1、专题4 酶的研究与应用 专题复习典型例题：例1.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物细胞壁及胞间层，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、苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。实验一：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100mL洁净烧杯，编号为1、2号，按相应程序进行操作，请完成表中未填写的内容。（3）取出两个烧杯，同时进行过滤。观察或比较 ，并记录
2、结果。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。实验二：验证果胶酶在果汁生产中的作用（1）在课题实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥、试管中分别加入果胶酶溶液、编号、编组”之后，有下列两种操作：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、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、10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。请问哪一种方法更为科学： ，并说明理由： 。（2）实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使 ，以减少实验误差。（3）如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下
3、，当横坐标表示pH，纵坐标表示 ，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，在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图： 。若实验所获得的最适pH=m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。【解析】本题考查果胶酶的作用以及对照实验的相关知识。【答案】实验一： （2）注入果胶酶溶液：2mL（3）在相同时间内滤出的果汁体积和果汁的澄清度实验结果的预测及结论：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，澄清度高实验二：（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（或回答“方法一的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应”）（2）酶和反应
4、物（果胶）充分的接触（3）果胶体积：甲；如图例2.根据实验过程的图解，回答下列问题：（1）该洗衣粉中的生物活性物质是 。（2）实验甲：纱布上蛋白膜消失的原因是 。（3）实验乙：纱布上蛋白膜未消失的原因是 。【解析】加酶洗衣粉往往含有碱性蛋白酶，酶的催化作用具有专一性，能将纱布上的蛋白膜分解。而酶的催化作用受温度和酸碱度的影响，高温使酶变性失活，所以煮沸过的洗衣粉不能将蛋白膜水解成为可溶性的小分子多肽或氨基酸。【答案】（1）蛋白酶 （2）洗衣粉中的酶催化蛋白质分解 （3）煮沸使酶变性失活，不能分解蛋白质。例3.用淀粉酶将玉米粉水解生成寡糖，再用糖化酶处理产生9597的葡萄糖液。由于葡萄糖的甜度比
5、蔗糖低得多，所以，利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。现通过淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖50、果糖42、其他糖8的反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相当，比葡萄糖高出许多。因此，在饮料、食品生产中大量应用。现在，一些发达国家高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。请回答下列问题：（1）在生产高果糖浆的过程中，为了使葡萄糖异构酶反复使用，采用了什么技术？（2）在上述生产过程中，若直接用固定化葡萄糖异构酶处理寡糖，能得到高果糖浆吗？说明理由。（3）为使固定化葡萄糖异构酶发挥最大
6、催化效果，在生产过程中需要注意什么？（4）如何测定葡萄糖异构酶的最适pH和最适温度？写出大致的实验设计思路。【解析】（1）目前食品加工、医药等行业广泛采用了固定化酶技术，使酶可以反复使用。（2）若直接用固定化葡萄糖异构酶处理寡糖，不会得到高果糖浆，原因是葡萄糖异构酶只能作用于葡萄糖，使之转化为果糖，而对寡糖不起作用，这是由酶的专一性决定的。（3）由于葡萄糖异构酶是生物催化剂，它需要适宜的温度和适宜的pH。（4）酶的最适温度和最适pH是人们在长期的摸索中得出的，一般测定方法是温度或pH作为自变量，设置合理的梯度，通过比较生成物的量来确定。 【答案】（1）固定化酶技术。（2）不能。葡萄糖异构酶具有
7、专一性。（3）控制生产过程中的温度和pH。（4）配制浓度相同的酶溶液，设置合理的温度（或pH）梯度与足量葡萄糖混合，经过相同的时间后，测定果糖的生成量即可确定葡萄糖异构酶的最适温度（或pH）。例4.下面是制备固定化酵母菌细胞的实验步骤，请回答：活化酵母菌细胞配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合固定化酵母菌细胞（1）在 状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复 状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母菌细胞活化时 。（2）影响实验成败的关键步骤是 。（3）如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞数目 。（4）观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，
