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专题四酶的研究与应用
【学习导航】
酶是生物催化剂, 具有高效、 专一和所需反应条件温和的优点。当前, 酶已广泛应用于食品、 环保和化工等各个行业, 取得了良好的经济效益。本专题是在必修课的基础上, 经过实验研究影响酶活性的因素以及酶在日常生活和工业生产上的应用。经过本专题3各课题的学习, 学生应该掌握测定酶活力的简单方法; 能够研究酶活性的因素; 理解固定化酶和固定化细胞的原理和方法; 探讨酶在生产生活中的应用。
课题1果胶酶在果汁生产中的应用
【导学诱思】
1．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一, 它是由 聚合而成的一种高分子化合物, 不溶于水。在果汁加工中, 果胶不但会影响出汁率, 还会使果汁浑浊。果胶酶能够分解 , 瓦解植物细胞的 及 , 使榨取果汁更容易, 而果胶分解成可溶性的 , 也使得浑浊的果汁变得澄清。果胶酶并不特指某一种酶, 而是分解果胶的一类酶的总称, 包括 、 和 等。
2．酶的活性是指 的能力。酶活性的高低能够用在一定条件下, 酶所催化的某一化学反应的 来表示。在科学研究与工业生产中, 酶反应速度用单位时间内、 单位体积中 或 来表示。
3． 、 和 等条件会影响酶的活性。
【疑难点拨】
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, 能够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的影响时, 是否需要设置对照? 如果需要, 又应该如何设置? 为什么?
提示: 需要设置对照实验, 不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就能够作为对照, 这种对照称为相互对照。
3．A同学将哪个因素作为变量, 控制哪些因素不变? 为什么要作这样的处理? B同学呢?
提示: A同学将温度或pH作为变量, 控制不变的量有苹果泥的用量、 果胶酶的用量、 反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量, 实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A同学相同, 只是观察因变量的角度不同。
4．想一想, 为什么能够经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, 小分子物质能够经过滤纸, 因此苹果汁的体积大小反应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下, 果胶酶的活性越大, 苹果汁的体积就越大。
5．当探究温度对果胶酶活性的影响时, 哪个因素是变量, 哪些因素应该保持不变?
提示: 温度是变量, 应控制果泥量、 果胶酶的浓度和用量、 水浴时间和混合物的pH等所有其它条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。
【典例解析】
下图纵轴为酶反应速度, 横轴为底物浓度, 其中能正确表示酶量增加1倍时, 底物浓度和反应速度关系的是

解析: 在酶促反应中, 如果底物浓度足够大, 足以使酶饱和, 则反应速度与酶浓度成正比。可由米氏方程推出: V=(K3[S]/Km+[S])×[E], 当[S]维持不变时, V与[E]成正比。由以上叙述可知B选项正确
【课堂演练】
一、 选择题
1．同一个体内的各类活细胞所含的酶
A．种类有差异, 数量相同
B．种类有差异, 数量不同
C．种类无差异, 数量相同
D．种类无差异, 数量不同
2．果子酒放久了易产生沉淀, 只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失, 而加入其它酶则无济于事, 这说明
A．酶具有专一性
B．酶的成分是蛋白质
C．酶的活性受环境影响
D．该沉淀的是氨基酸
3．下列说法不正确的是
A．酸碱度和温度是经过影响酶来影响果汁产量的
B．酶的数量越多, 果汁产量越多
C．酶的催化反应时间能够影响果汁的产量
D．苹果泥的数量也能够影响果汁的产量
4．下图中, 横轴表示酶的反应条件, 纵轴表示酶的反应速度, 能正确反映温度、 pH、 时间和底物浓度与酶反应速度关系的是

