【生物】2020届一轮复习酶的应用学案

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‎2020届 一轮复习 酶的应用 学案 ‎[考纲要求]　1.果汁中的果胶和果胶酶。2.α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测。‎ 考点一　果胶和果胶酶 ‎1.果胶 ‎(1)果胶的化学组成：由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成，是植物细胞壁的主要成分。‎ ‎(2)果胶与果汁加工：果胶不仅影响出汁率，还会使果汁浑浊。‎ ‎2.果胶酶 ‎(1)来源：黑曲霉、苹果青霉等。‎ ‎(2)组成：果胶酶并不是特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，主要包括果胶酶和果胶甲酯酶。‎ ‎(3)作用：将果胶分解成可溶性的分子，使出汁率提高，也使浑浊的果汁变得澄清。‎ ‎3.探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件的实验 ‎(1)实验原理 ‎①果胶半乳糖醛酸＋半乳糖醛酸甲酯。‎ ‎②果胶酶的活性受温度(或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的活性大小成正相关。‎ ‎③果胶不溶于乙醇。‎ ‎(2)实验流程设计 ‎(3)实验结论：果胶酶能分解果胶，提高果汁的澄清度。‎ 拓展提升　关于果胶酶实验的拓展 实验名称(目的)‎ 自变量 因变量 注意事项 探究温度对果胶酶活性的影响 温度 果汁量(或澄清度)‎ ‎①底物和酶在混合时的温度是相同的；‎ ‎②温度梯度越小，实验结果越精确；‎ ‎③果泥和果胶酶用量在各个试管中应相同；‎ ‎④pH应为最适pH 探究pH对果胶酶活性的影响 pH 果汁量(或澄清度)‎ ‎①温度应为最适温度；‎ ‎②pH梯度可用NaOH和盐酸调节；‎ ‎③用玻璃棒搅拌使反应充分进行 探究果胶酶的用量 果胶酶 的用量 果汁量(或澄清度)‎ ‎①制备苹果匀浆后迅速加热，使苹果匀浆中果胶酶变性；‎ ‎②温度、pH应为最适且保持不变 ‎(1)果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶(　√　)‎ ‎(2)将果胶酶用于果胶生产，既能提高果肉的出汁率又能提高果汁的澄清度(　√　)‎ ‎(3)酶的活性受温度、pH和酶用量等因素的影响(　×　)‎ ‎(4)果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用，它溶于乙醇(　×　)‎ ‎(5)果胶酶不仅存在于植物细胞中，也存在于许多微生物细胞中(　√　)‎ ‎(6)在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清(　√　)‎ ‎(7)果胶酶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成(　×　)‎ ‎(8)煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果胶的作用(　√　)‎ ‎(9)果胶是细胞壁的重要组成成分，其化学本质为多糖(　√　)‎ 下表是某小组利用部分材料进行的有关实验(“/”表示不加)。现有磨浆机、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液等实验材料及试剂。请回答下列问题：‎ 编号 项目 试管 甲 乙 丙 丁 ‎1‎ 在试管中加入苹果泥 ‎2mL ‎2mL ‎2mL ‎2mL ‎2‎ ‎①‎ ‎2mL ‎/‎ ‎2mL ‎2mL ‎3‎ 加入不同的液体 ‎2mL蒸馏水 ‎4mL蒸馏水 ‎2mL盐酸 ‎2mL氢氧化钠 ‎4‎ 摇匀，恒温处理 ‎15分钟 ‎15分钟 ‎15分钟 ‎15分钟 ‎(1)表中①处的内容是加入质量分数为2%的果胶酶溶液。‎ ‎(2)若要验证果胶酶的作用，应把甲与乙两个试管同时取出并过滤相同时间，观察并比较，预期的实验现象与结果是甲果汁比乙果汁澄清。‎ ‎(3)比较试管甲、丙、丁可知，其实验目的是探究pH对果胶酶活性的影响。为确保实验成功，请将表中的编号正确排序(用数字和箭头表示)：2→3→1→4。‎ ‎(4)如果要用此实验做“探究果胶酶的最适用量”，请简要写出实验思路：配制不同浓度的果胶酶溶液，恒温下加入等量苹果泥，观察果汁的澄清度，果汁最澄清组对应的酶用量即为酶的最适用量。‎ ‎1.