高三生物（人教版通用）一轮复习教案--- 第44讲 酶的应用

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考点一 影响果汁产量的物质、因素及探究方法
1．果胶酶的组成和作用
(1)组成：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
(2)作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。
2．酶的活性及其影响因素
(1)酶的活性：酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的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。
3．探究温度和pH对酶活性的影响
(1)实验原理
①果胶酶活性受温度和pH的影响，处于最适温度或pH时，活性最高。
②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈正相关。
(2)实验结果：温度和pH在很大程度上对酶的空间结构会产生影响，过高或过低都会影响酶活性。
4．探究果胶酶的最适用量
eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(配制不同浓度的果胶酶溶液,制备苹果泥))37_℃恒温水浴加热→将果胶酶溶液与苹果泥混合→37_℃恒温水浴中反应20 min左右→过滤果汁，测量果汁量并记录
易错警示 (1)酶活性不等同于酶促反应速度
同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速度，但不能影响酶的活性。
(2)在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可靠性。
(3)探究×××酶的最适条件(温度、pH)及最适用量时都需设置一系列浓度梯度，且不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或最适pH。
1．下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究的叙述正确的是( )
A．探究果胶酶的用量时，pH、温度不影响实验结果
B．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等
C．探究温度对果胶酶活性的影响时，温度、苹果泥、果胶酶用量及反应时间等都是
变量
D．可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量
答案 D
解析 探究果胶酶的用量时，pH、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶的成分；探究温度对果胶酶活性的影响实验中，温度为单一变量，其他因素保持不变。
1．果胶酶与纤维素酶的比较
2．探究影响果汁产量的因素
(1)探究温度对酶活性的影响时，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，也可以根据酶的特点，尝试以5 ℃作为温度梯度。
(2)探究pH对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成pH梯度，并在该酶的最适温度下进行。反应液中的pH可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。
(3)探究酶的用量是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。需要注意的是，反应液的pH和温度必须相同，否则将影响实验结果的准确性。
3．确定果胶酶最适用量的方法
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，这个值就是酶的最适用量。
考点二 探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
1．梳理加酶洗衣粉的去污机理
2．探究不同类型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。
(2)实验变量
①自变量：加酶洗衣粉。
②无关变量：其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。
(3)实验步骤
易错警示 (1)与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗涤效果更好，又由于不含磷元素，酶制剂进入无机环境中后可以被微生物分解，因此不会对环境造成污染。
(2)一般来说，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，是因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。
(3)酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间，加快洗涤。
(4)人体皮肤细胞有蛋白质，如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀，而使人患过敏性皮炎、湿疹等。因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。
(5)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水。
2．加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。请回答下列问题：
(1)由下图推知，该实验的目的是_________________________________。50 ℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是________%。
(2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录，请据表回答问题。
①该实验设计体现了______________________原则。
②若1号实验组洗净油污布所需时间接近7min，最可能的原因是____________________
____________________________________________________。
(3)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有____________。
①棉织品 ②毛织品 ③腈纶织品 ④蚕丝织品
(4)根据以上实验结果，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：________________
________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响 0.6
(2)对照、单一变量 酶失活 (3)②④
(4)用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等(写出两项合理答案即可)
解析 (1)由题图可知，实验中存在两个变量：温度与碱性蛋白酶含量，即实验探究的是温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。在50 ℃时，洗衣粉的去污力在碱性蛋白酶含量为0.6%时达到最大。
(2)由表中数据可知，1、3号为实验组，2、4号为对照组，1、2号与3、4号中只有是否加酶一个变量，因此该实验设计体现了对照原则和单一变量原则。若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是酶已经失活。
(3)蛋白酶可分解蛋白质，故毛织品、蚕丝织品等以蛋白质为主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤。
(4)用温水浸泡(提高酶的活性)，延长浸泡时间(增加酶的催化时间)，增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。
1．变量的分析和控制
影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量和种类，衣物的材料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。
在探究用加酶洗衣粉洗涤的最佳温度条件实验中，水温是要研究的对象，实验自变量是水温；在探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为洗衣粉的种类；在探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为加酶洗衣粉的种类。在设计实验时，应遵循单一变量原则和对照原则等。
2．洗涤方式和材料的选择
(1)采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，使其机械搅拌作用相同。
(2)洗涤材料的选择也有一些讲究。选用布料作为实验材料比较可行。在设置对照实验时，可以控制布料的大小、颜色及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。
3．水量、水质和洗衣粉用量的问题
(1)水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。
(2)其他相关问题简述如下：实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻棒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。
考点三 酵母细胞的固定化
1．固定化细胞技术的概念
固定化酶和固定化细胞技术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．固定化细胞技术常用的方法
包埋法、化学结合法和物理吸附法。一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化。
3．酵母细胞的固定化及发酵程序
酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05 ml/L的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。
易错警示 固定化实验中的易错总结
(1)海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响
①海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠。
②浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。
(2)海藻酸钠溶液配制注意事项
①海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。
②将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞。
③固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
3．在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞的技术。
(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是_____________________________________
