1、酶的探究与应用 专题四 教学目标 本专题的三个课题均依照课程标准制定的具体内容标准编排，其对应关系如下：通过本专题的学习，学生应掌握测定酶活力的简单方法、研究酶活性的影响因素、理解固定化酶和固定化细胞的原理与方法。探讨酶在生产生活中的应用。具体内容标准对应课题研究酶的存在和简单制作方法、酶活力测定的原理课题1酶在食品制造和洗涤方面的应用 课题1、课题2制备应用固定化酶课题3 内容提要 本专题分“果胶酶在果汁生产中的作用”“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”和“酵母细胞的固定化”三个课题，从不同角度、不同侧面探究了酶在生产生活中的实际应用。课题1“果胶酶在果汁生产中的作用”从实际问题出发，在了解果胶、果
2、胶酶的基础上，介绍了酶的活性知识与影响酶活性的因素，并结合资料进行实验设计，加以探究。课题2“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”介绍了加酶洗衣粉的作用，通过科学的实验设计，探讨加酶洗衣粉使用的最适条件。课题3“酵母细胞的固定化”首先结合固定化酶的应用实例，介绍了固定化细胞技术，其次是说明了制备固定化酵母细胞的操作过程，从而加深对基础知识的理解。要点聚焦 本专题以酶的一般基础知识为落脚点，进一步拓展了酶在工业、日常生活中的应用。本专题的多个探究实验，为高考命题提供了大量素材，包括探究实验的思想、要求和原则。其中关于酶的几个应用点，将成为高考命题的热点，也是本专题的重点。学法建议 本专题与必修一第五章第1
3、节有着密切有联系，学习时建议先复习一下这部分基础知识，充分理解一般意义上的酶的概念、影响酶活性的因素及酶的作用机理。在此基础上，结合探究性实验的设计思想、要求、原则，掌握果胶酶应用原理及其适用条件的相关实验设计，学会测定加酶洗衣粉的洗涤原理及其适用条件的相关实验设计，学会测定加酶洗衣粉使用的最适宜条件及固定化酶的应用制备。课题1 果胶酶在果汁生产中的作用专题四 课 堂 合 作 探 究2思 维 创 新 升 华3知 识 体 系 构 建4课时作业5课 前 预 习 导 学1课 前 预 习 导 学 1.了解果胶酶的组成和作用。2理解检测酶活性的原理。(重点)3阐述探究温度和pH对果胶酶活性的影响及其最适
4、值的实验设计。(重，难点)一、果胶和果胶酶 1果胶(1)作用：是植物_及_的主要组成成分之一。(2)成分：由_聚合而成的一种高分子化合物，不溶于_。2果胶酶(1)作用：能把_分解成为可溶性_。(2)组成：是分解果胶的_的总称，包括_、果胶分解酶和_等。细胞壁胞间层半乳糖醛酸水果胶半乳糖醛酸一类酶多聚半乳糖醛酸酶果胶酯酶 二、酶的活性与影响酶活性的因素 1酶的活性是指酶_一定化学反应的能力，其高低用一定条件下酶所催化的某一化学反应的_来表示。2酶的反应速度是指_内，_中反应物的_或产物的_。3影响酶活性的条件有_、_和_等。催化反应速度单位时间单位体积减少量增加量温度pH 酶抑制剂 三、实验设计
5、 1探究温度(pH)对果胶酶活性的影响(1)两个实验的自变量分别是_和_，因变量是_，检测因变量的方法是测定果汁的_或_。(2)实验流程包括制备苹果泥、设置_梯度和_梯度、加入果胶酶反应一段时间、_。2探究果胶酶的用量 该实验的自变量是_，除此之外，影响果汁产量的因素还有_、_、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等无关变量。温度pH 酶的活性产生量澄清度温度pH 过滤果汁酶的用量pH 温度 1酶的本质和特征是什么？2在生产果汁过程中，处理果泥时，为尽可能地消除沉淀，使果汁澄清，除加入果胶酶外，还应加入哪种酶？1大多数酶是蛋白质，少数是RNA，酶具有高效性、专一性，酶的催化需适宜的温度和pH。2还应
6、加入纤维素酶，浑浊和沉淀主要是细胞壁和胞间层造成的，主要成分包括果胶和纤维素，故处理时还应加入纤维素酶。教材P44“旁栏思考题”1将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，从而影响果胶酶活性的问题。2需要设置对照实验，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，这种对照称为相互对照。3A同学将温度或pH作为自变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A同学相同，只是观察因变量的角度不同。4果胶酶将
7、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应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。5温度是自变量，应控制苹果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。课 堂 合 作 探 究 1.纤维素与果胶 果胶酶与纤维素酶相同点不同点纤维素都是高分子化合物都不溶于水都参与细胞壁的组成组成的基本单位：葡萄糖分解所需的酶：纤维素酶果胶组成的基本单位：半乳糖醛酸分解所需的酶：果胶酶 2.纤维素酶与果胶酶组成作用纤维素酶C1酶CX酶葡萄糖苷酶纤维素在C1酶、
