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專題4 酶的研究與應用
【高考目標定位】
1、酶的存在與簡單制作方法
2、酶活力測定的一般原理和方法
3、酶在食品制作和洗滌等方面的應用
4、制備和應用固定化酶

【考綱知識梳理】
一、果膠酶在果汁生產中的作用
1．植物細胞壁及胞間層的主要組成成分之一是果膠。果膠的主要成分為半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物。
2．果膠酶的作用是分解果膠變成可溶性的半乳糖醛酸。
3．果膠酶不是特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶；果膠酶的化學本質是蛋白質，也能被蛋白酶水解掉；果膠酶具有酶的通性：只改變反應效率，不改變反應的平衡點。
二、酶的活性與影響酶活性的因素
1．酶的活性是指酶催化 一定化學反應的能力。酶反應速度用單位時間內，單位體積中反應物的減少量或產物的增加量表示。
2．影響酶活性的因素常提的是溫度、pH值和酶的抑制劑等。
3．探究溫度和pH對酶活性的影響及探究果膠酶用量的兩個實驗都要注意實驗的基本原則：
對照原則和等量 原則，理解實驗中溫度梯度或pH梯度的變化在分析問題時也要用單一變量 原則分析。
三、探究不同種類的加酶洗衣粉的洗滌效果
1、實驗原理：酶的催化作用具有專一性，復合酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，與單一加酶洗衣粉相比，對各種污漬都有較好的洗滌效果。
2、實驗變量：
（1）自變量：不同種類的加酶洗衣粉
（2）無關變量：其他條件相同且適宜（如溫度、PH等）
（3）實驗步驟
①在2個編號的燒杯里，分別注入500mL清水。
②取2塊大小相等的白棉布，用滴管在每塊白布上分別滴上等量的墨水，分別放入燒杯里，用玻璃棒攪拌。
③將2個燒杯分別放入同等溫度的溫水中，保溫5分鐘。
④稱取5克加酶洗衣粉和5克普通洗衣粉2份，分別放入2個燒杯中，用玻璃棒均勻攪拌。保溫10分鐘。
⑤觀察并記錄2個燒杯中的洗滌效果
四、固定化酶與固定化細胞
1、方法：包埋法、化學結合法和物理吸附法。
2、比較
類型固定酶的種類適用方法優(yōu)點及不足實例
固定化酶一種化學結合、物理吸附法可反復利用，但只催化一種或一類化學反應固定化葡萄糖異構酶
固定化細胞一系列包埋法成本低、操作容易，但反應效果下降固定化酵母細胞
3、酵母細胞固化的注意事項
（1）配制海藻酸鈉溶液：小火、間斷加熱、定容，如果加熱太快，海藻酸鈉會發(fā)生焦糊。
（2）海藻酸鈉溶液與酶母細胞混合：冷卻后再混合，注意混合均勻，不要進入氣泡
（3）制備固定化酵母細胞：高度適宜，并勻速滴入
（4）剛形成的凝膠珠應在CaCL2溶液中浸泡一段時間，以便Ca2+與Na+充分交換，形成的凝膠珠穩(wěn)定。檢驗凝膠珠是否形成，可用下列方法：用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果不容易破裂，沒有液體流出就表明成功地制成了凝膠珠，還可以用手將凝膠珠在實驗桌上用力摔打，如果凝膠珠很容易彈起，也表明制備的凝膠珠是成功的。

【要點名師精解】
一、“探究不同種類的加酶洗衣粉洗滌的效果”注意事項
1、變量的分析和控制
影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素有水溫、水量、水質、洗衣粉的用量，衣物的質料、大小及浸泡時間和洗滌的時間等。
在這些因素中，水溫是我們要研究的對象，而其他因素應在實驗中保持不變。通常情況下，冬季、春季、秋季和夏季可分別選取5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃的水溫，因為這4個水溫是比較符合實際情況的，對現實也有指導意義。
2、水量、水質和洗衣粉用量的問題。
水的用量和布料的大小是成正比的。做實驗用的布料不易過大，水量不易過多，但應該讓布料充分浸泡在水中。水量和洗衣粉的用量可以參考下表。實驗時可根據表中的數據換算出實際用量。如果在實驗中使用手洗的方法，如課本中圖4-4所示，使用1 000 mL的燒杯作為容器，可以用500 mL的水，洗衣粉的用量可以用1 g或1.5 g。
洗滌方式機洗手洗
水量0.5 L0.5 L
洗衣粉量0.5 g1 g或1.5 g
其他相關問題簡述如下。實驗中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再進行實驗；布料應放在洗衣粉溶液中浸泡相同的時間；采用玻璃棒或筷子攪拌的方式模擬洗衣過程；模擬攪
【例1】某興趣小組準備開展“不同種類的加酶洗衣粉對同一污染物的洗滌效果”的活動。下列說法不正確的是 （ ）
A.該實驗的原理是酶的專一性
B.自變量是不同種類的加酶洗衣粉
C.水質、水量、pH均可看作無關變量
D.洗滌過程中水溫只要保持相同即可
【解析】對于無關變量應該控制相同并且適宜，所以洗滌過程中水溫要保持相同且適宜，還要保持其他無關變量均相同。
【答案】D。

