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高考生物一轮复习 第四讲 酶的研究与应用(教材专题4)课件 新人教版选修1


高考成功方案

第1步 第2步 第3步

选 修 一

第 四 讲

高考成功方案 高考成功方案

一、果胶酶在果汁生产中的作用 1.果胶酶的作用 果胶酶可以分解果胶,使 榨取果汁 变得更容易;果胶

分解后,也使得果汁变得 澄清 。
2.探究果胶酶的最适温度、pH 在探究果胶酶的最适温度(pH)的实验中: (1)自变量为: 温度(pH) 。

(2)无关变量为 苹果泥用量、反应时间 等。 (3)可通过测定 果汁体积 或观察 果汁澄清度 予以确认

酶活性。
(4)探究温度因素时应如何操作? 在混合苹果泥和果胶酶之前,要 将苹果泥和果胶酶分 装在不同的试管中同温恒温处理 。

3.探究果胶酶的用量 (1)若随着酶的用量增加 过滤到的果汁体积也增加 ,说明酶

的用量不足。
(2)若增加酶的用量,过滤到的果汁的体积不再改变 ,说明 酶的用量已经足够。 二、探讨加酶洗衣粉的洗剂效果 1.加酶洗衣粉常用的酶制剂

加酶洗衣粉常用的酶制剂有: 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 。

2.加酶洗衣粉的去污机理

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 氨基酸或小分子肽 。脂肪酶、淀粉酶和纤维素
酶分别把大分子脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质。 3.不同种类的洗衣粉的洗涤效果 酶具有 专一性 ,复合酶洗衣粉由于 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。

三、酵母细胞的固定化 1.固定化酶的应用实例——果糖生产 (1)将果糖生产中所用的 葡萄糖异构酶 进行固定,可以 连续使用该酶,降低了生产成本,提高了产品质量和生

产效率。
(2)固定化酶技术使用的反应柱上的孔应该满足 酶颗粒 无 法通过, 反应溶液 能自由出入的条件。

2.固定化细胞技术 (1)概念:固定化酶和固定化细胞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)方法:包括 包埋法 、化学结合法和 物理吸附法 。 (3)固定细胞多采用 包埋法 。

3.制备固定化酵母细胞的实验操作步骤 酵母细胞的活化 →配制0.05 mol· -1的CaCl 溶液→配 L 2 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。

考点一

探究果胶酶活性的影响因素及其用量
近几年高考题中虽然本部分所占分值不大,但

考情 是每年都有所考查,形式上以简答题为主,难度较 解读 小,命题常联系果汁加工生产、加酶洗衣粉等生产 生活实际,考查酶特性的探究实验分析与设计。

[做一题]

[例1] 在果汁生产中用到果胶酶,某课题研究小组为了
探究果胶酶的某些特性,进行了如下实验:

(1)实验方法:请将上图中所示的操作进行排序______。
(2)实验结果:对照组与实验组进行了相同时间的实验, 结果如下图中曲线甲所示:

①图中自变量是温度,除此之外还可用________表示。 A.酶的浓度 C.水的加入量 B.苹果泥的量 D.pH

②图中的纵坐标还可用________来表示。

③实验步骤中,在果胶酶和苹果泥混合前,将二者分装
在不同试管中并进行恒温的目的是 ___________________________________________。

④实验小组改变了实验条件后重复做实验,得到曲线乙,
苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是 ________________________。引起曲线乙下移的原因是 ______________________________(至少答出两条)。 (3)下表是某实验小组的详细实验结果: 温度/℃ 果汁量/mL 10 8 20 13 30 15 40 25 50 15 60 12 70 11 80 10

根据上述结果,说明当温度为________时果汁量最多, 能不能确定该温度就是果胶酶的最适温度?________; 如果不能,请设计出进一步探究果胶酶的最适温度的实 验方案。

