高中生物-专题四-酶的研究与应用-新人教版选修1.ppt

我国水果生产发展迅速，每年上市的新鲜水果品种多、数量大。但由于收获的季节性强，易造成积压滞销，腐烂变质。水果的加工技术，不仅可以缓解产销矛盾，而且能够提高产品的附加值，满足人们不同层次的需求。水果的加工包括制作果汁、果干、果粉和果酒等。课题背景：课题背景：一、水果加工产业的新起一、水果加工产业的新起制作果汁要解决两个问题一.果肉的出汁率低,耗时长二榨取的果汁浑浊，黏度高，易发生沉淀怎样解决？使用果胶酶1、什么是果胶，其单体是什么？2、果胶对果汁制作的影响？果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。影响果汁的出汁率，还会使果汁浑浊。（一）果胶酶的作用（一）果胶酶的作用思考：思考：要破坏植物的细胞壁，要破坏植物的细胞壁，你有什么方法你有什么方法 ，结果一样吗？，结果一样吗？3、什么是果胶酶？它是分解果胶的一类酶的总称，包括半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。4、果胶酶在果汁制作中的作用是什么？植物，酵母菌，细菌，霉菌5、果胶酶来源于哪？果胶酶果胶酶果胶果胶 半乳糖醛酸半乳糖醛酸 分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；使果胶水解分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层；使果胶水解 为半乳糖醛酸。为半乳糖醛酸。提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。1、酶的活性：酶催化一定化学反应的能力。2、表示酶活性高低的方法及衡量标准？酶活性的高低：在一定的条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度。酶反应速度：用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。3、果胶酶的活性如何表示？果汁体积，澄清度（二）酶的活性与影响酶活性的因素二）酶的活性与影响酶活性的因素酶活性受温度影响的示意图 4、影响酶活性的因素（1 1）温度温度对酶活性的影响对酶活性的影响酶活性受pH值影响的示意图 在最适温度、最适pH条件下，酶的活性最高。温度、pH的偏高或偏低，酶的活性会明显降低。（2 2）pH pH 对酶活性的影响对酶活性的影响（3 3）酶的）酶的抑制剂抑制剂Fe3、Ca2、Zn2等金属离子对果胶酶有抑制作用。这些离子为这些离子为重金重金属离子属离子，重金属，重金属离子离子对蛋白质有对蛋白质有变性作用变性作用，果胶果胶酶酶是一种是一种蛋白质蛋白质 果胶酶发挥作用需要怎样的条件呢?酶的活性受温度、pH值等外界因素的影响好，好，就让我们一起来探究吧！就让我们一起来探究吧！果胶酶的活性受温度影响。处于最适温度时，果胶酶的活性受温度影响。处于最适温度时，活性最高。活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。的活性大小成正比。1 1、实验原理、实验原理2 2、实验操作流程、实验操作流程你能设计吗？你能设计吗？实验设计实验设计（1-11-1）探究温度对果胶酶活性的影响）探究温度对果胶酶活性的影响思考：思考：1 1、你打算设置多少个温度值？、你打算设置多少个温度值？2 2、你如何得到苹果泥？、你如何得到苹果泥？3 3、你怎样保证在任一温度装置中苹果泥和果胶酶、你怎样保证在任一温度装置中苹果泥和果胶酶及混合后温度的一致？及混合后温度的一致？4 4、你依据什么来判定果胶酶的活性的大小？、你依据什么来判定果胶酶的活性的大小？搅拌器搅拌制成苹果泥搅拌器搅拌制成苹果泥均分装入均分装入9 9支试管支试管果胶酶水溶液果胶酶水溶液等量等量9 9支试管支试管将将分别装有苹果泥和果胶酶的试管分别装有苹果泥和果胶酶的试管9 9组分别放入组分别放入30300 0C C、35350 0C C、40400 0C C、45450 0C C、50500 0C C、55550 0C C、60600 0C C、65650 0C C和和70700 0C C的恒温水箱中保温的恒温水箱中保温试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度的试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度的苹果泥内恒温保持苹果泥内恒温保持1010分钟分钟过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格可以保证底物和酶在混合时的温度是可以保证底物和酶在混合时的温度是相同相同的，的，避免避免了果泥和果了果泥和果胶酶混合时胶酶混合时影响混合物的温度影响混合物的温度，从而，从而影响果胶酶活性影响果胶酶活性的问题的问题需要需要设置对照实验，设置对照实验，不同的温度梯度之不同的温度梯度之间就可以作为对照，间就可以作为对照，这种对照称为这种对照称为相互相互对照对照。（1 1）获取苹果泥；）获取苹果泥；（2 2）保温）保温苹果泥和果胶酶分别进苹果泥和果胶酶分别进 行；（多个温度）行；（多个温度）（3 3）混合后保温；）混合后保温；（4 4）过滤。）过滤。实验设计实验设计（1-11-1）探究温度对果胶酶活性的影响）探究温度对果胶酶活性的影响（二）探究pH对果胶酶活性的影响（1）果胶酶的活性受pH影响，处于最适pH，酶的活性最高，高于或低于此值活性均下降。