1、第3课 酶的应用、蛋白质的提取和分离 考点一 酶的应用 【核心知识突破】1.酶活力与影响酶活力的因素：(1)酶活力：也称为酶活性，是指酶_ 的能力。酶活力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。催化一定化学反应 反应速度(2)酶的反应速度：用单位时间内、单位体积中 _或_来表示。(3)影响酶活力的因素：主要有_、_和酶的 _等。反应物的减少量 产物的增加量 温度 pH 抑制剂 2.探究温度和pH 对果胶酶活性的影响：(1)实验原理。果胶酶的活性受温度(或pH)影响，处于_ _时，酶的活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性 大小成_。最适温度(或pH)正比(2)
2、实验流程。3.加酶洗衣粉在洗涤中的作用：(1)加酶洗衣粉：指含_的洗衣粉。酶制剂(2)酶制剂的种类与洗涤原理：种类洗涤原理洗涤的物质种类蛋白酶蛋白质 _血渍、奶渍等脂肪酶脂肪_食品的油渍、人体皮脂、口红等淀粉酶淀粉_来自面条等的污垢 _酶使纤维的结构变得蓬松棉纺品的表面浮毛小分子肽或氨基酸 甘油+脂肪酸 麦芽糖、葡萄糖 纤维素 4.固定化酶和固定化细胞：(1)固定化酶：形成：将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某 种_上，使之成为_的制剂。载体 不溶于水而又有酶活性 特性：与游离酶相比较，_好，与底物和产 物容易分离，易于控制，能反复多次使用；便于 _，有利于自动化生产。(2)固定化细胞：是指
3、固定在_内的、能够进行生命活动并且可以_的活细胞，又叫做固定化活细胞或固定化增殖细胞。稳定性 运输和贮存 一定空间范围 反复使用(3)固定技术：概念：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。类型(连线)：适用对象：一般来讲，酶更适合采用_和物理吸附法固定 化，而细胞多采用_固定化，这是因为体积大的 细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶则易从包埋材 料中漏出。化学结合 包埋法 5.制备固定化酵母细胞：(1)酵母细胞的活化：活化就是处于_状态的微 生物重新恢复正常的生活状态。(2)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液。(3)配制海藻酸钠溶液：加热溶化海藻酸钠时要注 意：
4、_。休眠 小火加热，或者间断加热(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合。(5)固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器 中的溶液滴加到配制好的_溶液中，并浸泡 _。(6)用固定化酵母细胞发酵：将固定好的酵母细胞用 _冲洗23次。发酵时的温度为_。CaCl2 30 min 蒸馏水 25 【微点警示】(1)酶促反应速率与酶活性不同：虽然底物浓度及用量和酶的浓度及用量会影响酶促反应速率，但不会影响酶的活性。(2)海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键：若浓度高则将很难形成凝胶珠；若浓度过低，则形成的凝胶珠中包埋的酵母细胞过少，影响实验效果。(3)溶化海藻酸钠应注意：溶化海藻酸钠应小火或者间断加热，避免
5、焦糊；溶化后应先冷却至室温再与酵母细胞混合，避免高温杀死细胞。(4)无菌化操作应注意：酵母细胞固定化要在无菌的条件下进行。反复使用固定化酵母细胞时，需要避免微生物的污染。【秒判正误】1.过酸、过碱、低温和高温都会使酶丧失活性。()分析：过酸、过碱和高温都会使酶的结构改变，活性丧失，但低温只是降低酶的活性，没有丧失活性。2.直接将酶制剂添加到洗衣粉中制成加酶洗衣粉。()3.加酶洗衣粉也有保质期，时间长了，酶活性会降 低或丧失。()4.加酶洗衣粉中的纤维素酶不能直接去除污垢，但可以增强洗涤效果。()5.固定化酶常用物理吸附法和化学结合法，因为酶分 子较小；而固定化细胞常用包埋法，因为细胞较大，难以
6、被吸附或结合。()6.将海藻酸钠凝胶珠用蒸馏水冲洗，目的是洗去 CaCl2和杂菌。()【命题案例研析】【典例】亚洲人体内普遍缺乏乳糖酶，造成饮用牛奶后出现腹胀、腹泻等不良症状。某牛奶制品生产厂家致力于开发新产品，生产低乳糖新品，欲筛选出高产乳糖酶的微生物，制备乳糖酶并固定化，具体步骤如下：根据相关信息，回答下列问题：(1)筛选产乳糖酶的微生物时，宜用_作为培养基中的唯一碳源。(2)科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定乳糖酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。研究结果如下图所示。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括_和_等方面，根据图示信息，在温度约为_、海藻酸钠浓度约为_的条件下固定
