1、酶的研究与应用 【知识梳理】一、果胶和果胶酶1果胶(1)作用：是植物_细胞壁_及_胞间层_的主要组成成分之一。(2)成分：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(1)作用：能把_果胶_分解成为可溶性_半乳糖醛酸_。(2)组成：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。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，其高低用一定条件下酶所催化的某一化学反应的_反应速度_来表示。2酶的反应速度是指_单位时间_内，_单位体积_中反应物的_减少量_或产物的_增加量_。3影响酶活性的条件有_温度_、_pH_和
2、_酶抑制剂_等。三、实验设计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_温度_和_pH_，因变量是_酶的活性_，检测因变量的方法是测定果汁的_产生量_或_澄清度_。(2)实验流程包括制备苹果泥、设置_温度_梯度和_pH_梯度、加入果胶酶反应一段时间、_过滤果汁_。2探究果胶酶的用量该实验的自变量是_酶的用量_，除此之外，影响果汁产量的因素还有_pH_、_温度_、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等无关变量。四、加酶洗衣粉的种类1加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类：_蛋白酶_、_脂肪酶_、_淀粉酶_、_纤维素酶_。其中应用最广泛、效果最明显的是_碱性蛋白酶
3、_和_碱性脂肪酶_。2蛋白酶可以将蛋白质分解成可溶性的_氨基酸或小分子的肽_，使污迹容易从衣物上脱落。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的脂肪、淀粉、纤维素水解为_小分子_物质，使洗衣粉具有更好的去污能力。影响酶活性的因素有_温度_、_酸碱度_和_表面活性剂_。五、酶制剂的特点1能够耐酸、耐碱、忍受_表面活性剂_和较高_温度_，并且通过特殊的化学物质将酶层层包裹，与洗衣粉其他成分隔离。2与环境的关系加酶洗衣粉降低了_表面活性剂_和_三聚磷酸钠_的用量，使洗涤剂朝_低磷、无磷_的方向发展，减少了对环境的污染。六、实验设计1探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的区别时，_洗衣粉的种类_为自变量
4、，要控制其他条件一致，同时普通洗衣粉处理污渍与加酶洗衣粉处理污渍形成_对照_实验；在控制变量时需要将科学实验与生活经验区别开。2在探究加酶洗衣粉的最适温度时，_温度_是自变量，其他条件一致，不同的实验组之间形成_对照_；变量的范围应考虑生活实际。3在探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果时，自变量是_不同种类的加酶洗衣粉_，污渍应该是_完全相同_的，其他条件均一致。七、固定化酶的应用实例1高果糖浆的生产需要使用_葡萄糖异构酶_，它能将葡萄糖转化成_果糖_。这种酶的稳定性好，可以_持续_发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。2使用_固定化酶_技术，将这种酶固定在一种
5、颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的_上端_注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与_固定化葡萄糖异构酶_接触，转化成_果糖_，从反应柱的_下端_流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。八、固定化细胞技术1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。2方法：包括_包埋法_、化学结合法和_物理吸附法_，细胞多采用_包埋法_固定化，而酶多采用_化学结合_和_物理吸附_法固定化。3载体：包埋法固定化细胞常用的是_多孔性_载体材料，如_明胶_、琼脂糖、_海藻酸钠_、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺。4优点(1)固定化酶既
6、能与_反应物_接触，又能与_产物_分离，可以_反复_利用。(2)固定化细胞技术制备的成本_低_，操作_简便_。1下列关于果胶酶和纤维素酶的叙述，正确的是()A二者都不是一种酶B催化果胶酶水解的酶是淀粉酶C二者都是在高尔基体中合成的D构成纤维素酶的基本单位是葡萄糖【解析】纤维素酶是一种复合酶，而果胶酶是一类酶。纤维素酶和果胶酶的成分均是蛋白质，在核糖体上合成。【答案】A2下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究的有关叙述，正确的是()A探究果胶酶的用量时，pH、温度不影响实验结果B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C探究温度对果胶酶活性影响时，温度、苹果泥用量、果胶酶用量及反应时间等
