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2017_2018学年高中生物专题4酶的研究与应用专题整合提升同步备课教学案新人教版选修1

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                          专题    4 酶的研究与应用


                                  知识系统构建

酶的研究与应用Error!
 必背要语
1.果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等
2.碱性蛋白酶能将大分子蛋白质水解为可溶性的氨基酸或小分子的肽,所以蛋白质类纤维织
物不能用此种加酶洗衣粉洗涤。
3.温度、酸碱度和表面活性剂都会影响加酶洗衣粉的洗涤效果。
4.固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法,而固定化细胞则常采用包埋法。
5.配制海藻酸钠溶液浓度过高,则难以形成凝胶珠;若浓度过低,则固定的酵母细胞少,影
响实验效果。
6.固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用,降低了成本,又提高了产品质量。
                                  规律方法整合
整合一 酶的相关探究实验中的操作提示
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,其他因素都应适宜且保持不变。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即可。需要注意的是,反应液的                                  pH 必须相
同,否则将影响实验结果的准确性。
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4.在混合反应物和酶之前,一定要让两者分别达到相应的条件。这样可以避免底物和酶在混
合时条件变化而影响实验结果。
5.将酶加入反应物后,应不时地用玻璃棒搅拌,使酶能更充分地催化反应。
6.本课题中的自变量、因变量及注意事项归纳
  实验名称(目的)         自变量      因变量                      注意事项
                                     ①底物和酶在混合时的温度是相同的;②温度梯
                            果汁量
 探究温度对果胶酶                            度越小,实验结果越精确;③各试管中苹果泥的
                    温度     (澄清度)
 活性的影响                               用量相同,果胶酶的用量也相同;④pH               为最适

                                     pH
                            果汁量      ①温度应为最适温度;②pH          梯度可用     0.1%的氢
 探究   pH 对果胶酶
                     pH    (澄清度)     氧化钠溶液和盐酸调节;③用玻璃棒搅拌使反应
 活性的影响
                                     充分进行
                            果汁量      ①制备苹果匀浆后迅速加热,使苹果匀浆中的果
 探究果胶酶的用量          果胶酶
                           (澄清度)     胶酶变性;
 对酶活性的影响           的用量
                                     ②温度、pH    应为最适宜且保持不变

 例 1  果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶,瓦解植物细胞
壁和胞间层。在果汁生产中应用果胶酶可以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。
[课题一] 验证果胶酶在果汁生产中的作用
实验方法及步骤:
(1)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。
(2)取两个   100  mL 洁净的烧杯,编号为        1、2,按相应程序进行操作,请把下表中未填写的内
容填上。

                                                               烧杯
      操作顺序                       项目
                                                           1         2
         ①                在烧杯中加入苹果泥                      20 mL     20 mL
         ②                        A.                     2 mL        /
         ③                    注入蒸馏水                        /        B.      
         ④        在恒温水浴中保温,并用玻璃棒不时搅拌                    10 min    10 min
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(3)取两个大烧杯,同时进行过滤。观察(比较)                     ,并记录结果。
(4)实验结果的预测及结论:如果                                               
                                   ,则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。
[课题二] 探究果胶酶催化果胶水解的最适                  pH
本课题实验步骤中,在完成“烧杯中分别加入苹果泥,试管中分别注入果胶酶溶液,编号、
编组”之后,有下面两种操作。
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、7、8、9、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、7、8、9、10,
再把   pH 相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
(1)请问上述哪种方法更科学?        。理由是                                
                                                                        。
(2)该实验步骤中也有用玻璃棒搅拌的操作,其目的是使                        。
(3)如果用曲线图记录实验结果,在现有的条件下,可用横坐标表示                           pH,则纵坐标表示        
(果汁体积/试管体积)。根据你对酶特性的了解,下列最可能表示实验结果的曲线是        
。


答案 [课题一](2)注入果胶酶溶液 2 mL
(3)相同时间内滤出的果汁体积和果汁澄清度
(4)相同时间内     l 号烧杯中滤出的果汁体积比            2 号烧杯中滤出的果汁体积大,且澄清度高
[课题二](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 
(2)果胶酶和反应物充分接触 (3)果汁体积 A
解析 课题一中,依据实验目的确定单一变量是果胶酶的有无。因为是验证性实验,预测的
结果应与实验目的相对应,即相同时间内                  1 号烧杯中滤出的果汁体积比           2 号烧杯中滤出的果
汁体积大,且澄清度高。课题二中方法二是将                    pH 调至预设   pH 后再把果胶酶溶液和苹果泥相
混合,这样能避免在达到预设             pH 前可能有部分果胶已被果胶酶催化分解。用玻璃棒搅拌可
使果胶酶充分地与苹果泥接触来催化反应的进行。
整合二 加酶洗衣粉使用时需要注意的问题
1.碱性蛋白酶能使蛋白质水解,因此,蛋白质类纤维(羊毛、蚕丝等)织物就不能用加酶洗衣
粉来洗涤,以免使纤维受到破坏。
2.使用加酶洗衣粉时,必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在                          35~50   ℃时活性最强,在
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低温下或     60 ℃以上就会失效。
3.加酶洗衣粉也不宜长期存放,存放时间过长会导致酶活力降低。
4.加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存,否则酶的活性将会丧失。
5.添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质,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接触。
 例 2  为了进一步增强洗衣粉对血渍、奶渍、油污、土豆泥等衣物上常见污垢的去除能力,
洗衣粉中常常会添加各种酶类。请回答有关问题:
(1)根据衣物上常见的污垢,加酶洗衣粉中添加的酶类有碱性蛋白酶、                                         。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            。
(2)下表为加酶洗衣粉包装袋上的产品说明,根据你所学习的有关知识,解释注意事项③的
原因:                                                  。
                                    注意事项