7、化酶催化效果较好。(3)实验者还进行了海藻酸钠固定化乳糖酶及化学结合法固定化乳糖酶的催化效果的比较研究，发现用_法固定化酶的效果更好，原因可能是_。(4)工业生产中，使用固定化酶与使用游离酶相比，优点是_。【审答技巧】解答本题需从下面三个方面分析：(1)酶的专一性：乳糖酶可以催化乳糖分解。(2)读懂甲、乙两图的含义：甲图表示固定化酶和游离酶的酶活力随着温度变化的变化规律，乙图表示固定化酶的酶活力随着海藻酸钠浓度变化的变化规律。(3)掌握固定化酶技术的原理和优势：教材中有具体的说明。【解析】(1)根据酶的专一性可知，乳糖酶可以催化乳糖分解，所以筛选产乳糖酶的微生物时，宜用乳糖作为培养基中的唯一碳
8、源。(2)酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量等方面，由图示信息可知，在约35、海藻酸钠浓度约为3%的条件下固定化酶催化效果较好。(3)酶分子较小，容易 从包埋材料中漏出，从而降低酶活力，所以固定化酶一般用化学结合法，而不用包埋法。(4)与使用游离酶相比，固定化酶具有可以重复使用、产物易纯化等优点。答案：(1)乳糖(2)酶活性 酶的数量 35 3%(3)化学结合 酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，从而降低酶活力(4)可以重复使用；产物易纯化【考点题组诊断】角度一 酶在食品制造方面的应用 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，瓦解植物的细胞壁及胞
9、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1、2号，按相应程序进行操作，请把表中未填写的内容填上。操作 顺序项 目烧 杯12在烧杯中加入苹果泥20 mL20 mL 2 mL/注入蒸馏水/在恒温水浴中保温，并用 玻璃棒不时搅拌10 min10 min(3)取出两个烧杯，同时进
10、行过滤。观察(或比较)_，并记录结果。(4)实验结果的预测及结论：如果是_，则说明果胶酶对果胶的水解具有催化作用。课题二探索果胶酶催化果胶水解的最适pH 本课题实验步骤中，在完成“向烧杯中分别加入苹果泥、向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)请问哪一种方法更为科学？_，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，
11、用横坐标表示pH，纵坐标表示_(填“果汁体积”或“试管体积”)，实验操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，在如图中选择一个最可能是实验结果的曲线：_。【解析】课题一中，实验目的是验证果胶酶可以提高出汁率和澄清度，不难找出该实验的单一变量是“果胶酶溶液和蒸馏水”。实验结果应与前面的实验目的相对应，即相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，澄清度高。课题二中，方法二是将试管中的果胶酶溶液和烧杯中苹果泥的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。这样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。对于实验结果如果要用坐标图
12、的形式表示，纵坐标表示果汁体积较恰当。根据在一定范围内，随pH增加，果汁体积增大，当pH超过最适值，随pH增大酶活性降低，果汁体积减小，可知最可能是实验结果的曲线为图。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1号烧杯滤出的果汁体积比2号烧杯滤出的果汁体积大，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)果汁体积 2.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
13、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 mol/L，酶活力较高；提取液pH在6.08.0，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。【解析】(1)由图可知，在一定范围内木瓜蛋白酶的活力不受pH的影响，适宜作为食品添加剂。蛋白酶的活力可用单位时间内底物的减少量或产物的增加量来表示。(2)由题意可知，为了进一步确定酶保护剂的最适浓度和提取液
