最新人教版高中生物选修一专题4《酶的研究与应用》导学案.docx
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最新人教版高中生物选修一专题4《酶的研究与应用》导学案
最新人教版高中生物选修一专题4《酶的研究与应用》导学案
第12课时 果胶酶在果汁生产中的作用
目标导航
1.简述果胶酶的作用。
2.检测果胶酶的活性。
3.探究温度、pH和酶的抑制剂对果胶酶活性的影响及果胶酶的最适用量。
一、基础知识
1．果胶酶的作用
（1）果胶的成分及作用：
果胶是植物________以及________的主要组成成分之一,它是由________________聚合而成的一种高分子化合物,不溶于水。
（2）果胶酶的作用：
果胶酶能够把果胶分解成可溶性的________________。
（3）果胶酶的组成：
果胶酶并不特指某一种酶,而是____________的一类酶的总称,包括________________、________________和____________等。
提醒 由于原核生物的细胞壁的主要成分是肽聚糖,真菌细胞壁的主要成分是几丁质,因此这两类生物的细胞壁均不能用纤维素酶和果胶酶除去。
（4）果胶酶的来源：
______、________、________和________均能产生果胶酶。
由________发酵生产的果胶酶是食品加工业中使用量最大的酶制剂之一,被广泛地应用于果汁加工业。
2．酶的活性与影响酶活性的因素
（1）酶的活性：
是指酶________________的能力。
酶活性的高低可以用在一定条件下,酶所催化的某一化学反应的____________来表示。
（2）酶的反应速度：
用____________内、____________中反应物的________或产物的________来表示。
影响酶活性的因素主要有________、________和____________等。
3．酶的用量
酶用量过多,会导致酶的________；酶用量过少,会________酶促反应的速度。
因此要得到适宜的酶用量,需通过设计实验进行探究。
二、实验设计
1．探究温度对酶活性的影响
（1）实验原理
①果胶酶活性受温度影响。
在一定范围内,随着温度的升高,酶的活性逐渐________；超过一定温度之后,随着温度的升高,酶的活性逐渐降低；当达到一定温度后,酶的活性____________。
酶的活性随温度的升高而变化的趋势可用下图表示：
②通过测定____________内滤出的________________大小来判断果胶酶的活性的原理是：
果胶酶将果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸,半乳糖醛酸可通过滤纸,因此________________和________________反映了果胶酶催化分解果胶的能力。
在不同的温度和pH条件下,果胶酶的活性越高,苹果汁的体积就________,同时果汁也越________。
（2）实验操作流程
各取一支分9组,分别放入30℃、35℃、40℃、45℃、
50℃、55℃、60℃、65℃和70℃的恒温水箱中恒温加热
↓
↓
恒温保持10min
↓
比较果汁的澄清度,或过滤果汁,用量筒测量果汁的
量,并记录结果
（3）记录结果
实验温度
30℃
35℃
40℃
45℃
50℃
55℃
60℃
65℃
70℃
果汁量
（mL）
（4）实验分析
①本实验的实验对象是____________,温度为________,属于探究性的定量实验。
这类实验的自变量通常是通过设置梯度来确定最适值。
第一轮实验设置的梯度差通常较大,缩小范围后,在第二轮实验中可设置较小的梯度差。
酶遇高温变性后,很难再恢复活性,不宜再回收利用。
②在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理,其目的是____________________________相同,避免苹果泥与果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响果胶酶的活性。
提醒
（1）探究不同温度（或pH）对果胶酶活性的影响,温度（或pH）为自变量,且应严格控制其他无关变量均相同,通过设置合理的温度（或pH）梯度来确定最适值。
（2）在苹果泥和果胶酶混合之前,一定要保证底物和酶先达到相同的条件（温度或pH）,避免混合后条件发生变化,以确保实验结果的准确性。
2．探究pH对酶活性的影响
（1）实验原理
大部分酶的活性受pH的影响,在一定pH下,酶促反应具有最大速度,高于或低于此pH,反应速度都下降,通常称此pH为酶反应的________。
pH对酶活性的影响可用下图表示：
（2）实验流程及注意问题
①用搅拌器搅拌制取苹果泥,苹果泥来源要________（最好是同一个苹果）。
注意 制取苹果泥时,可先将苹果切成小块放入搅拌器中,加入适量的水后再进行搅拌；如果用橙子做实验,不必去皮。
