(江苏专用)2019版高中生物全程练习方略配套资料：酶的应用

专题3酶的应用

一、探讨加酶洗衣粉的洗涤效果1.加酶洗衣粉(1)常用酶制剂的种类及洗涤原理和实例：种类洗涤原理洗涤实例蛋白酶脂肪酶淀粉酶纤维素酶血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢油渍、人体皮脂、口红来自面条、巧克力等的污垢①蛋白质小分子肽+氨基酸蛋白酶②脂肪甘油+脂肪酸脂肪酶③淀粉麦芽糖淀粉酶使纤维的结构变得蓬松,从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触,达到更好的去污效果。(2)影响酶活性的因素：____、酸碱度和___________。2.探究不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果(1)实验原理：酶的催化作用具有_______，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。(2)实验变量：①自变量：__________。②无关变量：其他条件相同且适宜(如_____、____等)。温度表面活性剂专一性加酶洗衣粉温度pH(3)实验步骤：步骤

烧杯编号

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

注入自来水

500mL500mL_______加入物质(等量)

______奶渍布

奶渍布

控制水温

37℃37℃_____加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉复合酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉用玻璃棒搅拌5min5min5min观察实验现象颜色浅______颜色浅500mL奶渍布37℃已消失【点拨】该实验的自变量为洗衣粉的种类，其他为无关变量，根据单一变量原则和等量原则可知，自来水的量、加入物质及水温应一致。

二、酵母细胞的固定化1.固定化酶(1)应用原理：将酶固定在颗粒状的____上，使酶既易_____，又易于____，可以重复使用。(2)应用实例：①反应机理：葡萄糖_____②固定化酶反应柱：反应柱的筛板不允许_______通过，但________可以自由出入；反应时葡萄糖溶液从_____注入，反应后的物质从______流出。载体催化回收葡萄糖异构果糖__________酶颗粒溶液反应上端下端酶2.固定化细胞技术(1)方法：________、化学结合法和___________。(2)操作流程：包埋法物理吸附法酵母细胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞(3)注意事项：①酵母细胞的活化：酵母细胞活化所需时间较___，活化后体积会变___。②海藻酸钠溶液的制备：加热溶解海藻酸钠是实验中最重要的一环，最好采用______________的方法，另外海藻酸钠溶液的浓度也影响实验的成败。短大小火或间断加热【点拨】检测凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法：①用镊子夹起一个凝胶珠放到实验台上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明制作成功。②在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。

有关酶的实验设计1.探究酶活性最适条件的实验设计(1)思路方法：探究不同温度(或pH)对加酶洗衣粉的影响时，温度(或pH)作为自变量，有效地控制其他无关变量，通过设置合理的温度(或pH)梯度来确定最适值。(2)注意事项：由于所设置的温度梯度或pH梯度并不是真正连续的，通过一次实验只能得到在所设值中活性最高，最接近于最适值的温度或pH，但不是最适值。可围绕活性最高值设置更小的梯度值进一步探究最适值。(3)衡量实验结果的指标：①在相同时间内，洗出的污渍多少。②洗净等量衣物上的污渍所需时间的长短。2.分析不同种类洗衣粉对同一污渍洗涤效果的实验(1)实验原理：酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。(2)实验变量：①自变量：不同种类的加酶洗衣粉。②无关变量：其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。【高考警示钟】

酶活性不等同于酶促反应速率同等条件下的酶促反应速率的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速率仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速率，但不能影响酶的活性。【典例训练1】洗衣粉是人们日常生活所必需的，有同学对加酶洗衣粉的作用很感兴趣，为此做了以下实验探究。实验过程：①用天平称取加酶洗衣粉若干份，每份5克。②制作被牛奶和蓝墨水处理过的同一布料若干份。牛奶主要含蛋白质和脂肪，蓝墨水主要成分是阿拉伯树胶(植物纤维)、鞣酸与硫酸亚铁，布料污渍大小以滴管滴数为准。③取2只500毫升烧杯，依次编号为A、B，分别加入200毫升水和一份已称好的洗衣粉，放入10℃的水浴锅中，并且搅拌。④取被牛奶和蓝墨水处理过的布料各一份，分别同时放入2只烧杯中，用玻璃棒搅拌，并用秒表记录除去污渍所需要的时间。⑤分别以水浴锅温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，重复步骤③和④，记录除去污渍所需要的时间(分钟)，实验结果如下表。水温(℃)

