2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题4　课题2　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 Word版含解析

2020-2021学年高二生物人教版选修1学案：专题4　课题2　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 Word版含解析

www.ks5u.com 课题2　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 知识点一　加酶洗衣粉的基础知识 ‎1．概念：加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。‎ ‎2．常用的酶制剂：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶四类。其中，应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。‎ ‎3．加酶洗衣粉中的酶制剂的洗涤原理和实例 ‎4.加酶洗衣粉的种类 根据加入洗衣粉中的酶制剂的不同，将加酶洗衣粉分为单一加酶洗衣粉和复合加酶洗衣粉。‎ ‎(1)单一加酶洗衣粉是指只加入一种酶制剂的洗衣粉，包括蛋白酶洗衣粉、脂肪酶洗衣粉、淀粉酶洗衣粉等。‎ ‎(2)复合加酶洗衣粉是指加入了多种酶制剂的洗衣粉。由于复合加酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，可以发挥其独特的“协同效应”，因此，与单一加酶洗衣粉相比，复合加酶洗衣粉对各种污渍都有较好的洗涤效果。‎ ‎5．影响加酶洗衣粉中酶活性的因素：温度、酸碱度和表面活性剂等。‎ ‎6．影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素：‎ 酶制剂的种类、污物的类型、水温、水量、水质、衣物的质料及大小、洗衣粉的用量、浸泡时间、洗涤时间等。‎ 普通洗衣粉与加酶洗衣粉 ‎1．成分：普通洗衣粉是以聚磷酸盐为主要助洗剂的一类产品，磷是一种营养元素，易造成环境水体富营养化，从而破坏水质，污染环境。而加酶洗衣粉由于降低了聚磷酸盐的用量，故对水体的污染轻，甚至无污染。‎ ‎2．普通洗衣粉的洗衣原理：表面活性剂可以产生泡沫，将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污渍；等等。‎ ‎3．加酶洗衣粉的优点： ‎ ‎(1)含蛋白酶的洗衣粉能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污渍从衣服上脱落，所以加酶的洗衣粉比不加酶的洗衣粉洗涤效果好。‎ ‎(2)可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展。酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易溶于水，从而与纤维分开。‎ ‎【典题精练1】　普通洗衣粉与加酶洗衣粉的区别正确的是(　　)‎ A．普通洗衣粉中含磷，会污染环境 B．表面活性剂只存在于普通洗衣粉中，会产生泡沫，可以将油脂分子分散开 C．水软化剂只存在于普通洗衣粉中，可以分散污垢 D．加酶洗衣粉是将酶直接添加到洗衣粉中 ‎【答案】　A ‎【解析】　普通洗衣粉中含有磷，含磷污水的排放可能导致微生物和藻类的大量繁殖，造成水体污染。加酶洗衣粉中含有酶制剂，可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量，减少对环境的污染。‎ 解题归纳 ‎ 准确理解加酶洗衣粉的概念，是做该题的关键。对于加酶洗衣粉，不要误认为只是单纯地加入了酶，实际上加入的是酶制剂，即把酶经过一定的处理，增强了洗衣粉的洗涤效果，且减少了对环境的污染，这是与普通洗衣粉的本质区别。‎ ‎【典题精练2】　下列关于加酶洗衣粉的说法，不正确的是(　　)‎ A．加酶洗衣粉的洗涤效果总比普通洗衣粉的好 B．加酶洗衣粉洗涤效果的好坏受很多因素的影响 C．目前加酶洗衣粉中常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶 D．加酶洗衣粉比普通洗衣粉有利于环保 ‎【答案】　A ‎【解析】　与普通洗衣粉相比，虽然加酶洗衣粉中表面活性剂和三聚磷酸钠的含量较少，但添加了一定量的酶制剂。在酶的作用下，构成污渍的一些生物大分子被分解为可溶性的小分子，使污渍容易从衣物上脱落，即加酶洗衣粉的洗涤效果不仅没有降低，反而加强了。但是，由于酶具有专一性，只有洗衣粉中的酶与污渍相对应时，其优势才能发挥出来。如果不对应，加酶洗衣粉的洗涤效果可能不如普通洗衣粉的效果好。‎ 知识点二　　与加酶洗衣粉有关的实验设计 ‎1．探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果 ‎(1)实验原理：生活中的各种污渍主要是蛋白质、脂肪、淀粉等大分子有机物，这些有机物能在相应的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的作用下水解成易溶于水的小分子有机物。‎ ‎(2)变量与控制：本实验的自变量为洗衣粉的种类，设计时应遵循单一变量原则、对照原则(本实验为相互对照)，有效地控制其他无关变量，如水的用量(影响洗衣粉的浓度)、水温、污染物的量、实验用布的质地和大小、洗衣粉的用量及洗涤时间等。