1、山东省高考生物 专题3 酶的应用教学案 新人教版选修3第3讲酶的应用2015备考、最新考纲1酶在食品制造和洗涤等方面的应用。2.制备和应用固相化酶。考点1果胶酶在果汁生产中的应用(5年1考)(2009江苏卷)1果胶酶的组成和作用(1)组成：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。(2)作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。(3)影响酶活性的因素：温度、pH、酶的抑制剂等条件。(4)果胶酶的应用水果加工业：水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于压榨；在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到澄清作用，还可促使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀；果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。饲料工业：
2、果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可降解植物细胞壁中果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来，从而提高了饲料的营养价值；果胶酶可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的消化吸收。2探究果胶酶活性最适条件的实验(1)酶的活性(2)实验原理果胶酶活性受温度和pH的影响，处于最适温度或pH时，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈正相关。(3)实验流程(4)实验结果：温度和pH在很大程度上对酶的空间结构会产生影响，过高或过低都会影响酶活性。3探究果胶酶的最适用量(1)实验流程37_加热将果胶酶溶液与苹果泥混合恒温水浴中反应20 min左右过滤果汁，测量果汁量并记录(2
3、)实验分析若随着酶的用量增加，过滤到的果汁的体积也增加，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，过滤的果汁体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么这个值为酶的最适值(如下图所示M为最适用量)。特别提醒 (1)酶活性不等同于酶促反应速度同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速度，但不能影响酶的活性。(2)在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可靠性。(3)探究酶的最适条件(温度、pH)
4、及最适用量时都需设置一系列浓度梯度，且不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或最适pH。果胶酶探究实验的拓展应用(经典高考)酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取；果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果，某实验小组取无菌烟草幼叶，切成相同大小的小片，等量放入6支试管中，试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。试管编号项目蒸馏水/mL201111缓冲水/mL0210.50.50.5果胶酶液/mL0000.500蜗牛酶液/mL00000.50纤维素酶液/mL000
5、000.5实验结果(绿色深浅程度)(注：“”越多表示绿色越深，“”表示颜色无显著变化)(1)实验过程中，需要轻摇试管，其目的是_，使原生质体从叶小片中游离出来，以便观察悬浮液绿色的深浅。(2)从绿色的深浅可推测：蜗牛酶液酶解效果最好，原因是蜗牛酶液含有_等多种酶。该实验中_是空白对照组，其设置意义是_。(3)用网筛过滤原生质体到离心管内，离心后收集沉淀物，并用_洗涤。(4)原生质体是否符合要求还需要进行检验，其检验的方法是_。解析(1)底物与酶接触的越充分，反应速率越大，从而可提高酶解效果。(2)植物细胞壁的成分为纤维素和果胶，蜗牛酶液酶解效果最好，则其必含纤维素酶和果胶酶。空白对照实验中，没
6、有实验处理的为对照组。此实验中无酶处理的为对照组，目的是为了排除无关变量对实验的干扰。(3)离心管内的沉淀物为原生质体，为防止洗涤时被破坏，可用等渗溶液洗涤。(4)原生质体是否获得成功，即看植物细胞的细胞壁是否被去净。可以通过低渗涨破法，把获得的材料放到低渗溶液中，检测材料是否吸水涨破。答案(1)为了使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果(2)果胶酶和纤维素酶、排除无关变量的干扰(3)等渗溶液(4)低渗涨破法 归纳总结1果胶酶与纤维素酶的比较种类组成作用果胶酶多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等催化水解果胶成为可溶性半乳糖醛酸纤维素酶C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶纤维素纤维二糖葡萄糖2.探究影响果
7、汁产量的因素(1)探究温度对酶活性的影响时，可以选用10 作为温度梯度，设置的具体温度为10 、20 、30 、40 、50 和60 等，也可以根据酶的特点，尝试以5 作为温度梯度。(2)探究pH对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成pH梯度，并在该酶的最适温度下进行。反应液中的pH可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。(3)探究酶的用量是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。需要注意的是，反应液的pH和温度必须相同，否则将影响实验结果的
8、准确性。对点强化(2013临沂一模)下图为某工厂设计的芦柑加工工艺流程，请分析回答：(1)为提高出汁率，过程可使用_酶处理，该酶是一类酶的总称，包括半乳糖醛酸酶、_酶，为提高该酶的利用率常采用_技术；过程常常接种的菌种是_，并且需要严格控制氧分压。(2)芦柑果皮可用来提取香精油，过程最好采用的方法是_法。为提高出油率，材料需经过石灰水_处理，然后漂洗。(3)现获得一株无子突变芦柑，研究人员要在较短时间内获得大量突变植株，最好采用_的方法，该过程中需要对外植体进行_处理。在上述过程中，所用到的培养基及器材都需要严格灭菌，工作台需要用_擦拭。培养基中除基本营养成分之外，还需要添加_。答案(1)果胶
9、果胶分解酶和果胶酯固定化酶酵母菌(2)压榨浸泡(3)植物组织培养消毒(4)70%的酒精植物激素考点2探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果(5年4考)(2012江苏卷、2011江苏、2009广东、江苏)1梳理加酶洗衣粉的去污机理种类洗涤原理洗涤的物质种类蛋白酶蛋白质小分子的肽氨基酸血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢脂肪酶脂肪甘油脂肪酸食品的油渍、人体皮脂、口红淀粉酶淀粉麦芽糖葡萄糖来自面条、巧克力等的污垢纤维素酶使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，达到更好的去污效果棉纺织品的表面浮毛2.探究不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果(1)实验原理：酶的催化作用具有专一性，复
