专题4 酶的研究与应用
【高考目标定位】
1、酶的存在与简单制作方法
2、酶活力测定的一般原理和方法
3、酶在食品制作和洗涤等方面的应用
4、制备和应用固定化酶
【考纲知识梳理】
一、果胶酶在果汁生产中的作用
1．植物细胞壁及胞间层的主要组成成分之一是果胶。果胶的主要成分为半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。
2．果胶酶的作用是分解果胶变成可溶性的半乳糖醛酸。
3．果胶酶不是特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶；果胶酶的化学本质是蛋白质，也能被蛋白酶水解掉；果胶酶具有酶的通性：只改变反应效率，不改变反应的平衡点。
二、酶的活性与影响酶活性的因素
1．酶的活性是指酶催化 一定化学反应的能力。酶反应速度用单位时间内，单位体积中反应物的减少量或产物的增加量表示。
2．影响酶活性的因素常提的是温度、pH值和酶的抑制剂等。
3．探究温度和pH对酶活性的影响及探究果胶酶用量的两个实验都要注意实验的基本原则：
对照原则和等量 原则，理解实验中温度梯度或pH梯度的变化在分析问题时也要用单一变量 原则分析。
三、探究不同种类的加酶洗衣粉的洗涤效果
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）
（3）实验步骤
①在2个编号的烧杯里，分别注入500mL清水。
②取2块大小相等的白棉布，用滴管在每块白布上分别滴上等量的墨水，分别放入烧杯里，用玻璃棒搅拌。
③将2个烧杯分别放入同等温度的温水中，保温5分钟。
④称取5克加酶洗衣粉和5克普通洗衣粉2份，分别放入2个烧杯中，用玻璃棒均匀搅拌。保温10分钟。
⑤观察并记录2个烧杯中的洗涤效果
四、固定化酶与固定化细胞
1、方法：包埋法、化学结合法和物理吸附法。
2、比较
类型固定酶的种类适用方法优点及不足实例
固定化酶一种化学结合、物理吸附法可反复利用，但只催化一种或一类化学反应固定化葡萄糖异构酶
固定化细胞一系列包埋法成本低、操作容易，但反应效果下降固定化酵母细胞
3、酵母细胞固化的注意事项
（1）配制海藻酸钠溶液：小火、间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。
（2）海藻酸钠溶液与酶母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡
（3）制备固定化酵母细胞：高度适宜，并匀速滴入
（4）刚形成的凝胶珠应在CaCL2溶液中浸泡一段时间，以便Ca2+与Na+充分交换，形成的凝胶珠稳定。检验凝胶珠是否形成，可用下列方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠，还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的。
【要点名师精解】
一、“探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤的效果”注意事项
1、变量的分析和控制
影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量，衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤的时间等。
在这些因素中，水温是我们要研究的对象，而其他因素应在实验中保持不变。通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃的水温，因为这4个水温是比较符合实际情况的，对现实也有指导意义。
2、水量、水质和洗衣粉用量的问题。
水的用量和布料的大小是成正比的。做实验用的布料不易过大，水量不易过多，但应该让布料充分浸泡在水中。水量和洗衣粉的用量可以参考下表。实验时可根据表中的数据换算出实际用量。如果在实验中使用手洗的方法，如课本中图4-4所示，使用1 000 mL的烧杯作为容器，可以用500 mL的水，洗衣粉的用量可以用1 g或1.5 g。
洗涤方式机洗手洗
水量0.5 L0.5 L
洗衣粉量0.5 g1 g或1.5 g
其他相关问题简述如下。实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻璃棒或筷子搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅
【例1】某兴趣小组准备开展“不同种类的加酶洗衣粉对同一污染物的洗涤效果”的活动。下列说法不正确的是 （ ）
A.该实验的原理是酶的专一性
B.自变量是不同种类的加酶洗衣粉
C.水质、水量、pH均可看作无关变量
D.洗涤过程中水温只要保持相同即可
【解析】对于无关变量应该控制相同并且适宜，所以洗涤过程中水温要保持相同且适宜，还要保持其他无关变量均相同。
【答案】D。
【感悟高考真题】
（2010?江苏高考）25．右图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．下列叙述正确的是