【感悟高考真題】
（2010?江蘇高考）25．右圖1表示制備固定化酵母細胞的有關操作，圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖．下列敘述正確的是
A．剮溶化的海藻酸鈉應迅速與活化的酵母菌混合制備混合液-
B．圖1中X溶液為 溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠
C．圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸
D．圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉移到圖2裝置中
【解析】本題考查了固定化細胞技術的操作過程。熔化的海藻酸鈉應冷卻后與活化的酵母細胞混合，A項錯誤；圖1中氯化鈣溶液可使海藻酸鈉形成凝膠珠，B項正確；圖2中要進行攪拌以使培養(yǎng)液與細胞充分接觸，C項正確；圖1中制備的凝膠珠要以過洗滌再移到圖2裝置中，D項正確。
【答案】BCD
（2009?廣東高考）72．嫩肉粉是以蛋白酶為主要成分的食品添加劑，就酶的作用特點而言，下列使用方法中最佳的是
A．炒肉的過程中加入
B．肉炒熟后起鍋前加入
C．先用沸水溶解后與肉片混勻，炒熟
D．室溫下與肉片混勻，放置一段時間，炒熟
【解析】本題考查酶的使用方法，酶的活性容易受到溫度，酸堿度影響而失活，所以要保持酶的活性，才能使之發(fā)揮作用。ABC在反應之前都經高溫處理了，所以酶失去活性，只有D，先讓酶反應，后炒熟，不影響酶的作用發(fā)揮。
【答案】D
（2009?江蘇高考）（多選）加工橘子罐頭，采用酸堿處理脫去中果皮(橘絡)，會產生嚴重污染。目前使用酶解法去除橘絡，可減少污染。下列生長在特定環(huán)境中的4類微生物，可以大量產生所用酶的有
A．生長在麥麩上的黑曲霉 B．生長在酸奶中的乳酸菌
C．生長在棉籽殼上的平菇 D．生長在木屑上的木霉
【解析】由于橘絡的主要成分是纖維素，根據酶的專一性，可知要分解橘絡需要的酶是纖維素酶。麥麩、棉籽殼、木屑的主要成分是纖維素，所以生長它們上面的黑曲霉、平菇、木酶能產生纖維素酶，可以利用。由于乳酸菌的培養(yǎng)基為酸奶，其主要成分是蛋白質，不含纖維素，所以乳酸菌不能產生纖維素酶。
【答案】ACD
（2009?江蘇高考）31．（6分）酶解法制備原生質體的原理是利用酶溶液對細胞壁成分的降解作用。蝸牛酶液從蝸牛（以植物為食）消化腺中提�。还�膠酶、纖維素酶從微生物中提取。為了研究不同酶液的酶解效果，某實驗小組取無菌煙草幼葉，切成相同大小的小片，等量放入6支試管中，試劑用量和實驗結果列于下表。請回答有關問題。
試管編號
項目I
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
V
Ⅵ

蒸餾水（mL）2O1111
緩沖液（mL）0210.50.50.5
果膠酶液（mL）O0O0.5O0
蝸牛酶液（mL）O0OO0.50
纖維素酶液（mL）0O0O00.5
實驗結果（綠色深淺程度）－－－+++++++++

