高考生物总复习生物技术实践酶的应用.docx
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高考生物总复习生物技术实践酶的应用
第34讲酶的应用
考纲要求
1.果汁中的果胶和果胶酶（加试）。
2.α 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测（加试）。
考点一 果汁中的果胶和果胶酶
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最佳条件的实验
（1）实验原理
①果胶
半乳糖醛酸＋半乳糖醛酸甲酯。
②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比。
③果胶不溶于乙醇。
（2）实验流程设计
思考诊断
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？
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。
请答下列4个问题：
编号
项目
试管
甲
乙
丙
丁
1
在试管中加入苹果泥
2mL
2mL
2mL
2mL
2
①
2mL
/
2mL
2mL
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①处的内容是加入质量分数为2%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）：
2→3→1→4。
（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，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·鲁迅中学期末测试）下列关于“探究果胶酶最适用量的实验”的叙述，错误的是（ ）
A．配制不同浓度的果胶酶溶液，并在各组中加入等量的该溶液
B．实验温度为无关变量，要在相同的适宜温度条件下进行实验
C．用玻璃棒搅拌加酶的果泥，搅拌时间可以不相同
D．调节pH，使各组中的pH相同而且处于适宜状态
答案 C
解析 在探究果胶酶最适用量的实验中，果胶酶量为自变量，通过配制不同浓度的果胶酶溶液来控制；实验温度、搅拌时间、pH为无关变量，需要控制等量、适宜，A、B、D项正确，C项错误。
2．（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（℃）
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
果汁量（mL）
3.5
4.6
8.6
10.9
12.3
11.7
10.1
5.4
3.9
4.8
5.6
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50～55℃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45～55℃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。
考点二 α 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测
1．α 淀粉酶的固定化
（1）固定化酶
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）α 淀粉酶的固定化
①α 淀粉酶作用的最适条件：
最适pH为5.5～7.5；最适温度为50～75℃。
②方法：
吸附法。
③淀粉的水解作用
淀粉
糊精
麦芽糖
葡萄糖
遇碘显蓝色 遇碘显红色 遇碘不显色
2．淀粉水解的测定实验
固定α 淀粉酶→滴管滴加淀粉溶液→加KI－I2溶液→观察→洗涤→几天后重复实验。
3．α 淀粉酶固定化实验过程
固定化α 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KI－I2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
思考诊断
1．固定化酶的优点是什么？
提示 固定化酶能够连续使用，但不是永久使用。
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。
2．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，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．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。
