浙江专版2019版高考生物一轮复习第九单元实验专题第31讲酶的应用教案.pdf
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1、第 31 讲 酶的应用第 31 讲 酶的应用 考试标准必考加试考试标准必考加试 1.果汁中的果胶 和果胶酶 2.淀粉酶的固定化及 淀粉水解作用的检测 考点一 果胶和果胶酶考点一 果胶和果胶酶 1果胶 (1)果胶的化学组成:由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成,是植物细胞壁的主要成分。 (2)果胶与果汁加工:果胶不仅影响出汁率,还会使果汁浑浊。 2果胶酶 (1)来源:黑曲霉、苹果青霉等。 (2)组成 : 果胶酶并不是特指某一种酶,而是分解果胶的一类酶的总称,主要包括果胶酶和果 胶甲酯酶。 (3)作用:将果胶分解成可溶性的分子,使出汁率提高,也使浑浊的果汁变得澄清。 3探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的
2、最佳条件的实验 (1)实验原理 果胶半乳糖醛酸半乳糖醛酸甲酯。 - 果胶酶、果胶 甲酯酶 果胶酶的活性受温度(或 pH)的影响,处于最适温度(或 pH)时活性最高。果肉的出汁率、果 汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正相关。 果胶不溶于乙醇。 (2)实验流程设计 (3)实验结论:果胶酶能分解果胶,提高果汁的澄清度。 4关于果胶酶的三个实验的变量分析 实验名称 (目的) 自变量因变量注意事项 探究温度对 果胶酶活性 的影响 温度 果汁量 (澄清度) 底物和酶在混合时的温度是相同的; 温度梯度越小,实验结果越精确; 果泥和果胶酶用量在各个试管中应相同; pH 应为最适 pH 探究pH对果 胶酶活性的
3、影响 pH 果汁量 (澄清度) 温度应为最适温度; pH 梯度可用 NaOH 和盐酸调节; 用玻璃棒搅拌使反应充分进行 探究果胶 酶的用量 果胶酶 的用量 果汁量 (澄清度) 制备苹果匀浆后迅速加热,使苹果匀浆中果 胶酶变性; 温度、pH 应为最适且保持不变 思考讨论 1探究温度、pH 对果胶酶活性的影响以及果胶酶用量的实验中,因变量都相同,该因变量 是什么? 提示 三个实验的因变量都是果汁量或果汁的澄清度。 2探究温度、pH 对果胶酶活性的影响以及果胶酶用量的实验中,都需要设置多组实验,相 邻两组之间都有一定的“差值”(如“温差” 、“pH 差”),该“差值”的大小与实验的误差 大小有何联系
4、? 提示 该差值大小与实验误差的大小成正相关,即差值越小则误差越小,差值越大则误差越大。 3表格分析 : 下表是某小组利用部分材料进行的有关实验(“/”表示不加),提供材料如下。 现有磨浆机、质量分数为 2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液等实验 材料及试剂。请回答下列 4 个问题: 试管 编 号 项目 甲乙丙丁 1 在试管中加 入苹果泥 2mL2mL2mL2mL 22mL/2mL2mL 3 加入不同 的液体 2mL 蒸馏水 4mL 蒸馏水 2mL 盐酸 2mL 氢氧化钠 4 摇匀,恒温 处理 15 分钟15 分钟15 分钟15 分钟 (1)表中处的内容是加入质量分数为 2%
5、的果胶酶溶液。 (2)若要验证果胶酶的作用,应把甲与乙两个试管同时取出并过滤相同时间,观察并比较,预 期的实验现象与结果是甲果汁比乙果汁澄清。 (3)比较试管甲、丙、丁可知,其实验目的是探究 pH 对果胶酶活性的影响。为确保实验成功, 请将表中的编号正确排序(用数字和箭头表示):2314。 (4)如果要用此实验做“探究果胶酶的最适用量” ,请简要写出实验思路:配制不同浓度的果 胶酶溶液,恒温下加入等量苹果泥,观察果汁的澄清度,果汁最澄清组对应的酶用量即为酶 的最适用量。 1(2016温州中学测试)探究温度对果胶酶活性影响的实验中,得到如下实验结果。据此分 析其中不正确的是( ) 温度()303
6、5404550556065707580 果汁量 (mL) 3. 5 4.68.610.912.311.710.15.43.94.85.6 A.实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合 B为了实验结果的科学性,各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同 C应在 5055设置更细温度梯度进行实验,探究果胶酶的最适温度 D该实验结果表明高温能使果胶酶失活,但高温也可能促进果胶分解 答案 C 解析 实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合,A 项正确;为了实 验结果的科学性和控制单一变量,各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同,B 项正确; 实验中的温度梯度跨度较大,要想确