（注：“+”越多表示綠色越深，“一”表示顏色無顯著變化）
（1）實驗過程中，需要輕搖試管，其目的是 ，使原生質體從葉小片中游離出來，以便觀察懸浮液綠色的深淺。
（2）從綠色的深淺可推測：蝸牛酶液酶解效果最好，原因是蝸牛酶液含有 等多種酶。該實驗中 是空白對照組，其設置意義是 。
（3）用網篩過濾原生質體到離心管內，離心后收集沉淀物，并用 洗滌。[ks5u.com]
（4）原生質體是否符合要求還需進行檢驗，其檢驗的方法是 。
【解析】本題考查有關酶的催化效率的實驗，（1）實驗過程中，需要輕搖試管，可以使細胞壁與酶充分接觸，可以提高酶解效果（2）蝸牛以植物為食，所以唾液酶中含有果膠酶和纖維素酶，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ沒有添加酶溶液為空白對照組。其目的是排除無關變量的干擾。（3）離心后收集沉淀物，并用等滲溶液清洗，目的是保持細胞正常形態(tài)。（4）要用低滲漲破法來檢驗原生質體是否符合要求，若沒有細胞壁則可以漲破，有則不能漲破
【答案】（1）為了使細胞壁與酶充分接觸，提高酶解效果
（2）果膠酶和纖維素酶 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 排除無關變量的干擾
（3）等滲溶液
（4）低滲漲破法
（2008?江蘇高考）本題有A、B兩題，請任選一題在答題卡指定位置作答，并把所選題目對應字母后的方框涂滿涂黑。
A題。為探究洗衣粉加酶后的洗滌效果，將一種無酶洗衣粉分成3等份，進行3組實驗。甲、乙組在洗衣粉中加入1種或2種酶，丙組不加酶，在不同溫度下清洗同種化纖布上的2種污漬，其他實驗條件均相同，下表為實驗記錄。請回答下列問題。
水溫/℃1020304050
組別甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙
清除血漬時間/min67668852518336347711126891167
清除油漬時間/min93789587639182468575277769868
（1）提高洗衣粉去污能力的方法有________。甲組在洗衣粉中加入了________。乙組在洗衣粉中加入了_________。
（2）甲、乙組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有_________。
（3）如果甲、乙和丙3組均在水溫為80℃時洗滌同一種污漬，請比較這3組洗滌效果之間的差異并說明理由。 。
（4）加酶洗衣粉中的酶是特殊的化學物質包裹的，遇水后包裹層很快溶解，釋放出來的酶迅速發(fā)揮催化作用。請說明這是否運用了酶的固定化技術及其理由。
【解析】⑴根據所給信息，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和適當提高溫度。⑵加的酶的種類不同，洗滌效果有差異，說明酶的專一性的充分體現。⑶解讀表格可以看出，沒有差異，因為高溫使酶失活。⑷固定化酶的優(yōu)點是可以重復利用，酶的固定化技術是把酶固定在不溶于水的多孔性載體上。
【答案】（1）加酶和適當提高溫度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 （2）專一性 （3）沒有差異，因為高溫使酶失活 （4）未運用酶的固定化技術，因為酶未固定在不溶于水的載體上，也不能重復利用。

【考點精題精練】
1.要破除植物細胞的細胞壁，要用到的物質是 A
A．果膠酶 B．鹽酸 C．氫氧化鈉 D．氯化鈣
2.下列關于果膠酶的作用敘述錯誤的是 C
A、分解水果細胞壁中的果膠，從而瓦解細胞壁
B、可將果膠分解成半乳糖醛酸，水果汁變清
C、分解水果細胞壁中的纖維素和果膠以及細胞間質
D、可使果汁榨取變得容易，提高出汁率
3.（2010?江蘇省鹽城市高三第二次凋考）下圖為利用生長在麥麩上的黑曲霉制備纖維素酶的流程圖。下列有關敘述正確的是 ACD

A．菌體培養(yǎng)中應做好滅菌操作以確保培養(yǎng)菌體的單一性
B．透析后的棄去物其主要成分是大分子雜質
C．含酶的粗提取物中含多種蛋白質
D．純化常用的方法是凝膠色譜法
4.下列關于酶的活性敘述不正確的是 A
A．酶的數量越多，酶的活性越高
B．酶的活性可以用在一定條件，一般由酶所催化的某一化學反應的反應速度來表示
C．是指酶催化一定化學反應的能力
D．在適宜的條件下，酶的活性最高
5.某同學為驗證pH對酶活性的影響，設計了如表中的方法步驟。下列評價中不合理的是