2．（2015·舟山中学测试）某校学生尝试用琼脂作载体，用包埋法固定α 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α 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α 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，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。
归纳提升
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
既能与反应底物接触，又能与产物分离；可以重复使用
做模拟 练预测
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．某同学为探究温度对果胶酶活性的影响，在不同温度条件下，将等量的果胶酶加入到等量的苹果泥中，在反应同样时间后，再将反应液过滤同样时间，用量筒测定滤出苹果汁的体积。
下列曲线图能正确反映实验结果的是（ ）
答案 B
解析 果胶酶在0℃时活性较低，但也能催化苹果泥形成果汁，果汁量不为0；随着温度升高，果胶酶的活性先升高后下降，果汁量也是先升高后降低。
正确的应是B曲线。
3．利用紫甘薯制酒可提高其附加值。
请回答：
（1）为提高紫甘薯的利用率，工厂化生产时，可加入果胶酶和淀粉酶，其中果胶酶可来自____________________等微生物。
由于酶在水溶液中不稳定，因此常将酶固定在某种介质上制成________________。
（2）果胶酶可将紫甘薯匀浆中的果胶水解成________。
A．半乳糖醛酸和葡萄糖
B．半乳糖和果糖
C．半乳糖醛酸甲酯和果糖
D．半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯
（3）紫甘薯匀浆流经α 淀粉酶柱后，取适量流出的液体，经脱色后加入KII2溶液，结果液体呈红色，表明该液体中含有____________。
A．淀粉B．糊精C．麦芽糖D．葡萄糖
答案
（1）黑曲霉（或苹果青霉） 固定化酶
（2）D（3）B
解析
（1）、
（2）果胶酶可将紫甘薯匀浆中的果胶水解成半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯，以提高紫甘薯的利用率；有些微生物，如黑曲霉、苹果青霉都可用于生产果胶酶；由于酶在水溶液中不稳定，所以常将酶固定在某种介质上制成固定化酶。
（3）紫甘薯匀浆流经α 淀粉酶柱后，淀粉会被水解成糊精，糊精经脱色后加入KII2溶液后呈红色。
4．（2016·浙江4月选考）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）制取果汁时，先用果胶酶将果胶分解成____________和半乳糖醛酸甲酯等物质，再用____________酶处理，可得到比较澄清的果汁，用适量且浓度适宜的上述两种酶处理时，果汁的出汁率、澄清度与酶的________高低成正相关。
（3）由于果胶不溶于乙醇，故可用乙醇对果胶粗提取物（经酶处理后的混合物）进行________处理，从而得到干制品。
答案
（1）D 粘合
（2）半乳糖醛酸 果胶甲酯 活性
（3）脱水（沉淀）
解析
（1）果胶是由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成的，其化学本质属于多糖。
果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用。
（2）果胶酶能将果胶分解成半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯等物质。
要使果汁更澄清，应同时使用果胶酶和果胶甲酯酶。
用适量且浓度适宜的上述两种酶处理时，果汁的出汁率、澄清度与酶的活性高低成正相关。
（3）由于果胶不溶于乙醇，故可用乙醇对果胶粗提取物（经酶处理后的混合物）进行沉淀处理，从而得到干制品。
课时训练
一、选择题
1．（2015·绍兴中学期末测试）下列关于果胶酶作用的叙述，错误的是（ ）
A．分解水果细胞壁中的果胶，从而瓦解细胞壁
B．可将果胶分解成半乳糖醛酸，使果汁变清
C．分解水果细胞壁中的纤维素和果胶
D．可使果汁榨取变得容易，提高出汁率
答案 C
解析 果胶酶可将果胶分解为半乳糖醛酸，从而使果汁榨取的时候比较容易，并使果汁变清。
要分解纤维素，需要纤维素酶。
2．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，应采取的措施是（ ）
A．加大苹果泥用量
B．加大果胶酶用量
C．进一步提高温度
D．用玻璃棒不时地搅拌反应混合物
答案 D
解析 在用果胶酶处理苹果泥时，若让果胶酶充分发生反应，则需扩大果胶酶和苹果泥的接触面积，尽量使果胶酶和苹果泥充分接触，因此可用玻璃棒不时地搅拌反应混合物。
对苹果泥用量、酶用量及反应所需的温度和pH的调整，在一定范围内只能加快反应速度，而不能使果胶酶充分地催化反应。
