浙江专版版高考生物一轮复习第30讲酶的利用学案Word格式.docx

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加入95%酒精4mL

沉淀物最少

沉淀物较少

沉淀物最多

沉淀物较多

实验结论：

果胶酶能分解果胶，水浴加热也有利于提高果汁的澄清度，水浴加热也有利于提高出汁率和澄清度。

二、α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

1.固定化酶

（1）固定化酶的含义：

是指将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂的方法。

（2）固定化的方法：

吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

（3）固定化酶的优点：

①稳定性提高；

②易分离；

③可反复利用。

2.α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

（1）淀粉的水解过程：

（2）α－淀粉酶的固定化（如图）。

5mgα－淀粉酶溶于4mL蒸馏水，加入5mg石英砂，搅拌30min。

（3）将石英砂装入含气门芯并用夹子封住的注射器中。

用40mL蒸馏水用流速

1mL/min来洗涤除去未吸附的游离淀粉酶。

（4）使淀粉溶液以0.3mL/min的流速过柱，在流出5mL后接收0.5mL流出液。

加入1～2滴KI－I2溶液，观察颜色变化。

（5）实验预期结果：

水解产物糊精遇碘呈红色。

1.（2016·

4月浙江选考　节选）请回答与“果汁中的果胶和果胶酶”实验有关的问题：

（1）果胶是细胞壁的重要组成成分，其化学本质是________（A.蛋白质　B.脂质　C.核酸　D.多糖）。

它在细胞壁形成过程中的主要作用是将相邻的细胞________在一起。

（2）制取果汁时，先用果胶酶将果胶分解成________和半乳糖醛酸甲酯等物质，再用________酶处理，可得到比较澄清的果汁。

用适量且浓度适宜的上述两种酶处理时，果汁的出汁率、澄清度与酶的________高低呈正相关。

（3）由于果胶不溶于乙醇，故可用乙醇对果胶粗提物（经酶处理后的混合物）进行________处理，从而得到干制品。

解析　

（1）果胶主要是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯缩聚而成的，属于多糖。

果胶主要在相邻的植物细胞之间起粘合的作用。

（2）果胶酶和果胶甲酯酶可以将果胶分解成半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯，用适量且浓度适宜的上述两种酶处理果汁可以使果汁澄清，果汁的出汁率、澄清度与酶的活性高低呈正相关。

（3）由于果胶不溶于乙醇，经酶处理后的混合物用乙醇进行沉淀脱水处理，可获得干制品。

答案　

（1）D　粘合　

（2）半乳糖醛酸　果胶甲酯　活性　（3）脱水（沉淀）

2.（2016·

10月浙江选考　节选）请回答脲酶固定化实验的有关问题：

制备固定化酶时，用石英砂吸附脲酶，装柱。

再用蒸馏水洗涤固定化酶柱，其作用是________________。

解析　用石英砂吸附法固定化酶，装柱完成后，再用蒸馏水洗涤固定化酶柱，其作用是洗去未被吸附的酶，以免影响产物的纯度。

答案　除去游离的脲酶

本题组对应选修一P33～P35，果汁中的果胶和果胶酶；

选修一P38～P40，α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

1.果胶是植物细胞壁的主要成分，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成，果胶酶和果胶甲酯酶可以水解果胶。

要使果汁澄清，需要同时使用两种酶。

鉴别果胶的一种简易方法是果胶不溶于乙醇，如果果汁中含有比较多的果胶，加入95%乙醇后会出现絮状沉淀。

实验表明，果汁制作时，使用果胶酶和对果汁加热有利于提高出汁率和澄清度。

2.固定化酶是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

3.固定化的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。

教材中用吸附法法将a－淀粉酶固定在石英砂上。

4.淀粉以较慢的流速过柱，使底物和酶充分接触，使反应充分，在流出液中加入淀粉指示剂（即KI－I2溶液），用水稀释1倍后再观察颜色，若出现红色，则说明淀粉在α－淀粉酶作用下被水解成糊精。

角度　酶的利用

1.果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，常用于果汁的生产。

（1）果胶酶用于果汁生产，是因为它能分解果胶，可解决果肉出汁率低和________等问题。

（2）果胶由________和________组成。

（3）若要检测苹果汁中是否还含有果胶，可取一定量的果汁与________混合，若出现________现象，说明果胶还没有被完全分解。

（4）下图为某同学进行的澄清苹果汁生产实验，下列相关叙述正确的是________。

A.实验中所用的固定化果胶酶可由某些物质吸附，吸附后的酶可永久使用

B.为防止杂菌污染，图示装置制作完毕后需瞬间高温灭菌

C.通过控制阀调节苹果汁流出的速率，保证反应充分进行

D.固定化果胶酶不可重复使用，每次生产前需重新装填反应柱

（5）固定化酶技术是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使酶能与________接触，又能与________分离。