(2019·湖州质检)果胶酶能够催化果胶分解，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，也使得浑浊的果汁变得澄清。请回答下列有关果胶酶的问题：‎ ‎(1)探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤：‎ ‎①用搅拌器制苹果泥；‎ ‎②取6个烧杯编号1、2、3、4、5、6，依次注入适量的30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃的水，恒温水浴；‎ ‎③每一烧杯中放入两支试管，分别装有等量苹果泥和果胶酶，保温3min；‎ ‎④向每组烧杯中的苹果泥试管中加入相应的等量的果胶酶，振荡试管，反应一段时间；‎ ‎⑤过滤，比较获得苹果汁的体积。‎ a.③过程中将苹果泥和果胶酶分别装在不同试管中，用相同温度恒温处理后再混合，这样处理的目的是________________________________________________________________。‎ b.有人认为该实验缺乏对照，应补充一组果汁和蒸馏水相混合的实验，你认为有没有必要？______________________________________________________________________________。原因是____________________________________________________________________。‎ c.若继续探究果胶酶的最适用量，则在实验过程中温度、__________________等因素应保持不变(列举两例)。‎ ‎(2)有关果胶酶和纤维素酶的叙述，错误的是________。‎ A.二者都是蛋白酶 B.催化果胶酶水解的酶是淀粉酶 C.二者都是在核糖体上合成的 D.构成纤维素酶的基本单位是氨基酸 答案　(1)a.保证底物和酶在混合时的温度是相同的　b.没有必要　实验的不同温度梯度之间可形成相互对照　c.pH、果胶酶浓度、果泥量 ‎(2)B 解析　(1)a.苹果泥和果胶酶分别恒温处理再混合，目的是保证底物和酶混合时的温度是相同的，不会发生温度的变化。b.实验的不同温度梯度之间可形成相互对照，无需补充果汁和蒸馏水混合的实验。c.若探究果胶酶的最适用量，果胶酶的量是自变量，其他是无关变量，应加以控制，如pH、温度、果泥量、果胶酶浓度等。(2)果胶酶和纤维素酶的化学本质均为蛋白质，二者都是在核糖体上合成的，催化果胶酶水解的酶是蛋白酶，构成纤维素酶的基本单位是氨基酸。‎ ‎2.下列是有关酶的应用问题，请分析回答：‎ 工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁来提高出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验：‎ ‎①将果胶酶和苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10min(如图A)。‎ ‎②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10min(如图B)。‎ ‎③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图C)。‎ ‎④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：‎ 温度/℃‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ ‎70‎ ‎80‎ 果汁量/mL ‎8‎ ‎13‎ ‎15‎ ‎25‎ ‎15‎ ‎12‎ ‎11‎ ‎10‎ 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，是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解，产物是______。‎ ‎(2)实验结果表明，当温度为________附近时，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过滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？‎ ‎__________________________________________________________________________。‎ ‎(4)果胶酶作用于一定量的某种物质(底物)，保持温度、pH在最适值，生成物量与反应时间的关系如图所示，在35min后曲线变成水平是因为________________。