3．（2015·宁波鄞州中学期末测试）下图为某同学探究温度对果胶酶活性的影响的实验操作流程图，下列叙述错误的是（ ）
底物 酶液
↓ ↓
在所控制温度下处理一段时间
↓
底物与酶混合
↓
在所需温度下保温一段时间
↓
检测
A．底物为苹果泥，酶液为果胶酶溶液
B．底物与酶混合前的同温处理可以取消
C．实验的自变量为底物与酶混合后的温度
D．检测的是果汁的体积或果汁的澄清度
答案 B
解析 探究温度对酶活性的影响的实验步骤：
取10支试管，5支放入等量的苹果泥，另5支中放入等量果胶酶；将盛苹果泥和果胶酶的试管分别放在5个温度梯度下进行保温；一段时间后，再将酶加入对应温度下的苹果泥中；观察试管中浑浊程度的变化情况或果汁的澄清度。
4．下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是（ ）
A．可用包埋法制备固定化酵母细胞
B．反应产物对固定化酶的活性没有影响
C．葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
D．固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
答案 A
解析 细胞体积相对较大，宜采用包埋法固定，A正确；若反应产物包含酸或碱性物质，可能会影响酶的活性，B错误；葡萄糖异构酶固定前后专一性不变，C错误；固定化细胞固定的是一系列酶，催化一系列反应，不能催化各种反应底物的一系列反应，D错误。
二、非选择题
5．（2015·浙江自选）某工厂为了生产耐高温植酸酶饲料添加剂，开展了产该酶菌株的筛选、酶的固定化及其特性分析研究，其流程如下图所示。
―→
―→
―→
―→
―→
请回答下列问题：
（1）土壤悬液首先经80℃处理15分钟，其目的是筛选出________________。
（2）在无菌条件下，将经过处理的土壤悬液进行__________，然后涂布于含有植酸钠的固体培养基上。
培养后观察到________，其周围出现透明水解圈，圈的直径大小与________________________强弱相关。
（3）筛选获得的菌株经鉴定后，将优良菌株进行液体扩大培养。
培养时需要振荡，其主要目的是________________________________________________________________________。
液体培养基与固体培养基相比，不含有的成分是______________。
（4）温度与植酸酶相对酶活性的关系如图所示。
下列叙述错误的是________。
A．测试温度中，固定化与非固定化植酸酶的最适温度分别为60℃和45℃
B．测试温度范围内，固定化植酸酶的相对酶活性波动低于非固定化植酸酶
C．固定化与非固定化植酸酶相比，相对酶活性在80%以上时的温度范围较宽
D．65℃时固定化与非固定化植酸酶的相对酶活性因蛋白质变性而位于最低点
答案
（1）耐高温菌株
（2）稀释 单菌落 植酸酶的活性 （3）供氧 琼脂 （4）D
解析
（1）欲获得“耐高温”的植酸酶产酶菌株，需在“高温”条件下筛选目的菌株。
（2）欲对产生植酸酶的菌株进行选择培养，在无菌条件下，将经过处理的土壤悬液进行稀释，然后用涂布分离法将菌液涂布于含有植酸钠的固体选择培养基上，培养基上可呈现以植酸酶合成菌菌落为中心的透明圈，圈的直径大小与植酸酶活性成正相关。
（3）对筛选获得的优良菌株进行液体扩大培养时，为满足菌株需氧呼吸对O2的需求，宜进行振荡处理，与固体培养基相比，液体培养基中不需要添加琼脂等凝固剂。
（4）图示曲线变动趋势表明，相对于非固定化植酸酶，固定化植酸酶的活性波动明显较低，且酶活性温度范围更加宽泛；非固定化酶的最适温度为45℃，而固定化酶的最适温度为60℃；图中65℃并非固定化植酸酶活性的最低点。
由以上分析可知，A～D中A、B、C均正确，D错误。
6．（2016·温州中学检测）在果汁生产中需用到果胶酶，某课题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：
请将图1中所示的操作进行排序：
________________。
（2）实验结果：
对照组与实验组进行了相同时间的实验，结果如图2中曲线甲所示：
①图2中自变量是温度，除此之外还可用________________表示。
A．酶的浓度B．苹果泥的量
C．水的加入量D．pH
②图2中的纵坐标还可用______________来表示。
③实验步骤中，在果胶酶和苹果泥混合前，将二者分装在不同试管中并进行恒温的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④实验小组改变了实验条件后重复做实验，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___________________________________________________。