[解析] 本题以探究果胶酶的某些特性的实验为载体,综合
考查了影响酶活性的因素、探究温度对酶活性的影响的实 验。(1)实验顺序是:准备水果泥和配置果胶酶、水果泥和 果胶酶分别水浴保温、水果泥和果胶酶混合保温、过滤果 汁后用量筒计量。(2)果胶酶的活性受温度、pH等条件的影

响,而与底物的量、酶的浓度和水的加入量没有关系;每
一种酶都有一个最适温度和最适pH且该值恒定。衡量实验

结果的指标有两个:一个是苹果汁的体积,另一个是苹果 汁的澄清度。为了保证实验在相应温度下进行,必须使酶 和底物分别保温达到要求后再混合。在相同温度条件下, pH、酶的浓度和底物浓度也会改变反应速率。(3)根据表中

数据可看出,在40℃时产生的果汁量最多,该温度比较接
近酶的最适温度。但要将温度确定得更加精确,以40℃为 中心;以更小的温差(如0.5℃)设置自变量。

[答案]

(1)acdb

(2)①D

②苹果汁的体积

③保证底物

和酶在混合时的温度是相同的 ④同一种酶的最适温度是
一定的,不会因酶的浓度、底物量的不同而改变 pH、

酶的浓度和苹果泥的量等因素 (3)40℃

不能

应再设置

多套装置,以40℃为中心,以更小的温差(如0.5℃)测量在

更小的温度范围内产生的果汁量,产生果汁量最多的温度
更接近酶的最适温度。

[链一串] 1.探究影响果胶酶活性因素实验的分析 (1)实验原则:遵循单一变量原则、对照原则,严格控制变 量,尽量减少无关变量的影响。

(2)实验原理:果胶酶活性受温度、pH或酶抑制剂的影响,
在最适温度或pH时,其活性最高,果肉的出汁率、果汁 的澄清度都与果胶酶的活性大小成正相关。

2.三个实验的变量分析 实验名称 自变 (目的) 探究温度 对果胶酶 活性的影 响 探究pH对 果胶酶活 性的影响 pH 果汁量 (澄清度) 量 因变量 注意事项 ①底物和酶在混合时的温度

温度

果汁量 (澄清度)

是相同的②温度梯度越小,

实验结果越精确③苹果泥和
果胶酶用量在各个试管应相 同④pH应为最适pH ①温度应为最适温度②pH梯 度可用NaOH和盐酸调节③用 玻璃棒搅拌使反应充分进行

实验名称

自变量

因变

(目的)
探究果胶 果胶酶


果汁

注意事项 ①制备苹果匀浆后迅速加热,

酶的用量 的用量

量(澄 使苹果浆中果胶酶变性②温度、 清度) pH应为最适且保持不变

[通一类] 1.(2012· 海淀检测)用果胶酶处理苹果泥时,为了使果胶

酶能够充分地催化反应,应采取的措施是
A.加大苹果泥用量

(

)

B.大幅度提高反应温度

C.换成大型号容器

D.用玻璃棒进行搅拌

解析:为了使果胶酶能够充分地催化反应,应采取的措施 是增大酶和反应物接触面积,搅拌可以达到此目的,只换 大号容器不一定加快反应。大幅度提高温度有可能会出现 温度过高而使酶活性降低的现象,如果反应物够多,增加 反应物不改变反应速率。 答案:D

2.右图曲线表示的是温度和果胶酶活性 之间的关系,此曲线不能说明的是 ( )

A.在b点之前,果胶酶的活性和温度呈正相关;之后, 呈负相关 B.当温度到达b点对应的温度时,果胶酶的活性最高,

酶的催化作用最大

C.a点时,果胶酶的活性很低,但随着温度升高,果 胶酶的活性可以升高 D.酶活性在a点时比在c点时低,表明a点时酶的空间 结构破坏更严重

解析:从图中可以看出,随着温度的上升,果胶酶的活
性逐渐升高,达到b点时,果胶酶的活性最高,随后,随

着温度的继续上升,酶的活性逐渐降低。当温度超过最
适温度后,随着温度的升高酶逐渐变性失活,而a点是低 温条件,对酶的分子结构无影响。 答案:D

考点二

探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

洗衣粉与人们的生活息息相关,是生活中
考情 最常用的洗涤物质,因此本考点必将成为高考 的命题热点之一,题型多以生活实例为载体, 以非选择题的形式考查酶的特性及实验探究能 力。