（2）果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶 酶的活性大小成正比1、实验原理实验设计实验设计（1-21-2）探究）探究pHpH对果胶酶活性的影响对果胶酶活性的影响2 2、实验操作流程、实验操作流程 将将分别分别装有苹果泥和果胶酶的试管在装有苹果泥和果胶酶的试管在同同一一恒温水箱中恒温加热恒温水箱中恒温加热过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入过滤果汁，用量筒测量果汁的量，填入表格，确定最适表格，确定最适pHpH并画曲线图。并画曲线图。将将5 5组试管的苹果泥和果胶酶的组试管的苹果泥和果胶酶的PHPH分别调到分别调到5.05.0、6.06.0、7.07.0、8.08.0、9.09.0，再把，再把pHpH相等的果相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合，保持恒温一段时间胶酶溶液和苹果泥相混合，保持恒温一段时间搅拌器搅拌制成苹果泥搅拌器搅拌制成苹果泥均分装入均分装入5 5支试管支试管果胶酶水溶液果胶酶水溶液等量等量5 5支试管支试管？结果分析与评价结果分析与评价相互对照相互对照相互对照相互对照 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应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和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pHpH下，果胶酶下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。的活性越大，苹果汁的体积就越大。果汁体积（出汁率或者澄清度）越多，说明酶的活性越高果汁体积（出汁率或者澄清度）越多，说明酶的活性越高实验设计实验设计:结果分析结果分析T/度度0 10 20 30 40 50 60.。100果汁量PH 12345.1314果汁量PH的大小可以用体积分数为0.1%的NaoH溶液和HCL进行调节为了让底物和酶充分地反应，应用玻璃棒不时搅拌反应混合物无关变量应该保持相同且适宜，如果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间等相同(2)探究果胶酶的用量1、实验原理（1）在一定的条件下，随着酶浓度的增加 ，果汁的体积增加；（2）当酶浓度达到某一数值后，在增加酶 的用量，果汁的体积不再改变，此值 即是酶的最适用量 探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研究的自变量是 ，其他因素都应 。果胶酶的用量保持不变实验设计实验设计 (2)(2)探究果胶酶的用量探究果胶酶的用量2、实验操作（1）配制不同浓度的果胶酶溶液和制备水果泥配制不同浓度的果胶酶溶液 准确称取纯的果胶酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg，配制成相等体积的水溶液，取等量放入9支试管中，并编号19。制备水果泥搅拌器搅拌制成苹果泥并称45g，等量装入9支试管中，并编号1 9 。（2）将上述试管放入恒温水浴加热一段时间。（3）将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合，然后再放入恒温水箱中。（4）恒温水浴约20分钟（5）过滤后测量果汁的体积并填写表格 一般为一般为50mg/l50mg/l左右，因为用此浓度处理果汁左右，因为用此浓度处理果汁2 24 4小时后果汁率增加小时后果汁率增加1010后不再增加。后不再增加。在最适温度和在最适温度和pHpH条件下制作条件下制作1 1升苹果汁，使用多少升苹果汁，使用多少果胶酶最合适？果胶酶最合适？实验设计实验设计 (2)(2)探究果胶酶的用量探究果胶酶的用量（6）结果分析与评价酶浓度mg123456789果汁量/ml本实验的自变量、因变量、无关变量分析(以探究果胶酶的用量实验为例)变量名称含 义实例关 系实验变量(自变量)实验中实验者所操纵的因素或条件实验变量为原因，反应变量是结果，二者是因果关系反应变量(因变量)由于实验变量而引起的变化和结果无关变量除自变量外，对实验结果造成干扰的其他因素果胶酶的量果汁量温度等在实际的操作过程中，还需要注意下列事项：1与其他工业用酶基本相同，果胶酶的适宜温度范围也比较宽泛，因此，可以选用10 作为温度梯度，设置的具体温度为10、20、30、40、50 和60 等，也可以尝试以5 作为温度梯度。2苹果、橙子和葡萄等水果都可以作为反应物，水果不用去皮。如用苹果为原材料，一般可按每个中等大小的苹果加水100200 mL的比例进行搅拌，获得稀的苹果泥。3果泥的用量可以采用5 mL左右，果胶酶的用量可采用质量浓度为2%的果胶酶溶液2 mL。4水浴时间可以为2030 min。5过滤果汁时，漏斗中应放置滤纸。6探究pH对果胶酶活性的影响，只须将温度梯度改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。反应液中的pH可以通过体积分数为0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果酶制剂的分类？酶制剂为什么具有如此强的功效？它的作用机理是怎样的？它们作用的示意图。影响酶活性的因素有哪些？酶能直接添加到洗衣粉中吗？为什么？科学家是如何解决这一难题的？为什么说加酶洗衣粉能减少对环境的污染？使用酶洗衣粉时有哪些注意点？阅读课本P46 一、加酶洗衣粉的洗涤原理基础知识：加酶洗衣粉是指含有 的洗衣粉,目前常用的酶制剂有四类：、。其中应用最广泛、效果最明显的是 和 。