2021版高考生物一轮复习第十单元生物技术实践第37讲酶的应用课件

2021版高考生物一轮复习第十单元生物技术实践第37讲酶的应用课件

第 37 讲　酶的应用 考点一　酶活性 ( 力 ) 及加酶洗衣粉 研析教材 内化基本概念 1. 果胶酶在果汁生产中的应用 (1) 组成 : 果胶酶是指分解果胶的一类酶的总称 , 包括 . 等。 (2) 作用 : 果胶酶能够瓦解植物的 , 把果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸 , 从而使果汁变得澄清 , 并提高水果的出汁率。 多聚半乳糖醛酸酶、果胶 分解酶和果胶酯酶 细胞壁及胞间层 2. 探究影响果胶酶活性的因素 ( 温度或 pH) 的实验 (1) 酶的活性 : 酶的活性是指 。 (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 , 其活性最高。果肉的 、果汁的 都与果胶酶的活性成正比。 (3) 实验流程 制备苹果泥→设置一系列具有梯度的温度和 pH→ 加入果胶酶反应一段时间→过滤果汁→测量果汁量并记录。 (4) 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 来实现的。 酶催化一定化学反应的能力 出汁率 澄清度 果汁的体积或澄清度 3. 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果中常用酶制剂的种类及洗涤原理 小分子的肽 种类 洗涤原理 洗涤实例 蛋白酶 可将蛋白质水解为易溶解或分散于洗涤液中的 或 . 血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢 脂肪酶 把脂肪水解为较易溶解的 和游离的 . 食品的油渍、人体皮 脂、口红 淀粉酶 能使淀粉迅速分解为可溶性的麦芽糖、葡萄糖等 面条等污垢 纤维 素酶 使纤维的结构变得蓬松 , 从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触 , 达到更好的去污效果 氨基酸 甘油 脂肪酸 思考探究 培养科学思维 1. 探究果胶酶活性最适条件的实验设计思路 通过 来取得最适值。 2. 确定果胶酶用量的方法 若随酶用量的增加 , 过滤到的果汁体积也增加 , 说明酶的 用量 ; 当酶的用量增加到某个值后 , 再增加酶的用量 , 过滤到的果汁体积不再改变 , 说明酶的用量已经足够 , 那么 , 这个值就是酶的 。 设置合理的温度(pH)梯度 不足 最适用量 3. 请你填写补充“探究普通洗衣粉与加酶洗衣粉的洗涤效果”的实验步骤 : (1) 取大烧杯两只 , 用量筒量取等量水放入其中。 (2) 将制好的污染布块和洗衣粉 ( 一组为污染布块与普通洗衣粉 , 一组为污染布块与加酶洗衣粉 ) 分别放入两只烧杯中。 (3) 　 ;  。  提示 : (3) 用玻璃棒同时充分搅拌一段时间。一段时间后 , 搅拌可重复进行 (4) 洗涤相同的时间后 , 观察洗涤效果 题型突破 提升核心素养 题型一　酶活性及其在食品制造方面的应用 B 1. 如图曲线表示不同 pH 对三种蛋白酶活性的影响 , 下列有关叙述错误的是 ( 　 　 ) A. 酶活性可用单位时间内产物的增加量来表示 B.pH 由 6 降至 2, 甲酶的活性逐渐恢复 C. 不能判断乙酶的活性是否受 pH 影响 D. 与乙酶相比 , 甲酶和丙酶的适宜 pH 范围较窄 解析 : 酶的活性高低可以用一定条件下 , 酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示 , 反应速度可以用单位时间内、单位体积中产物的增加量或者反应物的减少量来表示 ;pH 为 6 时甲酶活性已经为零 , 所以 pH 降到 2 时甲酶活性不能恢复 ; 由于图中乙酶的曲线只是标出了在 pH 从 4 到 8 的范围内的酶活性 , 所以不能判断在其他 pH 条件下对酶活性的影响 ; 通过曲线比较 , 乙酶的适宜 pH 范围 最广。 2. 酶是生物体内细胞合成的生物催化剂 , 没有酶 , 生物体内几乎所有的代谢反应都不能进行。随着生物科学技术的发展 , 酶已经走出实验室 , 走进人们的生产和生活。果胶酶能够分解果胶 , 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更加澄清。请回答下列有关酶的问题 : (1) 每当到了丰收的季节 , 苹果堆满了仓库 , 如果交通不便 , 就会有很多苹果因保存不当或不能及时运出 , 而渐渐腐烂变质 , 苹果腐烂的原因是 : ① 　 ;  ② 　 。  其中能使苹果腐烂的微生物的同化作用类型是 　　　　 , 为了减少损失 , 提高产品的经济效益 , 人们想到了榨取果汁 , 要想使果汁尽可能多的榨出来 , 应加入果胶酶 , 在该物质的作用下 , 果胶分解成可溶性的 　　　　　　　　 。  解析 : (1) 苹果中含有丰富的有机物与水分 , 适合微生物的繁殖 ; 苹果通过无氧呼吸产生酒精使细胞死亡以及微生物侵染都会使苹果腐烂。能使苹果腐烂的微生物的同化作用类型是异养型。在果胶酶的作用下 , 果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。 答案 : (1)① 无氧呼吸产生酒精使细胞死亡　②微生物侵染　异养型　半乳糖醛酸 (2) 探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤 : a. 用搅拌器制苹果泥 , 并适量且等量注入到 6 支试管中 , 同时另取 6 支试管各注入适量且等量的果胶酶溶液 ; b. 取 6 个烧杯分别编号 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6, 依次注入适量 30 ℃ 、 35 ℃ 、 40 ℃ 、 45 ℃ 、 50 ℃ 、 55 ℃ 的水 , 恒温水浴 ; c. 每一烧杯中分别放入装有等量苹果泥和果胶酶的试管 , 在不同温度下保温 3 min; d. 将各组烧杯中试管内的苹果泥和果胶酶混合均匀 , 振荡试管 , 反应一段时间 ; e. 