14、的最适pH，可以在题干提供的范围内缩小浓度梯度差，进一步进行实验。答案：(1)木瓜蛋白酶 在pH 49，木瓜蛋白酶的活力高且稳定 单位时间内产物增加(单位时间内反应底物减少)(2)课题：探究酶保护剂的最佳浓度和提取液的最适pH 3.榨制果汁时用到果胶酶，而果胶酶可在霉菌、酵母菌及细菌中提取。回答下列有关问题：(1)果胶酶并不特指某一种酶，而是指分解果胶的一类酶的总称，包括_(至少写出两种)。(2)下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系：图中表示果胶酶催化反应最适温度的是_。图中A和C两温度下，果胶酶催化效率都很低，两者的区别是_。(3)榨制果汁前，要将果胶酶与果泥混匀保温，目的是_；过滤后
15、要用果胶酶处理果汁，目的是_。(4)若既考虑缩短反应时间，又考虑节约成本，则使用果胶酶时，除了控制好温度、pH等外界环境条件，还应该掌握好_。【解析】(1)果胶酶是指分解果胶的一类酶的总称，包括果胶分解酶、果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸酶。(2)最适温度下即B时，果胶酶的活性最高；A时因温度低，酶活性较弱，C时因温度较高，部分酶失活，酶活性较弱。(3)榨制果汁前，将果胶酶与果泥混匀保温，目的是分解细胞壁，提高出汁率。过滤后用果胶酶处理果汁，目的是分解果汁中的果胶，使果汁变澄清。(4)生产果汁时，为了使果胶酶得到充分利用，节约成本，要控制好酶的用量。答案：(1)果胶分解酶、果胶酯酶、多聚半乳糖醛酸酶
16、(2)B A时温度低，酶活性较弱，C时温度较高，酶逐渐变性失活(3)提高出汁率 使果汁变澄清(4)果胶酶的用量 角度二 酶在洗涤方面的应用 4.加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，可以水解掉衣物中的蛋白质等有机污渍。请回答下列问题：(1)构成碱性蛋白酶的基本单位是 ，碱性蛋白 酶的合成场所是细胞中的 。(2)由上图可知，该实验的目的是探究 。50 时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量是%。(3)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：_。(4)若要比较添加该蛋白酶的洗衣粉与普通洗衣粉的洗涤效果，应注意控制实验变量，请列举控制无关变量的措施(至少三条)_。(5)在日常生活中使用洗衣粉
17、时，有人先用沸水溶解洗衣粉再浸泡衣物，该方法能否用于题目中所说的加酶洗衣粉？为什么？_。【解析】(1)碱性蛋白酶的本质是蛋白质，其基本单位为氨基酸，在核糖体上合成。(2)本实验的自变量有碱性蛋白酶含量和温度，分析曲线，50 时碱性蛋白酶的含量为0.6%时去污力最强。(3)从以上实验结果分析可知，适当提高温度、适当增加洗衣粉的用量都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。(4)要比较添加蛋白酶的洗衣粉与普通洗衣粉的洗涤效果，实验的自变量为 洗衣粉的种类，无关变量应保持相同且适宜，如布料的种类、大小，污物的量与种类，洗衣粉的用量，水温、水质、水量，浸泡时间与洗涤时间等。(5)碱性蛋白酶的化学本质为蛋白质，高
18、温、强酸、强碱都会破坏蛋白质的空间结构，使酶丧失活性。答案：(1)氨基酸 核糖体(2)温度、碱性蛋白酶的含量对去污力的影响 0.6(3)用温水浸泡、增加洗衣粉的用量等(写出两项合理答案即可)(4)两种洗衣粉的用量相同；被洗涤的布料及污渍状态相同；洗涤时所用水量及温度(一般为常温)相同；浸泡和洗涤的时间相同(答出三条即可)(5)不能。因为碱性蛋白酶的成分为蛋白质，其遇高温会变性失活，失去催化功能 5.回答下列有关酶的应用的问题：(1)蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示。通常用清水洗涤衣服上的新鲜血渍时，不应该使用开水，原因是_。若要去除衣服上的血渍，应选择含有_(填“蛋白酶甲”“蛋白
19、酶乙”或“蛋白酶丙”)的碱性洗衣粉，理由是_。(2)某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在超市购买 的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法_ (填“合理”或“不合理”)，理由是_ _。(3)已知溶液的pH可以影响酶的活性，请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中 (填“羧基和氨基”“氨基和甲基”“羧基和甲基”或“甲基和甲基”)等基团的解离状态。(4)某洗涤企业为节省成本，通常采用_ 技术实现酶的反复利用，常用的方法有_ _。【解析】(1)用清水洗涤衣服上的新鲜血渍时，如果使用开水，会使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗。使用碱性洗衣粉去除衣服上的血渍，碱性条件下只有蛋白酶丙
