19高三生物大一轮总复习第38讲酶的应用.docx
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19高三生物大一轮总复习第38讲酶的应用
考点一 酶在果汁生产、洗涤等方面的应用
1.果胶酶在果汁生产中的作用
(1)果胶
①作用:
植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一;在果汁加工中,会影响出汁率并使果汁浑浊。
②成分:
由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。
③特点:
不溶于水。
(2)果胶酶
①成分:
是分解果胶的一类酶的总称,包括聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
(3)果胶酶的应用
①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。
②饲料工业:
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的果胶和纤维素,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。
(4)探究温度和pH对果胶酶活性的影响
①实验原则:
遵循单一变量原则、对照原则,严格控制变量,尽量减少无关变量的影响。
②实验原理:
果胶酶的活性受温度、pH和酶抑制剂的影响,在最适温度或pH时,活性最高。
果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。
③实验流程
制备果泥
设置一系列具有梯度的pH和温度
加入果胶酶反应一段时间
过滤果汁
④分析:
该实验的自变量是温度或pH,因变量是酶的活性,检测因变量是通过测定果汁的体积或比较澄清度来实现的。
2.加酶洗衣粉在洗涤中的作用
(1)加酶洗衣粉:
指含酶制剂的洗衣粉。
(2)酶制剂的种类与洗涤原理
(3)对加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法
①判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法:
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。
②加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法:
实验设计遵循的原则是对照原则和单一变量原则,如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时,以洗衣粉的种类为自变量,其他条件完全一致;同时,普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。
③变量分析
【误区警示】
(1)探究温度对果胶酶活性的影响时,一定要先将苹果泥和果胶酶分别保温,而不能先将苹果泥和果胶酶混合后再保温。
(2)探究pH对果胶酶活性的影响时,一定要先将苹果泥和果胶酶的pH调节为实验设定的pH,再将苹果泥和果胶酶混合,而不能先将苹果泥和果胶酶混合后再调节pH。
(3)果胶酶活性丧失时也能得到果汁,果胶酶只是增加了果汁的体积和澄清度。
1.工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率,为研究温度对果胶酶活性的影响,某同学设计了如下实验:
Ⅰ:
将果胶酶与苹果泥分装于不同试管,在10℃水浴中恒温处理10分钟(如图甲)。
Ⅱ:
将步骤Ⅰ处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10℃水浴中恒温处理10分钟(如图乙)。
Ⅲ:
将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图丙)。
Ⅳ:
在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:
果汁量/mL
8
13
15
25
15
12
11
10
温度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
根据上述实验,请分析回答下列问题:
(1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以分解细胞壁中的果胶,产物是________。
(2)实验结果表明,当温度为________左右时,果汁量最多,此时果胶酶的活性________。
(3)为什么该实验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?
_____________________________________________________。
(4)下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时,果胶酶的反应速度与反应物浓度、温度、pH之间的关系,据图完成下列问题:
①图A中,反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是__________________________________________。
②图B中,曲线ab段表明________________,曲线bc段表明__________________。
③将装有果胶酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12℃和90℃水浴锅中,20分钟后取出转入40℃的水浴锅中保温,两支试管内的反应是:
甲________,乙________。
④图C表示果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时,果胶酶催化反应的速率随pH变化的曲线,实验时可根据______来判定果胶酶的最适pH。
【解析】
(1)果胶酶催化植物细胞壁中的果胶分解成为半乳糖醛酸。
(2)由题干中的表格可知,40℃时果汁量最多,说明此温度下酶活性最强。
(3)该实验中衡量结果的指标有两项,一是观察在相同的时间内,滤出苹果汁的体积的多少。
体积多说明果胶酶活性高,将果胶分解得多,使果汁更好地流出。
二是观察果汁的澄清度。
(4)酶是生物体内具有催化能力的有机物,绝大多数是蛋白质,其催化效率受反应物浓度、温度、pH的影响。
①图A中,当反应物在低浓度范围内增加时,反应速度迅速上升;当反应物达到一定浓度时,随反应物浓度增加,反应速度不再增加。