8、说明 ；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明 。（5）固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是 。【解析】该题以制备固定化酵母菌细胞的过程为载体，考查实验的操作程序、关键步骤、注意事项及有关试剂的作用。（1）酵母菌在干燥时，处于休眠状态，需加水活化，否则制成的固定化酵母菌在发酵时酶活性较低且酵母菌增殖缓慢。（2）该实验的关键是海藻酸钠溶液的配制。（3）如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数目少，影响实验效果。（4）如果制作的凝胶珠颜色过浅呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。（5）由于酵母菌细
9、胞个体较大，不易从包埋材料中漏出，故细胞的固定化一般采用包埋法。 【答案】（1）缺水 正常的生活 体积会增大 （2）配制海藻酸钠溶液 （3）少 （4）海藻酸钠浓度偏低 海藻酸钠浓度偏高，制作失败 （5）细胞个体大，不易从包埋材料中漏出模拟试题：1.某工厂生产了一种加酶洗衣粉，其包装袋上印有如下部分说明。成分：含碱性蛋白酶等用法：洗涤前先将衣物浸于洗衣粉的水内数小时。使用温水效果更佳。注意：切勿用于丝质及羊毛衣料。用后彻底清洗双手。请回答以下问题：（）质检局针对该洗衣粉设计了如下装置进行实验：该实验的目的是。（）一学生为探索该洗衣粉中酶催化作用的最适温度，参考上述（）的实验材料及方法进行了有关实
10、验，并把结果以下列曲线图、表示。由图可知，使用该加酶洗衣粉的最适宜温度约为。在O和75时，酶的催化效率基本都降为零，但温度再度回到45，后者的催化作用已不能恢复，这是因为。该学生在实验过程中可通过直接测定指标来表示酶的催化效率。（）该加酶洗衣粉不能用于洗涤丝质及羊毛衣料，其主要原因是 。（）大力推广使用加酶洗衣粉替代含磷洗衣粉，有利于生态环境保护，这是因为_ 。 2.目前市场上出售的洗衣粉有多种，如加蛋白酶洗衣粉、加复合酶洗衣粉、普通洗衣粉等。为了探讨不同洗衣粉的洗涤效果，某同学按下表的顺序进行操作：（1）该同学在实验设计中存在两个问题，请你分析后，找出问题，并提出改进措施。问题一： ；改进措
11、施： 。问题二： ；改进措施： 。（2）在上述4组实验中，你认为对照组是第 组。设置该组的目的是 。（3）某同学想用丝绸作为实验材料，探讨上述洗衣粉的洗涤效果，你认为他这样做是否适合？ 。说明理由： 。3.下面是某同学所做的生啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关的问题：实验原理：利用固定化啤酒酵母分解麦芽汁，生成啤酒。实验步骤：第一步：啤酒酵母细胞活化。取一克干酵母，放入50mL的小烧杯中，加蒸馏水10mL，用玻璃棒搅拌均匀，放置一小时，使其活化。第二步：配制海藻酸钠溶液。取0.7g海藻酸钠，放入另一只50mI的小烧杯中，加蒸馏水10mL，并搅拌，直至溶化，用蒸馏水定容至10mL。加热时，
12、注意火侯。第三步：海藻酸钠与啤酒酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化的酵母细胞，充分搅拌均匀。第四步：用注射器以恒定的速度将上述混合液滴加到0.05mol/LCaCI。溶液。制成凝胶珠。第五步：倒去CaCI：溶液，加无菌水洗涤三次后，将凝胶珠放入500mL三角瓶中，加入30OmL麦芽汁溶液，置于25下封口，发酵五天后，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品尝其口味。（1）啤酒酵母细胞活化的作用是 。第二步中注意火侯指的是 。第三步中为什么要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞？ 。（2）凝胶珠的组成是海藻酸钠与 。海藻酸钠的主要作用是 。（3）上述固定化细胞的方法称为 ，
13、形成的凝胶珠颜色为 色。（4）与固定化酶相比，该方法的优点是 。（5）要想反复使用固定化啤酒酵母细胞，实验过程要在严格的 条件下进行。4.下图为酵母细胞固定化及其应用的相关图解，请据图回答：（1）某实验小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用图甲中方法 （填出号码及名称）。而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是 。部分同学实验制得的凝胶珠如图乙，其原因可能有 、 等。（2）某实验小组用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵。 a 是固定化酵母， b 是反应柱。 从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是： 。 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在 条件下进行。装置中的长导
14、管起的作用是 。5.某同学用含不同种类酶制剂的洗衣粉进行了如下实验,请回答以下问题：组别布料污染物水温A（蛋白酶洗衣粉）66cm蛋白膜40B（脂肪酶洗衣粉）66cm蛋白膜40C（蛋白酶洗衣粉）66cm淀粉膜40（1）该实验的目的是探究 _。该实验还应控制的无关变量为 ，该实验中 、 分别构成两组对照实验。（2）该同学在实验过程中可通过观察 来判断酶的催化效率。（3）大力推广使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉，有利于生态环境保护，这是因为 。在工业生产中人们常利用 等手段来提高酶的利用率及其催化产物的提纯。6.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
15、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、 （2）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 （3）右图为加酶洗衣粉的包装袋上的产品说明注 意 事 项请将本品置于阴凉、干燥处，避热、避湿、避光。不慎溅入眼中，立即用水冲洗。水温以3050为宜，切忌用70以上的热水。根据你所学习的有关知识，解释注意事项的原因： （4）下面是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的有关探究实验，请据表回答：脸盆编号洗涤物(等量)洗涤温度洗衣粉(等量)水量洗净所需时间1油污布45加酶2 L4 min2油污布45普通2 L7 min3油污布5加酶2 L