酶制剂蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶碱性蛋白酶 注：酶制剂的特点：能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高的温度，并且通过特殊的化学物质将酶包裹，与洗衣粉其他成分隔离。碱性脂肪酶纤维素酶 思考1蛋白酶为什么具有如此强的功效？它的作用机理是怎样的？请写出作用示意图。酶具有高效性，能迅速将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质分解成可溶性小分子肽和氨基酸。蛋白酶肽酶蛋白质多肽氨基酸思考2请写出脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用示意图吗？C1酶、Cx酶纤维二糖酶纤维素纤维二糖葡萄糖脂肪酶脂肪甘油脂肪酸淀粉酶淀粉麦芽糖C1酶、Cx酶、纤维二糖酶都属于纤维素酶 影响酶活性的因素有 、和 。温度 酸碱度 思考3酶能直接添加到洗衣粉中吗？为什么？科学家是如何解决这一难题的？不能，因为洗衣粉中的表面活性物质会降低酶的活性。将基因工程生产出的酶用特殊水溶性物质包裹起来，与洗衣粉的其它成分隔离开来。表面活性剂 思考4为什么说加酶洗衣粉能减少对环境的污染？加酶洗衣粉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。二、实验设计思考：3个探究实验的变量分别是什么？实验设计遵循的原则？阅读：“资料一有效地控制变量”探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果的不同：小组讨论分析：A同学的实验方案存在问题吗？若有问题，请说明存在的问题。你同意B同学观点吗？请说明理由 影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有哪些？单一变量原则和对照性原则 A同学的实验方案存在问题吗？若有问题，请说明存在的问题。你同意B同学观点吗？请说明理由 影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有哪些？有问题。未说明控制相同的适宜温度；玻璃棒搅拌的强度难于控制相同等。不同意。B同学忽略了实验中变量的控制问题。水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。你认为应该控制的单一变量是：的区别，其他条件（如洗衣粉用量、水温、水质、水量、布料的大小和颜色、洗涤方式、洗涤时间等）完全相同。普通洗衣粉和加酶洗衣粉 阅读“资料二考虑实际生活中的具体情况”，探究温度对加酶洗衣粉效果的影响：水温的控制：通常情况下春、夏、秋、冬四季可分别选取 、。15 35 25 5 其他条件如何控制？洗涤方式有半自动和全自动，相比之下采用 方式比较好，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；洗涤材料以（衣物、布料）作为实验材料比较可行，做对照实验时可以控制布料的 、以及 （可用滴管控制）使其相同，同时也便于洗涤效果的比较；水量和洗衣粉用量与布料的大小是成正比的。全自动大小 颜色 污物的量 实验操作：u课题名称：u实验目的：u实验原理：u实验材料：温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响比较不同温度下加酶洗衣粉的洗涤效果酶的催化活性受温度影响，在适宜温度下酶的催化活性最高，温度过低或过高酶的催化能力降低加酶洗衣粉、天平、白色棉布、1000mL烧杯、玻棒、温度计、滴管、新鲜鸡血、水浴缸、温度分别为5、15、25、35的清水。实验步骤：探究不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物洗涤效果的比较 在实验中，是变量，其他因素在实验中保持不变；水温应保持不变。在实施活动时，通常应采用当地的常温，如果是冬季水温过低，就应采用 的方法，使温度达到25 35。加酶洗衣粉的种类水浴加热本实验判断洗涤效果的标准是什么？比较相同洗涤时间后污染物残留状况不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的列表比较污染物蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉普通洗衣粉油渍血渍奶渍果汁渍 【小组探讨题】有位同学打算用丝绸做实验材料，探讨含有蛋白酶的洗衣粉的洗涤效果，你认为他这样做合适吗？为什么？洗羊毛衫呢？另一位同学打算用淀粉酶洗涤被淀粉污染的衣物，用斐林试剂检测结果以探讨温度加酶洗衣粉的洗涤效果，你认为他这样做可以吗？为什么？使用加酶洗衣粉要注意哪些问题？使用加酶洗衣粉要注意的问题：对于蛋白质面料的衣物不能使用蛋白酶洗衣粉使用加酶洗衣粉要注意温度的控制，和浸泡使用加酶洗衣粉洗衣后要注意洗手衣服的洗涤，不光要考虑洗涤效果，还要考虑衣物的承受能力，洗涤成本等因素酶作为一种生物催化剂，有一定的寿命，不能放置太久课题3 酵母细胞的固定化温故知新：1.洗衣粉中添加_，可以更有效地清除顽渍。常用的酶制剂有_四类。2.影响酶活性的因素有_、_和_。在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？催化效率高、低能耗、低污染等。酶制剂的使用有缺点吗？你能举出一些例子吗？推行内部市场，是深化改革、加快经营机制转换的有效途径推行内部市场，是与社会市场大市场接轨的客观要求推行内部市场，是加强企业管理，提供经济效益的需要推行内部市场，是深化改革、加快经营机制转换的有效途径推行内部市场，是加强企业管理，提供经济效益的需要3.反应后会混在产物中，可能影响产品质量。1.