1、专题4 酶的研究与应用 课题1 果胶酶在果汁生产中的作用 学习目标：1.了解果胶酶的作用及获取方法。(重点)2.学会检测果胶酶的活性。(重点)3.探究温度和 pH 对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量。(难点)自 主 预 习 探 新 知 1果胶和果胶酶(1)果胶 成分：由_聚合而成的一种高分子化合物。特点：_。作用：组成植物_和胞间层的主要成分之一。半乳糖醛酸不溶于水细胞壁(2)果胶酶 来源：植物、霉菌、酵母菌和细菌等。组成：_、果胶分解酶和果胶酯酶等。作用 分解果胶成可溶性的_，使浑浊的果汁变得_。瓦解植物的_和胞间层，使榨取果汁变得更容易。多聚半乳糖醛酸酶半乳糖醛酸澄清细胞壁2酶的活性与
2、影响酶活性的因素(1)酶的活性 概念：指酶催化一定化学反应的_。表示方法：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_来表示。酶反应速度的表示方法：用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或_来表示。能力反应速度产物的增加量(2)影响酶活性的因素 温度、pH 和_等。酶的抑制剂3实验设计(1)探究温度和 pH 对酶活性的影响 实验原理 果胶酶的活性受_和_影响，处于最适值时，活性最高。果肉的_率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小成_。温度pH 出汁正比实验流程 制备果泥设置一系列梯度的_加入_反应一段时间_pH和温度果胶酶过滤果汁该实验的自变量是温度或_，因变量是_，检测因变量是通过测
3、定果汁的体积或澄清度来实现的。pH 酶活性(2)探究果胶酶的用量 变量分析 自变量：_。无关变量：_、pH、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。酶的用量温度判断的思路 如果随着酶的用量增加，过滤得到的果汁的体积也增加，说明酶的用量_。如果当酶的用量增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤得到的果汁的体积不再改变，说明_。不足酶的用量已经足够1判断对错(1)探究果胶酶的最适用量时，pH、温度不影响实验结果。()(2)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。()(3)应将果泥与果胶酶先混合均匀后再放置于预设定温度的水浴锅中。()(4)可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来定量表示果胶酶的活
4、性。()提示：(1)探究果胶酶的最适用量时，pH、温度会影响实验结果，实验中要保持 pH、温度相同且适宜。(2)果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。(3)实验过程中应将果泥与果胶酶分装在不同试管中放置于预设定温度的水浴锅中，几分钟后再混合均匀。(4)2下列不能表示酶活性高低的是()A一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度 B单位时间内、单位体积中反应物的减少量 C单位时间内、单位体积中酶的变化量 D单位时间内、单位体积中产物的增加量 C 酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化某一化学反应的反应速度来表示，而酶促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
5、示。单位时间内、单位体积中酶的变化量可以影响反应速度，却不能表示酶活性的高低。3探究温度对果胶酶活性的影响、pH 对酶活性的影响、果胶酶用量三个实验中，实验变量依次为()A温度、酶活性、酶用量 B苹果泥用量、pH、果汁量 C反应时间、酶活性、酶用量 D温度、pH、果胶酶用量 D 探究温度对果胶酶活性的影响，温度为实验变量，同理 pH对酶活性的影响、果胶酶用量的实验中，实验变量分别为 pH 和果胶酶用量。合 作 探 究 攻 重 难 果胶酶及影响酶活性的因素 合作交流 1利用果胶酶进行果泥处理时，可不可以再加入蛋白酶促进细胞壁分解？提示：不能。因为果胶酶是蛋白质，加入蛋白酶后会使果胶酶被分解。2在
6、食品工业生产中需要的果胶酶主要来自于植物吗？为什么？提示：不是。天然来源的果胶酶广泛存在于植物和微生物中，但植物来源的果胶酶产量低难以大规模提取制备，微生物则是生产果胶酶的优良生物资源，因此果胶酶最主要的来源是通过微生物发酵生产。归纳总结 1果胶酶与纤维素酶的比较 名称组成作用 果胶酶多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸 纤维 素酶C1 酶、CX 酶和葡萄糖苷酶纤维素C1酶CX酶 纤维二糖葡萄糖苷酶 葡萄糖 2.酶活性的影响因素(1)温度：低于最适温度时，随着温度的升高，酶的活性也逐渐增强；高于最适温度后，随着温度升高，酶的活性迅速下降，直至完全丧失活