（6）在“α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”这一实验中，α－淀粉酶固定在石英砂上，使用了下图中的________。

解析　果胶酶用于果汁生产可以提高果汁出汁率和澄清度。

果胶由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯构成。

果胶不溶于乙醇，当果胶与乙醇混合时会出现浑浊。

固定化果胶酶可以重复使用，但不能永久使用。

图示装置是固定化酶柱不能瞬间高温灭菌，否则酶失活后不能重复使用了。

适当减少苹果汁流出的速率，可以保证反应充分进行。

固定化酶可以做到既能与底物接触发生反应，又易与产物分离，提高产物纯度。

α－淀粉酶固定在石英砂上，使用了吸附法，图中③表示吸附法。

答案　

（1）果汁浑浊　

（2）半乳糖醛酸　半乳糖醛酸甲酯

（3）乙醇　浑浊　（4）C　（5）底物（反应物）　产物　（6）③

2.某校生物兴趣小组为探究不同浓度果胶酶对澄清苹果汁出汁率的影响，进行了如下实验。

实验步骤：

①制备苹果汁：

将苹果洗净，切成小块，用榨汁机打碎成苹果汁匀浆。

加热苹果汁到100℃，再冷却至50℃左右。

②配制不同浓度的酶液：

取5支10mL的试管，依次编号为2～6号。

分别加入不同量的质量浓度为10g/mL的果胶酶溶液，再分别加入苹果酸定容至10mL，获得质量浓度分别为2g/mL、4g/mL、6g/mL、8g/mL、10g/mL的果胶酶溶液备用。

③降解苹果汁（如下图）

④沉淀：

向上述6只烧杯中添加明胶、活性炭等物质搅拌处理，充分混匀后静置，分别过滤。

记录并处理结果：

用量筒测量澄清滤液（即苹果汁）的体积，记入表格，并计算出汁率。

请回答下列问题：

（1）果胶酶能提高苹果的出汁率并使果汁澄清的原因是

___________________________________________________________。

（2）步骤①中，苹果汁先加热到100℃的目的是__________________

（3）步骤②中，在2～6号试管中加入10g/mL果胶酶溶液的量分别是________________；

步骤③中，在1号烧杯中加入1mL________。

（4）根据预期结果，请绘制出澄清苹果汁出汁率与果胶酶浓度之间大致的关系曲线，并在坐标轴上标出澄清苹果汁最高出汁率所需的果胶酶最佳浓度。

解析　

（1）由于果胶酶能分解果胶，瓦解细胞壁，所以在苹果泥中加入果胶酶，可以提高果汁的量和澄清度。

（2）苹果汁先加热到100℃，可使苹果中的酶失活，防止对实验结果产生干扰。

（3）根据图中果胶酶溶液的浓度（10g/mL）和各试管中配制成的果胶酶溶液的浓度（2g/mL、4g/mL、6g/mL、8g/mL、10g/mL）可知，加入果胶酶溶液的体积分别是2mL、4mL、6mL、8mL、10mL。

步骤③中，在1号烧杯中加入1mL苹果酸，作为对照。

（4）出汁率曲线起点于纵轴某点，表明没有果胶酶时也有一定出汁率，在一定范围内随果胶酶浓度升高，出汁率上升达饱和点后可稳定。

答案　

（1）果胶酶能分解果胶，瓦解细胞壁　

（2）使苹果中的酶失活，防止对实验结果产生干扰　（3）2mL、4mL、6mL、8mL、10mL　苹果酸　（4）如图　关注坐标含义、曲线变化趋势、起点、最佳浓度。

[归纳小结]

1.直接使用酶和固定化酶的优缺点比较

直接使用酶

固定化酶

酶的种数

一种或几种

一种

常用载体

高岭土、皂土、硅胶、凝胶

制作方法

化学结合固定化、物理吸附固定化

是否需要营养物质

否

催化反应

单一或多种

单一

反应底物

各种物质（大分子、小分子）

缺点

①对环境条件非常敏感，易失活；

②难回收，成本高，影响产品质量

不利于催化一系列的酶促反应

优点

催化效率高、耗能低、低污染

①既能与反应物接触，又能与产物分离；

②可以反复利用

2.酶的固定化方法及适用对象

名称

原理

图示

包埋法

将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中

化学结合法

利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上

物理吸附法

通过物理吸附作用，把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上

3.探究影响果胶酶活性因素实验的分析

（1）实验原则：

单一变量原则、对照性原则。

严格控制变量，尽量减少无关变量的影响。

（2）实验原理：

果胶酶活性受温度、pH或酶抑制剂的影响，在最适温度或pH时，活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。