20、有活性，应选择含有蛋白酶丙的碱性洗衣粉。(2)脂肪酶的化学成分为蛋白质，会被蛋白酶水解。(3)蛋白酶和其作用的蛋白质类污渍的氨基和羧基均会发生解离，pH会影响其解离状态。答案：(1)开水使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗 蛋白酶丙 碱性条件下只有蛋白酶丙有活性(2)不合理 蛋白酶会降解脂肪酶(3)羧基和氨基(4)固定化酶 物理吸附法和化学结合法 6.加酶洗衣粉是人们生活中所必需的，但如何使用加酶洗衣粉，尤其是水温多少才算合适，却不为人们所熟知。下面我们就对加酶洗衣粉的最适温度进行探究。实验原理：略。实验器材：烧杯(500 mL)、温度计、天平、加酶洗衣粉、植物油、蓝墨水、牛奶、玻璃棒、秒表、布
21、料和水浴锅等。实验过程：(1)用天平各称取加酶洗衣粉若干份，每份5 g。(2)制作分别被植物油、蓝墨水(主要成分是胶体)、牛奶处理过的同一种布料各若干份(污渍大小以加入滴数为准)。(3)在3个编号为甲、乙、丙的烧杯中分别注入200 mL水和一份称量好的加酶洗衣粉，放入冷水浴锅(10)中并搅拌。(4)将3块分别被植物油、蓝墨水、牛奶处理过的相同布料分别同时放入烧杯中，用玻璃棒搅拌，并用秒表记录除去污渍的时间。(5)水浴锅中的水温依次为10、20、30、40、50、60、70、80。在不同水温下重复步骤(3)(4)七次，分别记录除去污渍所需要的时间。结果如下表：温度()10203040506070
22、80甲(植物油)4839302011131720乙(蓝墨水)10586807268625445丙(奶渍)48432812471217请据此分析回答：(1)该实验的自变量是_，因变量是_，实验中最好用全自动洗衣机进行洗涤，原因是_。(2)加酶洗衣粉必须在适宜温度下，即_左右时才会达到最佳洗涤效果，在此温度下，对_的洗涤效果最好。(3)三种污渍中洗涤效果最差的是_，原因是_。【解析】(1)由实验设计可知，实验的自变量为水温和污渍的种类，因此可以得出的结论包括温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响和加酶洗衣粉对不同污渍洗涤效果的影响两个方面。实验的因变量通过除去污渍需要的时间反映出来，实验中用全自动洗衣机进
23、行洗涤可以更好地控制水量、洗涤时间和洗涤力度等无关变量。(2)由表可知，温度为50 时，用该加酶洗衣粉洗去奶渍仅需 4 min，因此该加酶洗衣粉需在50 左右时才会达到最佳洗涤效果，在此温度下，对奶渍的洗涤效果最好。(3)蓝墨水的主要成分是胶体，而加酶洗衣粉中主要含有蛋白酶和脂肪酶，且酶具有专一性，不能分解胶体，因此对蓝墨水的洗涤效果最差。答案：(1)水温和污渍的种类 除去污渍需要的时间 更好地控制水量、洗涤时间和洗涤力度等无关变量(2)50 奶渍(3)蓝墨水 蓝墨水的主要成分是胶体，而加酶洗衣粉中主要含有蛋白酶和脂肪酶，不能分解胶体 7.洗衣粉是人们日常生活所必需的，有位同学对加酶洗衣粉的作
24、用很感兴趣，为此做了以下探究实验。实验过程：用天平称取加酶洗衣粉若干份，每份5 g。制作被牛奶(主要含蛋白质、脂肪)和蓝墨水主要成分：阿拉伯树胶(植物纤维)、鞣酸与硫酸亚铁处理过的同一布料若干份(污渍大小以滴管滴数为准)。取2只500 mL烧杯，依次编号为A、B，分别加入200 mL 水和一份已称好的洗衣粉，放入10 水浴锅中，并且搅拌。取被牛奶和蓝墨水处理过的布料各一份，分别同时 放入烧杯中，用玻璃棒搅拌并用秒表记录除去污渍所 需时间。然后，分别以水浴锅温度依次为20、30、40、50、60、70、80，重复 步骤，记录除去污渍所需要的时间，结果如下表。不同温度下除去不同污渍所需时间/min
25、 水温/1020304050607080奶渍48432812641217蓝墨水93868072686781105(1)请以温度为横坐标，酶反应速度为纵坐标画出除去奶渍实验的大致情况图：(2)在同一水温下除去两种污渍时间不同的可能原因是_。(3)此加酶洗衣粉不适宜洗涤下列哪些衣料？_。棉织品 毛织品 腈纶织品 蚕丝织品 涤纶织品 锦纶织品(4)请你为上述探究实验命题：_。(5)上述探究过程()隐含了科学探究的_和_两个步骤。(6)上述实验涉及两项对照关系，一项是针对_的成分对照，另一项是针对_的条件对照。这里的条件对照与一般实验空白对照的区别是_。【解析】(1)绘制曲线图时，最适温度在4070，
26、两侧曲线不对称。(2)根据题表数据，在相同温度下，同一种酶除去两种污渍时间不同，说明同一种酶对不同污渍的处理效果不同，体现了酶的专一性。(3)毛织品和蚕丝织品含有纤维素和蛋白质等，容易被加酶洗衣粉分解。(4)本实验探究的是不同温度下洗衣粉对不同污渍的去污效果。(5)科学探究的一般过程 包括观察现象、发现问题、提出假设、设计实验验证假设和对结果进行交流和评价，本题探究过程()为设计实验过程，设计思路中隐含了要探究的问题(即提出的假设)。(6)题表每一列的数据反映的是同一种酶对不同污渍的作用效果，实验变量为污渍的种类(即底物的种类)；每一行的数据反映的是不同温度下同 一种酶对同一污渍的作用效果，实