7、都是自变量D可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量【解析】探究果胶酶用量时，pH、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶：探究温度对果胶酶活性影响的实验中，温度为自变量，其他因素应保持相同且适宜。【答案】D3用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时，为了能产生酒精，下列措施错误的是()A向瓶内泵入氧气B应将装置放于适宜的条件下进行C瓶内应富含葡萄糖等底物D将瓶口密封，效果更好【解析】酵母菌发酵产生酒精，应在无氧条件下，因此向瓶内泵入氧气是错误的。【答案】A4下列关于酶制剂、固定化酶、固定化细胞和无机催化剂的说法，正确的是 ()A利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需要提供适宜的营养
8、条件B与固定化酶相比，固定化细胞在催化大分子物质的反应方面有一定的优势C固定化酶和固定化细胞可以重复利用，大大降低了生产成本D酶制剂的催化效率总是比无机催化剂的效果显著 【解析】固定化酶降解有机磷农药是一种酶促反应，没有生物参与，不需要提供营养物质；大分子物质难以通过细胞膜，与酶不容易接近，固定化细胞在催化大分子物质反应方面不具有优势；固定化酶和固定化细胞都可以重复利用；酶制剂的催化效率在特定环境下比无机催化剂的效果显著。【答案】C5下图是高产糖化酶菌株的育种过程。下列有关叙述错误的是()出发菌株选出50株选出5株多轮重复筛选A通过上图筛选过程获得的高产菌株必定能作为生产菌株B每轮诱变相关基因
9、的突变是不定向的C上图筛选高产菌株的过程是定向选择过程DX射线处理可能会导致染色体变异【解析】图示育种过程为诱变育种。X射线处理引起的基因突变是不定向的，该过程获得的高产菌株不一定符合生产的要求，A错误，B正确；上图筛选高产菌株的过程是定向选择符合人类需求的特定菌株的过程，C正确；X射线处理既可以引起基因突变也可能导致染色体变异，D正确。【答案】A6下列关于酵母细胞活化的说法，不正确的是()A酵母细胞活化就是使酵母细胞由无氧呼吸变成有氧呼吸B活化就是让处于休眠状态的细胞恢复正常的生活状态C酵母细胞活化所需要的时间较短D酵母细胞活化后体积增大【解析】在缺水的状态下，微生物常处于休眠状态。活化就是
10、让处于休眠状态的微生物重新恢复到正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.51 h。【答案】A7有人设计实验探究加酶洗衣粉是否能提高去污力并优于普通洗衣粉。实验分为两组，一组衣物用加酶洗衣粉洗涤，一组衣物用普通洗衣粉洗涤。该实验设计缺少()A用加酶洗衣粉洗涤和用适量普通洗衣粉洗涤的对照B既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤的对照C用普通洗衣粉洗涤和用少量加酶洗衣粉洗涤的对照D用少量普通洗衣粉洗涤和用大量加酶洗衣粉洗涤的对照【解析】该实验的自变量是加酶洗衣粉、普通洗衣粉。实验设计应分为三组，其中实验组有两组：一组用加酶洗衣粉，一组用普通洗衣粉；另外还应有一个空白对照组，既不用
11、加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤。【答案】B8下图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。请回答下列问题：图1图2(1)图1中X溶液为_，其作用是使_。(2)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_。(3)在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解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。(4)研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。某机构利用上述装置，将2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别利用2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所