通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，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；如果你是工程技术人员，你如何解决这个问题？阅读P49-50，并思考：1.解决酶应用中存在问题的方法是？2.这种方法的优点是什么？3.什么是高果糖浆？使用它有何好处？4.生产高果糖浆需要什么酶？其作用是什么？这种酶有何特点？5.了解高果糖浆生产过程。1.固定化酶技术。即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）。2.固定化酶技术的优点：（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；（2）固定在载体上的酶可以被反复利用。3.高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，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，对人的健康有利。你能写出果糖的分子式吗?它属于什么糖?4.生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。5.固定化酶技术生产高果糖浆的图示：注意反应柱的各部分名称。你能说出反应柱的优点吗？反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。生产流程含淀粉的浆液-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖异构酶葡萄糖的异构化42%45%转化成果糖果葡糖浆果糖和葡萄糖分离葡萄糖再次异构化反复多次果糖含量70%90%高果糖浆 在生产实际中使用固定化酶技术有无不足?如有不足,怎么办?有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。可采用固定化细胞技术。1、概念：利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。阅读P50：思考第二段的问题2.将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋在细微网格里 将酶（或细胞）相互连接起来将酶（或细胞）吸附在载体表面上包埋法化学结合法吸附法酶和细胞固定方法的选择酶适合采用化学结合和物理吸附法固定细胞适合采用包埋法固定（1）方法（2）原因细胞个大，酶分子很小 个体大的细胞难以被吸附或结合而个小的酶容易从包埋的材料中漏出3、固定化细胞常用的载体常用的不溶于水的多孔性载体有哪些？明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等 如果反应底物是大分子物质，能否用固定化细胞技术?为什么？那应该采用何种技术?（一）制备固定化酵母细胞阅读P5051思考下列问题：（1）制备过程包括哪几个步骤？（2）你认为哪个步骤的操作是最重要的一环？1.酵母细胞的活化思考：关于酵母菌你有哪些知识？什么是活化？怎样活化？应注意什么？活化：让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态；本质：加快新陈代谢；方法：加入适量的水。取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化思考：你认为酵母的活化操作有哪些注意事项？所用容器要大一些；要保证酵母菌的活性；2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液 称取无水CaCl2 0.83g。放入200mL的烧杯中，加入150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。3.配制海藻酸钠溶液操作：称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中.加人10mL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10mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。应当注意什么问题？4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。为什么海藻酸钠溶液要冷却？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，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，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，也能表明制备的凝胶珠是成功的。这一阶段成功与否呢？怎样评价？观察凝胶珠的颜色和形状:如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，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，需要再作尝试。（二）用固定化细胞发酵 1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2-3次。2、将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200mL的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25下发酵24h。