（3）设计实验：

①探究最适温度时，pH为无关变量，最好是最适pH；

探究最适pH时，温度为无关变量，最好是最适温度。

②探究果胶酶的最适用量时，最适用量是在温度、pH等适宜条件下测出来的，如果无关变量改变，最适用量也会发生变化。

（时间：

40分钟　分数：

100分）

1.（原创题）请回答与“果汁中的果胶和果胶酶”实验有关的问题：

（1）果胶是植物细胞壁的重要组成成分，制取果汁时，先用果胶酶将果胶分解成半乳糖醛酸和__________________等物质，可得到比较澄清的果汁。

（2）实验中先制取苹果匀浆，再将适量且浓度适宜的__________加入匀浆，并在________下搅拌20～30min。

若再通过________处理可以进一步提高果汁的出汁率、澄清度。

由于果胶不溶于乙醇，故可用95%乙醇对果汁中果胶含量进行初步检测。

（3）果胶酶可通过培养______________（微生物）来生产，果汁的出汁率、澄清度与酶的活性高低呈正相关。

（4）为提高果胶酶的利用率和果汁的纯度，可将果胶酶制成____________用于生产，这种新型酶制剂除上述优点外，还有____________________________的优点。

解析　

（1）果胶酶可以将果胶分解成半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯。

（2）制取果汁应先制水果匀浆，再向水果匀浆中加入果胶酶，并在适宜温度下反应足够长时间，将果汁中的果胶完全水解。

在此基础上通过加热使果胶发生凝聚，可以进一步提高果汁的出汁率、澄清度。

（3）果胶酶可通过培养黑曲霉和苹果青霉来生产。

（4）将果胶酶制成固定化酶，可以提高果胶酶的利用率和果汁的纯度，体现了固定化酶可以重复利用和容易从产物中分离的优点，此外，固定化酶还有可以使酶的稳定性提高的优点。

答案　

（1）半乳糖醛酸甲酯　

（2）果胶酶溶液　适宜温度　加热　（3）黑曲霉和苹果青霉　（4）固定化酶　　酶的稳定性提高（或不溶于水）

2.某同学进行苹果汁制作实验，工艺如下图所示。

请据图回答：

（1）图中用KMnO4溶液浸泡苹果的目的是________。

黑曲霉提取液中含有的________可水解果胶，从而使果汁澄清。

固定化柱中填充的石英砂通过________方式将酶固定化，酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去________。

（2）实验中，操作流程A和B的先后顺序为________。

在苹果汁澄清过程中，应关闭的流速调节阀是________。

要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否有果胶，可取一定量的果汁与等量的________混合，如果出现________现象，说明果胶还没有被完全水解。

为使果胶完全水解，应将流速调________。

（3）实验后，将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存若干天，该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验，说明固定化酶可被________使用。

解析　

（1）KMnO4有杀菌消毒的作用，可将苹果表面的杂菌杀死。

果汁中因含有果胶等而使苹果汁浑浊，用果胶酶处理可使果胶水解，使果汁澄清。

固定化酶技术是将酶固定在固定化柱的载体上，固定化柱内填充的石英砂可以起到很好的吸附作用。

酶被固定后用蒸馏水冲洗是为了除去未被固定的游离的酶。

（2）具体操作时，先将阀1打开，将提取的果胶酶固定在固定化柱中，再将阀门1关闭，阀2打开，使苹果汁进入固定化柱，与酶接触，固定的果胶酶就能将果汁中的果胶分解，而果胶酶不流失。

