬布 控制水溫 37 ℃ 37 ℃ 37_℃ 加入洗衣粉(等量) 蛋白酶 洗衣粉 復(fù)合酶 洗衣粉 脂肪酶 洗衣粉 用玻棒攪拌 5 min 5 min 5 min 觀察

8、實驗現(xiàn)象 顏色淺 已消失 顏色淺 易錯警示　(1)與普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗滌效果更好，又由于不含磷元素，酶制劑進入無機環(huán)境中后可以被微生物分解，因此不會對環(huán)境造成污染。 (2)一般來說，絲綢類的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗滌，是因為蛋白酶會水解蛋白質(zhì)類的絲綢。 (3)酶的催化作用需要適宜的溫度，用溫水浸泡衣物可以縮短衣物的浸泡時間，加快洗滌。 (4)人體皮膚細胞有蛋白質(zhì)，如不徹底清洗雙手，就會使手的皮膚受到腐蝕，而使人患過敏性皮炎、濕疹等。因此，應(yīng)避免與這類洗衣粉長時間地接觸。 (5)加酶洗衣粉的酶制劑不含肽酶，因為肽本身易溶于水。 2． 加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗

9、衣粉。請回答下列問題： (1)由下圖推知，該實驗的目的是_________________________________。50 ℃時加酶洗衣粉中堿性蛋白酶的最適含量約是________%。 (2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗滌效果的實驗記錄，請據(jù)表回答問題。 臉盆編號 洗滌物(等量) 洗滌溫度 洗衣粉 (等量) 水量 洗凈所需時間 1 油污布 45 ℃ 加酶 2 L 4 min 2 油污布 45 ℃ 普通 2 L 7 min 3 油污布 5 ℃ 加酶 2 L 9 min 4 油污布 5 ℃ 普通 2 L 8

10、min ①該實驗設(shè)計體現(xiàn)了______________________原則。 ②若1號實驗組洗凈油污布所需時間接近7min，最可能的原因是____________________ ____________________________________________________。 (3)下列衣料不適宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗滌的有____________。 ①棉織品　②毛織品?、垭婢]織品?、苄Q絲織品 (4)根據(jù)以上實驗結(jié)果，請寫出兩項提高加酶洗衣粉洗滌效果的措施：________________ ______________________________________

11、__________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)探究溫度、堿性蛋白酶含量對去污力的影響　0.6 (2)對照、單一變量　酶失活　(3)②④ (4)用溫水浸泡；延長浸泡時間；增加洗衣粉的用量等(寫出兩項合理答案即可) 解析　(1)由題圖可知，實驗中存在兩個變量：溫度與堿性蛋白酶含量，即實驗探究的

12、是溫度、堿性蛋白酶含量對去污力的影響。在50 ℃時，洗衣粉的去污力在堿性蛋白酶含量為0.6%時達到最大。 (2)由表中數(shù)據(jù)可知，1、3號為實驗組，2、4號為對照組，1、2號與3、4號中只有是否加酶一個變量，因此該實驗設(shè)計體現(xiàn)了對照原則和單一變量原則。若1號實驗組洗凈油污布所需時間接近7 min，最可能的原因是酶已經(jīng)失活。 (3)蛋白酶可分解蛋白質(zhì)，故毛織品、蠶絲織品等以蛋白質(zhì)為主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗滌。 (4)用溫水浸泡(提高酶的活性)，延長浸泡時間(增加酶的催化時間)，增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗滌效果。 1． 變量的分析和控制 影響加酶洗衣粉洗滌