________________________________________________________________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是____________。
(2)制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[ ]________(填出号码与名称)。
(3)制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是____________。
答案 (1)酶既容易与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用 多酶系统(或一系列酶、多种酶)
(2)海藻酸钠 ③ 包埋法 (3)CaCl2 海藻酸钠溶液浓度过高(或针筒口离液面过近，高度不够)
解析 将酶固定化后，可使酶在催化反应之后不随产物流走，可以反复利用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应，同时，在高温下容易溶化，温度降低时又形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。图①为化学结合法，图②为物理吸附法，图③为包埋法。凝胶珠是高温下溶化的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的，若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近，可能形成片状或长条形，而不是圆形的凝胶珠。
1．直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
2．酵母细胞的固定化方法
1．(2012·江苏卷，16)下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的叙述，合理的是( )
A．先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度
B．实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度
C．相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉
D．衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果
答案 B
解析 由于温度会影响酶的活性，高温会导致加酶洗衣粉中的酶变性失活，A项错误；本实验的目的是探究两种洗衣粉的洗涤效果，所以观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度或达到同样洗涤效果所需时间的长短，B项正确；在适宜的pH下，加酶洗衣粉的洗涤效果高于普通洗衣粉，但pH过高或过低时酶都会变性失活，则两者洗涤效果相似，C项错误；酶具有专一性，加有蛋白酶的洗衣粉不能用于洗涤真丝、羊毛等衣料，适当增加洗衣粉的用量会使洗涤效果增强，D项错误。
2．(2012·江苏卷，17)下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是
( )
A．从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小
B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药
C．尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用
D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌
答案 C
解析 酶的固定方式有包埋法、化学结合法和物理吸附法，物理吸附的过程是利用吸附剂本身的表面张力，从而对附近的分子产生吸附，吸附剂不会与被吸附物质发生化学反应而使其发生性质改变，所以吸附法对酶活性影响很小，A项正确；消化酶在人体消化道内发挥作用，蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药，B项正确；尿糖试纸是一种酶试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复使用，C项错误；制备固定化酵母细胞时，将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗的目的是洗去CaCl2和杂菌，防止凝胶珠硬度过大和杂菌的污染，D项正确。
3．(2012·广东理综，29)食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：
(1)pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图可知，________________________更适宜作为食品添加剂，理由是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
蛋白酶的活力可用______________________的量来表示。
(2)该蛋白酶的提取工艺流程如下：
兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.02～0.06 ml/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0～8.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。
答案 (1)木瓜蛋白酶 木瓜蛋白酶的活力不随pH的变化而变化 单位时间内、单位体积中底物减少(或产物增加) (2)课题名称：探究酶保护剂的浓度和提取液的pH的最佳组合
解析 (1)题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有较广的酸碱度适应范围，由图可知，木瓜蛋白酶的活力不随pH的变化而变化，所以可以选作食品添加剂。酶的活力可用单位时间内、单位体积中底物的减少量(或产物的增加量)来表示。(2)由题中信息可知酶保护剂的适宜浓度范围和提取液pH的适宜范围，故实验的自变量是酶保护剂的浓度和提取液的pH，需在适宜范围内确定较小的梯度进行实验。实验结果记录表要包含自变量酶保护剂的浓度和提取液的pH以及因变量底物的减少量(或产物的产生量)。
4．(2008·江苏卷，34A)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__________________，甲组在洗衣粉中加入了____________，乙组在洗衣粉中加入了______________________。
(2)甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有________。
(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：
________________________________________________________________________。
(4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由：______________。
答案 (1)加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶
(2)专一性 (3)没有差异，因为高温使酶失活 (4)未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用
解析 加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等。这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上的污渍，而且对人体没有毒害作用，并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解，不会污染环境。既然是酶制剂，就具备酶的特性，需要适宜的温度和pH，具有专一性；温度过高时，酶变性失活，三者几乎没有差别。固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。
种类
组成
作用
果胶酶
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
催化水解果胶成为可溶性半乳糖醛酸
纤维素酶
C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶
纤维素eq \(――→,\s\up7(C1酶),\s\d5(Cx酶))纤维二糖eq \(――→,\s\up7(葡萄糖苷酶))葡萄糖
种类
洗涤原理
洗涤的物质种类
蛋白酶
蛋白质eq \(――→,\s\up7(蛋白酶))小分子的肽＋氨基酸
血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢
脂肪酶
脂肪eq \(――→,\s\up7(脂肪酶))甘油＋脂肪酸
食品的油渍、人体皮脂、口红
淀粉酶
淀粉eq \(――→,\s\up7(淀粉酶))麦芽糖＋葡萄糖
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
棉纺织品的表面浮毛
步骤
烧杯编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
注入自来水
500 mL
500 mL
500_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
用玻棒搅拌
5 min
5 min
5 min
观察实验现象
颜色浅
已消失
颜色浅
脸盆编号
洗涤物(等量)
洗涤温度
洗衣粉
(等量)
水量
洗净所需时间
1
油污布
45 ℃
加酶
2 L
4 min
2
油污布
45 ℃
普通
2 L
7 min
3
油污布
5 ℃
加酶
2 L
9 min
4
油污布
5 ℃
普通
2 L
8 min
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
制作方法
化学结合法固定化、物理吸附法固定化
包埋法固定化
是否需要营养物质
否
否
是
催化反应
单一或多种
单一
一系列(或多种)
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
①对环境条件非常敏感，易失活；②难回收，成本高，影响产品质量
不利于催化一系列酶促反应
反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降
优点
催化效率高、耗能低、低污染
①既能与反应物接触，又能与产物分离；
②可以重复利用
成本低、操作容易
提取液的pH
底物的减少量(或产物
的产生量)
酶保护剂浓度ml/L
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
水温/℃
10
20
30
40
50
组别
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
清除血渍时间/min
67
66
88
52
51
83
36
34
77
11
12
68
9
11
67
清除油渍时间/min
93
78
95
87
63
91
82
46
85
75
27
77
69
8
68