这是因为酶虽然有高效性,但催化能力也有一定限度,当所有酶都发挥了最高效能后,反应物浓度再增加,反应速度也不增加,这时受酶浓度影响。
②从a点到b点曲线上升,这是因为温度升高,酶活性升高。
曲线bc下降,因为温度超过最适温度,酶变性失活。
③由于甲试管温度较低,所以酶活性较低,反应速度很慢,当转入40℃(酶反应的适宜温度)在水浴锅中加热时,其反应速度迅速增加。
乙试管在90℃高温下,酶结构被破坏,酶变性失活,当转入40℃的水浴锅中保温时,酶活性也不再恢复,故无催化反应。
④图C表示果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时,果胶酶催化反应的速率随pH变化的曲线,实验时可根据果汁的量来判定果胶酶的最适pH。
【答案】
(1)半乳糖醛酸
(2)40℃ 最大
(3)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映了果胶酶催化果胶分解的能力
(4)①受反应物中酶浓度的限制 ②果胶酶的活性随温度升高而升高 果胶酶的活性随温度的继续升高而下降 ③反应速度加快 无催化反应 ④果汁的量
2.(2019·江苏盐城阜宁中学模拟)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
污染物
水温
A(蛋白酶洗衣粉)
6×6cm
蛋白膜
40℃
B(脂肪酶洗衣粉)
6×6cm
蛋白膜
40℃
C(蛋白酶洗衣粉)
6×6cm
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________________________________
_________________________________________________________。
【解析】
(1)分析表格可知该实验的自变量有两个,即酶的种类、污染物的种类,因变量为污染物是否消失,无关变量为洗衣粉的用量,污染程度,水质,水的pH等。
所以该实验的目的是探究酶的作用具有专一性;根据探究实验的对照原则和单一变量原则可知,该实验中A与B、A与C构成两组对照实验。
(2)该实验可根据蛋白膜消失时间的长短来判断酶的催化效率,即蛋白膜消失的时间越短,说明酶的催化效率越高。
(3)蛋白酶能够催化污垢中蛋白质的水解,水解产物溶于水中所以蛋白酶洗衣粉能够去污。
(4)加酶洗衣粉中酶的化学本质是蛋白质,其进入环境后容易被微生物分解,大力推广使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉,可以避免过多的磷进入水体,造成水体富营养化,有利于生态环境保护。
(5)加酶洗衣粉中的酶没有固定在不溶于水的载体上,不能重复利用,因此加酶洗衣粉中的酶不是固定化酶。
【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
【解题归纳】
定量探究某实验变量对实验结果的影响的三个步骤
第一步:
通过设置一系列具有一定梯度的自变量进行实验。
第二步:
根据实验结果的影响分析实验自变量的取值范围是否合适(即是否出现最适值)。
(1)如果出现最适值,说明自变量的范围设置合理。
(2)如果不出现最适值,说明自变量的范围设置不合理,可将此实验作为预实验,然后根据实验结果重新设置自变量的梯度和范围。
第三步:
如果要提高实验的精度,应减小实验自变量的梯度,且梯度差越小,实验结果越精确。
考点二 固定化酶和固定化细胞
1.固定化酶和固定化细胞技术
(1)概念:
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。
(2)方法
(3)适用对象
一般来讲,酶更适合用化学结合和物理吸附法固定化,而细胞多采用包埋法固定化,这是因为体积大的细胞难以被吸附或结合,而体积小的酶则易从包埋材料中漏出。
2.固定化酶与固定化细胞的比较
3.制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵
【误区警示】
(1)细胞的固定化要在严格无菌条件下进行;对制备的海藻酸钠溶液、CaCl2溶液以及注射器等器材进行严格灭菌。
(2)溶化海藻酸钠时采用小火或间断加热法,防止海藻酸钠焦糊。
(3)海藻酸钠溶液浓度过高,将很难形成凝胶珠;浓度过低,凝胶珠所包埋的酵母细胞数量少。
3.(2019·安徽安庆模拟)下图为制备固定化酵母细胞用于葡萄酒生产的流程图。
→
→
→
→
→
→
→
(1)本实验采用的包埋法,而制备固定化酶则不宜用此方法,原因是________________________________。
实验过程中用CaCl2溶液处理的目的是__________________________。
(2)在利用葡萄酒制作葡萄醋时,除控制好温度等条件外,还要注意控制气体条件,因为醋酸菌是________(好氧/厌氧/兼性厌氧)型细菌。
(3)为筛选出能高效利用淀粉的转基因酿酒酵母菌,将该工程菌接种在__________________的固体平板培养基上,培养一定时间后,加入碘液,选择________的菌落进一步纯化培养。
【解析】
(1)酶分子很小,容易从包埋材料中漏出,因此固定化酶的制作一般不使用包埋法。
Ca2+与海藻酸钠反应形成不溶于水的海藻酸钙凝胶,故制备固定化酵母细胞时常用CaCl2溶液处理。
(2)醋酸菌是好氧型细菌,在利用醋酸菌制作萄萄醋时,除控制好温度等条件外,还要注意控制气体条件。
(3)利用淀粉作为唯一碳源的固体平板培养基可以筛选出能高效利用淀粉的转基因酿酒酵母菌,筛选时,加入碘液,能分解淀粉的细菌处会出现透明圈,其他部分则呈蓝色。
【答案】
(1)酶分子很小,容易从包埋材料中漏出 Ca2+与海藻酸钠反应形成不溶于水的海藻酸钙凝胶
(2)好氧
(3)淀粉作为唯一碳源 透明圈大
4.(2019·江苏南通中学检测)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)将海藻酸钠与酵母菌混合液加入CaCl2溶液中,形成凝胶珠,故图1中X溶液为CaCl2溶液,CaCl2溶液的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
[构建知识网络]
[必背答题语句]
1.果胶的作用是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一;成分是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物;特点是不溶于水。
2.果胶酶是分解果胶一类酶的总称。