7、定最适温度,需要设置更细温度梯度进行实验,分析数 据可知,应在 4555设置更细温度梯度进行实验,探究果胶酶的最适温度,C 项错误;高 温可以使酶失活,由表格数据可以看出,高温也可能促进果胶分解,D 项正确。 2(2017湖州期末)果胶酶能够催化果胶分解,瓦解植物的细胞壁及胞间层,使榨取果汁更 容易,也使得浑浊的果汁变得澄清。请回答下列有关果胶酶的问题: (1)探究温度对果胶酶活性影响的实验步骤: 用搅拌器制苹果泥; 取 6 个烧杯编号 1、2、3、4、5、6,依次注入适量的 30、35、40、45、50、55 的水,恒温水浴; 每一烧杯中放入两支试管,分别装有等量苹果泥和果胶酶,保温 3mi
8、n; 向每组烧杯中的苹果泥试管中加入相应的等量的果胶酶,振荡试管,反应一段时间; 过滤,比较获得苹果汁的体积。 a过程中将苹果泥和果胶酶分别装在不同试管中,用相同温度恒温处理后再混合,这样处 理的目的是_。 b有人认为该实验缺乏对照,应补充一组果汁和蒸馏水相混合的实验,你认为有没有必要? 原因是_。 c 若继续探究果胶酶的最适用量, 则在实验过程中温度、 _ 等因素应保持不变(列举两例)。 (2)有关果胶酶和纤维素酶的叙述,错误的是_。 A二者都是蛋白酶 B催化果胶酶水解的酶是淀粉酶 C二者都是在核糖体上合成的 D构成纤维素酶的基本单位是氨基酸 答案 (1)a.保证底物和酶在混合时的温度是相同
9、的 b没有必要;实验的不同温度梯度之 间可形成相互对照 cpH、果胶酶浓度、果泥量 (2)B 解析 (1)a.苹果泥和果胶酶分别恒温处理再混合, 目的是保证底物和酶混合时的温度是相同 的,不会发生温度的变化。 b实验的不同温度梯度之间可形成相互对照,无需补充果汁和蒸馏水混合的实验。 c若探究果胶酶的最适用量,果胶酶的量是自变量,其他是无关变量,应加以控制,如 pH、 温度、果泥量、果胶酶浓度等。 (2)果胶酶和纤维素酶的化学本质均为蛋白质, 二者都是在核糖体上合成的, 催化果胶酶水解 的酶是蛋白酶,构成纤维素酶的基本单位是氨基酸。 有关果胶酶的 2 个易错点 (1)果胶酶不是特指某一种酶,而是
10、分解果胶的一类酶的总称。 (2)在苹果泥和果胶酶混合之前,一定要保证底物和酶达到所要求的温度或 pH 条件,以避免 混合后条件发生变化,影响实验结果的可信度和可靠性。 考点二 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测考点二 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 1固定化酶的概念和方法 (1)概念 : 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。 (2)方法:吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。 2.淀粉酶的固定化、淀粉水解的测定实验 (1)淀粉酶的固定化原理 淀粉酶作用的最适条件:最适 pH 为 5.57.5,最适温度为 5075_。 方法:吸附法。 介质:
11、石英砂。 (2)淀粉水解的检测原理 淀粉糊精麦芽糖葡萄糖 淀粉酶 淀粉酶 糖化淀粉酶 遇碘显蓝色 遇碘显红色 遇碘不显色 (3)实验过程 固定化 淀粉酶,装入注射器中 以 0.3mL/min 的流速滴加淀粉溶液过柱 流出 5mL 淀粉溶液后接收 0.5mL 流出液 滴加 KII2溶液,观察颜色,用水稀释 1 倍后再观察颜色 以 10 倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱,放置在 4冰箱中,几天后重复实验 (4)实验结果 对照组实验组 0.5mL 淀 粉溶液 0.5mL流 出液 几天后重复实验中 0.5mL 流出液 加 KII2变蓝红色红色 再加水稀释 1 倍浅蓝浅红色浅红色 (5)实验结论:固定化 淀
12、粉酶能将淀粉水解成糊精。 思考讨论 1热图解读 (1)图甲、乙、丙固定化酶的方法分别是包埋法、共价偶联法和交联法、吸附法。 (2)图甲的原理是:将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。图乙的原理是:利 用共价键、离子键将酶分子相互结合,或将其结合到载体上。图丙的原理是:通过物理吸附 作用,把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体上。 2常见固定化方法及其优缺点 方法优点缺点 吸附法适用的酶范围广,酶活性高酶与载体的结合力较弱,酶容易脱落 共价偶联法、交联法结合稳定,适用范围广制备条件不够温和,酶活性较低 包埋法酶活性高,稳定性也较高适用范围窄 固定化酶能够连续使用,但不是
13、永久使用。酶是具有生物活性的大分子,因此随着使用次数 的增多,酶活性也会降低,如果酶活性降低到一定程度,就会失去使用价值。 3科研人员利用双重固定法,即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接),海藻酸钠作为包埋剂 来固定小麦酯酶,研究固定化酶的性质,并对其最佳固定条件进行了探究。如图显示的是部 分研究结果(注:酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率,包括酶活性和酶的数量),请分 析回答下列问题: (1)从对温度变化的适应性和应用范围的角度分析, 图甲所示结果可以得出的结论是固定化酶 对温度变化的适应性更强且应用范围更广。 (2)图乙曲线表明包埋效果最好时海藻酸钠溶液浓度是多少?当海藻酸钠溶液浓度较低时
