專題3酶的應(yīng)用

一、探討加酶洗衣粉的洗滌效果1.加酶洗衣粉(1)常用酶制劑的種類及洗滌原理和實(shí)例：種類洗滌原理洗滌實(shí)例蛋白酶脂肪酶淀粉酶纖維素酶血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質(zhì)污垢油漬、人體皮脂、口紅來(lái)自面條、巧克力等的污垢①蛋白質(zhì)小分子肽+氨基酸蛋白酶②脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶③淀粉麥芽糖淀粉酶使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松,從而使?jié)B入到纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸,達(dá)到更好的去污效果。(2)影響酶活性的因素：____、酸堿度和___________。2.探究不同類型加酶洗衣粉的洗滌效果(1)實(shí)驗(yàn)原理：酶的催化作用具有_______，復(fù)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(duì)各種污漬都有較好的洗滌效果。(2)實(shí)驗(yàn)變量：①自變量：__________。②無(wú)關(guān)變量：其他條件相同且適宜(如_____、____等)。溫度表面活性劑專一性加酶洗衣粉溫度pH(3)實(shí)驗(yàn)步驟：步驟

燒杯編號(hào)

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

注入自來(lái)水

500mL500mL_______加入物質(zhì)(等量)

______奶漬布

奶漬布

控制水溫

37℃37℃_____加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉復(fù)合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒攪拌5min5min5min觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顏色淺______顏色淺500mL奶漬布37℃已消失【點(diǎn)撥】該實(shí)驗(yàn)的自變量為洗衣粉的種類，其他為無(wú)關(guān)變量，根據(jù)單一變量原則和等量原則可知，自來(lái)水的量、加入物質(zhì)及水溫應(yīng)一致。

二、酵母細(xì)胞的固定化1.固定化酶(1)應(yīng)用原理：將酶固定在顆粒狀的____上，使酶既易_____，又易于____，可以重復(fù)使用。(2)應(yīng)用實(shí)例：①反應(yīng)機(jī)理：葡萄糖_____②固定化酶反應(yīng)柱：反應(yīng)柱的篩板不允許_______通過(guò)，但________可以自由出入；反應(yīng)時(shí)葡萄糖溶液從_____注入，反應(yīng)后的物質(zhì)從______流出。載體催化回收葡萄糖異構(gòu)果糖__________酶顆粒溶液反應(yīng)上端下端酶2.固定化細(xì)胞技術(shù)(1)方法：________、化學(xué)結(jié)合法和___________。(2)操作流程：包埋法物理吸附法酵母細(xì)胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸鈉溶液海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合固定化酵母細(xì)胞(3)注意事項(xiàng)：①酵母細(xì)胞的活化：酵母細(xì)胞活化所需時(shí)間較___，活化后體積會(huì)變___。②海藻酸鈉溶液的制備：加熱溶解海藻酸鈉是實(shí)驗(yàn)中最重要的一環(huán)，最好采用______________的方法，另外海藻酸鈉溶液的濃度也影響實(shí)驗(yàn)的成敗。短大小火或間斷加熱【點(diǎn)撥】檢測(cè)凝膠珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：①用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒(méi)有液體流出，就表明制作成功。②在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。

有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.探究酶活性最適條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(1)思路方法：探究不同溫度(或pH)對(duì)加酶洗衣粉的影響時(shí)，溫度(或pH)作為自變量，有效地控制其他無(wú)關(guān)變量，通過(guò)設(shè)置合理的溫度(或pH)梯度來(lái)確定最適值。(2)注意事項(xiàng)：由于所設(shè)置的溫度梯度或pH梯度并不是真正連續(xù)的，通過(guò)一次實(shí)驗(yàn)只能得到在所設(shè)值中活性最高，最接近于最適值的溫度或pH，但不是最適值。可圍繞活性最高值設(shè)置更小的梯度值進(jìn)一步探究最適值。(3)衡量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的指標(biāo)：①在相同時(shí)間內(nèi)，洗出的污漬多少。②洗凈等量衣物上的污漬所需時(shí)間的長(zhǎng)短。2.分析不同種類洗衣粉對(duì)同一污漬洗滌效果的實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)原理：酶的催化作用具有專一性，復(fù)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(duì)各種污漬都有較好的洗滌效果。(2)實(shí)驗(yàn)變量：①自變量：不同種類的加酶洗衣粉。②無(wú)關(guān)變量：其他條件相同且適宜(如溫度、pH等)。【高考警示鐘】