7、性。果胶酶的最适温度为 4550。如下图 1 所示：图 1 图 2(2)pH：在低于最适 pH 时，随着 pH 的升高，酶的活性逐渐增强；高于最适 pH 时，随着 pH 的升高，酶的活性逐渐下降，直至完全丧失活性。果胶酶的最适 pH 范围为 3.06.0。如上图 2 所示：(3)酶的激活剂和抑制剂：能提高酶活性的物质叫激活剂，多为离子或简单有机化合物；加入酶的激活剂可以提高酶的活性，如 NaCl可以提高果胶酶的活性。某些物质虽然不能引起酶变性，但能使酶分子中某些必需基团发生变化，引起酶活性下降，甚至失活，能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。如 Fe3、Ca2、Zn2等金属离子对果胶酶有抑制
8、作用。典题通关 下列关于果胶酶的说法，正确的是()A果胶酶可以分解细胞壁的主要成分纤维素 B果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物 C果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称 D果胶酶的化学本质是 RNA C 植物细胞壁的主要成分有纤维素和果胶，它们分别被纤维素酶和果胶酶水解，A 错误。半乳糖醛酸是构成果胶的基本单位，B错误。果胶酶是一类酶的总称，其化学本质是蛋白质，C 正确、D错误。(1)两位同学用足量的果肉制作果汁，甲同学使用了果胶酶而乙同学没有使用，过了相同的时间后，二位同学制作的果汁有何区别？(2)果胶酶可以催化果胶的水解，而纤维素酶不能催化果胶的水解，这体现了酶的何种特
9、性？提示：(1)在果汁量和果汁澄清度两个方面均有区别，甲同学由于使用了果胶酶，所以果汁量较多且澄清度也较高。(2)体现了酶具有专一性。1关于果胶酶的叙述中错误的是()A组成植物细胞壁的主要成分是果胶和纤维素，果胶主要分布在细胞的初生壁和胞间层 B果胶酶有多种，如多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶等 C果胶酶在食品工业中有广泛的用途，在其他方面则无用处，体现了酶的专一性 D果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶配合使用，可分解植物细胞壁中的果胶和纤维素，促使淀粉、脂肪、维生素和蛋白质的释放，以提高饲料的营养价值 C 果胶酶的作用是分解细胞壁中的果胶，可以使果汁产量增加，透明度提高，有多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶
10、和果胶酯酶等，在食品工业中如榨果汁和提高葡萄酒质量等方面作用很大，也常与纤维素酶等共同使用，提高饲料营养和降低饲料黏度，促进饲料在动物的消化道内的消化。故选 C。2如图中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接近成正比，之后接近成反比 B当温度到达 B 点时，果胶酶的活性最高，催化能力最强 CA 点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升 DC 点时，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以上升 D 从图中可以看出，在温度较低时，随着温度的不断升高，果胶酶的活性不断上升，到 B 点时，酶的活性达到最高；之后，随着
11、温度的继续上升，酶的活性逐渐下降。A 点和 C 点相比，虽然酶的活性都很低，但是 A 点对应的是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而 C 点对应的是高温条件，已破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化，即使再降低温度，酶的活性也不会上升。实验设计 合作交流 1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？提示：将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，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，从而影响果胶酶的活性。2探究温度(或 pH)对酶活性的影响时，哪个因素为自变量，应该控
12、制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？提示：温度(或 pH)为自变量，控制不变的因素有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。因为只有这样才能保证只有温度(或 pH)一个变量对果胶酶的活性产生影响。3为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？提示：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，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。归纳总结 1探究温度和 pH 对酶活性的影响(1)实验原理：果胶酶的活性受温度或 pH 的影响，处于最适温度或 pH 时，活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小呈正相关。(2)操作步骤：搅拌器搅