A．甲、 乙、 丙、 丁B．甲、 甲、 丙、 丁
C．甲、 丁、 乙、 丙D．甲、 甲、 乙、 丁
5．下列可表示酶反应速度的是
A．单位时间内反应物的减少量
B．单位体积内产物的增加量
C．单位时间内产物的增加量
D．单位时间、 单位体积内反应物的减少量
6．下列不能产生果胶酶的是
A．植物B．霉菌C．酵母菌D．放线菌
7．下列不属于果胶酶的是
A．多聚半乳糖醛酸酶B．果胶分解酶
C．果胶酯酶D．半乳糖醛酸酶
8．下列不能影响酶活性的是
A．温度B．pHC．酶的抑制剂D．酶的数量
9．下列能影响酶的活性, 但不会使酶的分子结构遭到破坏的是
A．低温B．高温C．过酸D．过碱
10．下列不是影响果汁产量的是
A．pHB．温度C．酶的数量D．苹果的能用量
二、 非选择题
11．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶, 瓦解植物细胞壁及胞间层。在果汁生产中应用果胶酶能够提高出汁率和澄清度。请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。
实验用具和材料: 磨浆机、 烧杯、 试管、 量筒、 刀片、 玻璃棒、 漏斗、 纱布等。苹果、 质量分数为2%的果胶酶溶液、 蒸馏水等。
实验一: 果胶酶在果汁生产中的作用
实验方法及步骤:
⑴将苹果洗净去皮, 用磨浆机制成苹果泥, 加入适量蒸馏水备用。
⑵取两个100ml洁净的烧杯, 编号为1、 2号, 按相应程序进行操作, 请把表中未填写的内容填上。
操作顺序
项目
烧杯
1
2
①
在烧杯中加入苹果泥
20mL
20mL
②

2mL

③
注入蒸馏水

④
在恒温水浴中保温, 并用玻璃棒不时搅拌
10min
10min
⑶取出两个烧杯, 同时进行过滤。观察或比较 , 并记录结果。
实验结果的预测及结论:
如果是 , 则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。
实验二: 验证果胶酶在果汁生产中的作用
⑴在课题实验步骤中, 在完成”烧杯中分别加入苹果泥、 试管中分别加入果胶酶溶液、 编号、 编组”之后, 有下列两种操作:
方法一: 将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合, 再把混合液的pH分别调至4、 5、 6、 ……10。
方法二: 将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、 5、 6、 ……10, 再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
请问哪一种方法更为科学: , 并说明理由: 。
⑵实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作, 其目的是使 , 以减少实验误差。
⑶如果用曲线图的方式记录实验结果, 在现有的条件下, 当横坐标表示pH, 纵坐标表示 , 实验的操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解, 在图20中选择一个最可能是实验结果的曲线图: 。若实验所获得的最适宜＝m, 请你在所选的曲线图中标出”m”点的位置。

1．B2．A3．B4．D5．D6．D7．D8．D9．A10．C．
11．实验一: ( 2) 注入果胶酶溶液; 2ml
( 3) 在相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度
实验结果的预测及结论: 相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大, 澄清度高
实验二:
( 1) 方法二; 方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH(或回答”方法一的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应”)
( 2) 酶和反应物( 果胶) 充分的接触( 3) 果胶体积: 甲;