27、验变量为温度的高低。这里的条件对照与一般实验空白对照的区别是条件对照组互为对照(或互为实验组)。答案：(1)如图 (2)加酶洗衣粉含有蛋白酶和脂肪酶，酶具有专一性，且不同酶的活性受温度影响不同(3)(4)探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响(5)提出假设 设计实验(6)不同底物 不同温度 条件对照组互为对照(或互为实验组)角度三 制备和应用固相化酶 8.固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。东北农业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。如图显示的是部分研究结果(注：酶
28、活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量)。分析回答：(1)酶的固定化技术的应用最主要的目的是_。(2)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，甲图所示结果可以得出的结论是_。(3)乙图曲线表明浓度为_的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因可能是_。(4)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定化小麦酯酶一般重复使用_次后酶活力明显下降。(5)研究人员固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是同时用戊二醛作交联剂，这是因为_ _。(6)根据介绍，科研人员所采用的固定化技术可用图示中的_表示。【解析】(1)固定化酶可以解决酶的回收和再利用困难的
29、问题。(2)通过分析甲图可知，固定化小麦酯酶与游离小麦酯酶相比，固定化小麦酯酶对温度变化的适应性更强且应用范围较广。(3)乙图曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，此时的酶活力最高。当海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足，因此酶活力较低。(4)由丙图可知，固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，且在使用3次以后，酶活力显著下降。(5)由于小麦酯酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出，因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是采用双重固定法。(6)双重固定法是指采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸 钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，可见科研人员所采用的固定化技术是化学结合法和包
30、埋法，可用图中的B、C表示。答案：(1)解决酶的回收和再利用困难的问题(2)固定化小麦酯酶比游离小麦酯酶对温度变化适应性更强，且应用范围较广(3)3%海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足(4)3(5)酶分子过小，很容易从包埋材料中漏出(6)B、C 9.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。产酒酒精度的比较 时间(d)游离酵母固定化酵母00021.02.542.14.263.25.083.95.4104.36.0124.66.4(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。
31、(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。实验过程中的“在一定的相同条件下发酵”中的条件是_，要求条件相同是为了确保_。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_。【解析】(1)制备固定化酵母细胞的实验步骤：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，则形成的凝胶珠颜色过浅，呈白色；若浓度过高，则形
32、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。从表中数据可以看出，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，游离酵母发酵产酒精的酒精度从0度到4.6度。而且固定化酵母在第4 d即达到4.2度，表明其延迟期短。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)适宜的温度、pH等 单一变量 短 考点二 蛋白质的提取和分离 【核心知识突
