1、专题4 酶的研究与应用课题4.1 果胶酶在果汁生产中的作用庖丁巧解牛知识巧学 一、果胶酶的作用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。果胶酶是能催化果胶分解，从而提高水果的出汁率并使果汁变得澄清的一类酶的总称。包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使浑浊的果汁变得澄清。二、酶的活性与影响酶活性的因素1.酶的活性：是指酶催化一定化学反应的能力。2.酶反应速度：在科学研究与工业生
2、产中，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。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。3.温度、pH和酶的抑制剂等条件会影响果胶酶的活性。三、果胶酶的用量生产果汁时，为了使果胶酶得到充分的利用，节约成本，需要控制好酶的用量。四、实验设计1.探究温度和pH对果胶酶活性的影响（1）实验思路在一恒定温度下通过设置pH梯度来确定酶催化反应的最适pH，在一恒定pH下通过设置温度梯度来确定酶催化反应的最适温度；注意遵循单一变量对照原则。方法点拨 在探究温度或pH的影响时，需要设置对照，不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照，这种对
3、照称为相互对照。（2）实验方案难点剖析 （1）当探究温度对果胶酶活性的影响时，自变量是温度，因变量是滤出的苹果汁的体积大小。因为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，所以苹果汁的体积大小反应了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。（2）各实验组除自变量温度不同外，应控制好果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等无关变量不变，只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。动手实验：制备水果泥配制果胶酶水果泥与果胶酶分别水浴保温将水果泥与果胶酶混合保温过滤出果汁记录果汁量改变不同的温度后重复上面的实验（也可以同时进行不
4、同温度的实验）记录实验数据温度/102030405060果汁量/ mL得出结论方法点拨 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。2.探究果胶酶的用量如果随着酶的用量增加，过滤到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。疑点突破 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，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变。实验时可以配
5、制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，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。问题探究 问题1 当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是变量，哪些因素应该保持不变？思路:实验中要遵循单一变量对照原则。未知的、需要研究的事物，称为实验组，相关变量即为实验变量。探究:当探究温度对果胶酶活性的影响时，温度是变量，应控制果泥量、果胶酶浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证探究清楚温度对果胶酶活性的影响。问题2 为什么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恒温处理？思路:温度对酶
6、活性是有影响的。若苹果泥和果胶酶的温度不同，混合后会影响混合物的温度，从而干扰实验结果。探究:在混合苹果泥和果胶酶之前，一定要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，只有这样才可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响实验结果。典题热题例1下列关于果胶酶的叙述正确的是（）具有分泌功能的细胞产生的凡是活细胞都能产生果胶酶果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶果胶酶特指分解果胶的一种酶纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸A.B.C.D.解析：所有活细胞都能产生酶，但不同细胞产生的酶
7、不一定相同，产生果胶酶的生物有植物、霉菌、酵母菌和细菌等，所以不正确。果胶酶的作用是将果胶分解成半乳糖醛酸；植物细胞壁有纤维素和果胶组成，可用果胶酶去除植物细胞壁。所以正确。果胶酶的成分是蛋白质，其组成单位只能是氨基酸，所以不正确。果胶酶特指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，所以不正确。答案：C例2探究果胶酶用量的实验中，不正确的是（）A.实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液B.底物浓度一定时，酶用量越大，滤出果汁越多C.本实验应控制在适宜温度和pH条件下D.反应液的pH必须相同解析：底物浓度一定时，酶用量有一最适值，超过最适值，即使增加酶的用量，生成物也不会再
8、增加。答案：B 例3下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时，果胶酶的反应速度与浓度、温度、pH之间的关系，据图回答：（1）图A中，反应物达到某一浓度时，反应速度不再上升的原因 。（2）图B中，b点所对应的温度称_。如果你根据实验数据转换成的曲线图无法判断果胶酶的最适温度，你将如何改进？_。（3）图B中，曲线ab段表明_，bc段表明_。（4）将装有果胶酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12 和90 水浴锅中，20分钟取出转入40 的水浴锅保温，两试管内的反应：甲_,乙_，原因是_。（5）图C表示了果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时， 果胶酶催化反应的速率随pH变化的曲线，实验时可根据_来判定果
9、胶酶的最适pH。解析：酶是生物体内具有催化能力的蛋白质，其催化效率，在酶浓度一定的条件下，受反应物浓度、温度、pH 的影响。酶的催化作用又有高效性。答案：（1）酶虽然有高效性，但催化能力也有一定限度，当所有酶都发挥了最高效能后，反应物浓度再增加，反应速度也不会增加了（2）最适温度应据适宜温度范围确定间隔近的温度梯度，重新实验（3）温度升高，酶活性升高温度降低，酶活性降低（4）反应速度增加无催化反应由于甲试管温度较低，所以酶活性较低，反应速度很慢，当转入40 （酶反应适宜温度）的水浴锅中加热时其反应速度迅速增加。乙试管在90 高温下，酶结构被破坏，酶变性失活，当转入40 的水浴锅中保温时，酶活性也不再恢复。故无催化反应（5）果汁的量 误区警示 温度过高、pH过高、pH过低，都会使酶失活，而温度过低，酶的活性降低，而不会失活。