果汁中的果胶不溶于乙醇中会形成沉淀，故可用乙醇鉴定果汁中的果胶，如有浑浊现象，说明果汁中仍有果胶存在，为使果胶完全水解，应控制阀门2的流量，调慢果汁流速。

（3）酶被固定化后，便于与反应物和产物分离，可重复利用，提高酶的利用率。

答案　

（1）消毒　果胶酶　吸附　未被固定的酶等　

（2）A、B　阀1　乙醇　浑浊（沉淀）　慢　（3）重复

3.下列是有关固定化酶及细菌培养与分离的问题。

请回答：

（1）固定化酶是将水溶性的酶用物理或________的方法固定在某种介质上，使之成为________而又有酶活性的制剂。

可用________法将α－淀粉酶固定在石英砂上形成固定化酶柱。

（2）为获取土壤中的含脲酶的细菌，某同学进行了相关实验，操作流程如下。

上图中步骤A为________，步骤B为________。

要判断培养基灭菌是否彻底，可采用的方法是________。

为获取含脲酶的细菌，在制备培养基时需加入________为唯一氮源。

（3）在实验过程中需对实验器具进行严格的消毒灭菌，对以下器具的消毒需用到酒精的是________。

A.接种环B.培养皿

C.玻璃刮刀D.G6玻璃砂漏斗

（4）根据培养基上出现的菌落数目和稀释倍数计算得出的细菌数目往往比实际数目低，原因是_________________________________________________。

解析　

（1）固定化酶是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

可用吸附法将α－淀粉酶固定在石英砂上形成固定化酶柱。

（2）操作流程图中步骤A为制平板，步骤B为涂布分离过程。

将灭菌后的空白培养基培养一段时间后观察是否出现菌落，可以判断培养基灭菌是否彻底。

为获取含脲酶的细菌，在制备培养基时需加入尿素为唯一氮源。

（3）对接种环、培养皿和G6玻璃砂漏斗需要高压蒸汽灭菌，玻璃刮刀需要用酒精消毒。

（4）在涂布分离时，若两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落，这样计数的结果会比实际数目低。

答案　

（1）化学　不溶于水　吸附　

（2）制平板　涂布分离　将灭菌后的培养基培养一段时间后观察是否出现菌落　尿素　（3）C　（4）当两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落