‎ ‎(3)方法步骤 项目 烧杯A 烧杯B 注入自来水(等量)‎ ‎500 mL ‎500 mL 加入污物布(等量)‎ 油渍布 油渍布 控制好水温(适宜)‎ ‎37 ℃‎ ‎37 ℃‎ 加入洗衣粉(等量)‎ 普通洗衣粉 加酶洗衣粉 玻璃棒搅拌(等速)‎ ‎5 min ‎5 min 洗净所需时间 说明：洗涤效果可在洗涤后比较污染物的残留状况，如已消失、颜色变浅、面积缩小等；还可比较达到同样洗涤效果(如污物全部消失)所用时间的长短。‎ ‎2．探究加酶洗衣粉使用时的最适温度 ‎(1)实验原理：酶的活性受温度的影响，最适温度下酶的活性最高，去污力最强，高于或低于最适温度时，酶的活性均降低，去污力下降。‎ ‎(2)变量与控制：自变量是温度，其他条件(无关变量)相同且适宜。‎ ‎(3)方法步骤 ‎①取10 cm×10 cm的白色棉布4块，用滴管各滴加5滴新鲜鸡血，晾干备用。‎ ‎②取1 000 mL烧杯4个，用天平分别称取0.5 g加酶洗衣粉，依次倒入4个烧杯中。‎ ‎③将5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃清水各500 mL依次倒入4个烧杯中，用玻璃棒搅拌溶化洗衣粉。‎ ‎④取水浴锅4个，依次倒入5 000 mL 5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的清水，插入温度计保持恒温。‎ ‎⑤将4个烧杯分别放入相应水温的水浴锅中，将带鸡血的棉布分别放入烧杯中浸泡20 min。‎ ‎⑥按相同方式用玻璃棒搅拌棉布，经相同时间后，观察洗涤效果。‎ 说明：若要找最适温度，可在污染物最小、颜色最浅的前后两个相邻温度之间再设置温度梯度进行实验。‎ ‎3．探究不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果 ‎(1)实验原理：不同种类的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有专一性，所以不同种类的加酶洗衣粉对不同污渍的洗涤效果不同。复合加酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，对各种污渍都有较好的洗涤效果。‎ ‎(2)变量与控制：自变量为加酶洗衣粉的种类，其他条件(无关变量)相同且适宜。‎ ‎(3)方法步骤 项目 烧杯A 烧杯B 烧杯C 注入自来水(等量)‎ ‎500 mL ‎500 mL ‎500 mL 加入污物布(等量)‎ 奶渍布 奶渍布 奶渍布 控制好水温(适宜)‎ ‎37 ℃‎ ‎37 ℃‎ ‎37 ℃‎ 加入洗衣粉(等量)‎ 蛋白酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉 复合加酶洗衣粉 玻璃棒搅拌(等速)‎ ‎5 min ‎5 min ‎5 min 观察记录现象 探究实验中的相关问题 ‎1．洗涤方式和材料的选择 ‎(1)洗涤方式有机洗和手洗两种方式。洗涤方式采用全自动洗衣机比较好，并且应尽量使用同一型号小容量的洗衣机，其机械搅拌作用相同。手洗可采用玻璃棒或筷子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。‎ ‎(2)洗涤材料的选择也有一些讲究。用衣物作实验材料并不理想，这是因为作为实验材料，其大小、颜色、洁净程度等应该完全一致，而用衣物并不容易做到；此外，人为地在衣物上增加污物，如血渍、油渍等，也令人难以接受。因此，选用布料作为实验材料比较可行。在做对照实验时，可以控制布料的大小、颜色以及污物的量，使之保持相同，同时，也便于洗涤效果的比较。‎ ‎2．水量、水质和洗衣粉用量 水的用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，且布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间。水质常用自来水。如果在实验中使用手洗的方法，可以使用1 000 mL的烧杯作为容器，加500 mL的水，洗衣粉的用量可以用1 g或1.5 g。‎ ‎3．实验用污物布的准备 配制一定量的含污染物的溶液→按需要取若干同一质地、大小相同的白棉布→用滴管在上面分别滴加4滴污染物溶液→待污染物干燥后再进行实验。‎ ‎【典题精练3】　在探讨不同温度对加酶洗衣粉影响的实验中，下列说法正确的是(　　)‎ A．任何水温下加酶洗衣粉的效果总比普通洗衣粉好 B．可选择洗涤不同污渍的白布作对照 C．实验自变量为不同品牌的加酶洗衣粉 D．应根据当地一年中实际气温变化来确定水温 ‎【答案】　D ‎【解析】　温度过低时酶的活性受到抑制，温度过高时则酶易变性失活，而且酶具有专一性，只有洗衣粉中的酶与污渍相对应时优势才能发挥出来。要遵循单一变量，而不能有不同温度、不同污渍两种变量。探讨不同温度对加酶洗衣粉影响的实验中自变量应是温度。根据当地一年中实际气温变化来确定水温来进行探究，有一定的实际指导意义。‎ 解题归纳 实验自变量的设置应根据实际情况来确定。如选择什么样的水温进行实验，需要实验者根据当地一年中的实际气温变化来确定，通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃的水温，因为这4个水温是比较符合实际情况的，对现实生活也有指导意义。‎ ‎【典题精练4】　下列关于“‎ 探究某种加酶洗衣粉使用时的最适温度”的说法，最合理的是(　　)‎ A．该种加酶洗衣粉在30 ℃的水中的洗涤效果没有在45 ℃的水中的好，说明45 ℃为最适温度 B．在不同温度的水中，加入相同的污物及不等量该种加酶洗衣粉，看哪种效果好 C．