8、CX酶的作用下分解成纤维二糖，再在葡萄糖苷酶的作用下将纤维二糖分解为葡萄糖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 温馨提示：由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此可以用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁。由于原核生物的细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质，因此这两类生物的细胞壁均不能用纤维素酶和果胶酶去除。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果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称 D果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA 解析 果胶酶并不
9、特指某一种酶，而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。果胶酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸。果胶酶作为酶的一种，具有一般酶的特性，即专一性、高效性、受温度与酸碱度的影响。因此它只能将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，而不能将纤维素分解为葡萄糖。答案为C。答案 C 下列对果胶酶的作用的叙述中，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 答案 D 解析 酶是催化剂，可以改变化学反应速度；在生产果汁时，加入果胶酶，能够分解果胶，瓦解植物的
10、细胞壁及胞间层，进而可以提高出汁率，也能使果汁变得澄清。果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，能被果胶酶分解成可溶性的半乳糖醛酸。1.酶的活性(1)含义：指酶催化一定化学反应的能力。(2)表示方法：其高低用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶的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。酶的活性与影响酶活性的因素 2影响酶活性的因素(1)温度：在一定范围内，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强。超过一定温度后，随着温度的升高，酶的活性逐渐降低直到活性全部丧失。如下图所示：(2)pH：如下图所示，过酸或过碱都能使酶不可逆转的失活。酶促反应都有一个最
11、适酸碱度。(3)酶的抑制剂：某些物质虽然不能引起酶变性，但能使酶分子某些必须基团(主要是酶活性中心上的一些基团)发生变化，引起酶活性下降，甚至失活，致使酶促反应速度降低。能引起这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，下列叙述错误的是()A在B点之前，果胶酶的活性和温度成正比，之后，成反比B当温度到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强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，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以上升 解析 从图中可以看出随着温度升高，果胶酶的活性在上升，等达到B点时，酶的活性达到最高；随着温度
12、的继续上升，酶的活性迅速下降。但是A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点是低温条件，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点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化。答案为D。答案 D 下列与酶的活性有关的说法不准确的是()A酶的活性是由蛋白质结构决定的，不受外界条件的影响 B酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力 C酶的活性受温度、pH等因素的影响 D酶活性的高低与反应物浓度无关 答案 A 解析 酶的活性是由蛋白质的结构决定的，不同酶的结构不同，活性也不同；同时酶的活性又受外界条件的影响，如温度、pH和酶的抑制剂等条件都会影
13、响酶的活性，在其他条件不变时，一定范围内反应速度随底物浓度的增加而加快，当底物浓度达到一定限度时，反应速度不再变化，即反应速度大小与反应物浓度有关，但是酶活性高低与反应物浓度无关。1.探究温度对酶活性的影响(1)实验原理：果胶酶活性受温度影响，处于最适温度时，酶活性最高。低于或高于最适温度，酶活性受抑制。即果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。(2)实验思路：设置一系列梯度温度，从中选出酶活性最高的温度，然后再以该温度为中心，缩小温度梯度向两个方向各设置梯度温度，以进一步确定最适温度范围。探究酶活性影响因素的实验设计(3)实验操作流程(4)实验结果记录 2.探究pH对酶活性的影响