1020304050607080奶渍

48432812641217蓝墨水

93868072686781105请你为上述探究实验命题：____________________________。(2)解释在同一水温下除去两种污渍时间不同的原因可能是_____________________________________________________。(3)上述探究过程(①至④)隐含_____和______两个步骤。(4)上述实验涉及两项对照关系，一项是针对___________的成分对照，另一项是针对___________的条件对照。这里的条件对照与一般实验空白对照的区别是____________。(5)请以温度为横坐标，酶促反应速率为纵坐标画出除去奶渍实验的大致情况图。【解题指南】1.考查实质本题主要考查加酶洗衣粉的作用原理和实验设计与分析能力。2.解题关键(1)理解酶制剂的作用及特性。(2)掌握酶制剂的影响因素。(3)明确科学的发现过程，即发现问题→提出假设→设计实验→得出结论。【解析】该实验探究不同底物及不同温度对酶活性的影响，既可以根据底物不同设置对照，也可以根据温度不同设置对照。加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等，这些酶适宜温度不同，而且具有专一性。答案：(1)不同温度条件下加酶洗衣粉对不同污渍去污率的影响(2)加酶洗衣粉中含有蛋白酶和脂肪酶，酶具有专一性，加的两种底物不同，酶的作用效果不同(3)提出假设设计实验(4)不同底物不同温度条件对照组互为对照(或互为实验组)(5)如图【变式训练】下列为探究某种加酶洗衣粉所需要的最适温度实验方案，其中正确的是()A.取一系列不同温度、其他条件相同的水，加入相同的污物及等量加酶洗衣粉，看哪一个温度中酶的效果最好B.在不同温度的水中，加入不等量洗衣粉，看哪种效果好C.将加酶洗衣粉加入30℃水中不如加到45℃的水中洗涤效果好，说明45℃为最适温度D.将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37℃的水洗涤同样的污物，发现加酶洗衣粉效果好，说明加酶洗衣粉的最适温度为37℃【解析】选A。探究某种加酶洗衣粉所需要的最适温度，需要以温度为实验变量设置对照实验，观察指标为不同温度环境中洗衣粉的去污效果，其他的无关变量均需控制相同。B中洗衣粉不等量。C中温度变化太小，只能说明45℃比30℃酶活性高，而不能说明该温度就是最适温度。D中实验变量为酶的有无，实验结论是加酶洗衣粉比普通洗衣粉有较强的去污能力，而不能得到酶的最适温度。固定化技术1.固定化酶和固定化细胞常用的材料固定化酶常用纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体，而固定化细胞常用琼脂、海藻酸钠(钙)、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等。2.直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数制作方法是否需要营养物质反应底物一种或几种一种一系列酶化学结合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化否否是各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质直接使用酶固定化酶固定化细胞缺点优点实例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反应物不易与酶接触,尤其是大分子物质,反应效率下降催化效率高、耗能低、低污染①既能与反应物接触,又能与产物分离;②可以反复利用成本低、操作容易果胶酶固定化葡萄糖异构酶固定化酵母细胞【高考警示钟】

固定化实验中的易错点总结(1)海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响：①海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠；②浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。(2)海藻酸钠溶液配制注意事项：①海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊；②将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞；③固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。【典例训练2】(2009·江苏高考)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述中，正确的是()A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B.固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件D.利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物【解题指南】1.考查实质本题考查了固定化酶和固定化细胞技术的原理与条件。2.解题关键明确各种情况下固定化细胞和固定化酶反应的条件。【解析】选A。具体分析如下：选项判断