12、得到的固定化酵母颗粒的强度及在28 下发酵48 h后的酒精产量见表：海藻酸钠(%)22.5322.5322.53X溶液(%)223333444固定化强度(g/30个)9309509901 0301 1001 1401 1701 1701 160酒精量(%)6.76.56.56.76.46.26.76.46.3依照表格分析，随着X溶液浓度的增加，_增加；用于酒精发酵效果最好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是_、_。【解析】(1)图1为固定化酵母细胞的步骤，X溶液为CaCl2溶液，作用是使胶体聚沉，即使海藻酸钠形成凝胶珠。(2)图2为发酵过程，因为是无氧呼吸，故搅拌的目的只是增加培养液与酵母菌的接触面积
13、，而不是增加溶氧量。(3)溶解海藻酸钠时需注意用小火或间断加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，再加入酵母菌充分搅拌混合均匀，以防止高温杀死酵母菌。(4)分析表格可知，随着X溶液浓度的增加，酵母细胞的固定化强度增加，固定化强度和产酒精量都较大的海藻酸钠与X溶液浓度分别是2%、4%。【答案】(1)CaCl2溶液海藻酸钠形成凝胶珠(2)蒸馏水培养液与酵母菌充分接触(3)小火(或间断)冷却至室温(4)固定化强度2%4%9随着生物技术的发展，酶在社会生产、生活中的应用越来越广泛。下列说法错误的是()A利用酶生产某些化工产品，能显著降低能耗、减少污染，节约成本B“加酶洗衣粉”的洗涤效果与水温、酸
14、碱度有关，与污物或衣物的性质无关C用于治疗消化不良症的肠溶多酶片含有多种消化酶，但嚼服后会失去疗效D要较长时间保持酶活性，各种酶制剂都应保存在低温的条件下【解析】酶制剂的活性受温度、酸碱度等条件的影响，在适宜条件下洗涤效果比较好，同时污物或衣物的性质也会影响到酶活性的发挥。【答案】B10下列有关固定化酵母细胞技术的叙述，错误的是()A利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠用作对照B制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以防凝固C将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌D若最终凝胶珠的颜色泛白，则包埋的酵母细胞偏少【解析】应将制备好的海藻酸钠溶液冷却后，再加入已活化的酵母细胞
15、，否则会把酵母细胞杀死。【答案】B11以下关于探究果胶酶的最适pH、最适温度、最适用量的设计思路，说法不正确的是()A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pHB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C在最适pH和最适温度下，通过设置酶用量的梯度来确定酶的最适用量D在探究温度或pH对酶活性的影响时，因为已经设置了温度梯度或pH梯度，所以不需要设置对照组【解析】为了提高实验结果的可信度，实验需要设置对照实验，而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。【答案】D12某同学用不同种类的洗衣粉进行了如下实验。请分析回答相关问题：实
16、验一：温度()303540455055普通洗衣粉去污力(%)1518202121.522加酶洗衣粉去污力(%)304048504837(1)该实验的目的是探究_。(2)由上述实验结果可以得出的结论是_、 。实验二：探究复合酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果是否存在差异。实验设计如下：项目设计内容对照设置两组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉变量控制两组实验的洗衣粉用量、被洗涤的衣物量、衣物质地、污染物性质和量、被污染的时间、洗涤时间、洗涤方式等全部相同结果观察根据污渍去除程度得出结论(3)该实验设计中有一处明显的错误，请指出_。(4)修改后的实验最可能的实验结果是_。(5)推广使用加酶洗衣粉
17、代替含磷洗衣粉，有利于保护生态环境，这是因为_。【解析】(1)实验一中有两个变量：温度和洗衣粉的种类。可以探究同一温度下不同种类洗衣粉的洗涤效果；也可以探究不同温度对同一种洗衣粉洗涤效果的影响。(2)根据单一变量原则，可以得出结论：相同温度下加酶洗衣粉的去污力比普通洗衣粉高；使用加酶洗衣粉的适宜温度为45 左右。(3)探究复合酶洗衣粉与普通洗衣粉的洗涤效果，实验变量应为复合酶洗衣粉和普通洗衣粉。(4)复合酶洗衣粉中的酶具有高效性，洗涤效果好于普通洗衣粉。(5)酶具有高效性且易分解，避免水体富营养化。【答案】(1)不同洗衣粉在不同温度下的去污力的变化(2)相同温度下加酶洗衣粉的去污力比普通洗衣粉高使用加酶洗衣粉的适宜温度为45 左右(合理即可)(3)对照组设计错误，应设计复合酶洗衣粉和普通洗衣粉作为对照(4)使用复合酶洗衣粉的去污程度大于普通洗衣粉的去污程度(5)酶具高效性且可被分解，避免水体富营养化