酶活性不等同于酶促反應(yīng)速率同等條件下的酶促反應(yīng)速率的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性與酶促反應(yīng)速率仍然是兩個(gè)完全不同的概念，其影響因素也不完全相同，如酶的濃度、反應(yīng)物的濃度可以影響反應(yīng)速率，但不能影響酶的活性。【典例訓(xùn)練1】洗衣粉是人們?nèi)粘Ｉ钏匦璧模型瑢W(xué)對(duì)加酶洗衣粉的作用很感興趣，為此做了以下實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：①用天平稱取加酶洗衣粉若干份，每份5克。②制作被牛奶和藍(lán)墨水處理過(guò)的同一布料若干份。牛奶主要含蛋白質(zhì)和脂肪，藍(lán)墨水主要成分是阿拉伯樹(shù)膠(植物纖維)、鞣酸與硫酸亞鐵，布料污漬大小以滴管滴數(shù)為準(zhǔn)。③取2只500毫升燒杯，依次編號(hào)為A、B，分別加入200毫升水和一份已稱好的洗衣粉，放入10℃的水浴鍋中，并且攪拌。④取被牛奶和藍(lán)墨水處理過(guò)的布料各一份，分別同時(shí)放入2只燒杯中，用玻璃棒攪拌，并用秒表記錄除去污漬所需要的時(shí)間。⑤分別以水浴鍋溫度為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，重復(fù)步驟③和④，記錄除去污漬所需要的時(shí)間(分鐘)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表。水溫(℃)

1020304050607080奶漬

48432812641217藍(lán)墨水

93868072686781105請(qǐng)你為上述探究實(shí)驗(yàn)命題：____________________________。(2)解釋在同一水溫下除去兩種污漬時(shí)間不同的原因可能是_____________________________________________________。(3)上述探究過(guò)程(①至④)隱含_____和______兩個(gè)步驟。(4)上述實(shí)驗(yàn)涉及兩項(xiàng)對(duì)照關(guān)系，一項(xiàng)是針對(duì)___________的成分對(duì)照，另一項(xiàng)是針對(duì)___________的條件對(duì)照。這里的條件對(duì)照與一般實(shí)驗(yàn)空白對(duì)照的區(qū)別是____________。(5)請(qǐng)以溫度為橫坐標(biāo)，酶促反應(yīng)速率為縱坐標(biāo)畫(huà)出除去奶漬實(shí)驗(yàn)的大致情況圖。【解題指南】1.考查實(shí)質(zhì)本題主要考查加酶洗衣粉的作用原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析能力。2.解題關(guān)鍵(1)理解酶制劑的作用及特性。(2)掌握酶制劑的影響因素。(3)明確科學(xué)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，即發(fā)現(xiàn)問(wèn)題→提出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→得出結(jié)論。【解析】該實(shí)驗(yàn)探究不同底物及不同溫度對(duì)酶活性的影響，既可以根據(jù)底物不同設(shè)置對(duì)照，也可以根據(jù)溫度不同設(shè)置對(duì)照。加酶洗衣粉中添加了多種酶制劑，如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等，這些酶適宜溫度不同，而且具有專一性。答案：(1)不同溫度條件下加酶洗衣粉對(duì)不同污漬去污率的影響(2)加酶洗衣粉中含有蛋白酶和脂肪酶，酶具有專一性，加的兩種底物不同，酶的作用效果不同(3)提出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(4)不同底物不同溫度條件對(duì)照組互為對(duì)照(或互為實(shí)驗(yàn)組)(5)如圖【變式訓(xùn)練】下列為探究某種加酶洗衣粉所需要的最適溫度實(shí)驗(yàn)方案，其中正確的是()A.取一系列不同溫度、其他條件相同的水，加入相同的污物及等量加酶洗衣粉，看哪一個(gè)溫度中酶的效果最好B.在不同溫度的水中，加入不等量洗衣粉，看哪種效果好C.將加酶洗衣粉加入30℃水中不如加到45℃的水中洗滌效果好，說(shuō)明45℃為最適溫度D.將加酶洗衣粉與普通洗衣粉分別加入37℃的水洗滌同樣的污物，發(fā)現(xiàn)加酶洗衣粉效果好，說(shuō)明加酶洗衣粉的最適溫度為37℃【解析】選A。探究某種加酶洗衣粉所需要的最適溫度，需要以溫度為實(shí)驗(yàn)變量設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，觀察指標(biāo)為不同溫度環(huán)境中洗衣粉的去污效果，其他的無(wú)關(guān)變量均需控制相同。B中洗衣粉不等量。C中溫度變化太小，只能說(shuō)明45℃比30℃酶活性高，而不能說(shuō)明該溫度就是最適溫度。D中實(shí)驗(yàn)變量為酶的有無(wú)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是加酶洗衣粉比普通洗衣粉有較強(qiáng)的去污能力，而不能得到酶的最適溫度。固定化技術(shù)1.固定化酶和固定化細(xì)胞常用的材料固定化酶常用纖維素、瓊脂糖、多孔玻璃和離子交換樹(shù)脂等載體，而固定化細(xì)胞常用瓊脂、海藻酸鈉(鈣)、明膠和聚丙烯酰胺凝膠等。2.直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種數(shù)制作方法是否需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)反應(yīng)底物一種或幾種一種一系列酶化學(xué)結(jié)合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化否否是各種物質(zhì)(大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子)小分子物質(zhì)直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)實(shí)例①對(duì)環(huán)境條件非常敏感,易失活;②難回收,成本高,影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接觸,尤其是大分子物質(zhì),反應(yīng)效率下降催化效率高、耗能低、低污染①既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離;②可以反復(fù)利用成本低、操作容易果膠酶固定化葡萄糖異構(gòu)酶固定化酵母細(xì)胞【高考警示鐘】