33、破】1.血红蛋白的提取与分离实验流程：2.凝胶色谱操作：(1)凝胶色谱柱的制作。准备材料加工_安装_。橡皮塞 玻璃管(2)凝胶色谱柱的装填。材料：本实验使用的是_。方法：凝胶用_充分溶胀后，配成凝胶悬浮液，一次性缓慢倒入色谱柱内。交联葡聚糖凝胶 蒸馏水 注意事项。a.商品凝胶使用前需直接_；b.装填时可_，使凝胶装填均匀；c.不能有气泡存在，防止其_ _，降低分离效果；d.不能发生_的现象。放在洗脱液中膨胀 轻轻敲动色谱柱 搅乱洗脱液中蛋白质的 洗脱次序 洗脱液流干，露出凝胶颗粒 检验：如果红色区带_地移动，说明色谱柱制作成功。均匀一致(3)样品的加入与洗脱。【微点警示】(1)在制作凝胶色谱柱
34、时，若凝胶色谱柱的高度不足，则达不到分离效果。(2)若凝胶色谱柱装填得不够紧密、均匀，则会在色谱柱内形成无效的空隙，使本该进入凝胶内部的样品分子从这些空隙中通过，搅乱洗脱液的流动次序，影响分离的效果。(3)气泡对蛋白质分离产生的影响是搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果。(4)加样操作注意事项：不要触及并破坏凝胶面；贴壁加样；使吸管管口沿管壁环绕移动。【秒判正误】1.凝胶色谱法分离蛋白质时利用了蛋白质相对分子 质量大小和形状的不同。()分析：凝胶色谱法只利用了蛋白质相对分子质量大小的不同，形状的不同不影响蛋白质的迁移速度。2.电泳时带电分子会向着与其所带电荷相反的电极 移动。()分析：带
35、电分子与其所带电荷相反的电极相互吸引导致移动。3.猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂 蛋白较少。()分析：哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，提纯时杂蛋白较少。4.用于透析的薄膜具有选择透过性。()分析：透析袋一般是用硝酸纤维素制成的，是一种半透膜，不具有选择性。5.可通过凝胶色谱法将相对分子质量较大的杂质 蛋白除去。()分析：相对分子质量较大的杂蛋白先流出，从而与相对分子质量较小的蛋白质分离。6.若红色区带不均匀地移动，说明色谱柱制作成 功。()分析：若红色区带不均匀地移动，说明色谱柱制作不合格。【命题案例研析】【典例】血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，负责血
36、液中O2或CO2的运输。请根据血红蛋白的提取和分离流程图回答问题。(1)将实验流程补充完整：A为_，B为_。凝胶色谱法是根据_而分离蛋白质的有效方法。(2)洗涤红细胞的目的是去除_，洗涤次数过少，无法除去_；离心速度过高和时间过长会使_一同沉淀，达不到分离的效果。洗涤干净的标志是_。释放血红蛋白的过程中起作用的是_。(3)在洗脱过程中加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是_。如果红色区带_，说明色谱柱制作成功。【审答技巧】解答此题主要从以下三个方面分析：(1)血红蛋白提取和分离的流程：红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液、透析、凝胶色谱柱的制作、凝胶
37、色谱柱的装填、样品的加入和洗脱。(2)洗涤红细胞的目的：去除杂蛋白。(3)凝胶色谱柱制作成功的标志：红色区带均匀一致地移动。【解析】(1)样品处理过程为：红细胞的洗涤血红蛋 白的释放分离血红蛋白溶液透析，所以A表示血红 蛋白的释放，B表示样品的加入和洗脱。凝胶色谱法的 原理是相对分子质量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间 隙，路程短，流动快；相对分子质量小的分子穿过多 孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢。(2)洗涤红细胞的 目的是去除血浆蛋白，洗涤次数过少，无法除去血浆 蛋白，离心时间过长和速度过高，会使白细胞和淋巴细胞一同沉淀，达不到分离的效果。离心后的上清液中没有黄色，说明洗涤干净；释放血红蛋白时，
38、需要在红细胞悬液中加入蒸馏水和甲苯。(3)磷酸缓冲液(pH为7.0)能够准确模拟生物体内的生理环境，保持体外的pH和体内的一致。如果凝胶色谱柱装填得很 成功，分离操作也正确，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整地随着洗脱液缓慢流出；如果红色区带歪曲、散乱、变宽，说明分离的效果不好，这与凝胶色谱柱的装填有关。答案：(1)血红蛋白的释放 样品的加入和洗脱 相对分子质量的大小(2)杂蛋白(血浆蛋白)血浆蛋白 白细胞和淋巴细胞 离心后的上清液中没有黄色 蒸馏水和甲苯(3)准确模拟生物体内的生理环境，保持体外的pH和体内一致 均匀一致地移动【考点题组诊断】角度一 血红蛋白提取和分离的流程 1.