课题2探讨加酶洗衣粉的洗剂效果
【导学诱思】
1．加酶洗衣粉是指含有 的洗衣粉, 当前常见的酶制剂有四类: 、 、 和 。其中, 应用最广泛广泛、 效果最明显的是 和 。
2．碱性蛋白酶能将血渍、 奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的 或小分子的 , 使污迹从衣物上脱落。脂肪酶、 淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的 、
和 水解为小分子物质, 使洗衣粉具有更 的去污能力。
3．在本课题中, 我们主要探究有关加酶洗衣粉的三个问题: 一是普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的 效果有什么不同; 二是在什么温度下使用加酶洗衣粉 最好, 三是 的洗衣粉, 其洗剂效果有哪些区别。
【疑难点拨】
1．普通洗衣粉中包含哪些化学成分?
提示: 普通洗衣粉中一般包含有: 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。
2．在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果?
提示: 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,
【典例解析】
1．下列不属于酶制剂的是
A．蛋白酶B．脂肪酶C．淀粉酶D．麦芽糖酶
解析: 当前常见的酶制剂有四大类: 蛋白酶、 脂肪酶、 淀粉酶和纤维素酶。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。碱性蛋白酶能将血渍、 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, 使污迹从衣物上脱落。脂肪酶、 淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的脂肪、 淀粉和纤维素水解为小分子物质, 使洗衣粉具有更强的去污能力。
答案;D
2．含有蛋白酶的洗衣粉的洗剂效果好, 能够用丝绸作为实验材料吗?
解析: 不能。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。
【课堂演练】
一、 选择题
1．科学家经过 技术手段生产出了能够耐酸、 耐碱、 忍受表面活性剂和较高温度的酶。
A．细胞工程B．基因工程C．发酵工程D．酶工程
2．蛋白酶不能洗去
A．油渍B．血渍C．奶渍D．果汁渍
3．下列不能影响加酶洗衣粉活性的是
A．温度B．酸碱度C．表面活性剂D．水的数量
4．普通洗衣粉中含有 元素, 会使环境污染?
A．氮B．磷C．铁D．镁
5．加酶洗衣粉能够降低 的数量, 使洗涤剂朝低磷、 无磷的方向发展, 减少对环境的污染。
A．表面活性剂B．碱剂C．漂白剂D．水软化剂
6．与普通洗衣粉相比, 加酶洗衣粉的优点不包括
A．容易去汗渍B．容易去油污
C．容易除去奶渍D．能够重复使用
7．酶制剂中的酶化学本质是
A．蛋白质B．有机物C．RNAD．核酸
8．当前生产酶制剂所需要的酶主要来自
A．动物的组织和器官B．植物组织和器官
C．微生物D．基因工程
二、 非选择题
9．请你根据以下实验材料和条件写出探究复合酶的洗衣粉的最适温度的实验步骤。
实验材料: 添加了复合酶的洗衣粉, 大小相同的白棉布4块( 在上面分别滴加4滴同种的植物油, 放置至干燥) 。
水温、 水质及水量: 水温的温度梯度为5℃、 15℃、 25℃和35℃( 其中5℃能够经过冰箱冷藏室来控制, 其它温度能够经过水浴控制) ; 水质为自来水; 水量为500mL。实验仪器: 1000mL的烧杯、 玻璃棒等。
实验步骤:

10．比较

普通洗衣粉
加酶洗衣粉
相同点

不同点

答案
1．B2．A3．D4．B5．A6．D7．B8．C
10．

普通洗衣粉
加酶洗衣粉
相同点
表面活性剂能够产生泡沫, 能够将油脂分子分散开, 水软化剂能够分散污垢
不同点
酶能够将大分子有机物分解为小分子有机物, 小分子有机物易容于水, 从而与纤维分开

课题3酵母细胞的固定化
【导学诱思】
1．高果糖浆的生产需要使用 , 它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的 好, 能够持续发挥作用。可是, 酶溶解于葡萄糖溶液后, 就无法从糖浆中回收, 造成很大的浪费。
2．使用固定化酶技术, 将这种酶固定在一种 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 。酶颗粒无法经过筛板的小孔, 而反应溶液却能够自由出入。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 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, 提高了果糖的产量和质量。
3．固定化酶和固定化细胞是利用 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术, 包括 、 和 法。一般来说, 酶更适合采用
和 法固定, 而细胞多采用 法固定化。这是因为细胞个大, 而酶分子很小; 个大的难以被 或 , 而个小的酶容易从 中漏出。
4．包埋法法固定化细胞即将微生物细胞包埋在不溶于水的中。常见的载体有 、 、 、 和 等。
【疑难点拨】
1．细胞的活化。
提示: 在缺水的状态下, 微生物会处于休眠状态。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。酵母细胞所需要的活化时间较短, 一般需要0.5～1小时。
2．如何检验凝胶珠的质量是否合格。
提示: 检验凝胶珠的质量是否合格, 能够采用以下方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压, 如果凝胶珠不破裂, 没有液体流出, 就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠, 如果凝胶珠很容易弹起, 也表明制备的凝胶珠是成功的。
【典例解析】
1．酶和细胞分别适应哪种固定方法?
提示: 一般来说, 酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定, 而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞个大, 而酶分子很小; 个大的难以被吸附或结合, 而个小的酶容易从包埋材料中漏出。
【课堂演练】
一、 选择题
1．酶的固定化常见的方式不包括
A．吸附B．包埋C．连接D．将酶加工成固体
2．溶解海藻酸钠, 最好采用 加热的方法
A．小火间断B．小火持续
C．大火间断D．大火持续
3．高果糖浆生产需要的酶是
A．葡萄糖异构酶B．蔗糖酶C．麦芽糖酶D．果糖酶
4．关于酵母菌的叙述, 正确的是
A．酵母菌在营养物质充分时、 环境适宜时, 依靠有性生殖进行繁殖
B．酵母菌的代谢类型时异养厌氧型
C．酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、 核膜、 各种的细胞器膜等膜
D．用酵母菌酿酒时, 应先密封后通气
5．研究认为, 用固定化酶技术处理污染物是很有前途的, 如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂, 可用于降解残留在土壤中的有机磷农药, 于微生物降解相比, 其作用不需要适宜的
A．温度B．酸碱度C．水分D．营养
6．将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态, 下面加快的一项是
A．CO2的释放B．丙酮酸的氧化
C．葡萄糖的利用D．ATP的形成
7．固定化酶的优点是
A．有利于增加酶的活性
B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度
D．有利于酶发挥作用
8．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是
A．琼脂糖B．醋酸纤维素
C．聚丙烯酰胺D．聚乙烯树脂
二、 非选择题
9．在固定化细胞技术中, 从操作角度考虑, 方法更容易; 方法对酶活性的影响小; 如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应, 应选择 方法; 如果反应物是大分子, 应选择 方法。
10．凝胶珠的颜色是 ; 形状是 。
11．利用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液, ( 填有或无) 气泡产生: ( 填有或无) 酒精产生。
12．固定化酶和一般酶制剂的主要区别是 。
1．D2．A3．A4．B5．D6．C7．B8．D
12．能回收能够重复利用
专题知识结构