②将分别装有________和________的试管在恒温水浴中保温。
注意 a．苹果泥的用量和果胶酶的用量比例要适当。
b．恒温水浴的温度可用上一实验测出的最适温度。
③将苹果泥和果胶酶分别加入9组实验用的试管中（pH梯度可设置为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0）,并快速混合调节pH。
注意 a．在探究不同pH对果胶酶活性的影响时,可以用体积分数为0.1%的NaOH溶液或盐酸调节pH。
b．在用果胶酶处理苹果泥时,为了使果胶酶能够充分地催化反应,应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。
④放进恒温水浴中反应一段时间。
⑤将试管中混合物过滤,并用量筒量取果汁体积,比较果汁多少。
⑥记录实验结果,确定最适pH。
pH
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
果汁量（mL）
3.探究果胶酶的用量
（1）实验原理
实验中如果随着酶的用量增加,过滤到的果汁的体积也增加,说明酶的____________；当酶的用量增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤到的果汁的体积____________,说明酶的用量已经足够,那么,这个值就是酶的____________。
（2）实验流程
①准确称取纯的果胶酶1mg、2mg、3mg、4mg、5mg、6mg、7mg、8mg、9mg,配制成________体积的酶的水溶液,取等量放入9支试管中,依次编号为1～9号。
制取苹果泥并称45g苹果泥,分装入9支试管中,每支试管中分装5g,依次编号为1～9号。
②将上述分别装有果胶酶和苹果泥的试管放入37℃的恒温水浴中平衡内外温度。
③一段时间后将不同浓度的果胶酶分别迅速与各试管的苹果泥混合,然后再放入恒温水浴中。
④记录反应时间,约20min。
⑤过滤后测量果汁体积。
试管
1
2
3
4
5
6
7
8
9
果汁量（mL）
（3）结果分析及评价
①温度和pH在很大程度上对酶的空间结构会产生巨大的影响。
②因有其他无关变量影响,实际用量比理论值稍多。
一般为50mg/L左右,因为用此浓度处理果汁2～4h后出汁率增加10%后不再增加。
当然,不同果汁的使用量有较大差别。
③实验中所用的果胶酶尽量使用其纯酶制剂或不含抑制物的粗酶制剂,以免影响对酶用量的估算。
知识点一 果胶酶在果汁生产中的作用
1．下列关于果胶酶的说法,正确的是（ ）
A．果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素
B．果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物
C．果胶酶不特指某种酶,而是分解果胶的一类酶的总称
D．果胶酶的化学本质是RNA
2．果胶酶的作用底物是果胶,下列有关叙述正确的是（ ）
A．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一
B．果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖,使得浑浊的果汁变澄清
C．果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物
D．果胶酶就是果胶分解酶的简称
知识点二 实验设计
3．探究温度对果胶酶活性的影响、pH对酶活性的影响、果胶酶的用量三个实验中,实验变量依次为（ ）
A．温度、酶活性、酶用量
B．苹果泥用量、pH、果汁量
C．反应时间、酶活性、酶用量
D．温度、pH、果胶酶用量
4．下列操作错误的是（ ）
A．用橙子做本课题的实验,应去掉橙皮
B．用体积分数为0.1%的NaOH溶液或盐酸调节pH
C．为了使果胶酶能够充分地进行催化反应,应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物
D．制作苹果泥时,可先将苹果切成小块放入榨汁机中
一、选择题
1．在不损伤高等植物细胞内部结构的情况下,下列哪种物质适于除去细胞壁（ ）
A．蛋白酶B．盐酸
C．果胶酶D．淀粉酶
2．下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系,下列叙述错误的是（ ）
A．在B点之前,果胶酶的活性和温度成正比,之后,成反比
B．当温度到B点时,果胶酶的活性最高,酶的催化作用最高
C．A点时,果胶酶的活性很低,但随着温度升高,果胶酶的活性可以上升
D．C点时,果胶酶的活性也很低,当温度降低时,酶的活性也可以上升
3．下列关于果胶酶作用的叙述,错误的是（ ）
A．果胶酶是一种催化剂,可以改变反应速度
B．果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层