A.缺少正常pH的對照組
B.新鮮唾液沒有再作稀釋
C.檢驗結果的試劑選擇不恰當
D.實驗操作步驟的安排不合理
6.下圖是溫度對酶活性影響的曲線，圖中A、B兩點的催化效率是相等的，以下有關敘述中不正確的是 A

A.酶處于t1溫度時的壽命比處于t2溫度時長
B.酶處于t1溫度時的壽命比處于t2溫度時短
C.處于t2溫度時，酶可能開始發(fā)生蛋白質變性
D.處于t1溫度時，酶分子結構可能比處于t2溫度時穩(wěn)定
7.關于洗衣粉中的酶說法錯誤的是 A
A．洗衣粉中的酶是人工合成的無機催化劑
B.洗衣粉中的酶是生物工程的產物
C．加酶洗衣粉也有保質期，時間長了，酶活性會降低或喪失
D．加酶洗衣粉中磷的含量比普通洗衣粉低
8.某同學探究溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響，選擇了10。C、20。C、30。C、40。C、50。C、60。C和70。C、的溫度梯度，在其他條件都一致的情況下，發(fā)現40。C時洗滌效果最好，由此可以得出（ D ）
A. 40。C為該酶的最適溫度
B. 40。C不是該酶的最適溫度
C. 40。C酶活性最高
D. 不能確定該酶最適溫度。
9.加酶洗衣粉中的“酶”有多種，對各種污漬要考慮其不同情況選用不同的加酶洗衣粉，主要原因是（ C ）
A.酶具有多樣性 B.酶具有高效性
C.酶具有專一性 D.酶易受環(huán)境影響
10.市場上有一種加酶洗衣粉，即在洗衣粉中加入少量的堿性蛋白酶，它的催化活性很強，衣物的汗?jié)n、血跡及人體排放的蛋白質油漬遇到它，皆能水解而除去，下列衣料中不能用加酶洗衣粉洗滌的是（ A ）
①棉織品；②毛織品；③腈綸織品；
④蠶絲織品；⑤滌綸織品；⑥錦綸織品
A．②④ B．①②③ C．③④⑤ D．③⑤⑥
11.研究認為，用固定化酶技術處理污染物是很有前途的，如將大腸桿菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龍膜上制成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機磷農藥，于微生物降解相比，其作用不需要適宜的（ D ）
A．溫度 B．酸堿度 C．水分 D．營養(yǎng)
12.用固定化酵母細胞發(fā)酵葡萄糖溶液時，為了能產生酒精，下列措施錯誤的是 A
A向瓶內泵入氧氣 B應將裝置放于適宜的條件下進行
C瓶內應富含葡萄糖等底物 D應將瓶口密封，效果更好
13.下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是 A
A．固定化細胞技術在多步連續(xù)催化反應方面優(yōu)勢明顯
B．固定化酶的應用中，要控制好pH、溫度和溶解氧
C．利用固定化酶降解水體中有機磷農藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件
D．利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應底物
14.下列有關敘述，不屬于酶固定化的原因 D
A、酶對酸、堿、溫度敏感，易失活
B、在溶液中直接使用酶，難以回收，成本高
C、固定化酶使酶既可催化反應物，又易與產物分離
D、使用物理、化學等方法，將酶固定在一定的空間內
15.（2010?蘇北四市高三第二次凋考）目前，酶已經大規(guī)模地應用于各個領域，下列屬于酶應用中面臨的實際問題的是 C
A．酶對有機溶劑不敏感，但對高溫、強酸、強堿非常敏感
B．加酶洗衣粉因為額外添加了酶制劑，比普通洗衣粉更易污染環(huán)境
C．固定化酶可以反復利用，但在固定時可能會造成酶的損傷而影響活性
D．酶的催化功能很強，但需給以適當的營養(yǎng)物質才能較長時間維持其作用
16.果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要成分之一。果膠酶能夠分解果膠，瓦解植物的細胞壁和胞間層。在果汁生產中應用果膠酶可以提高出汁率和澄清度。請你幫助完成以下有關果膠酶和果汁生產的實驗題。
實驗用具和材料：磨漿機、燒杯、試管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、紗布等；蘋果、質量分數為2％的果膠酶溶液、蒸餾水等。
【課題一】 驗證果膠酶在果汁生產中的作用
實驗方法及步驟：
①將蘋果洗凈去皮，用磨漿機制成蘋果泥，加入適量蒸餾水備用。
②取兩個100 mL的潔凈燒杯，編號l、2，按相應程序進行操作，請把表中未填寫的內容填上。