详

细

分

析

A项正确

将合成酶的细胞直接固定，可以连续发挥催化作用

B项错误固定化酶的耐受性比较好，和溶解氧没有关系

C项错误利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，不需要提供适宜的营养条件

D项错误利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类既可以作为反应底物，也可以作为碳源来调节酵母菌的代谢方式1.(2012·盐城模拟)加酶洗衣粉的酶不易失活，下列不属于其原因的是()A.通过基因工程生产出的特殊酶B.用特殊化学物质将酶包裹，使其与其他成分隔离C.加酶洗衣粉的酶是固定化酶D.加酶洗衣粉的酶能耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度【解析】选C。加酶洗衣粉之所以不易失活，是因为在表面用特殊的化学物质进行了包裹保护。加酶洗衣粉一旦使用，则不可回收，不属于固定化酶的应用。2.某同学进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的比较”课题研究。实验设计如下：①设置两组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉；②两组实验的洗衣粉用量、被洗涤的衣物量、衣物质地、污染物性质和量、被污染的时间、洗涤时间、洗涤方式等全部相同，洗涤温度都为35℃；③根据污渍去除程度得出结论。这个实验设计中，错误的是()A.①B.①②C.②D.②③【解析】选A。课题研究的变量是洗衣粉中酶的有无，所以①设置中应分别用普通洗衣粉和复合酶洗衣粉。3.对配制海藻酸钠溶液的叙述不正确的是()A.加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环B.海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量C.海藻酸钠的浓度并不是越高越好D.海藻酸钠的浓度过高，形成凝胶珠内包埋细胞过少【解析】选D。配制海藻酸钠溶液的过程中，加热使海藻酸钠溶化是最重要的一环，关系到实验的成败；海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量；如果海藻酸钠溶液的浓度过高，很难形成凝胶珠，如果浓度过低，形成的凝胶珠包埋的酵母细胞的数目就少，影响实验效果。4.(2010·江苏高考)如图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，下列叙述不正确的是()A.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液B.图1中X溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠C.图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触D.图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中【解析】选A。本题主要考查基本知识的识记能力和读图能力。解答此题应注意以下关键点：固定化酵母细胞的操作细节；固定化酵母细胞的应用。刚溶化的海藻酸钠应冷却至室温后与活化的酵母细胞混合，A项错误；图1中CaCl2溶液可使海藻酸钠形成凝胶珠，B项正确；图2中要进行搅拌以使培养液与细胞充分接触，C项正确；图1中制备的凝胶珠要经过洗涤再移到图2装置中，D项正确。5.(多选)(2012·无锡模拟)为了探究影响洗衣粉洗涤效果的因素，有人将一种无酶洗衣粉分成3等份，向甲、乙组洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，实验结果记录如下表：水温/℃

1020304050组别甲

乙丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

清除血渍时间/min67668852518336347711126891167清除油渍时间/min93789587639182468575277769868下列针对该实验的叙述不正确的是()A.甲组洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶，乙组只加入了蛋白酶B.将温度渐升至90℃，甲组清除血渍的时间会逐渐缩短C.甲、乙两组洗衣粉洗涤效果有差异，说明酶的作用具有高效性D.实验表明，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和适当提高温度【解析】选A、B、C。血液中含有蛋白质和脂肪，油渍中不含蛋白质而含脂肪。分别将甲组和乙组与丙组进行比较，则甲组加入了蛋白酶，乙组加入了蛋白酶和脂肪酶，A项错误。温度过高，酶会变性失活，B项错误。由表格分析可见，甲、乙两组洗衣粉洗涤效果有差异，但两者的差异不是加酶与不加酶导致，不能说明酶的作用具有高效性，C项错误。实验表明，针对污渍的成分添加相应的酶或一定范围内适当提高温度，都能缩短清除污渍的时间，D项正确。6.(2012·武汉模拟)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，可以水解掉衣物中的蛋白质等有机污渍。请回答下列问题：

(1)构成碱性蛋白酶的基本单位是_______，碱性蛋白酶的合成场所位于细胞中的_______________。(2)由图可知，该实验的目的是探究______________________。50℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量是_______%。(3)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的有关记录。脸盆编号

洗涤物(等量)洗涤温度洗衣粉(等量)水量洗净所需时间1油污布45℃

加酶

2L4min2油污布

45℃普通2L7min3油污布

5℃加酶

2L