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一、果胶和果胶酶1.果胶:(1)成分:由_聚合而成的一种高分子化合物。(2)特点:_。(3)作用:是植物_以及胞间层的主要组成成分之一。半乳糖醛酸不溶于水细胞壁2.果胶酶:(1)作用:分解果胶,使植物的_及胞间层瓦解。(2)组成:_、果胶分解酶和_等。(3)在果汁生产中的作用:把不溶于水的果胶分解成可溶性的_,可使浑浊的果汁变得澄清。使榨取果汁变得更加容易,提高_。细胞壁多聚半乳糖醛酸酶果胶酯酶半乳糖醛酸出汁率二、酶的活性与影响酶活性的因素1.酶的活性:(1)概念:酶催化一定_的能力。(2)表示方法反应速度:单位时间内、单位体积中反应物的_
2、或产物的_。2.影响酶活性的因素:_等。化学反应减少量增加量温度、pH和酶的抑制剂三、探究温度和pH对酶活性的影响及果胶酶的用量1.探究温度和pH对酶活性的影响:(1)操作思路:探究最适pH:在一恒定温度下,通过设置_来确定。探究最适温度:在一恒定的pH下,通过设置_来确定。(2)操作方法:在不同_下,将一定量的_加入一定量的_中,反应同样长时间,再将反应液过滤同样长时间,收集滤液,用量筒测量并比较产生的苹果汁的体积。pH梯度温度梯度温度或pH果胶酶苹果泥(3)判断果胶酶活性高低的方法:测定单位时间内_来判断。获得的苹果汁越多,说明_。比较果汁的_来判断果胶酶的活性。果汁越澄清,表明果胶酶的活
3、性越高。产生苹果汁的体积果胶酶的活性越高澄清度2.探究果胶酶的用量:(1)分析该实验的变量:自变量:_。无关变量:_、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。(2)判断的方法:如果随着酶的用量增加,过滤到的果汁的体积也增加,说明_。如果当酶的用量增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤到的果汁的体积不再改变,说明_。酶的用量温度、pH酶的用量不足酶的用量已经足够【思考辨析】1.判断正误(1)果汁生产过程中,加入果胶酶,即可彻底水解掉细胞壁。()【分析】细胞壁的成分除了果胶,还有纤维素,要彻底水解细胞壁,还需加入纤维素酶。(2)为有效地提高果汁的出汁率和澄清度,需加入大量的果胶酶。()【分析】酶具有高效性
4、,只需少量的酶即可达到理想的效果。(3)梯度变量的设置过程中,梯度差越小,实验结果越准确。()(4)在探究pH对酶活性的影响实验中,最好将温度都控制在最适温度。()2.问题思考(1)在探究温度(或pH)对酶活性的影响时,思考是否需要设置对照实验?如果需要,应该如何设置?提示：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。(2)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。在不同的温度和pH下,果胶酶的活性越大,苹果汁的
5、体积就越大。一、果胶酶与纤维素酶名称组 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纤维二糖葡萄糖C1酶Cx酶葡萄糖苷酶【易错提醒】果胶酶和纤维素酶的作用辨析(1)两种酶都是复合酶,是催化几个连续反应的几种不同的酶的总称,不是特指一种酶。(2)两种酶都是水解酶,可同时发挥作用,不会相互干扰,制作果汁过程中可同时加入。【典例训练1】下列关于酶的说法正确的是()A.果胶酶是果胶分解酶的简称,纤维素酶是纤维素分解酶的简称B.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸C.在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清,是果胶酶彻底分
6、解了细胞壁的结果D.果胶酶只改变果胶分解的速度,反应前后果胶酶本身没有发生改变【解题关键】解答本题时需注意两点:(1)明确果胶酶是一类酶而不是一种酶。(2)理解酶的特性及作用实质。【解析】选D。果胶酶是多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶的总称,果胶酶的催化作用具有专一性,只能使果胶分解为半乳糖醛酸,不能水解细胞壁中的纤维素。果胶酶只是大大加速了果胶在常温下的分解速度,酶在反应前后其数量和性质均不发生改变。【变式训练】能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是()A.淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶B.纤维素酶、果胶酶、蛋白酶C.果胶酶、溶菌酶、纤维素酶D.磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶【解析】选B。植物细
7、胞壁的主要成分是纤维素和果胶,则用纤维素酶和果胶酶可以破坏细胞壁。细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成,所以用蛋白酶能够破坏细胞膜。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:(1)表示方法:酶的活性用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。(2)实例:如H2O2酶活性可用单位时间内H2O2(反应物)的消耗量或气泡(产物O2)的生成量来表示。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,酶的活性逐渐增强,但低温不会使酶失活。高于最适温度时,随着温度的升高,酶活性逐渐降低直到活性全部丧失。如图所示:(2)pH:低于最适pH时,随着pH的升