过滤 , 比较获得苹果汁的体积。 ① c 中将分别装在不同试管中的苹果泥和果胶酶恒温处理的目的是 　 。  ②有人认为该实验缺乏对照 , 应补充一组苹果泥和蒸馏水相混合的实验 , 你认为有没有必要 ? 　　　　 。  ③若继续探究果胶酶的最适用量 , 则在实验过程中温度、 　　　　　　　　 ( 列举两个 ) 等因素应保持不变。  解析 : (2)① 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。②实验的不同温度梯度之间可形成相互对照 , 无须补充果泥和蒸馏水混合实验。③若继续探究果胶酶的最适用量 , 自变量是果胶酶的用量 , 则在实验过程中温度、 pH 、苹果泥含量等无关变量保持不变。 答案 : (2)① 保证底物和酶在混合时的温度是相同的　②没有③ pH 、苹果泥含量 题型二　酶在洗涤方面的应用 3. 如图是围绕加酶洗衣粉洗涤效果进行的研究结果。下列有关叙述中不正确的是 ( 　 　 ) A. 本研究的自变量有温度和洗衣粉是否加酶 B. 本研究的因变量可能是污渍残留量 C. 两类洗衣粉的最佳使用温度都为 t 1 D. 温度超过 t 2 后加酶洗衣粉中的酶可能失活 C 解析 : 本题考查探讨加酶洗衣粉的洗涤效果。根据实验目的而人为改变的变量是自变量 , 随着自变量的变化而变化的变量是因变量。加入的洗衣粉不同 , 温度不同 , 都会造成洗涤效果的差异。可用污渍的残留量来表示洗涤效果。若纵坐标表示污渍残留量 , 则加酶洗衣粉的最适温度为 t 1 , 普通洗衣粉的最佳使用温度为 t 2 。温度过高 , 酶的活性降低甚至失活。 4 .(2016 · 海南卷 ) 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 　 。  解析 : (1) 用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时 , 如果使用开水 , 会使血中的蛋白质变性而沉淀 , 难以清洗。使用碱性洗衣粉去除衣服上的血渍 , 碱性条件下只有蛋白酶丙有活性 , 应选择含有蛋白酶丙的碱性洗衣粉。 答案 : (1) 开水使血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) 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。  解析 : (2) 脂肪酶的化学成分为蛋白质 , 会被原洗衣粉中的蛋白酶水解。 (3) 蛋白酶和其作用的蛋白质类污渍的氨基和羧基均会发生解离 ,pH 会影响其解离状态。 答案 : (2) 不合理　蛋白酶会降解脂肪酶 (3) 羧基和氨基 考点二　固定化酶 ( 细胞 ) 的制备和应用 研析教材 内化基本概念 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 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。 (2) 方法 ( 如图 ) 载体 图示中的①、②、③分别是 。 包埋法、化学结合法、物理吸附法 2. 固定化细胞技术 (1) 概念 : 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 的活细胞。 (2) 固定化酵母细胞的制备流程及发酵 酵母细胞的 →配制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的 溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞→ →发酵。 反复使用 活化 CaCl 2 冲洗 思考探究 培养科学思维 1. 固定化酶与固定化细胞的比较 项目 固定化酶 固定化细胞 固定酶 的种类 . . 适用方法 . 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 一种 一系列 化学结合法、物理吸附法 包埋 2. 请写出海藻酸钠溶液的配制是制备固定化酵母细胞的关键的两点理由。 提示 : ① 若海藻酸钠溶液浓度过高 , 将很难形成凝胶珠。②若其浓度过低 , 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少 , 两种情况都会影响实验效果。 题型突破 提升核心素养 题型一　固定化酶 ( 细胞 ) 制备的原理及流程 1. 下列说法不正确的是 ( 　 　 ) A. 固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法 B. 固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法 C. 由于细胞体积大 , 而酶分子很小 , 因此细胞多采用物理吸附法固定化 D. 反应物是大分子物质应采用固定化酶 C 解析 : 由于细胞体积大 , 酶分子很小 , 体积大的细胞难以被吸附或结合 , 而体积小的酶分子容易从包埋材料中漏出。因此 , 细胞多采用包埋法固定化 , 酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。 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 Zn2+ 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 : (1) 实验中的海藻酸钠作用是 　　　　　　　　 ,CaCl 2 的作用是 　 。  解析 : (1) 海藻酸钠溶液在 CaCl 2 溶液中会形成凝胶球 , 包埋绿球藻。 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) 为洗去凝胶球上残余的 CaCl 2 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 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 Zn 2+ 污水的净化作用 , 应选用浓度为 　　　　 海藻酸钠制备凝胶球。  