                ①请将本品置于阴凉、干燥处,避热、避湿、避光。
                ②不慎溅入眼中,立即用水冲洗。
                ③水温以     30~50 ℃为宜,切忌用        60 ℃以上的热水。

答案 (1)(碱性)脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶 小分子的肽(氨基酸) 
(2)酶的催化受温度影响,30~50 ℃是洗衣粉中酶的适宜温度范围
整合三 从酶到固定化酶再到固定化细胞的发展过程


 例 3  下列对固定化酶和固定化细胞的说法,正确的是(  )
A.固定化细胞常用物理吸附法,固定化酶常用包埋法
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所固定的酶都可以反复使用,但酶的活性迅速下降
D.固定化酶不溶于反应液中,易于回收,可以重复利用
答案 D
解析 某种固定化酶的优势是酶可以反复使用;固定化细胞技术一次能固定多种酶;固定化
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酶和固定化细胞都能反复使用,酶的活性一段时间后会下降,但并不是迅速下降。
                                  热点考题集训
1.果胶酶在果汁生产中发挥重要作用,下列说法正确的是(  )
A.果胶酶只存在于植物中
B.果胶易溶于水,而不溶于乙醇
C.果胶酶和纤维素酶均能分解果胶
D.果胶酶和纤维素酶一起使用可以除去植物细胞壁
答案 D
解析 果胶酶广泛存在于植物和微生物中。果胶不溶于水,不溶于乙醇。酶具有专一性,因
此只有果胶酶才能分解果胶。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此使用果胶酶和纤
维素酶,可以除去植物细胞壁。
2.下列关于探究果胶酶最适用量的实验,叙述错误的是(  )
A.配制不同浓度的果胶酶溶液,并在各组中加入等量的该溶液
B.调节   pH,使各组中的      pH 相同而且处于适宜状态
C.用玻璃棒搅拌加酶的果泥,搅拌时间可以不同
D.在相同且适宜温度条件下进行实验
答案 C
解析 由于要探究果胶酶最适用量,故可配制不同浓度的果胶酶溶液,并在各组中加入等量
的溶液,A    项正确;该实验中         pH 为无关变量,故应保持各组中的             pH 相同而且处于适宜状态,
B 项正确;用玻璃棒搅拌加酶的果泥和温度都为无关变量,因此搅拌时间必须相同,温度应
相同且适宜,C      项错误、D     项正确。
3.下列进行探究温度对酶活性的影响的实验中,不正确的是(  )
A.实验的自变量是温度
B.无关变量有     pH、底物浓度、酶浓度、反应时间等
C.通过测定滤出的果汁的体积来判断果胶酶的最适温度
D.温度过低时,酶空间结构改变,果胶酶活性变小,但是不会失活
答案 D
解析 温度过低时,酶的空间结构正常,但活性变小。
4.为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果,在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗,是目前重
要的生产手段(工艺流程见下图)。下列叙述中错误的是(  )
                  中国现代教育网      www.30edu.com  全国最大教师交流平台

A.纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似
B.在上述工艺中,为重复使用纤维素酶,可选用适当的包埋剂固定化酶
C.在上述工艺中,通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅
D.纤维素酶催化葡萄糖残基之间的糖苷键水解分解纤维素
答案 B
解析 在仿旧和去污中,纤维素酶均作用于衣物,二者作用机理相似,A                              正确;由于纤维素
酶较小,不能用包埋法固定化酶,B               错误;改变温度、酸碱度和处理时间会影响酶作用的结
果,控制仿旧颜色的深浅,C            正确;纤维素酶催化葡萄糖残基之间的糖苷键水解分解纤维素,
D 正确。
5.下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是否加酶
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
答案 C
解析 根据实验目的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。
加入的洗衣粉不同,温度不同,都会造成洗涤效果的差异,故                          A 正确;可用污渍的残留量来