8、高,酶的活性逐渐增强,过酸会使酶失活。高于最适pH时,随着pH的升高,酶活性逐渐降低直到活性全部丧失。如图所示:(3)酶的抑制剂:能使酶分子某些必需基团(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,致使酶反应速度降低。【思维拓展】(1)一般情况下,高温、强酸、强碱可以使酶的空间结构改变,而氨基酸的种类、数量、排列顺序都不发生改变。(2)虽然底物浓度及用量、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。【典例训练2】下表是某同学探究温度对果胶酶活性的实验结果。该结果不能说明()A.温度影响果胶酶的活性B.40与60时酶的活性相等C.50是该酶的最适温度D.若温度从1
9、0升高到40,酶的活性将逐渐增强温度()102030405060果汁量(mL)234565【解题关键】解答本题的关键有三点:(1)分析温度与果汁量的关系。(2)找出温度影响酶活性的规律。(3)理解酶最适温度的含义。【解析】选C。果胶酶的最适温度在4060之间,题表不能说明50就是最适温度。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。【误区警示】温度梯度太大时,不能确定哪一温度是最适温度,只能确定一个范围,本题中只能说最适温度在4060之间,不能说明50就是最适温度,只能说明50最接
10、近。要想进一步探究最适温度,还要在4060之间设置更小的温度梯度,再做实验。三、探究酶活性影响因素的实验设计1.探究温度和pH对酶活性的影响:(1)实验原理:当酶处于最适温度或最适pH时,酶的活性最高。若温度过高、过酸或过碱,则导致酶变性失活。在一定范围内,果肉的出汁率和果汁的澄清度与果胶酶的活性成正比。(2)实验操作流程:温度或pH对果胶酶活性的影响(3)结果分析:根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性(用酶反应速度表示)影响的曲线图(如图a、b),最终得到果胶酶的最适温度和pH。由于初次实验的梯度变量选择目的性不强,选择的范围有可能出现过高或过低的情况,这可以从画出的曲线中反映出来,如图
11、所示,实验中可以根据出现的曲线进一步选择合适的梯度变量。2.探究果胶酶的最适用量:(1)实验原理:在一定的条件下,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,此值即是酶的最适用量。(2)实验过程:(3)结果分析:根据实验数据绘制出不同果胶酶用量对出汁率影响的曲线图(在浓度和体积相同的条件下,如图所示)。【思维拓展】预实验(1)概念:在正式实验前,用标准物质或只用少量样品进行实验。(2)意义:为正式实验选择最佳实验材料,准确控制无关变量,避免造成人力、物力及财力浪费。(3)应用:在探究酶最适温度或pH时,一般要设置预实验。【典例训练3】工业生产果
12、汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响,某学生设计了如图所示的实验:将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管,在10水浴中恒温处理10 min(如图中A)。将步骤处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10水浴中恒温处理10 min(如图中B)。将步骤处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图中C)。在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:温度()1020304050607080果汁量(mL)813152515121110根据上述实验,请分析并回答下列问题。(1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中的水解。(2)实验结果表明,在
13、上述8组实验中,当温度为时果汁量最多,此时果胶酶的活性。当温度再升高时,果汁量降低,说明_。(3)实验步骤的目的是_。【解题关键】解答本题时,需要掌握温度对酶活性影响的规律,还要学会分析实验变量的方法。【解析】据表中数据分析得出:当温度为40时果汁量最多,此时果胶酶的活性相对最强。当温度再升高时,果汁量降低,说明温度升高,降低了酶的活性。实验中要保证单一变量,探究温度对酶活性的影响时,必须保证各试管中在预设温度的反应时间一致。答案：(1)果胶(2)40 相对最强 温度升高,降低了酶的活性(3)使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下【变式训练】下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究有关的叙述正确的是()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.应将果泥与果胶酶先混合均匀后再放置到预设温度的水浴锅中D.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性【解析】选D。探究果胶酶的用量时,pH、温度会影响实验结果,pH、温度要相同且适宜;果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等;应将果泥与果胶酶分装在不同试管中放置到预设温度的水浴锅中,几分钟后再混合均匀。
