【生物】2020届 一轮复习 人教版 酶的应用 学案

【生物】2020届 一轮复习 人教版 酶的应用 学案

2020 届 一轮复习 人教版 酶的应用 学案 最新考纲 全国卷考情 1.酶活力测定的一般原理和方法 2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用 3.制备和应用固相化酶 近三年考纲不作要 求 考点一 酶在果汁生产中的应用 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，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果 胶酯酶等。 ②作用：果胶果胶酶,Ｆ可溶性半乳糖醛酸 （3）酶的活性及其影响因素 ①酶的活性 含义：指酶催化一定化学反应的能力 表示方法：单位时间内，单位体积中反应物 的减少量或生成物增加量 ②影响酶活性的因素：温度、pH 和酶的抑制剂等。 （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 或温度 ↓ 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。 （5）探究果胶酶的最适用量 ①实验流程 ②实验结果分析 如果随着酶浓度的增加，过滤得到的果汁体积也增加，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，过滤得到的果汁的体积不再改变，说 明酶的用量已经足够，这个值就是酶的最适用量。 （教材 P44 旁栏思考题解答）（1）为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥 和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？ 提示 将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 胶酶活性的问题。 （2）在探究温度或 pH 对酶活性的影响时，是否需要设置对照？如果需要，是如 何设置的？ 提示 需要设置对照实验，不同的温度梯度之间或不同的 pH 梯度之间就可以作 为对照，这种对照称为相互对照。 （2015·海南卷，30）[生物——选修 1：生物技术实践] 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、D 4 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 考点二 酶在洗涤方面的应用 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 种类 洗涤原理 洗涤的物质种类 蛋白酶 蛋白质→小分子肽或 氨基酸 血渍、奶渍等 脂肪酶 脂肪→甘油和脂肪酸 食品的油渍、人体皮 脂、口红等 淀粉酶 淀粉→麦芽糖、葡萄糖 来自面粉等的污垢 纤维素酶 使纤维的结构变得蓬 松 棉纺品的表面浮毛 （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，其变量分析如下表。 实验 自变量 因变量 无关变量 探究普通洗衣粉和加酶洗 衣粉的洗涤效果 洗衣粉种类（普通和加酶） 洗涤 效果 水的用量，污 物的量，实验 用布的质地与 大小，不同洗 衣粉的用量， 搅拌、洗涤时 间等 探究不同种类加酶洗衣粉 的洗涤效果 加酶洗衣粉中酶的种类 探究不同温度对加酶洗衣 粉洗涤效果的影响 温度 （1）使用加酶洗衣粉时宜用开水、温水还是凉水浸泡？ 提示 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。 （2）（教材 P48“练习·2”解答）某同学打算用丝绸作实验材料探讨含蛋白酶洗 衣粉的洗涤效果，合适吗？为什么？ 提示 不合适。因为丝绸的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分 解，损坏衣物。 （2016·海南高考，30）回答下列问题： （1）蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随 pH 的变化如图所示。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 。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 （填“合理”或“不合理”），理由是__________________。 （3）已知溶液的 pH 可以影响酶的活性，请推测 pH 影响某种蛋白酶活性的原因 可能是其影响了酶和底物分子中 （填“羧基和氨基”、“氨基和甲基”、 “羧基和甲基”或“甲基和甲基”）等基团的解离状态。 答案 （1）开水使血迹中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗 蛋白酶丙 碱性条件 下只有蛋白酶丙有活性 （2）不合理 蛋白酶会降解脂肪酶 （3）羧基和氨基 考点三 固定化酶和固定化细胞 1.固定化酶和固定化细胞 （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介质上，使之成为不溶于 水而又有酶活性的制剂。 ②特性：与游离酶相比较，稳定性好，与底物和产物容易分离，易于控制，能反 复多次使用；便于运输和贮存，有利于自动化生产。 （2）固定化细胞：是指固定在一定空间范围内的、能够进行生命活动并且可以反 复使用的活细胞，又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞。 （3）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） ③适用对象 一般来讲，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法 固定化，这是因为个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶则易从包埋材料中 漏出。 2.制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵 （2016·经典高考）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 Zn2＋污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，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 ――→取适量凝胶球 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%海藻酸钠培养 24 h 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 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 24～48 h 间 Zn2＋浓度下降速度较快的主要原因是 __________________________________________________________________； 72～96 h 间 Zn2＋浓度下降速度较慢的原因有_____________________________ ___________________________________________________________________。 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 24～48 h 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，72～96 h 间绿球藻数量基本 不再增加。 答案 （1）包埋绿球藻（包埋剂） 与海藻酸钠反应形成形成凝胶球（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 （1）直接使用酶的三大缺点 ①对环境条件非常敏感，容易失活。 ②溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本。 ③反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。 （2）固定化酶与固定化细胞的比较 固定化酶 固定化细胞 固定酶的种类 一种 一系列 适用方法 化学结合法、物理吸附法 包埋法 特点 优点 酶既可与反应物结合，又可与产物分离， 固定在载体上的酶可反复利用 成本低，操作容易 缺点 一种酶只能催化一种或一类化学反应 可 能 导 致 反 应 效 率下降 实例 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞 随堂·真题&预测 1.（2018·经典高考）下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是（ ） A.用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞 B.进行包埋时，用于悬浮细胞的 CaCl2 溶液浓度要适宜 C.注射器（或滴管）出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状 D.包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性 解析 海藻酸钠溶解时要先加水，之后小火间断加热并不断搅拌，完全溶化后用 蒸馏水定容，冷却至室温后，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合 均匀，再固定，A 错误；包埋时氯化钙溶液的作用是使胶体聚沉，B 错误；滴加 溶液时注射器或滴管不能贴近液面，否则凝胶珠会呈蝌蚪状，C 错误；制作成功 的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性，D 正确。 答案 D 2.（2013·海南高考）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______________________________________ _____________________________________________________________________。 答案 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， 水温过高会导致酶变性失活 3.（2020·高考预测）假设你已经探究了果胶酶的最适温度（为 45 ℃）和最适 pH （为 4.8），若还想进一步研究果胶酶的最适用量，此时，实验的自变量是 ____________________________________________________________________。 合理设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合 适。请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。 （1）材料用具：制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试 管夹、质量分数为 2%的果胶酶溶液、质量分数为 0.1%的 NaOH 溶液和盐酸。 （2）实验步骤： ①取 6 支试管，编号为 1～6，分别加入_______________________________， 调节 pH 至 4.8。 ②向 1～6 号试管中分别加入 ，然后放入 45 ℃恒温水浴装置中________________________________________________。 ③ 。 （3）以上实验步骤的设计 （填“有”或“没有”）不妥，试分析原因。 解析 在探究影响果汁产量的酶的用量时，除酶的用量是变量外，其他条件都应 相同且适宜。为了避免因混合导致温度变化而影响实验结果，应先将盛苹果泥的 试管和盛不同量酶的试管放到相同温度下恒温处理，然后将两者混合。 答案 果胶酶的用量 （2）①等量的苹果泥 ②不同体积的pH为4.8的果胶酶溶液 保温相同时间 ③ 过滤苹果泥并记录果汁体积 （3）有。为了保证苹果泥与果胶酶混合前后的温度相同，应先将盛有苹果泥和果 胶酶的试管放在同一温度的水浴装置中恒温处理一定时间后，再将两者混合。