2022高考生物一轮复习第33讲酶的研究与应用课件新人教版202104261385

第33讲　酶的研究与应用第10单元2022 素养导读 必备知识固本夯基 一、果胶酶的应用与酶活力的测定1.果胶(1)作用:以及胞间层的主要组成成分之一;在果汁加工中,会影响并使果汁混浊。(2)成分:由聚合而成的一种高分子化合物。(3)特点:不溶于水。植物细胞壁出汁率半乳糖醛酸 2.果胶酶(1)成分:是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和等。(2)作用:果胶可溶性的。果胶酯酶果胶半乳糖醛酸 3.酶的活性与影响酶活性的因素(1)概念:指酶催化一定的能力。(2)表示方法:用在一定条件下,酶所催化的某一化学反应的来表示。(3)酶反应速度的表示方法:用单位时间内、单位体积中或来表示。4.影响酶活性的因素:、和酶的抑制剂等。化学反应反应速度反应物的减少量产物的增加量温度pH 二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用1.加酶洗衣粉:指含的洗衣粉。2.酶制剂的种类与洗涤原理酶制剂小分子肽甘油和脂肪酸麦芽糖、葡萄糖纤维素 三、固定化酶和固定化细胞技术1.固定化酶(1)形成:将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种上,使之成为的制剂。(2)特性:与游离酶相比,好,与底物和产物容易分离,易于控制,能反复多次使用;便于,有利于自动化生产。介质不溶于水而又有酶活性稳定性运输和贮存 2.固定技术(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(连线)答案A—b—ⅠB—a—ⅡC—c—Ⅲ 3.适用对象一般来讲,酶更适合采用和物理吸附法固定化,而细胞多采用固定化,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。化学结合法包埋法 名师点睛直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较 概念检测基于对影响酶活性的因素、酶和细胞固定化技术的理解,判断下列有关表述是否正确。(1)果胶酶不特指某种酶,而是分解果胶的一类酶的总称。()(2)用含蛋白酶的洗衣粉去除油渍,效果比其他类型的加酶洗衣粉好。()(3)棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤。()(4)CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。()(5)固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显。()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√ 教材拓展(人教版选修1P49—51“酵母细胞的固定化”相关内容)从操作角度考虑,固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小?固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶?如果反应物是大分子物质,应该采用哪种方法固定化?提示固定化细胞操作更容易,对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化一系列反应,故固定的是一系列酶。比如固定化酵母细胞将葡萄糖转化成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。应采用固定化酶技术。大分子物质难以自由通过细胞膜,因此固定化细胞不能使反应物充分反应。 核心考点能力提升 考点一酶在果汁生产中的应用合作探究探究酶活性的影响因素分析1.请思考以下有关果胶酶和果汁生产中的问题。(1)为什么在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理?提示将苹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。 (2)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映了果胶酶催化分解果胶的能力。 2.探究温度对酶活性影响的实验。(1)将“苹果泥和果胶酶分别水浴保温”的目的是什么?(2)能否将苹果泥和果胶酶先混合,再分别保温?并简述理由。提示目的是严格控制自变量——温度,使结果更准确。提示否,直接将果胶酶和苹果泥混合,则果胶酶和苹果泥的温度并不处于实验温度下,这样对实验结果会有影响。 (3)探究温度(或pH)对酶活性的影响时,应该控制哪些因素不变,即无关变量有哪些?为什么要做这样的处理?提示无关变量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。保证只有温度(或pH)一个变量对果胶酶的活性产生影响。 考向突破考向结合影响酶活性的因素考查酶活力的测定生产果汁时,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的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。 答案(1)探究不同来源果胶酶的活性(2)温度梯度设置不合理　温度范围设置不合理(3)不能E组没有加入等量的缓冲液,违背了单一变量原则 解析(1)由题意可知三组实验的果胶酶来源不同,其他条件相同,最后测定各组的出汁量,所以实验的自变量为不同来源的果胶酶,因变量为果泥的出汁量,即本实验的目的是探究不同来源果胶酶的活性。