14、, 酶 活力低的原因是什么? 提示 3%;海藻酸钠溶液浓度较低时包埋不紧密,酶分子容易漏出,数量不足。 1某校学生尝试用琼脂作载体,用包埋法固定 淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。实验 结果见下表(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通 淀粉酶量相同)。实验表明 1 号试 管中淀粉未被水解,最可能的原因是( ) 1 号试管2 号试管 固定化淀粉酶 普通 淀粉酶 淀粉溶液 60保温 5min,取出冷却至室温,滴加碘碘化钾溶液 现象变蓝不变蓝 A.实验中的温度过高,导致固定化淀粉酶失去活性 B淀粉是大分子物质,难以通过琼脂与淀粉酶接触 C水浴保温时间过短,固定化淀粉酶未将淀粉水解 D实验程序出现错误,
15、试管中应先加入碘碘化钾溶液后保温 答案 B 解析 由于固定化酶是用包埋法固定的,而淀粉是大分子物质,它不能通过琼脂与酶充分接 触,导致淀粉不能被水解而遇碘碘化钾溶液呈现蓝色。 2(2017杭州模拟)酶经过固定化后,不仅能提高酶的稳定性,而且容易与产物分开,具有可 反复使用等优点。如图 1 为利用枯草杆菌生产 淀粉酶及酶固定化实验流程图,请回答有关问 题: (1)筛选高表达菌株的最简便方法之一是_。 一般通过_、 _实现。 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 淀粉酶固定在_的介质上成为固定化酶。 (3)如图 2 是实验室中 淀粉酶的固定化装置示
16、意图。 实验过程涉及两次蒸馏水洗涤反应柱 的操作, 所用的蒸馏水体积为装填体积的_, 第二次洗涤的目的是除去_。 (4)若图 2 中的液体 X 为淀粉溶液,从反应柱下端接取少量流出液进行 KII2颜色测试,结 果未呈现红色。下列有关此现象的解释错误的是( ) A反应柱中没有 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 答案 (1)单菌落分离 划线分离法 (稀释)涂布分离法 液体 (2)非水溶性 (3)10 倍 残留的淀粉溶液 (4)D 解析 (1)筛选高表达菌株的最简便方法之一就是单菌落分离, 常用的方法是划线分离法和涂 布分离法 ; 用于扩大培
17、养的培养基通常是液体培养基。(2)固定化酶就是利用物理或化学的方 法将 淀粉酶固定在非水溶性的介质上。(3)实验中用 10 倍体积的蒸馏水洗涤层析柱以除 去未吸附的游离的淀粉酶。(4)淀粉在 淀粉酶的作用下,不会被水解成葡萄糖。 直接使用酶和固定化酶的比较 比较项目直接使用酶固定化酶 制作方法 吸附法、共价偶联法、交联法、 包埋法等 是否需要 营养物质 否否 酶的种类一种或多种一种 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)各种物质(大分子、小分子) 缺点 对环境条件非常敏感,易失活; 难回收,成本高,影响产品质量 不利于催化一系列反应 优点催化效率高、耗能低、低污染 既能与反
18、应底物接触,又能与 产物分离;可以重复使用 模拟演练模拟演练 1下列有关果胶酶及果胶酶实验探究的叙述,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探究温度对果胶酶活性的影响时,温度、苹果泥、果胶酶的用量及反应时间等都是自变量 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 答案 D 解析 探究果胶酶的用量时,pH、温度会影响实验结果;葡萄糖异构酶不属于果胶酶;探究 温度对果胶酶活性的影响实验中,温度为单一变量,其他因素保持不变。 2下列关于固定化酶的说法,错误的是( ) A固定化酶的不足之处是不能催化一系列
19、反应 B固定化酶可再次利用,降低了生产成本 C固定后的酶既能与反应物接触,又能与反应物分离 D固定化酶易溶于水 答案 D 解析 由于酶具有专一性,因此固定化酶不能催化一系列反应,A 项正确;固定化酶可反复 利用,降低了生产成本,B 项正确 ; 固定后的酶既能与反应物接触,又能与反应物分离,C 项 正确;固定化酶不易溶于水,易与反应物分离,D 项错误。 3(2016浙江 4 月选考,32 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核糖 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
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- 浙江 专版 2019 高考 生物 一轮 复习 第九 单元 实验 专题 31 应用 教案
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