13、效果的因素有水溫、水量、水質(zhì)、洗衣粉的用量和種類，衣物的材料、大小及浸泡時間和洗滌時間等。 在探究用加酶洗衣粉洗滌的最佳溫度條件實驗中，水溫是要研究的對象，實驗自變量是水溫；在探究加酶洗衣粉與普通洗衣粉洗滌效果的實驗中，實驗自變量為洗衣粉的種類；在探究不同種類的加酶洗衣粉洗滌效果的實驗中，實驗自變量為加酶洗衣粉的種類。在設(shè)計實驗時，應(yīng)遵循單一變量原則和對照原則等。 2． 洗滌方式和材料的選擇 (1)采用全自動洗衣機比較好，并且應(yīng)該盡量使用同一型號小容量的洗衣機，使其機械攪拌作用相同。 (2)洗滌材料的選擇也有一些講究。選用布料作為實驗材料比較可行。在設(shè)置對照實驗時，可以控制布料的大小、

14、顏色及污物的量，使其相同；同時，也便于洗滌效果的比較。 3． 水量、水質(zhì)和洗衣粉用量的問題 (1)水量和布料的大小是成正比的。做實驗用的布料不宜過大，水量不宜過多，但應(yīng)該讓布料充分浸泡在水中。 (2)其他相關(guān)問題簡述如下：實驗中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再進行實驗；布料應(yīng)放在洗衣粉溶液中浸泡相同的時間；采用玻棒攪拌的方式模擬洗衣過程；模擬攪拌的時間、次數(shù)和力量應(yīng)基本相同。 考點三　酵母細胞的固定化 1． 固定化細胞技術(shù)的概念 固定化酶和固定化細胞技術(shù)是利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。 2． 固定化細胞技術(shù)常用的方法 包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附

15、法。一般來說，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化，細胞多采用包埋法固定化。 3． 酵母細胞的固定化及發(fā)酵程序 酵母細胞的活化→配制物質(zhì)的量濃度為0.05 mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞→沖洗→發(fā)酵。 易錯警示　固定化實驗中的易錯總結(jié) (1)海藻酸鈉溶液的濃度對包埋酵母細胞數(shù)量的影響 ①海藻酸鈉溶液濃度過高，將很難形成凝膠珠。 ②濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)量少。 (2)海藻酸鈉溶液配制注意事項 ①海藻酸鈉溶化時要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊。 ②將溶化后的海藻酸鈉先冷卻至室溫，再與酵母細胞

16、混合，避免高溫殺死酵母細胞。 ③固定化酵母細胞時，應(yīng)將海藻酸鈉酵母細胞的混合液用注射器緩慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。 3． 在20世紀50年代，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個生產(chǎn)領(lǐng)域，到了70年代又發(fā)明了固定化酶與固定化細胞的技術(shù)。 (1)在實際生產(chǎn)中，固定化酶技術(shù)的優(yōu)點是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 與固定化酶技術(shù)相比，固定化細胞固定的是____________

17、。 (2)制備固定化酵母細胞，常用的包埋材料是________，使用了下圖中方法[　]________(填出號碼與名稱)。 (3)制作固定化酵母細胞時，充分混合均勻的酵母細胞溶液可在飽和________溶液中形成凝膠珠。部分同學(xué)實驗制得的凝膠珠不是圓形或橢圓形，其主要原因是____________。 答案　(1)酶既容易與反應(yīng)物接觸，又容易與產(chǎn)物分離，固定在載體上的酶能反復(fù)利用　多酶系統(tǒng)(或一系列酶、多種酶) (2)海藻酸鈉?、邸“穹ā?3)CaCl2　海藻酸鈉溶液濃度過高(或針筒口離液面過近，高度不夠) 解析　將酶固定化后，可使酶在催化反應(yīng)之后不隨產(chǎn)物流走，可以反復(fù)利用；將細

18、胞固定化后，可以將一種細胞內(nèi)的多種酶同時進行固定。海藻酸鈉一般不能參與化學(xué)反應(yīng)，同時，在高溫下容易溶化，溫度降低時又形成多孔性固體顆粒，是包埋酵母菌的好材料。圖①為化學(xué)結(jié)合法，圖②為物理吸附法，圖③為包埋法。凝膠珠是高溫下溶化的海藻酸鈉與酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸鈉濃度過高或制凝膠珠時離液面太近，可能形成片狀或長條形，而不是圓形的凝膠珠。 1． 直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較 直接使用酶 固定化酶 固定化細胞 制作方法 化學(xué)結(jié)合法固定化、物理吸附法固定化 包埋法固定化 是否需要營養(yǎng)物質(zhì) 否 否 是 催化反應(yīng) 單一或多種 單一