取一系列温度不同、其他条件相同的水，加入等量且相同的污物及等量该种加酶洗衣粉，看哪一个温度下洗衣粉的洗涤效果最好 D．将该种加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 ℃的水中洗涤同样的污物，发现该种加酶洗衣粉效果好，说明该种加酶洗衣粉的最适温度为37 ℃‎ ‎【答案】　C ‎【解析】　要探究加酶洗衣粉使用时的最适温度，需要设置温度梯度，且自变量只能是温度，洗衣粉的用量、种类等都属于无关变量，而无关变量要保持相同且适宜。‎ 一、选择题 ‎1．加酶洗衣粉的酶不易失活，原因不可能是(　C　)‎ A．是通过基因工程生产出的特殊酶 B．用特殊化学物质将酶包裹，使其与洗涤剂隔离 C．加酶洗衣粉的酶是从耐酸、耐碱、耐较高温度的微生物中获得的 D．加酶洗衣粉的酶能耐酸、耐碱、耐较高温度和表面活性剂 解析：加酶洗衣粉中的酶是科学家通过基因工程生产出来的耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的特殊酶，并把它用特殊化学物质包裹，即制成酶制剂后再加入洗衣粉中，使其与洗衣粉的其他成分隔开，以保持其活性。‎ ‎2．酶制剂中含有蛋白酶，不含有肽酶的原因是(　C　)‎ A．肽酶制备成本太高 B．肽酶会影响蛋白酶的活性 C．衣物上的大分子蛋白质变为多肽后已很容易脱落 D．蛋白酶把蛋白质全水解成可溶性氨基酸 解析：考虑衣物的实际洗涤情况，当加酶洗衣粉中的蛋白酶将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成小分子多肽或可溶性氨基酸后，已经很容易从衣物上脱落了，无需再加肽酶。‎ ‎3．下列关于加酶洗衣粉的说法，不正确的是(　C　)‎ A．加酶洗衣粉相对于普通洗衣粉来说，有利于环境保护 B．加酶洗衣粉的洗涤效果受多种因素影响 C．加酶洗衣粉中的蛋白酶往往是酸性蛋白酶 D．洗衣粉中纤维素酶可以使纤维结构蓬松，从而使纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，使洗衣粉的去污效果更好 解析：加酶洗衣粉相对于普通洗衣粉来说，P使用量减少，可以避免水体富营养化，同时大多数酶为蛋白质，容易被微生物分解，因此使用加酶洗衣粉有利于环境保护，A正确；加酶洗衣粉的洗涤效果受水温、洗衣粉用量、洗涤方式、浸泡时间、水质等多种因素的影响，B正确；加酶洗衣粉中的蛋白酶往往是碱性蛋白酶，C错误；使用添加纤维素酶的洗衣粉可使衣物蓬松柔软，从而使纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，使洗衣粉的去污效果更好，D正确。‎ ‎4．生物体内的酶很容易降解、失活。洗衣粉中的酶却能长时间保持活性的原因是(　B　)‎ A．生物体内的酶活性受温度影响，洗衣粉中的酶不受温度影响 B．洗衣粉中的酶外层有特殊的化学物质层层包裹，保持其活性 C．生物体内的酶是蛋白质，洗衣粉中的酶是无机物 D．以上全部正确 解析：洗衣粉中的酶用特殊的化学物质层层包裹，使之与洗衣粉中的其他成分隔离，因而能长时间保持活性。‎ ‎5．在“探究不同温度条件下加酶洗衣粉的洗涤效果”的实验中，下列有关说法正确的是(　B　)‎ A．实验材料的污染程度属于本实验的无关变量，实验过程中不必考虑 B．若采用手洗法进行去污操作，需尽可能保证各组洗涤用力程度、时间等基本相同 C．水温属于本实验的自变量，实验过程中必须保证各组实验温度相同且恒定 D．水的用量和布料的大小是成正比的，实验用的布料越大、水量越多，实验效果越好 解析：根据实验设计的对照原则和单一变量原则，水温是本实验的自变量，要设置温度梯度，即各组实验温度不能相同，而其他的无关变量要保持相同且适宜。该实验用的布料、水量要适中，不是布料越大、水量越多，实验效果越好。‎ 二、非选择题 ‎6．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。‎ ‎(1)提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和适当提高温度。甲组在洗衣粉中加入了蛋白酶。乙组在洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶。‎ ‎(2)甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有专一性。‎ ‎(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。没有差异，因为高温使酶变性失活。‎ 解析：由题意知，本实验控制变量为酶和温度。(1)根据血渍、油渍的去污时间比较，推断甲、乙组分别含有蛋白酶、蛋白酶和脂肪酶；(2)在同样温度条件下，甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有专一性；(3)注意结合表格数据判断80 ℃的水温条件下，酶已变性失活。‎ ‎7．实验探究：加酶洗衣粉的使用条件和效果。‎ 实验目的：1.观察加酶洗衣粉在洗涤中的效果；2.探讨加酶洗衣粉的最佳温度条件。‎ 实验用具及材料：100 mL的三角瓶若干、镊子、两组恒温水浴器、若干块沾有等量鸡血且放置一天的棉布、两种加酶洗衣粉及未加酶洗衣粉。‎ 实验步骤：(补充)‎ ‎①将两组恒温水浴器分别调至40 ℃和80 ℃。‎ ‎②向9个三角瓶中各加入90 mL的水，将三角瓶分成三组，每组三只，编号A、B、C，向A、B组中依次加入两种加酶洗衣粉各0.5 g，向C组加入未加酶的洗衣粉0.5_g。