A．剐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 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】本题考查了固定化细胞技术的操作过程。熔化的海藻酸钠应冷却后与活化的酵母细胞混合，A项错误；图1中氯化钙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中制备的凝胶珠要以过洗涤再移到图2装置中，D项正确。
【答案】BCD
（2009?广东高考）72．嫩肉粉是以蛋白酶为主要成分的食品添加剂，就酶的作用特点而言，下列使用方法中最佳的是
A．炒肉的过程中加入
B．肉炒熟后起锅前加入
C．先用沸水溶解后与肉片混匀，炒熟
D．室温下与肉片混匀，放置一段时间，炒熟
【解析】本题考查酶的使用方法，酶的活性容易受到温度，酸碱度影响而失活，所以要保持酶的活性，才能使之发挥作用。ABC在反应之前都经高温处理了，所以酶失去活性，只有D，先让酶反应，后炒熟，不影响酶的作用发挥。
【答案】D
（2009?江苏高考）（多选）加工橘子罐头，采用酸碱处理脱去中果皮(橘络)，会产生严重污染。目前使用酶解法去除橘络，可减少污染。下列生长在特定环境中的4类微生物，可以大量产生所用酶的有
A．生长在麦麸上的黑曲霉 B．生长在酸奶中的乳酸菌
C．生长在棉籽壳上的平菇 D．生长在木屑上的木霉
【解析】由于橘络的主要成分是纤维素，根据酶的专一性，可知要分解橘络需要的酶是纤维素酶。麦麸、棉籽壳、木屑的主要成分是纤维素，所以生长它们上面的黑曲霉、平菇、木酶能产生纤维素酶，可以利用。由于乳酸菌的培养基为酸奶，其主要成分是蛋白质，不含纤维素，所以乳酸菌不能产生纤维素酶。
【答案】ACD
（2009?江苏高考）31．（6分）酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛（以植物为食）消化腺中提取；果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果，某实验小组取无菌烟草幼叶，切成相同大小的小片，等量放入6支试管中，试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。
试管编号
项目I
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
V
Ⅵ
蒸馏水（mL）2O1111
缓冲液（mL）0210.50.50.5
果胶酶液（mL）O0O0.5O0
蜗牛酶液（mL）O0OO0.50
纤维素酶液（mL）0O0O00.5
实验结果（绿色深浅程度）－－－+++++++++
（注：“+”越多表示绿色越深，“一”表示颜色无显著变化）
（1）实验过程中，需要轻摇试管，其目的是 ，使原生质体从叶小片中游离出来，以便观察悬浮液绿色的深浅。
（2）从绿色的深浅可推测：蜗牛酶液酶解效果最好，原因是蜗牛酶液含有 等多种酶。该实验中 是空白对照组，其设置意义是 。
（3）用网筛过滤原生质体到离心管内，离心后收集沉淀物，并用 洗涤。[ks5u.com]
（4）原生质体是否符合要求还需进行检验，其检验的方法是 。
【解析】本题考查有关酶的催化效率的实验，（1）实验过程中，需要轻摇试管，可以使细胞壁与酶充分接触，可以提高酶解效果（2）蜗牛以植物为食，所以唾液酶中含有果胶酶和纤维素酶，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ没有添加酶溶液为空白对照组。其目的是排除无关变量的干扰。（3）离心后收集沉淀物，并用等渗溶液清洗，目的是保持细胞正常形态。（4）要用低渗涨破法来检验原生质体是否符合要求，若没有细胞壁则可以涨破，有则不能涨破
【答案】（1）为了使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果
（2）果胶酶和纤维素酶 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 排除无关变量的干扰
（3）等渗溶液
（4）低渗涨破法
（2008?江苏高考）本题有A、B两题，请任选一题在答题卡指定位置作答，并把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑。
A题。为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙组在洗衣粉中加入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，其他实验条件均相同，下表为实验记录。请回答下列问题。
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
（1）提高洗衣粉去污能力的方法有________。甲组在洗衣粉中加入了________。乙组在洗衣粉中加入了_________。
（2）甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有_________。
（3）如果甲、乙和丙3组均在水温为80℃时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由。 。
（4）加酶洗衣粉中的酶是特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由。