19、 一系列(或多種) 反應(yīng)底物 各種物質(zhì)(大分子、小分子) 各種物質(zhì)(大分子、小分子) 小分子物質(zhì) 缺點 ①對環(huán)境條件非常敏感，易失活；②難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量 不利于催化一系列酶促反應(yīng) 反應(yīng)物不易與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降 優(yōu)點 催化效率高、耗能低、低污染 ①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離； ②可以重復(fù)利用 成本低、操作容易 2． 酵母細胞的固定化方法 1． (2012·江蘇卷，16)下列關(guān)于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗滌效果”的敘述，合理的是 (　　) A．先用熱水溶解洗衣粉，再將水溫調(diào)節(jié)到最適

20、溫度 B．實驗的觀察指標可以是相同洗滌時間內(nèi)污漬的殘留程度 C．相同pH時加酶洗衣粉洗滌效果好于普通洗衣粉 D．衣物質(zhì)地和洗衣粉用量不會影響實驗結(jié)果 答案　B 解析　由于溫度會影響酶的活性，高溫會導(dǎo)致加酶洗衣粉中的酶變性失活，A項錯誤；本實驗的目的是探究兩種洗衣粉的洗滌效果，所以觀察指標可以是相同洗滌時間內(nèi)污漬的殘留程度或達到同樣洗滌效果所需時間的長短，B項正確；在適宜的pH下，加酶洗衣粉的洗滌效果高于普通洗衣粉，但pH過高或過低時酶都會變性失活，則兩者洗滌效果相似，C項錯誤；酶具有專一性，加有蛋白酶的洗衣粉不能用于洗滌真絲、羊毛等衣料，適當增加洗衣粉的用量會使洗滌效果增強，D項錯誤

21、。 2． (2012·江蘇卷，17)下列關(guān)于酶和固定化酵母細胞的研究與應(yīng)用的敘述，錯誤的是 (　　) A．從酶的固定方式看，吸附法比化學(xué)結(jié)合法對酶活性影響小 B．作為消化酶使用時，蛋白酶制劑以口服方式給藥 C．尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過氧化氫酶，可以反復(fù)使用 D．將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌 答案　C 解析　酶的固定方式有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，物理吸附的過程是利用吸附劑本身的表面張力，從而對附近的分子產(chǎn)生吸附，吸附劑不會與被吸附物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使其發(fā)生性質(zhì)改變，所以吸附法對酶活性影響很小，A項正確；消化酶在人體消化道內(nèi)發(fā)揮作用，蛋白

22、酶制劑一般在最外面加上糖衣后通過口服方式給藥，B項正確；尿糖試紙是一種酶試紙，是將葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和某種無色化合物固定在紙條上，制成測試尿糖含量的酶試紙，這種酶試紙與尿液相遇時，很快會因為尿液中葡萄糖含量的多少而呈現(xiàn)一定的顏色，再次使用時顏色會有掩蓋作用，所以不能反復(fù)使用，C項錯誤；制備固定化酵母細胞時，將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗的目的是洗去CaCl2和雜菌，防止凝膠珠硬度過大和雜菌的污染，D項正確。 3． (2012·廣東理綜，29)食品種類多，酸堿度范圍廣。生物興趣小組擬探究在食品生產(chǎn)中應(yīng)用范圍較廣的蛋白酶，查閱相關(guān)文獻，得知： (1)pH對不同蛋白酶的活力影響有差異。據(jù)圖可