13、拌制苹果泥 果胶酶水溶液 均分装入 等量 9 支试管 9 支试管 各取一支分 9 组分别放入 30、35、40、45、50、55、60、65、70 恒温水浴箱中恒温加热(或各取一支分 9组分别调节 pH 为 5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 置于同一恒温水浴锅中)待试管内温度稳定后，将果胶酶加入相同温度(或 pH)的苹果泥内 反应一段时间，如 10 min过滤果汁，用量筒测量各试管中果汁的量，填入表格：表一实验温度()303540455055606570 果汁量(mL)表二pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0 果汁量(mL)(3)结果
14、分析：根据实验数据绘制出温度和 pH 对果胶酶活性影响的曲线图，最终得到果胶酶的最适温度和 pH。2探究果胶酶的最适用量(1)实验原理：在一定条件下，随着酶浓度的增加，果汁的体积增加；当酶浓度达到某一数值后，再增加酶的用量，果汁的体积不再改变，这个值就是酶的最适用量。(2)实验过程：盛有苹果泥试管123456789 盛有果胶酶试管123456789 果汁量(mL)根据实验数据绘制出不同果胶酶用量与果汁体积关系的曲线图。(3)结果分析：随着果胶酶的用量增加，过滤到的果汁体积也增加，但增加到某一值时，果胶酶用量再增加，果汁体积也不增加，这个值就是果胶酶的最适用量。3实验探究中的变量控制 实验名称(
15、目的)自变量因变量注意事项 探究温度对果胶酶活性的影响 温度果汁量(澄清度)底物和酶在混合时的温度是相同的 温度梯度越小，实验结果越精确 苹果泥和果胶酶用量在各个试管应相同 pH 应为最适 pH 探究 pH 对果胶酶活性的影响 pH果汁量(澄清度)温度应为最适温度 pH 梯度可用 NaOH 和盐酸调节 用玻璃棒搅拌使反应充分进行 探究果胶酶的用量 果胶酶的用量果汁量(澄清度)制备苹果匀浆后迅速加热，使苹果匀浆中果胶酶变性温度、pH 应为最适且保持不变 典题通关 下表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。该结果不能说明()温度/102030405060 果汁量/mL234565 A温度影响
16、果胶酶的活性 B40 与 60 时酶的活性相等 C50 是该酶的最适温度 D若温度从 10 升高到 40，酶的活性将逐渐增强 C 温度影响酶的活性，上表不能说明 50 就是最适温度，只能说明果胶酶的最适温度在 4060 之间。在低于最适温度时，随温度的升高，酶的活性增强；高于最适温度时，随温度的升高，酶的活性降低。温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的，故 40 与 60 时酶的催化效率相同。(1)请根据本题中表格中的实验结果及必修 1 中的相关知识，描述温度对酶活性的影响。(2)本题中的实验及其结果无法确定果胶酶的最适温度，如何通过实验进一步进行探究？提示：(1)在一定范围内，随着温度的升高，酶
17、的活性逐渐升高；当达到最适温度时，酶的活性最高；超过最适温度后，随着温度的升高，酶的活性逐渐降低。(2)可以在 4060 再设置多组实验，将相邻两组的温差缩小，然后通过比较果汁量确定比较适合的温度，再以同样的思路进一步探究，可以探究出酶的最适温度。1在探究果胶酶的用量实验中，下列叙述不恰当的是()A各反应液的温度、pH 必须相同 B可配制不同浓度的果胶酶溶液，加入量应保持一致 C需用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间应该相同 D反应物浓度一定时，酶用量越大，滤出的果汁越多 D 探究果胶酶最适用量的实验中，果胶酶的用量为自变量，除此以外，其他的量是无关变量，都应该保持相同且适宜，搅拌时间也应该是相同
18、的。在反应物浓度一定时，一段时间内，果汁体积随酶浓度的增加而增加，但当酶浓度达到一定值时，果汁体积不再增加。2某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶水解最适 pH”的课题研究。本课题的实验步骤中，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、610。方法二：将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥 pH 分别调至 4、5、610，再把 pH 相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。(1)请问哪一种方法更科学？_。理由是_。(2)如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐
19、标表示 pH，纵坐标表示_时，实验的操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，分析图中最可能是实验结果的曲线图是_。若实验所获得的最适 pHm，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。甲 乙 丙 丁 解析 实验关键是分别将果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH，然后把 pH 相等的这两种溶液混合，否则，在达到预定 pH 之前就会发生酶的催化反应。如图甲所示，果胶酶的活性随 pH 增大而升高，达到最适 pH 之后，酶活性逐渐降低，若过酸或过碱，则酶活性丧失。答案(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 环境(或方法一的操作会在达到预定 pH之前就发生了酶的催