10、合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。(2)实验变量自变量：加酶洗衣粉。无关变量：其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。(3)实验步骤步骤烧杯编号注入自来水/mL500500500加入物质(等量)奶渍布奶渍布奶渍布控制水温/373737加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉复合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒搅拌/min555观察实验现象颜色浅已消失颜色浅特别提醒 (1)与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗涤效果更好，又由于不含磷元素，酶制剂进入无机环境中后可以被微生物分解，因此不会对环境造成污染。(2)一般来说，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，是因为蛋白酶会
11、水解蛋白质类的丝绸。(3)酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间，加快洗涤。(4)人体皮肤细胞有蛋白质，如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀，而使人患过敏性皮炎、湿疹等。因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。(5)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水。加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的探究实验(经典高考)为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙两组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。请回答下列问题。水温/1020304050组别甲乙丙甲乙丙
12、甲乙丙甲乙丙甲乙丙清除血渍时间/min67668852518336347711126891167清除油渍时间/min93789587639182468575277769868 (1)提高洗衣粉去污能力的方法有_，甲组在洗衣粉中加入了_，乙组在洗衣粉中加入了_。(2)甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有_ _。(3)如果甲、乙和丙3组均在水温为80 时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由： _。(4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由。_。解析本题考查酶的相关知识。通过表
13、格比较容易得出：在1050 范围内，随着温度的升高，酶的去污能力增强；加入酶的洗衣粉去污能力比未加酶的强。血渍中主要成分是蛋白质，油渍中主要成分是脂肪。根据甲、乙两组去除血渍和油渍的能力比较，能够得出甲组加入了蛋白酶，乙组加入了蛋白酶和脂肪酶。甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶具有专一性。酶在高温条件下会变性失活，水温为80 时酶失活，因而3组实验效果没有差别。酶的固定化技术是要把酶固定在不溶于水的载体上，且固定化酶具有重复利用的特点。答案(1)加酶和适当提高温度蛋白酶蛋白酶和脂肪酶(2)专一性(3)没有差异，因为高温使酶失活(4)未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复
14、利用 规律总结1变量的分析和控制影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量和种类，衣物的材料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。在探究用加酶洗衣粉洗涤的最佳温度条件实验中，水温是要研究的对象，实验自变量是水温；在探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为洗衣粉的种类；在探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为加酶洗衣粉的种类。在设计实验时，应遵循单一变量原则和对照原则等。2洗涤方式和材料的选择(1)采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，使其机械搅拌作用相同。(2)洗涤材料的选择也有一些讲究。选用布料作为实验材料比较可行。在设置对
15、照实验时，可以控制布料的大小、颜色及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。3水量、水质和洗衣粉用量的问题(1)水量和布料的大小是成正比的。做实验用的布料不宜过大，水量不宜过多，但应该让布料充分浸泡在水中。(2)其他相关问题简述如下：实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻棒搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。对点强化加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。请回答下列问题。(1)由下图推知，该实验的目的是_。50 时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是_%。(2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效
16、果的实验记录，请据表回答问题：脸盆编号洗涤物(等量)洗涤温度/洗衣粉(等量)水量/L洗净所需时间/min1油污布45加酶242油污布45普通273油污布5加酶294油污布5普通28该实验设计体现了_原则。若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是_。(3)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有_。棉织品毛织品腈纶织品蚕丝织品(4)根据以上实验结果，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：_。解析(1)由题图可知，实验中存在两个变量：温度与碱性蛋白酶含量，即实验探究的是温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。在50 时，洗衣粉的去污力在碱性蛋白酶含量为0.6%时达到最大。(
17、2)由表中数据可知，1、3号为实验组，2、4号为对照组，1、2号与3、4号中只有是否加酶一个变量，因此该实验设计体现了对照原则和单一变量原则。若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是酶已经失活。(3)蛋白酶可分解蛋白质，故毛织品、蚕丝织品等以蛋白质为主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤。(4)用温水浸泡(提高酶的活性)，延长浸泡时间(增加酶的催化时间)，增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。答案(1)探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响0.6(2)对照、单一变量酶失活(3)(4)用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等(写出两项合理答案即可)考点3酵母
18、细胞的固定化(必考点5年6考)(2013江苏，2012江苏、上海卷、2011江苏卷、2010江苏卷、浙江理综)1固定化酶(1)概念：固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性酶与非水溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行反应的酶。(2)固定化酶的应用实例高果糖浆的生产反应机理：葡萄糖果糖。固定化酶反应柱：将酶固定在一种颗粒状载体上，再将这些酶颗粒装到柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应溶液却能自由出入。生产过程：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，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱下端流出。反应柱的优点：能连续使