固定化實(shí)驗(yàn)中的易錯(cuò)點(diǎn)總結(jié)(1)海藻酸鈉溶液的濃度對(duì)包埋酵母細(xì)胞數(shù)量的影響：①海藻酸鈉溶液濃度過(guò)高，將很難形成凝膠珠；②濃度過(guò)低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)量少。(2)海藻酸鈉溶液配制注意事項(xiàng)：①海藻酸鈉溶化時(shí)要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊；②將溶化后的海藻酸鈉先冷卻至室溫，再與酵母細(xì)胞混合，避免高溫殺死酵母細(xì)胞；③固定化酵母細(xì)胞時(shí)，應(yīng)將海藻酸鈉酵母細(xì)胞的混合液用注射器緩慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。【典例訓(xùn)練2】(2009·江蘇高考)下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述中，正確的是()A.固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢(shì)明顯B.固定化酶的應(yīng)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(jī)磷農(nóng)藥，需提供適宜的營(yíng)養(yǎng)條件D.利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物【解題指南】1.考查實(shí)質(zhì)本題考查了固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)的原理與條件。2.解題關(guān)鍵明確各種情況下固定化細(xì)胞和固定化酶反應(yīng)的條件。【解析】選A。具體分析如下：選項(xiàng)判斷

詳

細(xì)

分

析

A項(xiàng)正確

將合成酶的細(xì)胞直接固定，可以連續(xù)發(fā)揮催化作用

B項(xiàng)錯(cuò)誤固定化酶的耐受性比較好，和溶解氧沒(méi)有關(guān)系

C項(xiàng)錯(cuò)誤利用固定化酶降解水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥，不需要提供適宜的營(yíng)養(yǎng)條件