(2)由题意可知设置的温度为0℃、5℃、10℃、40℃,而探究酶的最适温度应该设置相等的温度梯度;设置的温度范围过于狭窄,缺少高温组,很可能40℃还没有达到最适温度。(3)由题意可知,A、B、C、D四组中均加入了等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶,添加蒸馏水达到相同体积,E组果胶酶的量为0,且直接添加蒸馏水达到相同体积,未加入等量的缓冲液,实验中没有遵循单一变量原则,所以E组的设计不能达到目的。 考点二加酶洗衣粉在洗涤中的作用合作探究探究加酶洗涤剂的作用及其影响因素蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示,据图分析下列问题。 (1)若要去除衣服上的血渍,应选择含有(填“蛋白酶甲”“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”)的碱性洗衣粉,理由是。(2)某同学为了洗去衣服上的油渍,洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶,该同学的做法合理吗?为什么?提示蛋白酶丙碱性条件下只有蛋白酶丙有活性提示不合理。因为蛋白酶会降解脂肪酶。(3)通常,用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时,不应该使用开水,原因是什么?提示开水会使血迹中的蛋白质变性而沉淀,难以清洗。 整合提升与加酶洗衣粉有关的生活常识(1)一般来说,丝绸类的衣物不可以使用加蛋白酶洗衣粉洗涤,因为蛋白酶会水解丝绸中的蛋白质,损坏衣物。(2)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。(3)人体皮肤细胞有蛋白质,使用加酶洗衣粉后如不彻底清洗双手,就会使手的皮肤受到腐蚀,使人患过敏性皮炎、湿疹等。(4)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶,因为肽本身易溶于水。 考向突破考向加酶洗衣粉在洗涤中的作用研究性学习小组为探究市售一种含碱性蛋白酶的洗衣粉使用的最适温度,设计了相关实验,实验装置及实验结果如图所示。 请回答下列问题。(1)与普通洗衣粉相比,该洗衣粉可以很好地清除衣物的血渍和奶渍,主要是因为。包装袋上注明“切勿用于丝质及羊毛衣料”,你认为原因是。(2)由图可知,在0℃和75℃时,酶的催化效率基本都为零。但当温度回到最适温度时,能恢复催化能力的温度是0℃,原因是。(3)在实验过程中可通过直接测定(填指标)来表示该洗衣粉中酶的催化效率。为缩短反应的时间,你认为可以采用的方法是。(4)生产碱性蛋白酶成本高,目前可以采用技术多次重复使用酶以降低成本。该技术常使用的方法是化学结合法和。 答案(1)碱性蛋白酶能水解血渍和奶渍中的蛋白质　丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质,会被碱性蛋白酶破坏(2)0℃时酶活性很低,但酶结构没有被破坏,75℃时酶结构遭破坏(3)蛋白质块存在时间的长短　提高酶的浓度(或“将蛋白块切得更小些,以增加蛋白酶和蛋白质的接触面积”)(4)固定化酶　物理吸附法 解析(1)与普通洗衣粉相比,该洗衣粉可以很好地清除衣物的血渍和奶渍,主要是因为碱性蛋白酶能水解血渍和奶渍中的蛋白质。包装袋上注明“切勿用于丝质及羊毛衣料”,原因是丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质,会被碱性蛋白酶破坏。(2)由图可知,在0℃和75℃时,酶的催化效率基本都为零,但当温度回到最适温度时,能恢复催化能力的温度是0℃,原因是0℃时酶活性很低,但酶结构没有被破坏,75℃时酶结构遭破坏。(3)在实验过程中可通过直接测定蛋白质块存在时间的长短来表示该洗衣粉中酶的催化效率。为缩短反应的时间,可通过提高酶的浓度或将蛋白块切得更小些,以增加蛋白酶和蛋白质的接触面积来实现。(4)生产碱性蛋白酶成本高,目前可以采用固定化酶技术多次重复使用酶以降低成本。该技术常使用的方法是化学结合法和物理吸附法。 考点三固定化酶和固定化细胞合作探究探究固定化酶和固定化细胞技术分析某一实验小组的同学,通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验,实验装置如下图,请分析回答下列相关问题。 (1)图中a、b、c分别是什么?(2)从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是什么?提示a是固定化酵母细胞,b是反应柱,c是筛板。提示葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞失水过多而死亡。(3)要想得到较多的酒精,加入反应液后应活塞1和活塞2。(4)图中的长导管有什么用途?关闭提示释放CO2,防止空气中的杂菌进入反应柱。 (5)配制海藻酸钠溶液是制备固定化酵母细胞成败的关键,为什么?提示海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高,将很难形成球形或椭圆形的凝胶珠;如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少,影响实验效果。 整合提升制备固定化酵母细胞的注意事项(1)在缺水状态下,微生物处于休眠状态。