39、如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请回答下列问题：(1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，其在红细胞中的作用体现了蛋白质具有_ 功能。我们通常选用猪、牛、羊等动物的血液进行实验，实验前取新鲜的血液时，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。加入柠檬酸钠的目的是_。(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是_；乙装置中，C溶液的作用是_。(3)甲装置用于_，目的是_。用乙装置分离蛋白质的方法叫_，是根据_ 分离蛋白质的有效方法。在操作中加样(如图)的正确顺序是_。(4)最后经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳进行_。【解析】(1)血红蛋白能携带氧
40、气，体现了蛋白质具有运输功能。实验前取新鲜的血液时，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，柠檬酸钠具有防止血液凝固的作用。(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是磷酸缓冲液；乙装置中，C溶液的作用是洗脱血红蛋白。(3)甲装置用于透析(粗分离)，目的是去除样品中相对分子质量较小的杂质。用乙装置分离蛋白质的方法叫凝胶色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。(4)经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。答案：(1)运输 防止血液凝固(2)磷酸缓冲液 洗脱血红蛋白(3)透析(粗分离)去除样品中相对分子质量较小的杂质 凝胶色谱法 相对分子质量的大小、(4)纯度鉴定 角度二 凝胶色谱的操作
41、2.凝胶色谱技术不但应用于科学实验研究，而且已经大规模地用于工业生产。下图甲为凝胶色谱柱分离蛋白质的示意图，图乙为几种被分离蛋白质相对分子质量大小与洗脱液的洗脱体积的关系，请据图分析回答：(1)图甲a、b均为蛋白质分子，其中先从层析柱中洗脱出来的是_，原因是_。(2)自己制作凝胶色谱柱时，在色谱柱底部d位置相当于多孔板的结构可由_替代。(3)装填凝胶色谱柱时，色谱柱内不能有气泡存在，原因是_。(4)若图乙被分离的蛋白质混合液中含有肌红蛋白(相对分子质量为16 900)、血清蛋白(相对分子质量为 68 500)、牛乳球蛋白(相对分子质量为35 000)、牛胰 岛素(相对分子质量为5 700)，则
42、图乙中A、B、C、D代 表的物质依次是。【解析】(1)由于不同蛋白质的相对分子质量不同，相对分子质量较大的蛋白质不能进入凝胶内部通道，只能在凝胶外部移动，路程短，速度快，易洗脱；相对分子质量较小的蛋白质则进入凝胶内部通道，路程长，速度慢。(2)凝胶色谱柱的制作：底部橡皮塞的凹穴上覆盖尼龙网和100目的尼龙纱，相当于多孔板。(3)凝胶色谱柱的装填：装填时尽量紧密，不能有气泡存在，因为气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果。(4)据图可知，四种蛋白质的相对分子质量逐渐增大，因此图乙中A、B、C、D代表的物质依次是牛胰岛素、肌红蛋白、牛乳球蛋白、血清蛋白。答案：(1)a a相对分子质量较大
43、，无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快(2)尼龙网和100目的尼龙纱(3)气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果(4)牛胰岛素、肌红蛋白、牛乳球蛋白、血清蛋白 3.如图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，图3为某同学制备的凝胶珠图片。回答下列问题：(1)图1制备凝胶珠的过程中，加热溶化海藻酸钠时需 注意用_加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶 液_后，加入酵母菌充分搅拌混合均匀。(2)图1中X溶液为_，其作用是使_。(3)图1中制备的凝胶珠用_洗涤后再转移到图2装置中。图2发酵过程中搅拌的目的是使_。(4)某同学在
44、图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因有海藻酸钠溶液浓度过_(填“高”或“低”)、注射器中的混合液 推进速度过_(填“快”或“慢”)或注射器距离CaCl2溶液液面太近。【解析】(1)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热时海藻酸钠容易焦糊，因此要用小火，或间断加热，并不断搅拌；为了防止高温杀死酵母细胞，应将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入酵母菌充分搅拌混合均匀。(2)图1中的X溶液是CaCl2溶液，作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。(3)制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的CaCl2)后再转移到图2 装置中进行发酵，发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行。(4)图3中所示的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠溶液浓度偏高或注射器中的混合液推进速度过快。答案：(1)小火或间断 冷却至室温(2)CaCl2溶液 酵母菌-海藻酸钠溶液形成凝胶珠(3)蒸馏水(或无菌水)培养液与酵母菌充分接触(4)高 快 答案速填：1酶的抑制剂 2活化 3酶母细胞 4分离血红蛋白溶液 5样品的加入和洗脱