引起曲线乙下移的原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________（至少答出两条）。
答案
（1）a、c、d、b
（2）①D
②苹果汁的体积
③保证底物和酶在混合时的温度是相同的
④同一种酶的最适温度是一定的，不会因酶的浓度、底物量的不同而改变 pH、酶的浓度和苹果泥的量等因素不同
解析
（1）实验顺序：
准备苹果泥和配制果胶酶→苹果泥和果胶酶分别水浴保温→苹果泥和果胶酶混合保温→过滤果汁后用量筒计量。
（2）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；每一种酶都有一个最适温度和最适pH，且该值恒定。
衡量实验结果的指标有两个：
一个是苹果汁的体积，另一个是苹果汁的澄清度。
为了保证实验在相应温度下进行，必须使酶和底物分别保温达到要求后再混合。
在相同温度条件下，pH、酶的浓度和底物的浓度也会改变反应速率。
7．葡萄收获的季节性较强，并且不易运输，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，可以将其加工制作成果汁、果酒、果醋等。
如图1是简单的生产流程图，结合所学知识回答下列问题：
图1
图2
（1）果胶酶的使用过程①中，需要对酶的活性、酶的用量进行研究。
在图2甲、乙两个曲线中，果胶酶活性受环境因素影响的变化曲线是______________，纵轴还可以用______________来表示，自变量X可以代表________等；自变量Y可代表____________________。
（2）果胶酶的最适用量是图2中的________点对应的量。
（3）③→⑤过程中不用灭菌一般也不会受到杂菌的污染，原因是______________________。
答案
（1）甲 过滤到的果汁的体积 温度、pH等 果胶酶的浓度（或用量）
（2）B
（3）培养液中缺氧环境及酵母菌产生的酒精能抑制绝大多数微生物的生长繁殖
解析
（1）果胶酶的活性受温度、pH等条件的影响，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个，一个是果汁的体积，另一个是果汁的澄清度。
（2）果胶酶的最适用量是过滤得到果汁澄清度最高时对应的最小酶量，B点后酶量增加而澄清度不再增加，因此B点对应的量为最适用量。
（3）缺氧条件不利于大多数细菌的生存，同时酒精有杀菌作用。
8．请回答下列问题：
（1）在工业生产中，为提高酶的使用率和产品纯度，一般需要将酶进行固定化处理。
利用石英砂固定α 淀粉酶的方法属于________。
A．吸附法B．共价偶联法
C．交联法D．包埋法
（2）一定浓度的淀粉溶液流过α 淀粉酶固定化柱后，被水解成________，遇KII2溶液显________色。
（3）α 淀粉酶可以通过枯草杆菌发酵生产，以下是利用诱变育种方法培育获得产生较多淀粉酶的菌株的主要实验步骤。
（原理：
菌株生长过程中可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈。
）
第一步：
将枯草杆菌接种到________培养基上进行扩大培养。
第二步：
将枯草杆菌分成两组，A组用____________处理，B组不处理（作对照）。
第三步：
制备多个含淀粉的固体培养基。
第四步：
将A、B组分别稀释后，分别在含淀粉的固体培养基上利用________法分离，适宜条件下培养得到单菌落。
第五步：
观察A、B组各菌落周围的________________。
实验结果预期：
根据诱发突变率低的特点，预期____________________________________________________
________________________________________________________________________。
根据诱发突变不定向性的特点，预期_______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）A
（2）糊精 红 （3）液体 诱变剂 涂布 透明圈大小 A组中多数菌落周围的透明圈与B组差异不显著 A组有少数菌落周围的透明圈比B组明显小，有少数比B组明显大（或A组透明圈大小不一，B组较一致）
解析 石英砂固定α 淀粉酶的方法为吸附法；淀粉流经α 淀粉酶固定化柱后，被水解为糊精，遇KII2溶液呈红色；获得诱变菌株需进行诱变剂处理，通过实验组与对照组培养基中菌落周围透明圈的大小可确认淀粉分解的程度。
9．如图是固定化酶反应柱，请回答下列问题：
（1）将α 淀粉酶溶于水中，再加入石英砂，不时搅拌，这样α 淀粉酶就可以固定在石英砂上。
这种固定化的方法称为__________。
30min后，装入如图所示的反应器中，构成固定化酶反应柱，并用10倍体积的蒸馏水洗涤此反应柱，洗涤的目的是___
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