‎ ‎③将三组三角瓶同时分别放在20 ℃的室温下、40 ℃和80 ℃的水浴中，保温一段时间。‎ ‎④将沾有等量鸡血的棉布同时放入三角瓶中，用镊子搅拌相同的时间。‎ ‎⑤取出白布条，观察洗涤效果。‎ 回答问题：‎ ‎(1)实验中设置C组三角瓶的作用是对照。‎ ‎(2)该实验自变量有不同的温度、不同种类的洗衣粉。‎ ‎(3)根据生活中衣物上油渍的成分分析，加酶洗衣粉的酶可能是脂肪酶。‎ ‎(4)根据你对酶作用特点和温度与酶活性关系的理解，试为加酶洗衣粉编写“使用指南”：本洗衣粉在40_℃‎ 的水温下洗涤效果最好，水温超过65_℃，酶将失效。‎ 解析：从题中提到“两种加酶洗衣粉及未加酶的洗衣粉”的信息，联想到观察加酶洗衣粉的洗涤效果，一定要和未加酶的洗衣粉进行对比。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P46)‎ 普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。‎ ‎【旁栏思考题】点拨(教材P47)‎ 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，最好能进行定量的比较。‎ ‎1．答：列表比较如下。‎ 普通洗衣粉 加酶洗衣粉 相同点 表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污垢；等等 不同点 酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易溶于水，从而与纤维分开 ‎2.答：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。‎ 课题3　酵母细胞的固定化 知识点一　　　　　　　　固定化酶及其应用实例 ‎1．固定化酶 ‎(1)概念：固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行反应的酶。用于固定化酶的载体有琼脂糖、聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。‎ ‎(2)优点：固定在载体上的酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。‎ 注意：固定化酶可以被反复利用，但不等于能被永久利用。‎ ‎2．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产 ‎(1)反应机理：‎ 葡萄糖果糖。‎ ‎(2)固定化酶的反应柱：如右图所示。‎ ‎①葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状载体上；‎ ‎②酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液能通过。‎ ‎(3)生产过程 ‎①将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上；‎ ‎②将这些酶颗粒放入底部有许多小孔的反应柱内；‎ ‎③将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入；‎ ‎④葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触；‎ ‎⑤葡萄糖转化成果糖，从反应柱下端流出。‎ ‎(4)固定化酶的反应柱的优点：能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。‎ 酶的几种固定方式 ‎1．将酶相互连接起来(如图①)。‎ ‎2．将酶包埋在细微网格里(如图②)。‎ ‎3．将酶吸附在载体表面上(如图③)。‎ ‎【典题精练1】　下列关于固定化酶技术的说法，正确的是(　　)‎ A．固定化酶技术就是固定反应物，将酶吸附于载体上，围绕反应物旋转的技术 B．固定化酶技术的优势在于能催化一系列的酶促反应 C．固定化酶中的酶无法重复利用 D．固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术 ‎【答案】　D ‎【解析】　固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。其优点是酶被固定在一定装置内，可重复利用；不足之处是无法同时催化一系列酶促反应。在固定化过程中，固定的是酶而不是反应物。‎ 解题归纳 明确固定化酶的概念及其特点。固定化酶催化效率高，可反复利用、降低成本，但固定的是一种酶，不能催化一系列化学反应。‎ ‎【典题精练2】　下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法正确的是(　　)‎ A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶 B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物的进入 C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖溶液从反应柱下端流出 D．固定化酶技术复杂，成本较高 ‎【答案】　C ‎【解析】　生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，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，转化成果糖溶液，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。