若增加果胶酶浓度，其他条件不变，请在图中画出生成物量变化的示意曲线。‎ 答案　(1)半乳糖醛酸 ‎(2)40℃　最高 ‎(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分解果胶的能力 ‎(4)底物消耗完毕　如图所示 考点二　α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 ‎1.固定化酶的概念和方法 ‎(1)概念：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)方法：吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。‎ ‎2.α-淀粉酶的固定化、淀粉水解的测定实验 ‎(1)α-淀粉酶的固定化原理 ‎①α-淀粉酶作用的最适条件：最适pH为5.5～7.5，最适温度为50～75℃。‎ ‎②方法：吸附法。‎ ‎③介质：石英砂。‎ ‎(2)淀粉水解的检测原理 淀粉糊精麦芽糖葡萄糖 遇碘显蓝色　遇碘显红色　遇碘不显色 ‎(3)实验过程 固定化α-淀粉酶，装入注射器中 ‎　　　　↓‎ 以0.3mL/min的流速滴加淀粉溶液过柱 ‎　　　　↓‎ 流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL流出液 ‎　　　　↓‎ 滴加KI－I2溶液，观察颜色，用水稀释1倍后再观察颜色 ‎　　　　↓‎ 以10倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱，放置在4℃冰箱中，几天后重复实验 ‎(4)实验结果 对照组 实验组 ‎0.5mL淀粉溶液 ‎0.5mL流出液 几天后重复实验中0.5mL流出液 加KI－I2‎ 变蓝 红色 红色 再加水稀释1倍 浅蓝 浅红色 浅红色 ‎(5)实验结论：固定化α-淀粉酶能将淀粉水解成糊精。‎ ‎(1)枯草杆菌的α-淀粉酶作用的最适温度为37℃(　×　)‎ ‎(2)酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远使用下去(　×　)‎ ‎(3)固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量(　√　)‎ ‎(4)固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性的特点(　×　)‎ ‎(5)用固定化α-淀粉酶进行淀粉水解实验时不需考虑温度(　×　)‎ ‎(6)α-淀粉酶固定化实验结束后，将固定化柱放在常温下即可(　×　)‎ 热图解读 ‎(1)图甲、乙、丙固定化酶的方法分别是包埋法、共价偶联法和交联法、吸附法。常见固定化方法及其优缺点如下表：‎ 方法 优点 缺点 吸附法 适用的酶范围广，酶活性高 酶与载体的结合力较弱，酶容易脱落 共价偶联法、交联法 结合稳定，适用范围广 制备条件不够温和，酶活性较低 包埋法 酶活性高，稳定性也较高 适用范围窄 固定化酶能够连续使用，但不是永久使用。酶是具有生物活性的大分子物质，因此随着使用次数的增多，酶活性也会降低，如果酶活性降低到一定程度，就会失去使用价值。‎ ‎(2)图甲的原理：将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。图乙的原理：利用共价键、离子键将酶分子相互结合，或将其结合到载体上。图丙的原理：通过物理吸附作用，把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上。‎ ‎1.(2018·杭州模拟)酶经过固定化后，不仅能提高酶的稳定性，而且容易与产物分开，具有可反复使用等优点。如图1为利用枯草杆菌生产α-淀粉酶及酶固定化实验流程图，请回答有关问题：‎ ‎(1)筛选高表达菌株的最简便方法之一是_______。一般通过________、________实现。筛选出的菌株在发酵生产之前还需利用________培养基进行扩大培养。‎ ‎(2)利用物理或化学的方法将α-淀粉酶固定在________的介质上成为固定化酶。‎ ‎(3)如图2是实验室中α-淀粉酶的固定化装置示意图。实验过程涉及两次蒸馏水洗涤反应柱的操作，所用的蒸馏水体积为装填体积的_______，第二次洗涤的目的是除去_________。‎ ‎(4)若图2中的液体X为淀粉溶液，从反应柱下端接取少量流出液进行KI－I2颜色测试，结果未呈现红色。下列有关此现象的解释错误的是______。‎ A.反应柱中没有α-淀粉酶被固定 B.流速过快淀粉未被水解 C.接取的流出液是蒸馏水 D.