表示洗涤效果,故        B 正确;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

洗衣粉的最佳使用温度为           t2,故  C 错误;温度过高,酶的活性降低甚至失活,故                   D 正确。
6.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是(  )
A.固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用
B.溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C.固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物
D.凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合
答案 B
解析 A    项,固定化酶制作的目的是能够顺利从发酵产物中把酶分离出来,能够使酶反复使
用;B   项,溶解氧交换受阻会影响细胞呼吸,是固定化细胞应用的重要限制因素;C                               项,固
定化细胞常用于生产能分泌到细胞外的产物,如固定化酵母细胞用于生产酒精;D                                  项,将细
胞包埋在多孔载体内部而制成固定化细胞,细胞并不与凝胶通过共价键结合。
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7.下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是(  )
A.可用包埋法制备固定化酵母细胞
B.反应产物对固定化酶的活性没有影响 
C.葡萄糖异构酶固定前后专一性不同 
D.固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
答案 A
解析 细胞难以被吸附或结合,固定化细胞多采用包埋法,A                         正确;反应产物积累能影响酶
的结构,从而使酶的活性下降,B              错误;葡萄糖异构酶在固定前后专一性不变,C                   错误;固
定化细胞固定的是一系列酶,可以催化一系列反应,但不能催化各种反应底物的一系列反应,
 D 错误。
8.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蒸馏水冲洗,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,物理吸附法是利用吸附剂本身的
表面张力对附近的分子产生吸附,与化学结合法相比,不会使被吸附物质的性质发生改变,
所以吸附法对酶活性影响较小,A              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                  正确;尿糖试纸是一种由葡萄糖氧化酶、过氧化
氢酶和某种无色的化合物固定于滤纸上制成的酶试纸,不能反复利用,C                              错误;制备固定化

酵母细胞时,将海藻酸钠凝胶珠用蒸馏水冲洗的目的是洗去                         CaCl2 和杂菌,防止凝胶珠硬度
过大和杂菌污染,D        正确。
9.某生物课外活动小组发现,新鲜水果比放置一段时间的水果硬。他们根据所学知识,认为
可能的原因是放置一段时间的水果果胶酶含量高,而果胶酶能将细胞壁分解,使水果细胞相
互分离,导致水果变软。为探究上述假设是否正确,他们进行了如下探究:
(1)实验原理:                                                              
                                                                        。
(2)实验假设:                                                              
                                                                        。
(3)实验步骤:
①分别将等量的去皮后的新鲜苹果和放置一段时间的苹果切成小块,放在榨汁机中,制成果
泥。
②分别用滤纸或       5 层纱布过滤,收集滤液(条件相同)。
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③                                                                      。
(4)实验结论:                                                              
                                                                        。
(5)根据此实验,能否得出水果放置时间越长,营养价值越高的结果?为什么?

                                                                          
                                                                        。
答案 (1)果胶酶能将胞间层的果胶分解,使细胞分散,水果变软
(2)放置一段时间的水果中果胶酶含量高
(3)③观察比较滤液的体积和澄清度
(4)放置一段时间后的水果中,果胶酶含量比新鲜水果高
(5)不能。因为水果放置时间过久,维生素                 C 会大量损耗
解析 水果变软是细胞壁的支持作用减弱,因此其原理应从细胞壁的成分变化入手来回答。
实验假设是未得到证实的结论,可假设放置一段时间的水果中果胶酶含量高。实验步骤中在
将两种不同苹果的苹果泥滤液(果汁)分别收集好后,可通过比较滤液的体积和澄清度来判断
果胶酶的含量,得到的果汁体积多、澄清度高的滤液中果胶酶含量较多。
10.某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并进行了游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精
度的比较,结果如下表所示。请回答下列问题:
                                产酒酒精度的比较
                        时间(d)      游离酵母        固定化酵母

                           0           0           0
                           2          1.0         2.5
                           4          2.1         4.2
                           6          3.2         5.0
                           8          3.9         5.4
                          10          4.3         6.0
                          12          4.6         6.4

(1)制备固定化酵母细胞的实验步骤:酵母细胞的活化→                                           →配制海藻
酸钠溶液→                            →固定化酵母细胞。
(2)影响实验成败的关键步骤:                                              。
(3)海藻酸钠起                        的作用。
(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的相同条件下发酵,定时记录发
酵液中酒精度的变化。
①实验过程中的“在一定的相同条件下发酵”中的条件是                                            ,要求条件
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相同是为了确保              。
②由表格可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定化酵母在发酵前期的延迟
期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要        。
(5)为了保证酵母菌的正常发酵,发酵装置中应加入的营养物质是            。
(6)怎样检测发酵后发酵液的酒精度?
                                                                        。

答案 (1)配制     CaCl2 溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)包埋
酵母细胞(或载体) (4)①适宜的温度、pH               等 单一变量 ②短 (5)葡萄糖溶液 (6)可以
利用酸性重铬酸钾溶液检测

解析 (1)制备固定化酵母细胞的实验步骤为:酵母细胞的活化→配制                            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。
(2)该实验的关键是海藻酸钠溶液的配制。如果浓度过低,则制作的凝胶珠颜色过浅,呈白
色;若浓度过高,则形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,一般呈蝌蚪状。
(3)海藻酸钠起载体作用,用于包埋酵母细胞。
(4)酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温度、pH                            条件下进行。两组
实验的条件相同,能够确保无关变量相同,遵循单一变量原则。从表中看出,在                                  12   d 的发
酵时间里,固定化酵母发酵产酒精的酒精度从                    0 度到 6.4 度。而且固定化酵母在第           4 天即达
到  4.2 度,表明其延迟期短。
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