2013高三生物一轮复习课件：专题3 酶的研究与应用(人教版）.ppt

1、专题3 酶的研究与应用要点探究栏目导航课前导学走近高考一、果胶酶在果汁生产中的作用2.酶的活性与影响酶活性的因素(1)酶的活性:酶催化一定化学反应的能力,可用催化某一化学反应的反应速度来表示。(2)影响酶活性的因素:温度、pH、酶的抑制剂等基础梳理3.探究温度对酶活性影响的实验(1)实验方案:确定温度梯度探讨控制温度的方法和措施。(2)实验程序:制备苹果泥苹果泥与果胶酶分别水浴保温将苹果泥与果胶酶混合保温过滤出果汁记录果汁量改变不同温度后,重复上面实验。(3)记录实验数据,并填入表格。(4)得出结论:获得的果汁越多,或果汁越澄清,表明果胶酶活性越高。二、探讨加酶洗衣粉的洗涤效果种类洗涤原理洗涤

2、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小分子肽或氨基酸血渍、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甘油和游离的脂肪酸食品的油渍、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、葡萄糖等来自面条、巧克力等的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1.常用酶制剂的种类及洗涤原理三、固定化酶和酵母细胞的固定化1.固定化酶(1)应用实例果糖生产:葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖。(2)固定化酶技术:将酶固定在颗粒状的载体上,再将酶颗粒装到反应柱内,反应柱上的孔应满足酶颗粒无法通过而反应溶液可以自由通过。

3、2.固定化细胞技术(1)概念: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:包埋法、化学结合法和物理吸附法。(3)操作流程:酵母细胞的活化配制0.05 mol/L CaCl2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冲洗发酵。知识导图有关酶的实验设计问题引领:(1)如何确定果胶酶的最适用量?(2)在探究不同加酶洗衣粉的洗涤效果实验中,应如何设置对照?1.探究果胶酶活性最适条件的实验设计(1)思路方法:探究不同温度(或pH)对果胶酶活性的影响时,温度(或pH)作为自变量,有效地控制其他无关变量,通过设置合理的温度(或pH)梯度来确定最适值。(2)注意事项:在苹

4、果泥和果胶酶混合之前,一定要保证底物和酶达到相应的条件(温度或pH),避免混合后条件变化,确保实验结果的准确性。要 点 探究探究点一的体积多少;(3)衡量实验结果的指标:在相同时间内,滤出苹果汁的体积多少;观察苹果汁的澄清度。2.探究果胶酶的用量(1)原理提示:本实验是一个探究性的定量实验,所测出的最适用量是在本实验的温度、pH条件下测出的,因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。(2)确定最适用量的方法:如果随酶浓度的增加,过滤到的果汁的体积也增加,说明酶的用量不足;当酶的浓度增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤到的果汁的体积不再改变,说明酶的用量已经足够,那么,这个值就是酶的最适用量。3.探

5、究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果(1)实验原理:酶的催化作用具有专一性,复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,与单一加酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。步骤烧杯编号注入自来水500 mL500 mL500 mL加入物质(等量)奶渍布奶渍布奶渍布控制水温37 37 37 加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉复合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒搅拌5 min5 min5 min观察实验现象颜色浅已消失颜色浅(3)实验步骤【例1】酶是生物体内细胞合成的生物催化剂,没有酶,生物体内的几乎所有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

6、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:;。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。(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;

7、c.每一烧杯中分别放入装有等量苹果泥和果胶酶的试管,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。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。有人认为该实验缺乏对照,应补充一组苹果汁和蒸馏水相混合的实验,你认为有没有必要?。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(列举两个)。(3)由霉菌发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量较大的酶制剂之一,若通过固定化霉菌细胞生产果胶酶,则在配制海藻酸钠溶液时,要注意,否则可能出现焦糊。固定化细胞技术一般采用包埋法固定化,原因是。(4)加酶洗衣粉中

8、应用最广泛、效果最明显的是酶和酶,其中前者能将血渍、奶渍等含有的水解成使污渍容易脱落,同样后者可将脂肪水解成和。(5)使用加酶洗衣粉清洗衣物时,需要注意的问题有(多选)()A.应该用温水来溶化加酶洗衣粉B.用来溶化加酶洗衣粉的清水的pH越接近中性效果越好C.最好先把衣物放在含有加酶洗衣粉的水中浸泡片刻D.加酶洗衣粉一般只适宜用于清洗化纤衣物思维导引:1.为什么不能先将苹果泥和果胶酶混合再恒温保温?2.该实验的自变量是什么,是否存在对照?解析:(1)苹果堆满仓,由于空气不通畅,易使其进行无氧呼吸产生酒精而使之腐烂;除此之外,还寄生有微生物。果胶酶瓦解细胞壁及胞间层使榨取果汁更容易,果胶分解成可溶