‎ 知识点二固定化细胞技术与固定化酵母细胞的制备 ‎1．固定化酶和固定化细胞技术 ‎(1)概念：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。‎ ‎(2)方法：通常采用包埋法、化学结合法和物理吸附法。‎ ‎①化学结合法：将酶或细胞相互连接起来，或将其结合到载体上。‎ ‎②物理吸附法：将酶或细胞吸附在载体的表面上。‎ ‎③包埋法：将酶或细胞包埋在细微网格里。‎ ‎(3)二者的联系和区别 ‎①联系：都是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内，在生产中都容易与产物分离，固定在载体上的酶或细胞可以被反复利用。‎ ‎②区别：适合的固定方法不同(见下表)。固定化细胞技术能固定一系列的酶，成本更低，操作更容易，更适宜于生产实际。‎ ‎2.制备固定化酵母细胞 ‎(1)酵母细胞的活化：称取‎1 g干酵母，放入50 mL的小烧杯中，加入蒸馏水10 mL。用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1 h左右，使其活化。‎ ‎(2)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液：称取无水CaCl2 ‎0.83 g，放入200 mL的烧杯中，加入150 mL蒸馏水，使其充分溶解，待用。‎ 注意：溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自来水中的各种离子影响实验结果。‎ ‎(3)配制海藻酸钠溶液：称取‎0.7 g海藻酸钠，放入50 mL小烧杯中，加入10 mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10 mL。‎ ‎(4)海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌至混合均匀，再转移至注射器中。‎ ‎(5)固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。‎ ‎3．用固定化酵母细胞发酵 ‎(1)将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2～3次，洗去凝胶珠表面多余的电解质溶液。‎ ‎(2)将150 mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移至200 mL的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于‎25 ℃‎下发酵24 h。‎ ‎4．结果分析与评价 ‎(1)如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再尝试。‎ ‎(2)利用固定化酵母细胞发酵产生酒精(C6H12O6‎2C2H5OH＋2CO2＋能量)，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味，而用不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则无此现象。‎ 固定酵母细胞过程中的四个注意点 ‎1．活化酵母细胞和配制CaCl2溶液时都要用到蒸馏水，且活化酵母细胞时应选择体积足够大的容器。‎ ‎2．配制海藻酸钠溶液是操作中的关键步骤，该过程应用小火或者间断加热。‎ ‎3．将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，加入已活化的酵母细胞。‎ ‎4．将注射器中的海藻酸钠溶液和酵母细胞的混合物以恒定的速度缓慢地滴加到CaCl2溶液中，形成凝胶珠。‎ ‎【典题精练3】　下列关于制备固定化酵母细胞的操作，正确的是(　　)‎ A．制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以防凝固 B．制备固定化酵母细胞的过程中需用到注射器 C．以恒定的速度把混合液注射到CaSO4溶液中 D．凝胶珠在CaCl2溶液中应浸泡10 min左右 ‎【答案】　B ‎【解析】　A错误：应将海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞，否则会把酵母细胞杀死。C错误：应是以恒定的速度把混合液滴加到CaCl2溶液中而不是CaSO4溶液中。D错误：凝胶珠在CaCl2溶液中应浸泡30 min左右。‎ 解题归纳 海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合液应缓缓滴加到氯化钙溶液中，作用是使混合液形成凝胶珠；凝胶珠在氯化钙溶液中应浸泡30分钟左右，目的是使凝胶珠形成稳定的结构。‎ ‎【典题精练4】　对配制海藻酸钠溶液的叙述不正确的是(　　)‎ A．加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环 B．海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量 C．海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠 D．