解析 : (2) 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 , 可保持绿球藻活性。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。 答案 : (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% (3) 为探索固定化藻对含 Zn 2+ 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 Zn 2+ 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 Zn 2+ 浓度下降速度较快的主要原因是 　 　　　　　　　　　　　　　　 ;72 ～ 96 h 间 Zn 2+ 浓度下降速度较慢的原因有 　  　 。  解析 : (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) 空白凝胶球可吸附 Zn 2+ , 导致溶液中 Zn 2+ 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 , 所以 Zn 2+ 浓度下降速度较快 ,72 ～ 96 h 间绿球藻数量基本不再增加 , 且溶液中 Zn 2+ 浓度已较低 , 所以 Zn 2+ 浓度下降速度较慢。 答案 : (3)2.0% 　 (4) 凝胶吸附 Zn 2+ 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 题型二　固定化酶 ( 细胞 ) 的应用 3. 下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的叙述 , 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 , 防止异物进入 C. 葡萄糖溶液从反应柱的上端注入 , 果糖从反应柱下端流出 D. 固定化酶技术过程复杂 , 成本较高 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 , 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。 4. 某一实验小组的同学 , 欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验 , 实验材料及用具齐全。请回答下列问题 : (1) 酵母细胞活化的作用是 　　　　　　　　　　　　　　　　 。凝胶珠的组成是 　 。  如果进行多批次的生产 , 本实验中的酵母与普通发酵中的酶或菌种在使用上有何区别   　 。  解析 : (1) 酵母细胞活化的目的是让休眠状态的酵母恢复到生活状态。凝胶珠的组成就是海藻酸钠 + 酵母细胞。本实验中的酵母与普通发酵中的酶或菌种在使用上的区别在于 , 凝胶珠可以在较长时间内反复连续使用 , 而普通发酵中的酶或菌种不能反复使用。 答案 : (1) 让休眠状态的酵母恢复到生活状态　海藻酸钠 + 酵母细胞　凝胶珠可以在较长时间内反复连续使用 , 而普通发酵中的酶或菌种不能反复使用 (2) 该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。 ①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复使用 , 实验过程一定要在 　　　　 条件下进行。  ②加入反应液后的操作是关闭 　　　　　　　　　 。  ③装置中的长导管的作用是   　 。  解析 : (2) 如图所示的是用固定化技术进行葡萄糖发酵的装置图 , 其中 a 是固定化酵母细胞 ,b 是反应柱。①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用 , 实验过程一定要在无菌条件下进行 ;② 加入反应液后为了在无氧条件下进行酒精发酵 , 应关闭活塞 1 和活塞 2;③ 装置的长导管起到释放 CO 2 , 减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染的作用。 答案 : (2) 无菌　活塞 1 和活塞 2 　释放 CO 2 以减小反应柱内压力并可以防止其他微生物污染 (3) 在制备固定化酵母细胞的操作中 , 正确的是 ( 　　 ) A. 制备好海藻酸钠后 , 需立即将其与酵母细胞混合以防凝固 B. 制备凝胶珠的过程中应用注射器滴加 C. 以恒定的速度把混合液注射到硫酸钙溶液中 D. 凝胶珠形成后在相应溶液中应浸泡 10 分钟左右 (4) 固定化酵母细胞增殖速度较慢的原因有    ( 至少两点 ) 。 解析 : (3)操作过程中,必须等海藻酸钠溶液冷却后才能将其与酵母细胞混合,否则酵母细胞会在高温下死亡;制备固定化酵母细胞时需以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴到氯化钙溶液中,以形成凝胶珠;凝胶珠在溶液中应浸泡30分钟左右,以使凝胶珠强化,不易破碎。 (4)固定化酵母细胞增殖速度较慢的原因一是空间限制;二是营养物质代谢产物交换受阻。 答案 : (3)B (4) 空间限制 , 营养物质代谢产物交换受阻 课堂小结 [ 构建知识网络 ] [ 强化思维表达 ] 1. 酶活力是指酶催化一定化学反应的能力。 2. 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。包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶。 3. 加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉 , 常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。 4. 固定化细胞常用的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法。