9、性的半乳糖醛酸。(2)探究温度对酶活性影响的实验中,温度是自变量,为了保证实验的正常进行,必须预先达到实验要求条件。该实验利用温度梯度作为相互对照,因此也就没必要补充苹果汁和蒸馏水相混合的实验作对照了,故先将苹果泥和果胶酶分别恒温处理。(3)固定化细胞技术操作时,为了避免海藻酸钠溶液出现焦糊,要注意用小火加热或间断加热。由于细胞体积大,不易从包埋材料中漏出,所以固定化细胞技术一般采用包埋法固定化。(4)由于生活用水多呈弱碱性,所以碱性酶制剂的使用效果更佳。(5)由于酶的作用要有适宜的条件如温度、pH,还有其专一性,所以使用时要注意外部条件。答案:(1)无氧呼吸产生酒精使细胞死亡 微生物侵染 半

10、乳糖醛酸(2)保证底物和酶在混合时的温度是相同的 没有 pH、苹果泥含量(3)加热时用小火或间断加热 细胞体积大,不易从包埋材料中漏出(4)碱性蛋白 碱性脂肪 大分子蛋白质 可溶性的氨基酸和小分子肽 甘油 脂肪酸(5)AC直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较问题引领:(1)如何制作固定化酶和固定化细胞?(2)固定化酶和固定化细胞各有哪些优、缺点?探究点二直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶制作方法化学结合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化营养物质不需要不需要需要反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质缺点对环境条件非常敏感,易失活;难回收,

11、成本高,影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与酶接触,尤其是大分子物质,反应效率下降优点催化效率高、耗能低、污染低既能与反应物接触,又能与产物分离;可以反复利用成本低、操作容易【例2】(2011南京二模)根据材料回答下列有关问题:.某大学科研人员利用双重固定法,即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接),海藻酸钠来包埋小麦酯酶,研究固定化酶的性质,并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注:酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率,包括酶的活性和酶的数量)制备固定化酵母细胞时应注意:(1)细胞的固定化要在严格无菌条件下进行;对制备的海藻酸钠溶液、CaCl2溶液以及注射器等器

12、材进行严格灭菌。(2)溶解海藻酸钠时采用小火间断加热法,防止海藻酸钠焦糊。(3)海藻酸钠溶液浓度过高,将很难形成凝胶珠;浓度过低,凝胶珠所包埋的酵母细胞数量少。【例2】(2011南京二模)根据材料回答下列有关问题:.某大学科研人员利用双重固定法,即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接),海藻酸钠来包埋小麦酯酶,研究固定化酶的性质,并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果。(注:酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率,包括酶的活性和酶的数量)(1)从图1可以看出:固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更。(2)从图2可以看出:海藻酸钠浓度为时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较

13、低时,酶活力较低的原因是:。.某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下:活化酵母细胞:称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌,使酵母细胞活化;配制CaCl2溶液:将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中,配制成一定浓度的CaCl2溶液;配制海藻酸钠溶液:用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水/无菌水中,配制成溶液;海藻酸钠溶液和酵母细胞混合:将活化的酵母细胞迅速加入到刚配制成的海藻酸钠溶液中,充分搅拌混合均匀;固定化酵母细胞:用注射器以恒定的速度缓慢将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中,观察凝胶珠形成。(1)请你改正其中两处错误的操作:第一处;第二处。(2)刚形成的凝胶珠要在C

14、aCl2溶液中浸泡30 min左右,目的是。(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅,呈白色,则说明海藻酸钠浓度(过低/过高)。思维导引:1.根据图1和图2曲线能得出什么结论?2.制备固定化酵母细胞时应注意哪些问题?解析:.解答本题的关键是正确识图。(1)从图1可以看出,固定化小麦酯酶起作用的温度范围比游离小麦酯酶大,即固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更强。(2)从图2可知,海藻酸钠浓度为3%时的小麦酯酶活力最强。酶活力包括酶的活性和酶的数量,当海藻酸钠浓度较低时,酶的数量不足,因此酶活力较低。.(1)海藻酸钠不能直接溶于水,因此配制海藻酸钠溶液时应适当加热至完全溶化。经加热配制成的海藻