C．在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清
D．果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸
4．下列各项能表示酶活性高低的是（ ）
A．单位时间、单位体积内反应物的总量
B．一段时间后生成物的总量
C．一段时间后,一定体积中消耗的反应物的量
D．单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量
5．在“探究温度对酶活性的影响”实验中,下列说法不正确的是（ ）
A．可准备一组烧杯,分别盛有不同温度的水
B．将苹果泥和果胶酶混合后放在不同温度的烧杯中恒温水浴处理
C．不同温度梯度之间可相互对照
D．温度过高时,果胶酶会变性失活
6．在“探究pH对酶活性的影响”实验中,不正确的是（ ）
A．自变量是不同的pH梯度
B．控制不变的量有温度、底物浓度、酶浓度、反应时间等
C．可通过测定滤出的果汁体积判断果胶酶的最适pH
D．pH过低时,果胶酶活性变小,但不失活
7．在“探究果胶酶的用量”实验中,下列说法不正确的是（ ）
A．实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液
B．底物浓度一定时,随酶用量的增大滤出的果汁增多
C．本实验应控制在适宜温度和pH条件下
D．反应液的pH必须相同
8．下列关于果胶酶的叙述,正确的是（ ）
①具有分泌功能的细胞产生的 ②凡是活细胞都能产生果胶酶 ③果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸 ④植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶 ⑤果胶酶特指分解果胶的一种酶 ⑥纤维素酶和果胶酶可用于去除植物细胞壁 ⑦组成果胶酶的基本单位是氨基酸或核苷酸
A．①②⑦B．②③⑥
C．③④⑥D．③④⑤
二、简答题
9．某同学用实验来探究pH对果胶酶活性的影响。
他准备了5份含有等量果胶酶溶液的试管,用0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液调节至不同的pH,每支试管加五块0.1cm3的正方体苹果块,试管均置于25℃室温条件下。
（1）请你帮助选取pH梯度：
__________________________________________________。
（2）请设计两种方法改进实验,使实验在更短时间内完成。
________________________________________________________________________。
（3）生成果汁的量与酶活性强弱的关系是：
____________________________________
________________________________________________________________________。
可根据__________________________________________________________________来判断最适pH。
（4）为确认澄清果汁的大量生成是由于果胶酶的作用,还应对实验进行怎样的设计？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
10．我国水果生产发展迅速,由于收获的季节性强,易造成积压,腐烂变质,为了解决上述问题且满足不同人群的需求,可以将水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。
在果汁生产中要用到果胶酶,某生物研究小组为了探究果胶酶的某些特性,进行了如下实验：
（1）实验方法：
按如图所示的顺序进行操作。
（2）实验结果：
对照组与实验组进行了相同时间的实验,结果如下图所示：
①图中自变量是温度,除此之外还可用__________来表示。
A．酶的浓度B．苹果泥的量
C．水的加入量D．pH
②图中的纵坐标还可用________________来表示。
③实验小组改变了实验条件后重复做以上实验,得到曲线乙,苹果汁的澄清度最高点对应的横坐标是同一位置的原因是：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④步骤b中在果胶酶和苹果泥混合前,将两者分装在不同试管中,恒温的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第12课时 果胶酶在果汁生产中的作用
知识清单
一、1.
（1）细胞壁 胞间层 半乳糖醛酸
（2）半乳糖醛酸
（3）分解果胶 多聚半乳糖醛酸酶 果胶分解酶 果胶酯酶 （4）植物 霉菌 酵母菌 细菌 霉菌
2．
（1）催化一定化学反应 反应速度
（2）单位时间 单位体积 减少量 增加量 温度 pH 酶的抑制剂 3.浪费 限制
二、1.