专题学习检测
一、 选择题
1．活细胞内合成酶的原料是
A．脂肪酸B．氨基酸C．核苷酸D．氨基酸和核苷酸
2．关于酶的叙述中, 正确的是
A．酶只有在生物体内才能起催化作用
B．酶都有消化作用
C．调节新陈代谢的物质不一定是酶
D．酶都是在核糖体上合成的
3．要破除植物细胞的细胞壁, 要用到的物质是
A．果胶酶B．盐酸C．氢氧化钠D．氯化钙
4．关于固定化细胞的叙述, 正确的是
A．催化效率高, 低耗能、 低污染
B．对环境的条件非常敏感, 容易失活
C．既能与反应物充分接触, 又能与产物分离
D．成本低、 操作简单, 但反应效果可能很低
5．多酶片中含有蛋白酶、 淀粉酶和脂肪酶, 具有辅助消化的作用。其片剂是糖衣片, 这样制作的目的是
A．补充体内糖类物质的供给
B．防止胃液的消化
C．经唾液消化后即可迅速起作用
D．使其中各种酶缓慢的起作用
6．下列关于酶的活性叙述不正确的是
A．酶的数量越多, 酶的活性越高
B．酶的活性能够用在一定条件霞, 酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示
C．是指酶催化一定化学反应的能力
D．在适宜的条件下, 酶的活性最高
7．在探究温度和pH对酶活性的影响实验中, 不需要始终保持的思想方法是
A．设置梯度B．等量原则C．单因子变量原则D．重复性原则
8．下列关于果胶酶的叙述, 不正确的是
A．是特指一种酶
B．是指一类酶的总称
C．能分解果胶, 瓦解植物的细胞壁
D．果胶酯酶是果胶酶的一种
9．中国在洗衣粉中添加的酶最主要的是
A．碱性蛋白酶B．碱性脂肪酶C．酸性蛋白酶D．酸性脂肪酶
10．固定化细胞技术不包括
A．包埋法B．化学结合化C．物理法D．生物法
11．影响加酶洗衣粉的条件不包括
A．温度B．pHC．表面活性剂D．水量
12．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, 能够将油脂分子分散开
C．水软化剂只存在于普通洗衣粉中, 能够分散污垢,
D．加酶洗衣粉是将酶直接添加到洗衣粉中
13．下列关于酶制剂的说法不正确的是:
A．它是含有酶的制品, 能够分为液体和固体两大类
B．加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶等, 就是固体的酶制剂
C．酶制剂能够重复使用
D．酶制剂是将某种酶的酶液进行干燥处理后, 加入适量的稳定剂和填充剂
14．固定化酶的优点是
A．有利于酶的活性
B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度
D．有利于酶发挥作用
15．经过酶工程生产的酶制剂中的酶的化学本质是
A．蛋白质B．有机物C．RNAD．核酸
二、 非选择题
16．现在, 市场上经常见到加酶洗衣粉, 它的洗剂效果明显地优于不加酶的洗衣粉。请回答:
( 1) 这种洗衣粉容易除去衣物上地奶渍和血渍, 原因是 。
( 2) 使用这种洗衣粉, 使用温水地效果更好, 原因是 。
17．实验研究pH对酶活性的影响。准备5支含有等量酶溶液但pH各不相同的试管, 每支试管加1块1cm3的正方体凝固蛋白质, 试管均置于25摄氏度室温条件下, 各试管蛋白块消失的时间记录于下表:
酶溶液的pH
1
2
3
4
5
蛋白块消失的时间/min
13
9
11
45
60
( 1) 蛋白块消失的时间与酶活性强弱有何关系?
( 2) pH多大时酶的活性最强
( 3) 如何根据蛋白块的性质制取实验所需的蛋白块?
( 4) 提供3种方法使实验能在更短的时间内完成。
( 5) 人体消化道哪一部分能够分泌本实验中的酶?
( 6) 为确定蛋白块的消失是由于酶的作用而不是其它因素的作用, 还应如何设计实验?
18．利用下列材料用具, 验证固定化酵母细胞能发酵生产啤酒。
实验原理: 麦芽汁能够渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母能够利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇。
材料用具:
麦芽汁液体培养基、 新鲜斜面啤酒酵母、 海藻酸钠、 葡萄糖—氯化钙混合液, 无菌水; 高压蒸汽灭菌锅、 恒温培养箱、 小烧杯、 注射器、 500ml三角瓶、 天平、 玻璃棒、 pH试纸、 纱布等。
实验步骤: ( 1)