4.某工厂为了生产耐高温植酸酶饲料添加剂，开展了产该酶菌株的筛选、酶的固定化及其特性分析研究，其流程如下图所示。

→

（1）土壤悬液首先经80℃处理15分钟，其目的是筛选出________。

（2）在无菌条件下，将经过处理的土壤悬液________，然后涂布于含有植酸钠的固体培养基上。

培养后观察到________，其周围出现透明水解圈，圈的直径大小与________强弱相关。

（3）筛选获得的菌株经鉴定后，将优良菌株进行液体扩大培养。

培养时需要振荡，其主要目的是______________。

液体培养基与固体培养基相比，不含有的成分是________。

（4）在合适条件下，将提纯的植酸酶与海藻酸钠混合后，滴加到一定浓度的钙离子溶液中，使液滴形成凝胶固体小球。

该过程是对酶进行________。

A.吸附B.包埋

C.装柱D.洗涤

（5）温度与植酸酶相对酶活性的关系如图所示。

下列叙述错误的是________。

A.测试温度中，固定化与非固定化植酸酶的最适温度分别为60℃和45℃

B.测试温度范围内，固定化植酸酶的相对酶活性波动低于非固定化植酸酶

C.固定化与非固定化植酸酶相比，相对酶活性在80%以上时的温度范围较宽

D.65℃时固定化与非固定化植酸酶的相对酶活性因蛋白质变性而位于最低点

解析　土壤悬液经80℃处理15分钟，土壤中耐高温微生物能生存，能筛选出耐高温菌株。

采用稀释涂布法分离菌种时，需要先在在无菌条件下对土壤悬液进行稀释操作，再进行涂布操作。

稀释涂布后可以在平板上发现单菌落，若某单菌落周围出现透明圈，说明该菌种能利用植酸钠，圈的直径大小与植酸酶的活性强弱相关。

扩大培养一般用液体培养基，并采用振荡培养，以提供菌种生长所需氧气，液体培养基中不含凝固剂（琼脂）保持液体状态。

将植酸酶与海藻酸钠混合，制成凝胶固体小球，是采用包埋法对植酸酶进行固定化的方法。

分析温度与植酸酶相对酶活性的关系图不难发现，固定化植酸酶的相对酶活性在65℃时仍然很高，说明固定化植酸酶的耐高温能力很强，并没有发生蛋白质变性。

答案　

（1）耐高温菌株　

（2）稀释　单菌落　植酸酶的活性　（3）供氧　琼脂　（4）B　（5）D

5.（2017·

金华十校联考　节选）请回答与“固定化酶”实验有关的问题：

（1）α－淀粉酶可以通过培养枯草杆菌来生产，________是筛选高表达量菌株的最简便方法之一。

筛选出的菌株在发酵生产之前还需利用________培养基进行扩大培养。

（2）利用物理或化学的方法将α－淀粉酶固定后，成为________且又有酶活性的制剂。

若用吸附法固定时，在装柱后需要用________缓慢冲洗，直至流出液不使淀粉－碘混合液发生________为止。

（3）将淀粉溶液以一定流速从反应柱上端滴入，再在下端接取少量流出液进行KI－I2颜色测试，结果不呈现红色。

对此现象的解释错误的是________（A.反应柱中没有α－淀粉酶被固定　B.流速过快淀粉未被水解　C.接取的流出液是蒸馏水　D.流速过慢淀粉被水解成葡萄糖）

解析　

（1）单菌落分离是消除杂菌污染的通用方法，也是筛选高表达量菌株的最简便方法之一。

通常使用液体培养基对微生物菌种进行扩大培养。

（2）利用物理或化学的方法将α－淀粉酶固定后，成为不溶于水且又有酶活性的制剂，这就是固定化酶。

若用吸附法固定时，在装柱后需要用10倍体积蒸馏水缓慢冲洗，直至流出液不使淀粉－碘混合液发生蓝色褪色为止，因为淀粉的水解产物不能使碘液呈现蓝色，如此说明流出液中没有了α－淀粉酶。

（3）淀粉水解产生的糊精会使KI－I2呈现红色，若不出现红色说明流出液中没有糊精，可能的原因是反应柱中没有

α－淀粉酶，或流速过快淀粉未被水解，或接取的流出液是蒸馏水，但流速过慢淀粉被水解成葡萄糖是错的，因为α－淀粉酶不会使淀粉水解成葡萄糖，D错误。

答案　

（1）单菌落分离　液体　

（2）不溶于水　10倍体积蒸馏水　褪色　（3）D

6.

（1）酶是生物体中生化反应的催化剂，酶催化的反应是在________条件下进行的，酶催化的应用日益广泛。

在历史悠久的食品工业中也有广泛的应用。

在年轻人群中果汁有相当大的消费群体。

食品工业中应用酶大量生产果汁，果汁生产的原料来源是水果粉碎后的果肉浆。

要获得澄清的果汁需要用到________酶和________酶，这两种酶的作用对象是________，该物质在植物体内的功能是________。

在探究温度对果胶酶活性的影响实验中，实验自变量是________。

在探究利用果胶酶制作果汁的最佳条件实验中，加入95%乙醇的目的是________。

（2）固定化酶是将________的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为________的制剂。

教材实验中用吸附法将α－淀粉酶固定在________上。

解析　酶催化的反应是在温和适宜条件下进行的。

要获得澄清的果汁需要用到果胶酶和果胶甲酯酶，这两种酶的作用对象是果胶，果胶在植物体内的功能是将植物细胞粘合在一起的作用。

在探究温度对果胶酶活性的影响实验中，实验自变量是温度。

在探究利用果胶酶制作果汁的最佳条件实验中，加入95%乙醇的目的是鉴别果胶是否存在。

固定化酶是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

教材实验中用吸附法将α－淀粉酶固定在石英砂上。

答案　

（1）温和适宜　果胶　果胶甲酯　果胶　细胞间的粘连成分（或将植物细胞粘合在一起的作用）　温度　利用果胶不溶于乙醇的特性来鉴别果胶　

（2）水溶性　不溶于水而又有酶活性　石英砂

7.某实验小组为探究果胶酶的最适温度，设计了以下实验：

①用搅拌器搅拌制取一定量果泥备用；

②配制质量分数为2%的果胶酶溶液备用；

③按以下操作步骤进行：

试管号

操作

1

2

3

4

5

6

加入果泥/mL

8

A

B

C

D

E

水浴恒温/℃

10

20

30

40

50

60

加入果胶酶/mL

F

G

H

I

J

反应时间/min

比较果汁澄清度

过滤比较出汁量

（1）该实验的自变量是________，因变量是________。

（2）请填写表格中字母所代表的数值，并解释原因。

________________

（3）为使效果更明显，本实验还要考虑其他因素对酶的影响。

请列举三点：

（4）本实验检测因变量的方法有两种，分别为________、________。

解析　实验的目的是“探究果胶酶的最适温度”，所以温度是自变量，因变量就是由于温度不同而形成的最终的结果即果汁澄清度或果汁出汁量。

由于温度是自变量，其他无关变量都要相同，如加入果胶酶各组都应该是2mL，这样可以确保单一变量，得到正确的实验结果。

影响本实验中酶的其他因素还有很多，如：

合适的pH、酶与底物的充分接触等。

本实验检测因变量可以是果汁澄清度，也可以是出汁量。

答案　

（1）温度　果汁澄清度或果汁出汁量　

（2）A、B、C、D