流速过慢淀粉被水解成葡萄糖 答案　(1)单菌落分离　划线分离法　涂布分离法　液体　(2)非水溶性　(3)10倍　残留的淀粉溶液　(4)D 解析　(1)筛选高表达菌株的最简便方法之一就是单菌落分离，常用的方法是划线分离法和涂布分离法；用于扩大培养的培养基通常是液体培养基。(2)固定化酶就是利用物理或化学的方法将α-淀粉酶固定在非水溶性的介质上。(3)实验中第一次用10倍体积的蒸馏水洗涤层析柱以除去未吸附的游离的淀粉酶，第二次用10倍体积的蒸馏水洗涤层析柱以除去残留的淀粉溶液。(4)淀粉在α-淀粉酶的作用下，不会被水解成葡萄糖。‎ ‎2.(2018·浙江绍兴3月联考)回答与α-淀粉酶的制备和固定化过程有关的问题：‎ ‎(1)为了获得优良的枯草杆菌菌株，研究者取5克土样加到有95mL________的三角瓶中，振荡10分钟，即成10－1土壤液。为了进一步稀释土壤液，应用________吸取悬液，制成10－2、10－3、10－4、10－5的土壤稀释液。‎ ‎(2)筛选产α-淀粉酶的枯草杆菌时，用较低浓度的________作为培养基中的唯一碳源，接种时宜采用____________接种法。‎ ‎(3)α-‎ 淀粉酶宜采用吸附法进行固定化，下列关于反应柱的理解，正确的是________。‎ A.反应物和酶均可自由通过反应柱 B.反应物和酶均不能通过反应柱 C.反应物能通过反应柱，酶不能通过反应柱 D.反应物不能通过，酶能通过 ‎(4)为了确定筛选出的α-淀粉酶的应用价值，还需要进一步检测固相α-淀粉酶的活性，在该实验中，流出液中加入KI－I2指示剂后，试管中呈现________色。相对于唾液淀粉酶，枯草杆菌产生的α-淀粉酶具有______的特性，从而有利于工业生产。‎ 答案　(1)无菌水　移液器　(2)淀粉　涂布　(3)C　(4)红　耐高温 解析　(1)土样用无菌水配成土壤稀释液，进一步稀释时，应用移液器取液。(2)用以淀粉为唯一碳源的培养基可筛选含有α-淀粉酶的枯草杆菌，接种时应采用涂布接种法。(3)固定化酶反应柱允许反应物通过，但酶不能通过反应柱。(4)若酶活性正常，淀粉水解产生糊精，加入KI－I2指示剂后呈现红色。枯草杆菌产生的α-淀粉酶最适温度为50～75 ℃，具有耐高温的特性。‎ 直接使用酶和固定化酶的比较 比较项目 直接使用酶 固定化酶 制作方法 ‎/‎ 吸附法、共价偶联法、交联法、包埋法等 是否需要营养物质 否 否 酶的种类 一种或多种 一种 催化反应 单一或多种 单一 各种物质(大分子、小分子)‎ 各种物质(大分子、小分子)‎ 反应底物 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 不能催化一系列反应 优点 催化效率高、耗能低、低污染 既能与反应底物接触，又能与产物分离；可以重复使用 探究真题　预测考向 ‎1.(2018·浙江4月选考)回答与果胶、淀粉等提取和利用有关的问题：‎ 某植物富含有果胶、淀粉、蛋白质和纤维素成分。某小组开展了该植物综合利用的研究。‎ ‎(1)果胶提取工艺研究结果表明，原料先经过一段时间沸水漂洗的果胶得率(提取得到的果胶占原料质量的百分率)显著高于常温水漂洗的果胶得率，最主要原因是沸水漂洗_______(A.有助于清洗杂质和去除可溶性糖　B.使植物组织变得松散　C.使有关酶失活　D.有利于细胞破裂和原料粉碎制浆)。‎ ‎(2)在淀粉分离生产工艺研究中，为促进淀粉絮凝沉降，添加生物絮凝剂(乳酸菌菌液)，其菌株起重要作用。为了消除絮凝剂中的杂菌，通常将生产上使用的菌液，采用____________，进行单菌落分离，然后将其__________，并进行特性鉴定，筛选得到纯的菌株。‎ ‎(3)在用以上提取过果胶和淀粉后的剩渣加工饮料工艺研究中，将剩渣制成的汁液经蛋白酶和纤维素酶彻底酶解处理后，发现仍存在浑浊和沉淀问题。可添加__________________使果胶彻底分解成半乳糖醛酸，再添加____________________，以解决汁液浑浊和沉淀问题。‎ ‎(4)在建立和优化固定化酶反应器连续生产工艺研究中，通常要分析汁液中各种成分的浓度和所用酶的活性，然后主要优化各固定化酶反应器中的___________________(答出2点即可)、反应pH和酶反应时间等因素。其中，酶反应时间可通过___________________来调节。‎ 答案　(1)C　(2)划线分离法(或涂布分离法)　扩大培养　‎ ‎(3)果胶酶和果胶甲酯酶　淀粉酶使淀粉分解　(4)固定化酶的量、反应液温度　控制反应器液体流量(或体积)‎ ‎2.(2016·浙江4月选考)请回答与“果汁中的果胶和果胶酶”实验有关的问题：‎ ‎(1)果胶是细胞壁的重要组成成分，其化学本质是______(A.蛋白质　B.脂质　C.核糖　D.