解读

[做一题]

[例2] (2012· 南京一模)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: 脸盆编 洗涤物(等 洗涤温 洗衣粉(等
号 1 2 3 量) 油污布 油污布 油污布 度 45℃ 45℃ 5℃ 量) 加酶 普通 加酶 水量 2L 2L 2L

洗净所需时
间 4 min 7 min 9 min

4

油污布

5℃

普通

2L

8 min

①该实验设计体现了______________原则。 ②若实验组1号洗净所需时间接近7 min,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,写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果 的措施:____________________________________。

[解析] 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。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, 该实验过程体现了对照原则和单一变量原则。若实验组1号

加酶后洗净时间接近7 min,很可能的原因是酶已经
失活。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。
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。 [答案] (1)探究温度和碱性蛋白酶含量对去污力的影响0.6 (2)对照、单一变量 (3)②、④ (4)用温水浸泡;延长浸泡时间;增加洗衣粉的用量等(写出 酶已失去活性

两项合理答案即可)

[链一串]

1.实验变量的控制
实验目的 比较普通洗衣粉与加酶洗衣粉的洗 涤效果 自变量的控制 洗衣粉的种类

探究加酶洗衣粉的最适温度
不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果

水温(水温梯度比较小)
加酶洗衣粉种类

2.影响洗涤效果的因素 酶制剂的种类、污物的类型、水温、水量、水质、

衣物的质料、衣物的大小、洗衣粉的用量、浸泡时
间、洗涤时间等。

3.使用时的注意事项 (1)温度对酶制剂影响较大,温度低,酶的活性受到抑制, 不能充分发挥作用;温度高,酶变性失活,温度以40~ 60℃为宜。 (2)酶制剂有极强的选择性,应根据不同的污垢选用不同

的酶。
(3)加酶洗衣粉不宜长期储存,一般储存期为半年,超过 一年酶的活性显著下降。 (4)酶在强酸、强碱中活性降低以至失活,所以加酶洗衣 粉不能与强酸、强碱同用。

[关键一点]

(1)探究加酶洗衣粉发挥作用的最适温度、pH,实验的自
变量为一系列温度、pH,看哪个温度、pH范围内加酶 洗衣粉效果最明显;设置1~2个实验组是不能探究出最 适温度、pH范围的。 (2)在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳洗涤效果的条件,

如最适温度、pH,还要考虑衣物的承受能力,如蛋白
酶洗衣粉不能洗涤丝绸类衣物;也要考虑洗涤成本问题, 因为污渍的成分比较复杂,一般选择复合加酶洗衣粉, 以减少用量。

[通一类] 3.某同学进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果比 较”的课题研究。关于此课题的下列叙述错误的是 ( )

A.设计对照实验,分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶
洗衣粉 B.洗衣粉用量、污渍种类和洗涤温度等无关变量全 部相同且适宜

C.可根据污渍完全洗净所需时间的差异得出实验结 论 D.应设计一个既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗 衣粉洗涤的对照

解析:本实验的目的是比较加酶洗衣粉和普通洗衣粉的 洗涤效果,自变量为洗衣粉的种类(即加酶洗衣粉和普通 洗衣粉),而A选项给予的都是加酶洗衣粉,故错误。 答案: A

4.(2012· 南通调研)右图是围绕加酶洗 衣粉洗涤效果进行的研究结果。下

列有关叙述,不正确的是 ( ) . A.本研究的自变量有温度和洗衣粉的种类
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t1 D.温度超过t2后加酶洗衣粉中的酶可能失活