（1）①增强 全部丧失 ②单位时间 苹果汁的体积
苹果汁的体积大小 果汁的澄清度 越大 澄清 （4）①酶的活性 自变量 ②保证底物和酶在混合时的温度
2．
（1）最适pH
（2）①相同 ②苹果泥 果胶酶
3．
（1）用量不足 不再改变 最适用量
（2）①相等
对点训练
1．C [因为酶具有专一性,因此果胶酶只能分解果胶而不能分解纤维素,因此A错误；半乳糖醛酸是果胶的组成单位,而不是果胶酶的组成单位,因此B错误；果胶酶是能够分解果胶的一类酶的总称,其化学本质是蛋白质,基本组成单位是氨基酸,因此D错误。
]
规律链接
（2）纤维素与果胶的比较
相同点
不同点
纤维素
①
②§科§
③
①组成的基本单位：
葡萄糖
②
果胶
①组成的基本单位：
半乳糖醛酸
②分解所需的酶：
果胶酶,将果胶分解为可溶性半乳糖醛酸。
2.A [果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物；果胶被果胶酶分解后的产物是半乳糖醛酸；果胶酶是一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
]
3．D [实验变量又称自变量,指实验中由实验者所操纵的因素和条件,例：
探究温度对酶活性影响时,需要设置不同的温度梯度作为对照,所以温度就是实验变量；同理,研究pH对酶活性影响的自变量为pH,研究果胶酶的用量实验,实验变量为酶的用量。
]
规律链接 探究温度与pH对酶活性的影响
（1）在探究温度或pH对酶活性的影响时,需要设置对照实验,不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。
如果将温度或pH作为变量,控制不变的量应有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。
只有在实验中保证一个自变量,实验结果才能说明问题。
（2）在混合苹果泥和果胶酶之前,要将苹果泥和果胶酶分装在不同的试管中在同一温度下恒温处理。
这样可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的,避免了苹果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响果胶酶活性的问题。
（3）在用果胶酶处理苹果泥时,为了使果胶酶能充分地催化反应,应用玻璃棒不时搅拌。
4．A [在用橙子制作果汁时,不必去除橙皮,这样可以增加果汁的口味和颜色；调节pH用体积分数为0.1%的NaOH或HCl溶液；玻璃棒搅拌可使混合物均匀；制作苹果泥时,为方便榨汁,可先将苹果切成小块,再放入榨汁机中。
]
达标测试
1．C [细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,根据酶的专一性,用果胶酶和纤维素酶可达到目的。
]
2．D [从图中可以看出随着温度升高,果胶酶的活性在上升,等达到B点时,酶的活性达到最高；随后,随着温度的继续上升,酶的活性迅速下降。
A点和C点相比,虽然酶的活性都很低,A点是低温条件,对酶的分子结构无影响,所以,随着温度的上升,其活性也会不断上升；而C点是高温条件,当温度过高时,会破坏酶的分子结构,使酶的活性发生不可逆的变化。
]
3．D [果胶酶是催化剂,可以改变反应速度；细胞壁和胞间层中含有果胶,在生产果汁时,加入果胶酶能提高出汁率,也能使果汁变得澄清；果胶酶能够将果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸,从而达到使果汁变澄清的目的。
]
4．D [酶活性的高低可以用在一定条件下酶所催化的某一化学反应的反应速度表示,而酶反应速度是指单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量。
]
5．B [探究温度对果胶酶活性影响的实验中,应先将装有苹果泥和果胶酶的试管在不同梯度的恒温水浴中分别保温。
]
6．D [过酸、过碱或温度过高,都会使酶变性,永久性失活。
]
7．B [本实验中的实验变量是酶用量,温度和pH属于无关变量,因此要控制好,即每个实验组实验前后都应控制相同且适宜的温度和pH。
实验时可配制不同浓度的果胶酶溶液,也可以配制一种浓度的果胶酶溶液,使用不同的体积即可。
在其他条件不变的情况下,在一定范围内,随着酶用量的增多,酶促反应速度加快,滤出的果汁也增多,当酶用量达到一定量,底物成为限制因素时,再增加酶的用量,酶促反应速度不再增大,滤出的果汁也不再增多。
此外,影响果汁产量的因素,除了酶用量、底物浓度外,还有温度、pH、酶促反应时间等。
]
8．C
9．
（1）5、6、7、8、9
（2）①将苹果块换成苹果泥；②适当提高温度
（3）酶活性越高,果胶分解越快,生成的果汁量越多 相同时间内生成果汁量的多少
（4）另设计一组实验,不加果胶酶,其他条件不变
解析 在探究pH对果胶酶活性影响的实验中选取的pH梯度一般为5、6、7、8、9；将苹果块制成苹果泥,使苹果泥与果胶酶充分接触,从而提高酶促反应速度,缩短反应的时间；在一定温度范围内,适当提高反应的温度,也可以提高酶促反应速度。
10．