③取兩個燒杯，同時進行過濾。一定時間后，觀察（或比較） 和 ，并記錄結果。
④最可能得到的實驗結果及結論：
【課題二】 探究果膠酶催化果膠水解的最適pH課題一
本課題實驗步驟中，在進行果膠酶溶液和蘋果泥的混合并調整pH時有下面兩種操作：
方法一：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥相混合，再把混合液的pH分別調至4、5、6、…、10。
方法二：將試管中的果膠酶溶液和燒杯中的蘋果泥的pH分別調至4、5、6、…、10，再把pH相等的果膠酶溶液和蘋果泥相混合。
①請問上述哪一種操作更科學? 。理由是
②如果用曲線圖的方式記錄實驗結果，在現有的條件下，請你根據你對酶特性的了解，繪出最可能是實驗結果曲線圖。
答案：②注入果膠酶（1分） ③相同時間內濾出的果汁體積（2分） 果汁的澄清度（2分）
④相同時間內1號燒杯濾出的果汁體積比2號濾出的體積多，澄清度高，說明果膠酶對果膠的分解具有催化作用（2分）
課題二
①方法二（2分） 方法二的操作能確保酶的反應環(huán)境從一開始便達到實驗預設的pH（2分）
② 略（3分）
17.下圖表示鱷梨果實成熟時乙烯引起纖維素酶的形成。請在“【 】”內填人圖中數字，在“ ”上填人恰當文字。

（1）乙烯誘導纖維素酶形成是通過直接調節(jié)基因表達的 過程而實現。
（2）①的基本組成單位是 。②進入細胞質需要通過 （填“結構”）。
（3）纖維素酶在【 】 中合成，隨后在 加工，最后又經【 】
加工和包裝。
（4）在①～⑤中，哪些參與了生物膜系統(tǒng)的構成? 。
（5）該圖表明基因控制果實成熟是通過控制 過程而實現的。
答案：（除特殊標明外，每空1分，共12分）
（1）①應將靜止放置的試管輕輕震蕩幾次，再取出1mL酵母菌液
②應將酵母菌液滴在蓋有載玻片的血球計數板上（2分）
③應將上述血球計數板放在視野稍暗的顯微鏡下觀察計數。
（2）①前 ②粗壯 較大 ③固定 漂洗 染色 染色體
18.（2010?東北三校高三一模）現在大力提倡無紙化辦公，但是仍然不可避免的每年要產生大量的廢紙，其主要成分是木質纖維，人類正努力將其轉化為一種新的資源??乙醇。右圖是工業(yè)上利用微生物由纖維素生產乙醇的基本工作流程，請回答相關問題：

（1）自然界中①環(huán)節(jié)需要的微生物大多分布在________________________的環(huán)境中。將從土壤中獲得的微生物培養(yǎng)在以________________________為碳源、并加入________________________的培養(yǎng)基上篩選周圍有________________________的菌落。
（2）如上所述的篩選中獲得了三個菌落，對它們分別培養(yǎng)，并完成環(huán)節(jié)②，且三種等量酶液中酶蛋白濃度相同，則你認為三種酶液的活性________________________（一定相同、不一定相同、一定不同），可以通過________________________進行定量測定。
（3）根據測定結果，①環(huán)節(jié)常選擇木霉，則②中獲得的酶是________________________酶。該酶至少包括________________________三個組分。
（4）生產中可以滿足④環(huán)節(jié)的常見菌種是________________________，為了確保獲得產物乙醇，⑤環(huán)節(jié)要注意________________________，④過程要注意避免________________________。
（5）該技術雖然有廣闊的前景，但存在酶的成本高等問題，為了降低成本主要從以下幾方面入用改進該過程。首先要通過________________________等技術手段對產酶微生物改造，提高酶的產量。其次，可利用________________________等技術使酶能夠重復利用。
答案：（1）富含纖維素（其他答案合理給分，如落葉較多等） 纖維素 剛果紅 透明圈
（2）不一定 對纖維素酶分解纖維素后所產生的葡萄糖（2分）
（3）纖維素 C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶（2分）
（4）酵母菌 發(fā)酵裝置密閉（或保證無氧條件等） 污染雜菌
（5）基因工程（基因突變） 固定化酶

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