14、(1)实验原理：酶活性受环境pH的影响，在一定pH下，酶具有最大活性，通常称此pH为最适pH，高于或低于最适pH，酶活性都一定程度受到抑制，反应速度下降，甚至变性失活。(2)实验思路：设置梯度pH从中选出反应速度最大的pH，进一步缩小pH梯度，选择最适pH。实验温度303540455055606570果汁量(mL)(3)实验操作流程(4)实验结果记录pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0果汁量(mL)一般不作为果胶酶活性检测指标的是()A等量的果泥产生等量的果汁所用的时间 B等量的果泥在相同时间内的出汁量 C等量的果泥在相同时间内的澄清度 D等量的果泥在相同时间内产生气泡的
15、数量 解析 果胶酶把果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，能使果汁变得澄清，也能提高出汁率，所以果汁的澄清度、出汁量以及果汁的产出时间都可作为果胶分解速率即果胶酶活性的检测指标。果胶被果胶酶分解。答案 D 下图是小麦淀粉酶在不同温度条件下的催化效率变化曲线，请回答下列问题：(1)在35时，小麦淀粉酶的催化效率_。(2)在_和_时，催化效率都降为0，但在恢复35时，_图的催化效率可望恢复，请在图中画出恢复曲线。由此表明_中酶的结构已受到破坏。答案(1)最高(2)0 100 甲 见下图 乙 解析 本题考查酶的催化效率与温度的关系。从图中可以看出，小麦淀粉酶在35时催化效率最高，当温度降低为0或温度升高到1
16、00时催化效率降为0，但淀粉酶的化学本质是蛋白质，当温度升高到100，酶的分子结构会发生变化(即蛋白质变性)，从而使酶失去活性，当温度再恢复到35时，酶也不会有活性。而温度降到0时，酶的结构并没有发生变化，所以当温度恢复到35时，酶的活性会慢慢恢复。1.实验原理 随着酶浓度的增加，过滤到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。2实验变量 自变量：果胶酶用量。因变量：果汁澄清度和出汁率。探究果胶酶的用量 3实验流程 4不同果胶酶用量对出汁量的影响曲线，如图。5实验应注意的问题(1
17、)实验中所用的果胶酶应尽量使用其纯酶制剂，以免影响对酶用量的估算。(2)由于本实验是一个探究性实验，实验结果也会因各种无关变量影响而发生改变。各种实验参数应根据具体情况调整，以期达到最佳实验效果。(3)如果设定的酶的浓度梯度无法满足实验，即出现过高或过低现象，应及时调整。探究果胶酶的最适用量是建立在探究温度和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。下图表示某研究小组在探究果胶酶的用量的实验结果。下列有关说法不正确的是()A在AB段限制反应速率的主要因素是酶的用量B在BC段限制反应速率的因素是温度、pH、反应物浓度C在AC段增加反应物浓度，可以明显
18、加快反应速率D在该实验给定条件下，果胶酶的最佳用量是B点对应的值 解析 由曲线图可以看出，在AB段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率加快，说明此阶段限制反应速率的主要因素是酶的用量；此时增加反应物浓度，反应速率不会明显加快。在BC段，随着酶的用量的增大，酶促反应速率不再加快；此时反应物浓度成为限制反应速率的因素之一，增加反应物浓度，反应速率会加快。答案 C 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在相同且适宜的温度条件下进行实验 答案 C
19、解析 探究果胶酶最适用量的实验是一个对照实验，必须遵循单一变量原则和等量原则。唯一的变量是果胶酶的用量，其余无关变量如pH、温度、搅拌时间、反应时间等都应相同。思 维 创 新 升 华 1由于原核生物的细胞壁的主要成分是肽聚糖，真菌细胞壁的主要成分是几丁质，因此这两类生物的细胞壁均不能用纤维素酶和果胶酶除去。2“探究温度和pH对酶活性的影响”实验的共性 探究温度、pH对果汁生产的影响，需设定单一变量，除探究的变量外，其他因素都应相同而且最好要适宜。每个探究实验的设计思路都是大梯度差值寻找最适范围，再小梯度差值选出最适温度、pH等条件。3将实验数据转换成曲线图的方法 以自变量为横坐标，以因变量为纵坐标建立直角坐标系。注明坐标轴的名称、单位、坐标原点以及曲线名称。每个坐标轴上的取值单位要相等。将实验数据标到坐标系中，并用相应线连接起来。4自变量与因变量及其之间的关系变量名称含义实例关系实验变量(自变量)实验中实验者所操纵的因素或条件温度或pH实验变量为原因，反应变量是结果，二者是因果关系反应变量(因变量)由于实验变量而引起的变化和结果果汁量无关变量除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素酶的新鲜程度知 识 体 系 构 建 答案 蛋白酶 温度 pH 酶的抑制剂 温度 pH 果胶课 时 作 业（点此链接）