多糖)，它在细胞壁形成过程中的主要作用是将相邻的细胞________在一起。‎ ‎(2)制取果汁时，先用果胶酶将果胶分解成____________和半乳糖醛酸甲酯等物质，再用________________酶处理，可得到比较澄清的果汁，用适量且浓度适宜的上述两种酶处理时，果汁的出汁率、澄清度与酶的____________高低成正相关。‎ ‎(3)由于果胶不溶于乙醇，故可用乙醇对果胶粗提取物(经酶处理后的混合物)进行________处理，从而得到干制品。‎ 答案　(1)D　粘合 ‎(2)半乳糖醛酸　果胶甲酯　活性 ‎(3)脱水(沉淀)‎ 解析　(1)果胶是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成的，其化学本质属于多糖。果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用。(2)果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯等物质。要使果汁更澄清，应同时使用果胶酶和果胶甲酯酶。用适量且浓度适宜的上述两种酶处理时，果汁的出汁率、澄清度与酶的活性高低成正相关。(3)由于果胶不溶于乙醇，故可用乙醇对果胶粗提取物(经酶处理后的混合物)进行沉淀处理，从而得到干制品。‎ ‎3.(2014·浙江自选)下面是关于固定化酶和细菌培养实验的问题。请回答：‎ ‎(1)某兴趣小组欲利用固定化酶进行酶解淀粉的实验，分组见下表。‎ 组别 固定化酶柱长度(cm)‎ 淀粉溶液的流速(mL·min－1)‎ 甲 ‎10‎ ‎0.3‎ 乙 ‎10‎ ‎0.5‎ 丙 ‎15‎ ‎0.3‎ 丁 ‎15‎ ‎0.5‎ 将吸附了α-‎ 淀粉酶的石英砂装入柱中后，需用蒸馏水充分洗涤固定化酶柱，以除去_______。按上表分组，将配制好的淀粉溶液加入到固定化酶柱中，然后取一定量的流出液进行KI-I2检测。若流出液呈红色，表明有________生成；若各组呈现的颜色有显著差异，则流出液中淀粉水解产物浓度最高的是________组。‎ ‎(2)下列关于上述固定化酶实验的叙述中，错误的是________。‎ A.固定化酶柱长度和淀粉溶液流速决定了酶柱中酶的含量 B.淀粉溶液流速过快会导致流出液中含有淀粉 C.各组实验所用的淀粉溶液浓度应相同 D.淀粉溶液的pH对实验结果有影响 ‎(3)现有一份污水样品，某兴趣小组欲检测其中的细菌数，进行以下实验。将一定量的污水样品进行浓度梯度稀释。取适量不同稀释度的稀释液，用__________法分别接种于固体平面培养基上，经培养后进行计数。该实验应注意，接种前，从盛有__________的容器中将玻璃刮刀取出，放在酒精灯火焰上灼烧，冷却后待用；分组时，需用____________作为对照。‎ ‎(4)在上述细菌培养实验中进行计数时，应计数的是接种了________。‎ A.各个稀释度样品的培养基上的细菌数 B.合理稀释度样品的培养基上的细菌数 C.各个稀释度样品的培养基上的菌落数 D.合理稀释度样品的培养基上的菌落数 答案　(1)未吸附的α-淀粉酶　糊精　丙　(2)A　(3)涂布分离　70%酒精　未接种的培养基　(4)D 解析　(1)利用固定化酶进行酶解淀粉的实验时，先要将酶固定化。此题中利用石英砂吸附α-淀粉酶，装入固定化酶柱时有些酶没有完全吸附在石英砂上，需用蒸馏水充分洗涤固定化酶柱，以除去未吸附的游离的α-淀粉酶。α-淀粉酶可使淀粉水解成糊精，如果用淀粉指示剂(KI－I2)检测糊精，则呈现红色。酶的量不同，水解的效果也不同，丙组固定化酶柱的长度较长，其固定化酶的总量较多，且柱中淀粉溶液的流速也较慢，反应充分，故产物浓度高，颜色最深。‎ ‎(2)A项，固定化酶柱的长度决定了酶的含量，反应是否充分与淀粉溶液的流速有关，从而决定了产物的浓度。B项，如果淀粉溶液的流速过快，则淀粉与酶接触不充分，从而使淀粉不能被充分水解。C项，各组淀粉溶液的浓度是实验的无关变量，故各组实验所用的淀粉溶液浓度应该相同。D项，温度、pH会影响酶的活性，从而对实验结果造成影响。‎ ‎(3)细菌的分离与计数常用涂布分离法，即用玻璃刮刀将一定体积的稀释液涂布到固体平面培养基上。玻璃刮刀在使用前需进行灭菌处理，即将其浸入体积分数为70%的酒精中，随后取出放在酒精灯火焰上灼烧，冷却后待用。为排除其他因素的影响，提高实验的可信度，实验中要设置空白对照。‎ ‎(4)将菌液涂布到固体平面培养基上后，倒置放在恒温箱中培养，培养一段时间后，统计菌落数。当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌，这样通过统计菌落数就可估算出待测样品的细菌数目，所以要选择合理稀释度的样品。‎