【解析】⑴根据所给信息，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和适当提高温度。⑵加的酶的种类不同，洗涤效果有差异，说明酶的专一性的充分体现。⑶解读表格可以看出，没有差异，因为高温使酶失活。⑷固定化酶的优点是可以重复利用，酶的固定化技术是把酶固定在不溶于水的多孔性载体上。
【答案】（1）加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 （2）专一性 （3）没有差异，因为高温使酶失活 （4）未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用。
【考点精题精练】
1.要破除植物细胞的细胞壁，要用到的物质是 A
A．果胶酶 B．盐酸 C．氢氧化钠 D．氯化钙
2.下列关于果胶酶的作用叙述错误的是 C
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，水果汁变清
C、分解水果细胞壁中的纤维素和果胶以及细胞间质
D、可使果汁榨取变得容易，提高出汁率
3.（2010?江苏省盐城市高三第二次凋考）下图为利用生长在麦麸上的黑曲霉制备纤维素酶的流程图。下列有关叙述正确的是 ACD
A．菌体培养中应做好灭菌操作以确保培养菌体的单一性
B．透析后的弃去物其主要成分是大分子杂质
C．含酶的粗提取物中含多种蛋白质
D．纯化常用的方法是凝胶色谱法
4.下列关于酶的活性叙述不正确的是 A
A．酶的数量越多，酶的活性越高
B．酶的活性可以用在一定条件，一般由酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示
C．是指酶催化一定化学反应的能力
D．在适宜的条件下，酶的活性最高
5.某同学为验证pH对酶活性的影响，设计了如表中的方法步骤。下列评价中不合理的是
A.缺少正常pH的对照组
B.新鲜唾液没有再作稀释
C.检验结果的试剂选择不恰当
D.实验操作步骤的安排不合理
6.下图是温度对酶活性影响的曲线，图中A、B两点的催化效率是相等的，以下有关叙述中不正确的是 A
A.酶处于t1温度时的寿命比处于t2温度时长
B.酶处于t1温度时的寿命比处于t2温度时短
C.处于t2温度时，酶可能开始发生蛋白质变性
D.处于t1温度时，酶分子结构可能比处于t2温度时稳定
7.关于洗衣粉中的酶说法错误的是 A
A．洗衣粉中的酶是人工合成的无机催化剂
B.洗衣粉中的酶是生物工程的产物
C．加酶洗衣粉也有保质期，时间长了，酶活性会降低或丧失
D．加酶洗衣粉中磷的含量比普通洗衣粉低
8.某同学探究温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响，选择了10。C、20。C、30。C、40。C、50。C、60。C和70。C、的温度梯度，在其他条件都一致的情况下，发现40。C时洗涤效果最好，由此可以得出（ D ）
A. 40。C为该酶的最适温度
B. 40。C不是该酶的最适温度
C. 40。C酶活性最高
D. 不能确定该酶最适温度。
9.加酶洗衣粉中的“酶”有多种，对各种污渍要考虑其不同情况选用不同的加酶洗衣粉，主要原因是（ C ）
A.酶具有多样性 B.酶具有高效性
C.酶具有专一性 D.酶易受环境影响
10.市场上有一种加酶洗衣粉，即在洗衣粉中加入少量的碱性蛋白酶，它的催化活性很强，衣物的汗渍、血迹及人体排放的蛋白质油渍遇到它，皆能水解而除去，下列衣料中不能用加酶洗衣粉洗涤的是（ A ）
①棉织品；②毛织品；③腈纶织品；
④蚕丝织品；⑤涤纶织品；⑥锦纶织品
A．②④ B．①②③ C．③④⑤ D．③⑤⑥
11.研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，于微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ D ）
A．温度 B．酸碱度 C．水分 D．营养
12.用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时，为了能产生酒精，下列措施错误的是 A
A向瓶内泵入氧气 B应将装置放于适宜的条件下进行
C瓶内应富含葡萄糖等底物 D应将瓶口密封，效果更好
13.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是 A
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
14.下列有关叙述，不属于酶固定化的原因 D
A、酶对酸、碱、温度敏感，易失活
B、在溶液中直接使用酶，难以回收，成本高
C、固定化酶使酶既可催化反应物，又易与产物分离
D、使用物理、化学等方法，将酶固定在一定的空间内
15.（2010?苏北四市高三第二次凋考）目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于酶应用中面临的实际问题的是 C
A．酶对有机溶剂不敏感，但对高温、强酸、强碱非常敏感
B．加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污染环境
C．固定化酶可以反复利用，但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性
D．酶的催化功能很强，但需给以适当的营养物质才能较长时间维持其作用