23、知，________________________更適宜作為食品添加劑，理由是___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 蛋白酶的活力可用______________________的量來表示。 (2)該蛋白酶的提取工藝流程如下： 興趣小組分別對酶保護劑濃度、提取液pH進行了探究實驗。結(jié)果顯示，酶保護劑濃度在0.02～0.06 mol/L范圍內(nèi)，酶活力較高；提取液pH在6

24、.0～8.0范圍內(nèi)，酶活力較高。他們認為，要進一步提高粗酶制劑的酶活力，以達到最佳提取效果，還需對酶保護劑濃度和提取液pH進行優(yōu)化，并確定以此為探究課題。請擬定該課題名稱，設(shè)計實驗結(jié)果記錄表。 答案　(1)木瓜蛋白酶　木瓜蛋白酶的活力不隨pH的變化而變化　單位時間內(nèi)、單位體積中底物減少(或產(chǎn)物增加)　(2)課題名稱：探究酶保護劑的濃度和提取液的pH的最佳組合 提取液的pH 底物的減少量(或產(chǎn)物 的產(chǎn)生量) 酶保護劑濃度(mol/L) 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0.02 0.03 0.04

25、 0.05 0.06 解析　(1)題目中已經(jīng)提供了信息“食品種類多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應(yīng)該有較廣的酸堿度適應(yīng)范圍，由圖可知，木瓜蛋白酶的活力不隨pH的變化而變化，所以可以選作食品添加劑。酶的活力可用單位時間內(nèi)、單位體積中底物的減少量(或產(chǎn)物的增加量)來表示。(2)由題中信息可知酶保護劑的適宜濃度范圍和提取液pH的適宜范圍，故實驗的自變量是酶保護劑的濃度和提取液的pH，需在適宜范圍內(nèi)確定較小的梯度進行實驗。實驗結(jié)果記錄表要包含自變量酶保護劑的濃度和提取液的pH以及因變量底物的減少量(或產(chǎn)物的產(chǎn)生量)。 4． (2

26、008·江蘇卷，34A)為探究洗衣粉加酶后的洗滌效果，將一種無酶洗衣粉分成3等份，進行3組實驗。甲、乙組在洗衣粉中加入1種或2種酶，丙組不加酶，在不同溫度下清洗同種化纖布上的2種污漬，其他實驗條件均相同，下表為實驗記錄。請回答下列問題。 水溫/℃ 10 20 30 40 50 組別 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 甲 乙 丙 清除血漬時間/min 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67 清除油漬時間/min 93 78 95 87 63 91

27、 82 46 85 75 27 77 69 8 68 (1)提高洗衣粉去污能力的方法有__________________，甲組在洗衣粉中加入了____________，乙組在洗衣粉中加入了______________________。 (2)甲、乙兩組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有________。 (3)如果甲、乙和丙3組均在水溫為80 ℃時洗滌同一種污漬，請比較這3組洗滌效果之間的差異并說明理由： ________________________________________________________________________。 (4)加酶洗衣

28、粉中的酶是用特殊的化學(xué)物質(zhì)包裹的，遇水后包裹層很快溶解，釋放出來的酶迅速發(fā)揮催化作用。請說明這是否運用了酶的固定化技術(shù)及其理由：______________。 答案　(1)加酶和適當提高溫度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶 (2)專一性　(3)沒有差異，因為高溫使酶失活　(4)未運用酶的固定化技術(shù)，因為酶未固定在不溶于水的載體上，也不能重復(fù)利用 解析　加酶洗衣粉中添加了多種酶制劑，如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等。這些酶制劑不僅可以有效地清除衣物上的污漬，而且對人體沒有毒害作用，并且這些酶制劑及其分解產(chǎn)物能夠被微生物分解，不會污染環(huán)境。既然是酶制劑，就具備酶的特性，需要適宜的溫度和pH，具有專一性；溫度過高時，酶變性失活，三者幾乎沒有差別。固定化后的酶在保持原有催化活性的同時，又可以同一般催化劑一樣能回收和反復(fù)使用，可在生產(chǎn)工藝上實現(xiàn)連續(xù)化和自動化，更適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的需要。