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。酵母细胞需要的活化时间较短,一般为0.5~1h,实验时需要提前做好准备。(2)酵母细胞活化时体积会变大,因此活化前应该选择体积足够大的容器,以避免酵母细胞的活化液溢出。(3)加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环。加热时要用小火或者间断加热,且边加热边搅拌。(4)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温,否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。 (5)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠,用作对照。(6)海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下,发生聚沉,形成凝胶珠,需稳定30min左右。(7)细胞的固定化要在严格无菌的条件下进行;反复使用固定化酵母细胞时,酵母菌种要纯,用具和材料要严格消毒,注意温度控制,营养全面,还需要避免其他微生物的污染。 考向突破考向1酶的固定化技术及应用1.科研人员利用图1所示固定化乳糖酶反应装置降解牛奶中的乳糖,并研究了乳糖酶凝胶珠颗粒大小对降解效果的影响。实验时将3种不同大小的凝胶珠分别放在反应柱中,打开活栓,然后以相同的速度向每个反应柱中加入等量的牛奶,测定收集的牛奶中葡萄糖的浓度,结果如图2。请回答下列问题。 (1)乳糖酶催化乳糖降解为葡萄糖和。(2)制备固定化乳糖酶凝胶珠时,溶解海藻酸钠宜采用的方法。应用溶液浸泡凝胶珠使其形成稳定结构。(3)与固定化细胞相比,固定化酶时使用的海藻酸钠浓度应适当,这样可以减少。(4)本实验结果表明,直径为mm的乳糖酶凝胶珠降解乳糖的效果较好,分析其原因是。(5)在凝胶珠颗粒直径一定时,控制牛奶流经反应柱的速度,测定不同流速下收集的牛奶中葡萄糖浓度。绘制收集的牛奶中葡萄糖浓度相对值与流速之间的关系曲线。 答案(1)半乳糖(2)小火或间断加热CaCl2(3)升高　酶分子从凝胶珠中漏出(4)2凝胶珠小,彼此间靠得紧密,牛奶流速慢,反应时间长(或凝胶珠小,相对表面积大,与外界物质交换能力强)(5)如图所示 解析(1)葡萄糖和半乳糖脱水缩合形成乳糖,故乳糖酶催化乳糖降解为葡萄糖和半乳糖。(2)溶解海藻酸钠,最好采用小火或间断加热的方法,避免发生焦糊现象。用CaCl2溶液浸泡凝胶珠使其形成稳定结构。(3)与固定化细胞相比,固定化酶时使用的海藻酸钠浓度应适当升高,可以减少酶分子从凝胶珠中漏出。(4)通过图示可知,直径为2mm的乳糖酶凝胶珠降解乳糖的效果较好,因为凝胶珠小,彼此间靠得紧密,牛奶流速慢,反应时间长(或凝胶珠小,相对表面积大,与外界物质交换能力强)。(5)牛奶流速越快,与固定化乳糖酶接触的时间越短,越不利于反应,图见答案。 考向2酵母细胞的固定化及应用2.为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响,以及固定化藻对含Z污水的净化作用,科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验,流程及结果如下。请回答下列问题。制备固定化绿球藻凝胶球清洗2~3次培养液中培养柠檬酸钠溶液溶解凝胶球,测定藻数量 (1)实验中的海藻酸钠作用是,CaCl2的作用是。(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物,并保持绿球藻活性,宜采用洗涤。图1中1.0%海藻酸钠组培养24h后,移去凝胶球,溶液呈绿色,原因是。(3)为探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用,应选用浓度为的海藻酸钠制备凝胶球。(4)图2中空白凝胶球组Zn2+浓度下降的原因是。结合图1和图2分析,固定化藻的实验组24—48h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是;72—96h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有。 答案(1)包埋绿球藻(包埋剂)与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂)(2)培养液(生理盐水)海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大)(3)2.0%(4)凝胶球吸附Zn2+绿球藻生长(增殖)速度快　绿球藻生长(增殖)速度减慢,溶液中Zn2+浓度较低 谢谢观看！ 解析(1)海藻酸钠溶液在CaCl2溶液中形成凝胶球,包埋绿球藻。(2)可采用培养液或生理盐水洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物,并保持绿球藻活性。溶液呈绿色,说明固定化的绿球藻数量少,原因是海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大)。(3)根据图1可知,浓度为2.0%的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的繁殖。(4)空白凝胶球容易吸附Zn2+,导致溶液中Zn2+浓度下降;根据图1和图2分析,固定化藻的实验组24—48h间绿球藻数量增加最快(处于“S”型曲线的K/2值处),导致Zn2+浓度下降速度较快,72—96h间绿球藻数量基本不再增加。