16.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层。在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验题。
实验用具和材料：磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等；苹果、质量分数为2％的果胶酶溶液、蒸馏水等。
【课题一】 验证果胶酶在果汁生产中的作用
实验方法及步骤：
①将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。
②取两个100 mL的洁净烧杯，编号l、2，按相应程序进行操作，请把表中未填写的内容填上。
③取两个烧杯，同时进行过滤。一定时间后，观察（或比较） 和 ，并记录结果。
④最可能得到的实验结果及结论：
【课题二】 探究果胶酶催化果胶水解的最适pH课题一
本课题实验步骤中，在进行果胶酶溶液和苹果泥的混合并调整pH时有下面两种操作：
方法一：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6、…、10。
方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、5、6、…、10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
①请问上述哪一种操作更科学? 。理由是
②如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，请你根据你对酶特性的了解，绘出最可能是实验结果曲线图。
答案：②注入果胶酶（1分） ③相同时间内滤出的果汁体积（2分） 果汁的澄清度（2分）
④相同时间内1号烧杯滤出的果汁体积比2号滤出的体积多，澄清度高，说明果胶酶对果胶的分解具有催化作用（2分）
课题二
①方法二（2分） 方法二的操作能确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH（2分）
② 略（3分）
17.下图表示鳄梨果实成熟时乙烯引起纤维素酶的形成。请在“【 】”内填人图中数字，在“ ”上填人恰当文字。
（1）乙烯诱导纤维素酶形成是通过直接调节基因表达的 过程而实现。
（2）①的基本组成单位是 。②进入细胞质需要通过 （填“结构”）。
（3）纤维素酶在【 】 中合成，随后在 加工，最后又经【 】
加工和包装。
（4）在①～⑤中，哪些参与了生物膜系统的构成? 。
（5）该图表明基因控制果实成熟是通过控制 过程而实现的。
答案：（除特殊标明外，每空1分，共12分）
（1）①应将静止放置的试管轻轻震荡几次，再取出1mL酵母菌液
②应将酵母菌液滴在盖有载玻片的血球计数板上（2分）
③应将上述血球计数板放在视野稍暗的显微镜下观察计数。
（2）①前 ②粗壮 较大 ③固定 漂洗 染色 染色体
18.（2010?东北三校高三一模）现在大力提倡无纸化办公，但是仍然不可避免的每年要产生大量的废纸，其主要成分是木质纤维，人类正努力将其转化为一种新的资源??乙醇。右图是工业上利用微生物由纤维素生产乙醇的基本工作流程，请回答相关问题：
（1）自然界中①环节需要的微生物大多分布在________________________的环境中。将从土壤中获得的微生物培养在以________________________为碳源、并加入________________________的培养基上筛选周围有________________________的菌落。
（2）如上所述的筛选中获得了三个菌落，对它们分别培养，并完成环节②，且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同，则你认为三种酶液的活性________________________（一定相同、不一定相同、一定不同），可以通过________________________进行定量测定。
（3）根据测定结果，①环节常选择木霉，则②中获得的酶是________________________酶。该酶至少包括________________________三个组分。
（4）生产中可以满足④环节的常见菌种是________________________，为了确保获得产物乙醇，⑤环节要注意________________________，④过程要注意避免________________________。
（5）该技术虽然有广阔的前景，但存在酶的成本高等问题，为了降低成本主要从以下几方面入用改进该过程。首先要通过________________________等技术手段对产酶微生物改造，提高酶的产量。其次，可利用________________________等技术使酶能够重复利用。
答案：（1）富含纤维素（其他答案合理给分，如落叶较多等） 纤维素 刚果红 透明圈
（2）不一定 对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖（2分）
（3）纤维素 C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶（2分）
（4）酵母菌 发酵装置密闭（或保证无氧条件等） 污染杂菌
（5）基因工程（基因突变） 固定化酶
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