D項(xiàng)錯(cuò)誤利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類既可以作為反應(yīng)底物，也可以作為碳源來(lái)調(diào)節(jié)酵母菌的代謝方式1.(2012·鹽城模擬)加酶洗衣粉的酶不易失活，下列不屬于其原因的是()A.通過(guò)基因工程生產(chǎn)出的特殊酶B.用特殊化學(xué)物質(zhì)將酶包裹，使其與其他成分隔離C.加酶洗衣粉的酶是固定化酶D.加酶洗衣粉的酶能耐酸、耐堿、忍受表面活性劑和較高溫度【解析】選C。加酶洗衣粉之所以不易失活，是因?yàn)樵诒砻嬗锰厥獾幕瘜W(xué)物質(zhì)進(jìn)行了包裹保護(hù)。加酶洗衣粉一旦使用，則不可回收，不屬于固定化酶的應(yīng)用。2.某同學(xué)進(jìn)行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗滌效果的比較”課題研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：①設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn)，分別使用蛋白酶洗衣粉和復(fù)合酶洗衣粉；②兩組實(shí)驗(yàn)的洗衣粉用量、被洗滌的衣物量、衣物質(zhì)地、污染物性質(zhì)和量、被污染的時(shí)間、洗滌時(shí)間、洗滌方式等全部相同，洗滌溫度都為35℃；③根據(jù)污漬去除程度得出結(jié)論。這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，錯(cuò)誤的是()A.①B.①②C.②D.②③【解析】選A。課題研究的變量是洗衣粉中酶的有無(wú)，所以①設(shè)置中應(yīng)分別用普通洗衣粉和復(fù)合酶洗衣粉。3.對(duì)配制海藻酸鈉溶液的敘述不正確的是()A.加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)B.海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量C.海藻酸鈉的濃度并不是越高越好D.海藻酸鈉的濃度過(guò)高，形成凝膠珠內(nèi)包埋細(xì)胞過(guò)少【解析】選D。配制海藻酸鈉溶液的過(guò)程中，加熱使海藻酸鈉溶化是最重要的一環(huán)，關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成敗；海藻酸鈉溶液的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量；如果海藻酸鈉溶液的濃度過(guò)高，很難形成凝膠珠，如果濃度過(guò)低，形成的凝膠珠包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目就少，影響實(shí)驗(yàn)效果。4.(2010·江蘇高考)如圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述不正確的是()A.剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液B.圖1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠C.圖2發(fā)酵過(guò)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(zhuǎn)移到圖2裝置中【解析】選A。本題主要考查基本知識(shí)的識(shí)記能力和讀圖能力。解答此題應(yīng)注意以下關(guān)鍵點(diǎn)：固定化酵母細(xì)胞的操作細(xì)節(jié)；固定化酵母細(xì)胞的應(yīng)用。剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)冷卻至室溫后與活化的酵母細(xì)胞混合，A項(xiàng)錯(cuò)誤；圖1中CaCl2溶液可使海藻酸鈉形成凝膠珠，B項(xiàng)正確；圖2中要進(jìn)行攪拌以使培養(yǎng)液與細(xì)胞充分接觸，C項(xiàng)正確；圖1中制備的凝膠珠要經(jīng)過(guò)洗滌再移到圖2裝置中，D項(xiàng)正確。5.(多選)(2012·無(wú)錫模擬)為了探究影響洗衣粉洗滌效果的因素，有人將一種無(wú)酶洗衣粉分成3等份，向甲、乙組洗衣粉中加入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，實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如下表：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(shí)間/min67668852518336347711126891167清除油漬時(shí)間/min93789587639182468575277769868下列針對(duì)該實(shí)驗(yàn)的敘述不正確的是()A.甲組洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶，乙組只加入了蛋白酶B.將溫度漸升至90℃，甲組清除血漬的時(shí)間會(huì)逐漸縮短C.甲、乙兩組洗衣粉洗滌效果有差異，說(shuō)明酶的作用具有高效性D.實(shí)驗(yàn)表明，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和適當(dāng)提高溫度【解析】選A、B、C。血液中含有蛋白質(zhì)和脂肪，油漬中不含蛋白質(zhì)而含脂肪。分別將甲組和乙組與丙組進(jìn)行比較，則甲組加入了蛋白酶，乙組加入了蛋白酶和脂肪酶，A項(xiàng)錯(cuò)誤。溫度過(guò)高，酶會(huì)變性失活，B項(xiàng)錯(cuò)誤。由表格分析可見(jiàn)，甲、乙兩組洗衣粉洗滌效果有差異，但兩者的差異不是加酶與不加酶導(dǎo)致，不能說(shuō)明酶的作用具有高效性，C項(xiàng)錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)表明，針對(duì)污漬的成分添加相應(yīng)的酶或一定范圍內(nèi)適當(dāng)提高溫度，都能縮短清除污漬的時(shí)間，D項(xiàng)正確。6.(2012·武漢模擬)加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉，可以水解掉衣物中的蛋白質(zhì)等有機(jī)污漬。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)構(gòu)成堿性蛋白酶的基本單位是_______，堿性蛋白酶的合成場(chǎng)所位于細(xì)胞中的_______________。(2)由圖可知，該實(shí)驗(yàn)的目的是探究______________________。50℃時(shí)加酶洗衣粉中堿性蛋白酶的最適含量是_______%。(3)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗滌效果的有關(guān)記錄。臉盆編號(hào)

洗滌物(等量)洗滌溫度洗衣粉(等量)水量洗凈所需時(shí)間1油污布45℃

加酶

2L4min2油污布

45℃普通2L7min3油污布

5℃加酶

2L