海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少 ‎【答案】　C ‎【解析】　‎ 海藻酸钠的浓度过高，凝胶珠不易成形；海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少。加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，因为海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量。‎ 一、选择题 ‎1．关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误的是(　A　)‎ A．固定化酶生物活性强，可长久使用 B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高 C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量 解析：该题主要考查固定化酶的优点，即应用后易与产物分离，提高产品质量；可以反复利用，降低生产成本。但是固定化酶作为生物催化剂，具有一定的生物活性，随着时间的推移，酶的活性会降低，甚至消失，即固定化酶不能长久使用。例如：生产高果糖浆的固定化酶一般只能连续使用半年。‎ ‎2．下列说法不正确的是(　B　)‎ A．葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖 B．从固定化酶反应柱下端流出的是果糖 C．高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人类的健康更有益 D．酶溶解于葡萄糖溶液后，可从糖浆中回收 解析：该题考查了固定化酶的应用——生产高果糖浆。在生产高果糖浆时用的酶是葡萄糖异构酶，设备为固定化酶反应柱。由于葡萄糖与果糖是同分异构体，在葡萄糖异构酶的作用下，部分葡萄糖可以转化为果糖，所以从反应柱下端流出的液体不仅仅是果糖，还有葡萄糖。‎ ‎3．下列关于固定化细胞技术的说法，正确的是(　D　)‎ A．物理吸附法的优点是操作简单，吸附牢固 B．包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性 C．物理吸附法容易对酶活性产生影响 D．凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠(钙)、角叉菜聚糖、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等 解析：固定化细胞的主要方法有物理吸附法和包埋法。它们各有利弊，物理吸附法的主要优点是酶活性不受影响，但吸附过程相当复杂，这一过程与微生物细胞的性质、载体的性质以及两者之间的相互作用等有关，且吸附力较弱，吸附不牢固，细胞容易脱落。而包埋法操作简便，条件温和，对细胞无毒性，适合于生长细胞的固定。但凝胶的结构要保持稳定需要适当的条件控制，凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠(钙)、角叉菜聚糖、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等。‎ ‎4．酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是(　A　)‎ A．酶固定化技术是细胞固定化技术的基础 B．细胞固定化技术是酶固定化技术的基础 C．酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的 D．细胞固定化技术先于酶固定化技术 解析：1969年，日本利用固定化氨基酰酶，由乙酰－DL－氨基酸连续生产L－氨基酸获得成功，是世界上固定化酶大规模应用的首例。20世纪70年代后期，酶工程领域又出现了固定化细胞技术，固定化细胞是指固定在一定范围内的、能够进行生命活动的并且可以反复使用的活细胞。‎ ‎5．下列有关固定化技术的叙述，正确的是(　B　)‎ A．固定化酶只是在细胞内才能发挥作用 B．固定化酶能提高酶的利用率 C．酶的固定是酶分离纯化的常用方法 D．固定化酶的固定化方式就是吸附在固体表面上 解析：‎ 酶在条件适宜时，既可在细胞内起作用，也可在细胞外起作用，制成的固定化酶，更是主要在细胞外发挥作用；制成固定化酶的方法有吸附在固体表面，将酶相互连接起来，将酶包埋在细微的网格里等；制成固定化酶的步骤包括酶的生产、提取、酶的分离纯化、酶的固定化，即酶分离纯化是酶的固定化的前提条件；固定化酶能重复利用，从而提高了酶的利用率。‎ 二、非选择题 ‎6．酵母菌是现代生物技术研究中常用的微生物。‎ ‎(1)在酵母菌的纯化培养中，培养基上会出现一些分别由一个酵母菌繁殖而成的菌落，在生态学上，一个菌落的全部酵母菌称为一个种群。为了能反复利用，需要将纯化后并经过繁殖培养得到的酵母菌与海藻酸钠溶液混合，制成凝胶珠。如果在CaCl2溶液中形成的凝胶珠的颜色过浅，说明固定化酵母细胞的数目较少。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，固定化酵母细胞的制作失败。‎ ‎(2)经测定，酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他发酵产物，其余1.5%则用于自身的生长繁殖。现在工厂化生产果酒，为提高果酒的品质，更好地抑制其他微生物的生长，通常采取的措施是直接在果汁中加入人工培养的酵母菌。‎ ‎(3)制作果酒时，将凝胶珠加入到葡萄汁中，控制好发酵条件，如温度为18～25_℃，10天后可得到散发着酒香的成品。