果胶在果胶酶的作用下,可生成可溶性半乳糖醛酸。
3.加酶洗衣粉是含酶制剂的洗衣粉。
4.固定化酶和固定化细胞技术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。
练真题[感悟高考 展示规律]
1.(2019·海南单科)生产果汁时,用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁量。
回答下列相关问题:
(1)某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验,各组实验除酶的来源不同外,其他条件都相同,测定各组的出汁量,据此计算各组果胶酶活性的平均值并进行比较。
这一实验的目的是________________。
(2)现有一种新分离出来的果胶酶,为探究其最适温度,某同学设计了如下实验:
取试管16支,分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液,混匀,平均分为4组,分别置于0℃、5℃、10℃、40℃下保温相同时间,然后,测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。
该实验温度设置的不足之处有________和________。
(3)某同学取5组试管(A~E)分别加入等量的同种果泥,在A、B、C、D4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶,然后,补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同;E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。
将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后,测定各组的出汁量。
通过A~D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。
本实验中,若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量,E组设计________(填“能”或“不能”)达到目的,其原因是_______________________________________。
解析:
(1)利用不同来源的果胶酶处理果泥,检测各组出汁量,据此可以比较不同来源的果胶酶的活性大小。
(2)探究果胶酶的最适温度时,一般在20~70℃范围内,每隔5℃进行梯度设计。
显然题中温度设置过低,温度梯度设置不均。
(3)本实验的目的是检测不同量的同种果胶酶下的出汁量的差异,为保证单一变量,A~E组都应加入等量缓冲溶液。
答案:
(1)比较不同来源果胶酶的活性
(2)温度范围设置不合理 温度梯度设置不合理
(3)不能 未加入缓冲液
2.(2019·山东理综)乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖,具有重要应用价值。
乳糖酶的制备及固定化步骤如下:
→
→
→
(1)筛选产乳糖酶的微生物L时,宜用________作为培养基中的唯一碳源。
培养基中琼脂的作用是________________________。
从功能上讲,这种培养基属于________。
(2)培养微生物L前,宜采用________方法对接种环进行灭菌。
(3)纯化后的乳糖酶可用电泳法检测其分子量大小。
在相同条件下,带电荷相同的蛋白质电泳速度越快,说明其分子量越________。
(4)乳糖酶宜采用化学结合法(共价键结合法)进行固定化,可通过检测固定化乳糖酶的________确定其应用价值。
除化学结合法外,酶的固定化方法还包括________、________、离子吸附法及交联法等。
解析:
(1)产乳糖酶的微生物可以利用乳糖,故宜选用以乳糖作为唯一碳源的培养基筛选获得产乳糖酶的微生物,这类培养基为选择培养基。
培养基中常用琼脂作为凝固剂。
(2)接种环常用灼烧灭菌法进行灭菌。
(3)电泳法检测蛋白质分子量大小的原理是电荷相同的蛋白质,分子量越小,其电泳速度越快。
(4)酶的固定化方法有化学结合法、包埋法和物理吸附法等。
固定化酶的活性越高,其应用价值越大,故可通过检测固定化酶的活性确定其应用价值。
答案:
(1)乳糖 凝固剂 选择培养基
(2)灼烧 (3)小
(4)(酶)活性[或:
(酶)活力] 包埋法 物理吸附法(注:
两空可颠倒)
3.(2019·海南单科)根据相关知识,回答胡萝卜素提取和酶应用方面的问题:
(1)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,通常在萃取前要将胡萝卜粉碎和________,以提高萃取效率;水蒸气蒸馏法________(填“适合”或“不适合”)胡萝卜素的提取,原因是____________________________
_________________________________________________________;
鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素时,通常可采用________法,并以________样品作为对照。
(2)若要提高衣物上血渍的去除效果,可在洗衣粉中加入________酶,因为该酶能将血红蛋白水解成可溶性的______或________;若要提高衣物上油渍的去除效果,洗衣粉中可添加________酶;使用加酶洗衣粉时,水温过低或过高时洗涤效果不好的原因分别是_________________________________________________________。
解析:
(1)用萃取法提取胡萝卜素时,为提高萃取效率,通常在萃取前要将胡萝卜粉碎和干燥。
胡萝卜素为非挥发性物质,不能随水蒸气蒸馏出,故不可用水蒸气蒸馏法提取。
鉴定萃取物中是否含有胡萝卜素时,常采用纸层析法,并以标准的胡萝卜素样品作为对照。
(2)血渍中含有较多蛋白质,为快速去除血渍,可使用添加蛋白酶的洗衣粉。
若要提高衣物上的油渍的去除效果,可使用添加脂肪酶的洗衣粉。
由于酶具有温和性,低温、高温都会影响酶的活性,故使用加酶洗衣粉时,最好使用温水。
答案:
(1)干燥 不适合 水蒸气蒸馏法适用于分离挥发性物质,而胡萝卜素为非挥发性物质,不能随水蒸气蒸馏出 纸层析 标准的胡萝卜素
(2)碱性蛋白(或蛋白) 氨基酸 小分子肽 脂肪 水温过低时酶活性较低,水温过高会使酶变性失活
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