（2）①D ②苹果汁的体积 ③同一种酶的最适温度是一定的,不会因酶的浓度、底物的量的不同而改变 ④保证底物和酶在混合时的温度是相同的,避免底物
和果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响果胶酶的活性
解析 果胶酶的活性受温度、pH等条件的影响,而与底物的量、酶的浓度和水的加入量没有关系,所以每一种酶的最适pH和最适温度是一定的。
衡量实验结果的指标有两种,一个是果汁的量,另一个是果汁的澄清度。
为使实验达到相应的设计温度,必须使酶与底物分别保温,达到要求后才能混合。
第13课时 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
目标导航
1.知道什么是酶制剂,能够说出常见酶制剂的种类及应用。
2.学会分析和控制变量,探究不同温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响。
3.探究不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的区别。
一、基础知识
1．加酶洗衣粉
（1）概念：
是指含有________的洗衣粉。
（2）种类：
目前常用的酶制剂有__________、________、________和____________四类。
（3）作用：
加酶洗衣粉中的蛋白酶可将________最终水解为________________________；脂肪酶可将________最终水解为________________；淀粉酶可将________最终水解为________,以达到去污的目的。
________________能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的________或________________,使污迹容易从衣物上脱落。
2．影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素
使用加酶洗衣粉时,影响酶活性的因素有______、________和____________等,为此科学家通过____________生产出了能够________、________、____________和____________的酶,并制成酶制剂,使其与洗衣粉的其他成分________。
提醒 使用加酶洗衣粉时必须注意以下几点：
（1）碱性蛋白酶能使蛋白质水解,因此,蛋白质类纤维（羊毛、蚕丝等）织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤,以免使纤维受到破坏；
（2）使用加酶洗衣粉时,必须注意洗涤用水的温度。
碱性蛋白酶在35～50℃时活性最强,在低温下或70℃以上就会失效；（3）加酶洗衣粉也不宜长期存放,存放时间过长会导致酶活性损失；（4）加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存,否则酶的活性将会丧失；（5）添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质,而使人患过敏性皮炎、湿疹等,因此,应避免与这类洗衣粉长时间地接触。
二、实验设计
1．探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果
（1）实验分析
探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果的区别时,________________为自变量,要控制其他条件一致,同时普通洗衣粉处理污渍与加酶洗衣粉处理污渍形成________实验；在控制变量时需要将科学实验与生活经验区别开。
（2）实验准备
①带有污染物的实验用布的制取：
称取一定量的污染物制成溶液,取等量污染物滴加在大小、质地相同的新布上。
②称取等量的洗衣粉：
用天平准确称取等量普通洗衣粉和加酶洗衣粉。
（3）实验过程
①取大烧杯两只,用量筒量取等量水倒入其中。
②将制好的污染布块和洗衣粉（一组为污染布块与普通洗衣粉,一组为污染布块与加酶洗衣粉）分别放入两只烧杯中。
③用玻璃棒同时充分搅拌相同的时间,搅拌可重复进行。
④经过相同的时间后观察洗涤效果。
2．探究使用加酶洗衣粉时的最适温度
（1）实验分析
在探究加酶洗衣粉的最适温度时,________是自变量,其他条件一致,不同的实验组之间形成________；变量的范围应考虑____________。
（2）实验步骤
①将等量相同的污染物滴加在相同大小、质地的白棉布上（8块）。
②取8只大烧杯,分别注入500mL自来水,编号为1、2、3、4、5、6、7、8,温度均控制在37℃。
③将8只大烧杯中的水温分别调节为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃；然后分别向各烧杯中加入等量的加酶洗衣粉。
④取制好的污染布块分别放入8只烧杯中,用玻璃棒同时充分搅拌。
⑤相同的时间后观察洗涤效果。
（3）结果分析
①洗衣粉的洗涤效果可以根据污染物消
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