该过程的原理是在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。‎ 解析：凝胶珠颜色的深浅与被固定的酵母细胞数量有关，形状与海藻酸钠溶液的浓度有关；发酵条件与酵母细胞中酶的最适温度有关。‎ ‎7．如下图a所示，探究性实验装置甲、乙、丙、丁、戊中，葡萄糖溶液是饱和的，5个装置中分别加入两粒凝胶珠，实验开始时，小液滴都在C点(刻度管足够长，瓶内氧气充足)。5个装置分别置于‎0 ℃‎、‎15 ℃‎、‎25 ℃‎、‎35 ℃‎、‎45 ℃‎、‎55 ℃‎的温度下，10分钟后记录各个装置中的小液滴的位置并描绘出坐标曲线图(如图b的甲曲线)。‎ ‎(1)实验的目的是探究温度与醋酸发酵速率之间的关系，自变量是温度。‎ ‎(2)瓶中氢氧化钠溶液的作用是吸收CO2和防止产生的醋酸挥发而影响实验结果的准确性，小液滴移动的距离表示有氧呼吸消耗的氧气量。‎ ‎(3)实践中，如果通过固定化醋酸菌来生产醋酸，那么制备的凝胶珠的大小与固定酵母菌生产酒精相比，应该注意什么问题？固定化醋酸菌的凝胶珠要小一些。为什么？因为醋酸菌发酵产生醋酸是一个有氧呼吸的过程，凝胶珠小有利于氧气的供应，从而增加醋酸的产量。‎ ‎(4)如果在制备固定化醋酸菌细胞的实验中，海藻酸钠的浓度过低，请在坐标系中画出实验开始10分钟后的曲线乙。‎ 答案：图形如原图曲线，但在原图的曲线下面(略)‎ ‎(5)工业生产中，利用固定化细胞技术进行生产，从哪些方面可以延长利用固定化细胞的时间？(至少写两点)‎ 答案：无菌操作，控制好温度、pH等。‎ 解析：(1)本实验是探究温度与醋酸发酵的速率的关系，温度是自变量。(2)氢氧化钠溶液的作用是用来处理生成的醋酸和二氧化碳，以免影响实验结果的准确性，保证小液滴移动的距离真实地表示有氧呼吸消耗的氧气量。(3)醋酸发酵为有氧发酵，而酵母菌发酵为无氧发酵。(4)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的醋酸菌的数目就少。(5)利用固定化细胞技术进行生产时，要求无菌操作，同时要注意控制好温度、pH等。‎ ‎1．直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。‎ 类型 优点 不足 直接使 用酶 催化效率高，低耗能、低污染等 对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量 固定 化酶 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用 一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到的 固定化 细胞 成本低，操作更容易 固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等 ‎2.略。‎ ‎3．提示：可以从酶的结构的多样性，对理化条件的敏感程度等角度思考。‎ 专题整合与评估 ‎ [知识建网]‎ ‎ [要语必背]‎ ‎1．果胶酶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．碱性蛋白酶能将大分子蛋白质水解为可溶性的氨基酸或小分子的肽，所以蛋白质类纤维织物不能用此种加酶洗衣粉洗涤。‎ ‎3．温度、酸碱度和表面活性剂都会影响加酶洗衣粉的洗涤效果。‎ ‎4．固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。‎ ‎5．配制海藻酸钠溶液浓度过高，则难以形成凝胶珠；若浓度过低，则固定的酵母细胞少，影响实验效果。‎ ‎6．固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又提高了产品质量。‎ ‎[知识整合促贯通]‎ 一、影响酶促反应速度的因素及相关实验设计 ‎1．影响酶促反应速度的因素及相关曲线分析 影响 因素 相关曲线 分析 酶浓度 在底物足够，其他条件固定不变且适宜时，酶促反应速度与酶浓度成正比 底物 ‎(反应 物)浓 度 在无关变量固定且适宜、底物浓度很低时，反应速度随底物浓度增加而加快，反应速度与底物浓度近乎成正比；当底物浓度较高时，底物浓度增加，反应速度也增加，但不显著；当底物浓度达到一定值时，反应速度达到一个最大值，不再随底物浓度增大而增大 温度 酶促反应的反应速度在一定温度范围内随温度升高而加快；但当温度升高到一定限度时，酶促反应速度不仅不再增加，反而随温度的升高而下降。即酶促反应有一最适温度 pH 每种酶只能在一定pH范围内有活性，低于或超过这个范围，酶就会失去活性，即过酸、过碱都使酶变性失活 ‎2.实验设计 ‎(1)思路：在保证无关变量相同的前提下，在一恒定温度下设置pH梯度，可确定酶催化作用的最适pH；在一恒定pH条件下，通过设置温度梯度，可确定酶催化作用的最适温度；在温度和pH都相同的条件下，通过设置酶的用量梯度可以确定酶的最适用量。‎ ‎(2)原则：对照原则，单一变量原则，平行重复原则。其中的变量就是所研究的对象。在分析实验问题时，要紧紧抓住研究变量，把其他可能影响实验结果的变量变为常量，才能保证对照实验结果的严密性和准确性。‎ ‎【典题精练1】　下列说法正确的是(　　)‎ A．加酶洗衣粉就是将酶直接加到洗衣粉中 B．目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和蔗糖酶 C．温度、酸碱度和表面活性剂都会影响酶的活性 D．