19、用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。2固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。3固定化细胞技术常用的方法名称原理图示包埋法将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中化学结合法利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上物理吸附法通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化。4酵母细胞的固定化及发酵程序注意问题(1)海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠。浓度过低，
20、形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。(2)海藻酸钠溶液配制注意事项海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞。固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。固定化酶和固定化细胞的理解考查1(2013江苏单科，6)下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是()。A可用包埋法制备固定化酵母细胞B反应产物对固定化酶的活性没有影响C葡萄糖异构酶固定前后专一性不同D固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应解析酵母细胞体积较大，不会从包埋材料中漏出
21、，A项正确；反应产物的积累会影响酶与底物分子的结合，进而降低酶的活性，B项错误；葡萄糖异构酶被固定前后的专一性相同，都只能将葡萄糖转化为果糖，C项错误；固定化细胞保留了细胞内原有的多酶系统，利于多步催化的连续反应，并非可以催化各种不同的反应底物，D项错误。答案A固定化技术在果汁生产中的应用2(2010浙江自选，17)某同学进行苹果汁制作实验，工艺如下图所示：(1)图中用KMnO4速溶液浸泡苹果的目的是_。黑曲霉提取液中含有的_可水解果胶，从而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通过_方式将酶固定化，酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去_。(2)实验中，操作流程A和B的先后顺序为_。在苹果汁澄
22、清过程中，应关闭的流速调节阀是_。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还含有果胶，可取一定量的果汁与等量的_混合，如果出现_现象，说明果胶还没有被完全水解。为使果胶完全水解，应将流速调_。(3)实验后，将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天，该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验，说明固定化酶可被_使用。答案(1)消毒果胶酶吸附未被固定的酶等(2)A、B阀1乙醇浑浊(沉淀)慢(3)重复 归纳总结直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较直接使用酶固定化酶固定化细胞制作方法化学结合法固定化、物理吸附法固定化包埋法固定化是否需要营养物质否否是催化反应单一或多种单一一系列(或多种)反应底物各种物质(大分子、小
23、分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质缺点对环境条件非常敏感，易失活；难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列酶促反应反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降优点催化效率高、耗能低、低污染既能与反应物接触，又能与产物分离；可以重复利用成本低、操作容易1(2012江苏卷，17)下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是 ()。A从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小B作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药C尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用D将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌解析酶的固定方式有包埋法、化学结合
24、法和物理吸附法，物理吸附的过程是利用吸附剂本身的表面张力，从而对附近的分子产生吸附，与化学结合法相比，不会使吸附物质的性质发生改变，所以吸附法对酶活性影响较小，A项正确；消化酶在人体消化道内发挥作用，蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药，B项说法正确；尿糖试纸是一种将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色的化合物固定于滤纸上制成的酶试纸，不能反复利用，C项说法错误；制作固定化酵母细胞时，将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗的目的是洗去CaCl2和杂菌，防止凝胶珠硬度过大和杂菌污染，D项说法正确。答案C2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年代又发明了固定化酶与固定化细
25、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_，使用了下图中方法_(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珠不是圆形或椭圆形，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。图为化学结合法，图为物理吸附法，图为包埋法。凝胶珠
26、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)酶既容易与反应物接触，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)(时间：30分钟)一、选择题1(2012江苏卷，16)下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的叙述，合理的是 ()。A先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度 B实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度C相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉D衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果解析由于温度会影响酶的活性，高温会导致加酶洗衣粉中的酶变性失活，A项错误；本实验的目的是探究两种洗衣粉的洗涤效果，所以观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度或达到同样洗涤效果所需时间的长短，B