16、9 min4油污布5普通2 L8 min该实验设计体现了 原则若1号实验组，洗净所需时间接近7分钟，请分析最可能的原因 （5）添加蛋白酶的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7.某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。( 1 ）制备固定化酵母细胞常用 法。 ( 2 ）制备固定化酵母细胞的过程为 使干酵母与 混合并搅拌，使酵母菌活化； 将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配成 CaCl2溶液； 用酒精灯加热配制海藻酸钠溶液； 海藻酸钠溶液冷却至常温再加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀； 用
17、注射器将 的混合物缓慢滴入氯化钙溶液中。( 3 ）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。 a 是固定化酵母， b 是反应柱。 从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是： 。 要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是 活塞 1 和 活塞 2。 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在 条件下进行。 装置中的长导管起的作用是 。8.酵母菌与人们的日常生活密切相关，也是现代生物技术研究常用的模式生物，生物兴趣小组对此进行了下列研究。请你根据他们的研究内容回答问题：A酵母细胞的固定化（1）在制备固定化酵母细胞过程中，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵
18、母菌，原因是 。（2）如果在CaCl2溶液中形成的凝胶珠颜色过浅，说明 。若凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是 。（3）本实验所用的固定化技术是包埋法，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是 （4）利用固定化酵母细胞进行酒精发酵，与直接接种酵母菌相比较有哪些优点？（说出两点） 。试题答案：1.（1）检查该洗衣粉是否含蛋白酶（2）45酶的结构已遭破坏（或酶的活性已丧失）胶片上的蛋白膜消失时间的长短（3）丝质及羊毛衣料所含的蛋白质会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，从而破坏衣料。（4）酶本身无毒，含量少，又能被微生物完全降解，对环境无污染。（1分）2. 3. 4.（1）包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料
19、中漏出 海藻酸钠浓度过高 注射器中的溶液推进速度过快（或针筒口离CaCl2液面距离过近，高度不够）（2）葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡 无菌 释放CO2防止空气中的杂菌进入反应柱5.（1）酶的专一性 洗衣粉的用量、污染程度、水质、pH等条件应适宜且相同 A与B A与C （2）蛋白膜消失时间的长短 （3）用蛋白酶催化污垢中蛋白质的分解 （4）酶蛋白进入环境后易被微生物分解，又可避免过多的磷进入水体造成水体富营养化 酶的固定化6.（1）（碱性）脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶 （2）多肽（氨基酸）（3）酶的催化受温度影响，3050是洗衣粉中的酶适宜温度范围（4）单一变量、对照原则 洗衣粉
20、中酶变性或失效（合理答案给分） （5）7.( l ）包埋法 ( 2 ）蒸馏水 海藻酸钠和酵母细胞 ( 3 ） 葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡。 关闭 关闭 无菌 释放CO2防止空气中的杂菌进入反应柱。 8.（1）防止高温杀死酵母菌 （2） 固定化酵母细胞数目较少 。海藻酸钠溶液浓度过高 （3） 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 （4）能多次重复利用、降低生产成本点击高考：(08江苏生物34) A题.为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，
21、下表为实验记录。请回答下列问题。水温/1020304050组别甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙清除血渍时间/min67668852518336347711126891167清除油渍时间/min93789587639182468575277769868（1）提高洗衣粉去污能力的方法有_。甲组在洗衣粉中加入了_。乙组在洗衣粉中加入了_。（2）甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有_。（3）如果甲、乙和丙3组均在水温为80时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由。 。（4）加酶洗衣粉中的酶是特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请说明这是否运用了
22、酶的固定化技术及其理由。【解析】丙组为对照实验，目的是排除无关变量的干扰。清除污渍所用时间越短，说明酶的去污能力越强。通过表格数据可以看出，适当提高温度可以提高酶的催化能力。加酶后，去污效果也有明显提高。甲组能消除血渍而不能消除油渍，说明甲组洗衣粉含有蛋白酶，而不含有脂肪酶。乙组能清除血渍和油渍，说明乙组洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶。根据甲、乙两组的洗涤效果的差异，说明酶的催化作用具有专一性。由于高温使酶变性失活，所以甲、乙、丙三组在80水温条件下洗涤同一种污渍，效果无差异。因为酶没有固定在不溶于水的载体上，也不能反复利用，因此加酶洗衣粉中的生产未运用酶的固定化技术。【答案】（1）加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 （2）专一性 （3）没有差异，因为高温使酶失活 （4）未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用。