普通洗衣粉只是缺少酶，不会污染环境 ‎【答案】　C ‎【解析】　A项应是在洗衣粉中加入酶制剂，酶制剂中的酶用特殊物质将其层层包裹，使其与洗衣粉的其他成分隔离。B项中不应是蔗糖酶，而是纤维素酶。D项中普通洗衣粉含有较多的磷，易导致水体富营养化。‎ ‎【典题精练2】　下图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ依次表示果胶酶浓度一定时，果胶酶的酶促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Ⅰ中，反应物浓度达到某一值时反应速度不再上升的原因是__________________________________________。‎ ‎(2)图Ⅱ中，B点所对应的温度为________，如果你根据实验数据转换成的曲线图无法判断果胶酶的最适温度，你将如何改进？______________________________________________。‎ ‎(3)图Ⅱ中，曲线AB段表明________，BC段表明________。‎ ‎(4)将装有果胶酶与反应物的甲、乙两试管分别放入‎12 ℃‎和‎90 ℃‎的水浴锅中，20 min后取出，转入‎40 ℃‎的水浴锅中保温，两试管内的反应是：甲________，乙________。‎ ‎(5)图Ⅲ表示在果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速度随pH变化的曲线，实验时可根据________________来判定果胶酶的最适pH。‎ ‎【答案】　(1)受酶浓度限制 ‎(2)酶促反应的最适温度　应根据适宜的温度范围尝试减小温度梯度差，重新进行实验 ‎(3)果胶酶的活性随温度的升高而升高　果胶酶的活性随温度的升高而下降 ‎(4)反应速度加快　无催化反应 ‎(5)产生果汁的量 ‎【解析】　酶是具有催化能力的有机物，其催化效率受反应物浓度、温度、pH等的影响。(1)图Ⅰ中，当反应物浓度在较低范围内增加时，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。这是因为酶虽然具有高效性，但当所有酶都发挥了最高效能后，反应物浓度再增加，反应速度也不再增加，这时反应速度受酶浓度影响。(2)图Ⅱ中，B点的催化效率最高，因此它所对应的温度就是酶促反应的最适温度。在根据实验数据做成的曲线图无法判断果胶酶的最适温度时，应根据适宜的温度范围尝试减小温度梯度差，重新进行实验。(3)图Ⅱ中，从A点到B点曲线上升，这是因为随温度升高，酶活性升高；从B点到C点曲线下降，这是因为随温度升高，酶活性降低，温度过高，导致酶变性失活。(4)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 ℃‎(酶促反应的最适温度)的水浴锅中加热时，其反应速度迅速增加。乙试管在‎90 ℃‎高温下，酶的空间结构已被破坏，酶已变性失活，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。(5)图Ⅲ表示在果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速度随pH变化的曲线，实验时可根据产生果汁的量来判定果胶酶的活性，以此判定果胶酶的最适pH。‎ 二、正确区分直接使用酶、固定化酶及固定化细胞 对直接使用酶、固定化酶及固定化细胞的应用及优缺点掌握不清，导致此类问题出错，对该知识点的记忆可采用列表比较的方法牢固掌握。‎ 直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较 ‎【典题精练3】　‎ 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是(　　)‎ A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 B．在固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧 C．利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需提供适宜的营养条件 D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应物 ‎【答案】　A ‎【解析】　固定化酶的使用要控制好pH、温度，但与氧气无关。固定化酶的使用不需要适宜的营养条件。葡萄糖在固定化酵母细胞发酵中不仅作为反应物，还可以为酵母细胞提供营养和能量。‎ ‎【典题精练4】　下列有关固定化酶和固定化细胞的说法正确的是(　　)‎ A．固定化酶的优势在于它能催化一系列生化反应 B．固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可在细胞外起作用 D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性迅速下降 ‎【答案】　C ‎【解析】　固定化酶固定的只是一种酶，不能催化一系列生化反应，能催化一系列生化反应的应是固定化细胞，因为固定化细胞固定的是一系列酶。固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但不会出现酶的活性迅速下降的情况。固定化酶是在细胞外发挥作用，固定化细胞中的部分酶可在细胞内发挥作用，也有部分酶可在细胞外发挥作用，所以固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可在细胞外起作用。‎