解析:根据实验的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;若纵坐标表示 污渍残留量,则加酶洗衣粉的最适温度为t1,普通洗衣 粉的最适温度为t2;温度过高,酶的活性会降低甚至失 活。

答案: C

考点三

酵母细胞的固定化

固定化酶和固定化细胞在生产中可节约成
考情 本,具有重要的科研价值,成为近几年高考考 查的热点之一,形式上选择题和简答题都有所 呈现。预计2013年高考仍会以生产实例来考查 固定化细胞和固定化酶技术操作与实践应用。

解读

[做一题]

[例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,固定化细胞技术固定的是

____________________________________________。

(2)制备固定化酵母细胞,常用的包埋材料是__________,
使用了如下图所示方法[ ]________(填出号码及名称)。

(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 ________________。

[解析] 将酶固定化后,能使酶在催化反应之后并不进入
产物溶液,可反复使用;将细胞固定化后,即可以将一种 细胞内的多种酶同时进行固定;海藻酸钠不能参与化学反 应,在高温时容易熔化,温度降低时又可以形成多孔性固 体颗粒,是包埋酵母菌的好材料;图示①为共价键(化学) 结合法、②为吸附法、③为包埋法;凝胶珠是用高温下熔 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。

[答案] (1)酶既能与反应物接触,又容易与反应物分 离,固定在载体上的酶能反复使用 多酶系统(一系列、 多种酶) (2)海藻酸钠 ③ 包埋法 (3)CaCl2 海藻酸钠浓度

过高(或针筒离液面过近,高度不够)

[链一串]
1.直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的比较 类型 优点 不足 对环境条件非常敏感,容易失 直接使 用酶 催化效率高,活;溶液中的酶很难回收,不

低耗能、低
污染等

能被再次利用,提高了生产成
本;反应后酶会混在产物中, 可能影响产品质量

类型

优点

不足

酶既能与反应物接触, 一种酶只能催化一种化学 固定 化酶 又能与产物分离,同时, 反应,而在生产实践中, 固定在载体上的酶还可 很多产物的形成都通过一 以被反复利用 固定化 细胞 系列的酶促反应才能得到

固定后的酶或细胞与反应
成本低,操作更容易 物不容易接近,可能导致 反应效果下降等

2.固定化技术的比较 方法 定义 适用范围 模型 凝胶包埋法 (成格子型) 多用于细 胞的固定

将酶包裹在多孔
的载体中。常见 包埋 的载体有明胶、 法 琼脂糖、海藻酸 钠、醋酸纤维素

微囊化法
(成微胶囊型)

和聚丙烯酰胺等

方法

定义

适用范围

模型 酶连接

化学 将酶分子或细胞相 结合 互结合,或将其结 法 物理 吸附 法 合到载体上 多用于 酶的固定

将酶吸附到固体吸
附剂的表面。固体

吸附剂多为活性炭、 多孔玻璃等

酶吸附在载体表面

[关键一点]

海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质溶液的作

用下,发生聚沉,形成凝胶珠,其作用机理是由于盐离
子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引,形成更大的胶体颗

粒,类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。

[通一类]

5.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.由于细胞个体大,而酶分子很小,因此细胞多采

用物理吸附法固定
D.反应物是大分子物质应采用固定化酶

解析:在酶和细胞的固定化技术中,通常有包埋法、化 学结合法和物理吸附法,其中由于酶分子小,又多带电 荷,易从多孔性物质中漏出,因此多使用化学结合法与 物理吸附法,而细胞个体大,难以被多孔性物质吸附或 结合,因而多采用包埋法。 答案: C

6.下列有关固定化酶和固定化细胞的说法正确的是

(

)

A.某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应 B.固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C.固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都 可以反复使用 D.固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活 性迅速下降

解析:某种固定化酶只能催化一种生化反应,其优势 是酶可以反复利用;固定化细胞技术一次能固定多种 酶;固定化酶和固定化细胞都能反复使用,而且酶的 活性不变。 答案: C


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