20、化反应)(2)果汁体积 甲 如图所示 课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳 1.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。2.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。3.酶活性的高低可用一定条件下酶所催化的化学反应的反应速度来表示。4.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。5.影响果胶酶活性的因素有温度、pH 和酶的抑制剂等。6.在探究温度或 pH 对酶活性影响的实验中，可用滤出的苹果汁的体积大小或果汁的澄清度来判断果胶酶活性的高低。当 堂 达 标 提
21、 素 养 1下列对果胶酶作用的叙述错误的是()A果胶酶是一种催化剂，可以改变反应速度 B果胶酶能瓦解植物的细胞壁及胞间层 C在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清 D果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸 D 果胶酶是一种生物催化剂，可以改变反应速度，缩短反应达到平衡的时间，并不改变化学平衡。由于酶具有专一性，果胶酶的作用底物是果胶，在果胶酶的作用下，不溶性的果胶被分解为可溶性的半乳糖醛酸，因此用果胶酶处理细胞壁，可以使细胞壁瓦解，处理果汁可以使果汁变得澄清。故选 D。2探究 pH 对果胶酶活性影响的实验中，下列说法不正确的是()A自变量是不同的 pH B控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时
22、间等 C可通过测定滤出的果汁体积判断果胶酶的最适 pH DpH 过低时，果胶酶活性变小，但不失活 D 该实验中自变量为不同的 pH，其他无关变量如温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等要控制相同，以排除无关变量对实验结果的影响。在某种 pH 下滤出的果汁体积最多，则该 pH 为最适 pH。pH 过低和 pH 过高一样，都能使酶变性失活。3在“探究果胶酶的用量”的实验中，下列说法不正确的是()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，滤出的果汁越多 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 B 本实验中的实验变量是果胶酶用量，温度和 pH 属于无关
23、变量，因此要控制好这些变量，即每个实验组实验前后都应控制适宜的温度和 pH 条件。实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以配制一种浓度的果胶酶溶液，使用不同的体积即可。在其他条件固定不变的情况下，在一定范围内，随着酶用量的增多，酶促反应速度加快，滤出的果汁也增多，当酶用量达到一定量，底物浓度成为限制因素时，再增加酶的用量，酶促反应速度也不再增大，滤出的果汁也不再增多。此外，影响果汁产量的因素除了酶用量，底物浓度外，还有温度、pH、酶促反应时间等。故选 B。4果胶酶能够分解植物细胞壁及胞间层之间的果胶，使榨取果汁变得更容易，果胶被分解后，浑浊的果汁会变得澄清。现有苹果泥、质量分数为 2%的果胶酶
24、溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和 NaOH溶液等实验材料及用具，如表所示是某小组利用上述材料进行的有关实验(“/”表示不加)。请回答下列问题。试管 编号项目甲乙丙丁 12 mL/2 mL2 mL 2加入不同的液体2 mL 蒸馏水4 mL 蒸馏水2 mL 盐酸2 mL NaOH 溶液 3加入苹果泥2 mL2 mL2 mL2 mL 4摇匀，恒温处理15 分钟15 分钟15 分钟15 分钟(1)表中处的内容是_。(2)若要验证果胶酶的作用，应把_两个试管同时取出并过滤相同时间，观察并比较果汁澄清度，预期的实验现象是_。(3)比较甲、丙、丁试管可知，其实验目的是_。(4)如果要“探究果胶酶的最适用量”，请简要写出实验思路：_。解析 根据表格信息可知，甲、乙试管对比可验证果胶酶的催化作用；甲、丙、丁三个试管对比可探究 pH 对果胶酶活性的影响。答案(1)加入质量分数为 2%的果胶酶溶液(2)甲与乙 甲试管内的果汁比乙试管内的澄清(3)探究 pH 对果胶酶活性的影响(4)配制等量的不同浓度的果胶酶溶液，恒温下分别迅速与等量苹果泥混合，反应一段时间后过滤果汁并观察果汁的出汁率和澄清度点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!