15、酸钠溶液温度较高,应先冷却至常温再加入酵母细胞,否则酵母细胞会被杀死。(2)刚形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右是为了让凝胶珠形成稳定的结构。(3)凝胶珠呈白色,说明海藻酸钠浓度过低。答案:.(1)强(2)3%酶的数量不足.(1)海藻酸钠溶解应适当加热至完全溶化海藻酸钠溶液冷却至常温再加入酵母细胞(2)让凝胶珠形成稳定的结构(3)过低1.(2010年浙江高考)某同学进行苹果汁制作实验,工艺如图所示。请回答:(1)图中用KMnO4溶液浸泡苹果的目的是。黑曲霉提取液中含有的可水解果胶,从而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通过方式将酶固定化,酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去。

16、(2)实验中,操作流程A和B的先后顺序为。在苹果汁澄清过程中,应关闭的流速调节阀是。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶,可取一定量的果汁与等量的混合,如果出现现象,说明果胶还没有被完全水解。为使果胶完全水解,应将流速调。(3)实验后,将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天,该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验,说明固定化酶可被使用。解析:本题考查苹果汁的制作过程。(1)苹果汁的制作需要果胶酶,该酶来自图中的黑曲霉。果胶酶将果胶催化水解,提高了果汁的澄清度。石英砂可将酶吸附而使之固定。(2)先提取果胶酶再进行果汁的制作,防止苹果汁放置时间过久变质。澄清过程应关闭阀1,避免提取液进入固定柱中

17、降低了果汁质量,如果果胶未完全分解,可降低流速,延长反应时间。(3)固定化酶的优点之一是可以重复使用。答案:(1)消毒 果胶酶 吸附 未被固定的酶等(2)先A后B 阀1 乙醇 浑浊(沉淀)慢(3)重复2.(2009年江苏高考)酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取;果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果,某实验小组取无菌烟草幼叶,切成相同大小的小片,等量放入6支试管中,试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。试管编号项目 蒸馏水(mL)201111缓冲液(mL)0210.50.50.5果胶酶液(mL)0000

18、.500蜗牛酶液(mL)00000.50纤维素酶液(mL)000000.5实验结果(绿色深浅程度)-+(注:“+”越多表示绿色越深,“-”表示颜色无显著变化)(1)实验过程中,需要轻摇试管,其目的是,使原生质体从叶小片中游离出来,以便观察悬浮液绿色的深浅。(2)从绿色的深浅可推测:蜗牛酶液酶解效果最好,原因是蜗牛酶液含有等多种酶。该实验中是空白对照组,其设置意义是。(3)用网筛过滤原生质体到离心管内,离心后收集沉淀物,并用洗涤。(4)原生质体是否符合要求还需进行检验,其检验的方法是。解析:(1)实验过程中轻摇试管,可以使细胞壁与酶充分接触,提高酶解效果。(2)蜗牛以植物为食,所以蜗牛酶液中含有

19、果胶酶和纤维素酶。、没有添加酶溶液,为空白对照组,其设置意义是排除无关变量的干扰。(3)离心后收集沉淀物,并用等渗溶液清洗,目的是保持细胞正常形态,否则会使原生质体破裂或变形。(4)把原生质体放入低渗溶液中,若没有细胞壁则可以涨破,有细胞壁则不能涨破。答案:(1)为了使细胞壁与酶充分接触,提高酶解效果(2)果胶酶和纤维素酶、排除无关变量的干扰(3)等渗溶液(4)低渗涨破法3.(2011连云港三模)如图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请回答下列问题:(1)图1中X溶液为,其作用是使。(2)图1中制备的凝胶珠用洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程

20、中搅拌的目的是为了使。(3)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中,加热溶解海藻酸钠时需注意用加热,然后将溶化好的海藻酸钠溶液后,加入酵母菌充分搅拌混合均匀。(4)研究发现,固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好,且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置,将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理,所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 下发酵48 h后的酒精产量见下表:海藻酸钠(%)22.5322.5322.53X溶液(%)222333444固定化酵母颗粒强度(g/30个)9309509901 0301 1001 1401 1701 1701 160酒精量(%

21、)6.76.56.56.76.46.26.76.46.3从表中可以看出,随着X溶液浓度的增加,增加;凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是。解析:(1)图1中X溶液为CaCl2溶液,其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。(2)制备的凝胶珠要用蒸馏水冲洗23次,洗涤干净后转移到图2装置中进行发酵。图2发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母菌充分接触,有利于发酵过程的进行。(3)加热溶解海藻酸钠时需注意用小火(或间断)加热,防止海藻酸钠焦糊;然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后,再加入酵母菌混合,以免高温使酵母菌失活。(4)据表中数据可知:随着X溶液浓度的增加,固定化强度增加;凝胶固定化效果较好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是2%、4%。答案:(1)CaCl2溶液 海藻酸钠形成凝胶珠(2)蒸馏水 培养液与酵母菌充分接触(3)小火(或间断)冷却(至室温)(4)固定化酵母颗粒强度 2%、4%点击进入课时作业