( 2)

( 3)

专题学习检测
1．D2．C3．A4．C5．B6．A7．D8．A
9．A10．D11．D12．A13．C14．A15．B
16．( 1) 奶渍和血渍中含有蛋白质, 加酶的洗衣粉含有蛋白酶, 能使其中的蛋白质分解
( 2) 因为酶的催化效率与温度有关, 温度过高或过低, 都影响酶的活性。
17．( 1) 酶活性越强, 蛋白块消失的时间越短
( 2) 2( 3) 如将鸡蛋煮熟, 其蛋白部分则因蛋白质在高温下变性而凝固
( 4) 适当提高温度以增加酶的催化活性; 提高酶的浓度; 将蛋白块切的更小些, 以增加蛋白酶和蛋白质的接触面积( 5) 胃( 6) 另取若干试管注入不含酶的等量溶液, 调节pH与原实验相同, 每支试管中均加一块1cm3的正方体凝固蛋白块。即给原来的每支试管都设计相应的对照实验。
18．实验步骤: ( 1) 取新鲜斜面上的啤酒酵母, 接种于10毫升麦芽汁液体培养基中, 25摄氏度培养24~30小时。
( 2) 取1.6g海藻酸钠于无菌小烧杯中, 加无菌水少许调成糊状, 再加入无菌水至40ml, 在98kpa条件下灭菌15min。冷却至45摄氏度左右后, 与预热至35摄氏度左右的10ml酵母培养液混合搅拌均匀, 立即倒入装有5号针头的注射器外套中, 以恒定的速度滴入盛有葡萄糖—氯化钙混合液的容器中, 浸泡30min制成凝胶珠。
( 3) 倒去葡萄糖—氯化钙混合液, 用无菌水洗剂凝胶珠三次后, 将凝胶珠放入500ml三角瓶中, 加入300ml无菌麦芽汁液体培养基, 置于25摄氏度下封口发酵5d左右, 倒出发酵后的麦芽汁即为生啤酒。
探索创新合作
探究影响酶催化效率的因素
设计实验, 探究( 酶浓度、 温度、 pH或底物) 对酶催化效率的影响。尝试绘出以下各种不同因素影响酶催化效率的坐标曲线图。