2019-2020学年高中生物 专题4 酶的研究与应用 4-1 果胶酶在果汁生产中的作用课件 新人教

04酶的研究与应用专题导航酶是生物催化剂，具有高效性、专一性和所需反应条件温和的优点。生物体内的各项代谢活动，只有在酶的催化下才能在常温常压下顺利进行。目前，酶已广泛地应用于食品、医疗、环保和化工等各个行业，获得了良好的经济效益。本专题分“果胶酶在果汁生产中的作用”“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”和“酵母细胞的固定化”三个课题，从不同角度、不同侧面探究了酶在生产生活中的实际应用。课题1“果胶酶在果汁生产中的作用”从实际问题出发，在了解果胶、果胶酶的基础上，介绍了酶的活性知识与影响酶活性的因素，并结合资料进行实验设计，加以探究。课题2“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”介绍了加酶洗衣粉的作用，通过科学的实验设计探讨加酶洗衣粉使用的最适条件。课题3“酵母细胞的固定化”首先结合固定化酶的应用实例，介绍了固定化细胞技术，其次是说明了制备固定化酵母细胞的操作过程，从而加深对基础知识的理解。学法指导本专题的知识与必修中酶的概念和特性等知识密切相关，在学习时要注意关于酶的活性受pH和温度等外界因素影响的有关实验设计，应特别注意：关于本专题中果胶酶在果汁生产中的作用，加酶洗衣粉的洗涤效果的探讨，这是与酶有关的实践问题，关于酵母细胞的固定化利用、酶工程中的固定化技术等，均为高考热点，在学习中应注意理论联系实际，将酶的有关特性、酶工程产品的应用及技术结合起来分析，学会有关实验设计的原理和方法。而对影响酶活性的各种环境因素的探究又是高考实验设计题的重要命题。课题1果胶酶在果汁生产中的作用课标解读知识目标1．简述果胶酶的作用2．检测果胶酶的活性能力目标探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量情感态度与价值观1．体验探索历程，培养科学态度2．通过实验评价，养成科学思维的习惯课前导学1．果胶是植物________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．果胶酶能够分解________，瓦解植物的________及________，使榨取果汁变的更容易，而果胶分解成可溶性的____________，使浑浊的果汁变得澄清。3．酶的作用是__________，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。4．影响酶活性的因素是________、________和__________等。5．酶作为生物催化剂具有__________、__________和____________等优点。答案1．细胞壁胞间层半乳糖醛酸2．果胶细胞壁胞间层半乳糖醛酸3．生物催化剂反应速度4．温度pH酶的抑制剂5．高效性专一性反应条件温和知识点解读知识点一果胶与果胶酶1．果胶果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。在果汁加工中，果胶不仅会影响出汁率，还会使果汁浑浊。2．果胶酶果胶酶并不特指某一种酶，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等。3．果胶酶的作用果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得更容易，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，也使得浑浊的果汁变得澄清。4．纤维素与果胶的比较相同点不同点纤维素①组成的基本单位：葡萄糖②分解所需的酶：纤维素酶果胶①都是高分子化合物②都不溶于水③都参与细胞壁的组成①组成的基本单位：半乳糖醛酸②分解所需的酶：果胶酶5.纤维素酶与果胶酶的比较组成作用纤维素酶C1酶CX酶葡萄糖苷酶纤维素在C1酶、CX酶的作用下分解生成纤维二糖，再在葡萄糖苷酶的作用下将纤维二糖分解为葡萄糖果胶酶多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶果胶酯酶等将不溶性的果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸【例1】关于果胶酶说法正确的是()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—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蛋白质或RNA【解析】因为细胞壁的成分是纤维素和果胶，而酶具有专一性，因此果胶酶只能水解果胶而不能水解纤维素，因此A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。半乳糖醛酸是果胶的组成单位，因此B、D错误，只有C正确。【答案】C【例2】能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是()A．淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶B．纤维素酶、果胶酶、蛋白酶C．果胶酶、溶菌酶、纤维素酶D．磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶【解析】植物细胞壁主要由纤维素和果胶组成，细胞膜中含有蛋白质，根据酶的专一性原理，即可选出正确答案为B。【答案】B知识点二酶的活性及影响酶活性的因素1．酶的活性酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力。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反应速度来表示。在科学研究与工业生产中，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来表示。在一定条件下，酶的活性最高，即产物的生成量或反应物的减少量最大，该条件便是酶催化的最适条件，如最适温度、pH等。2．影响酶活性的因素(1)温度酶的活性随温度的变化而变化的趋势可用图示表示：①温度从t1到t时，随着温度的升高，酶的活性逐渐增强；②温度从t到t2时，随着温度的升高，酶的活性逐渐降低；③温度高于t2时，酶的活性完全丧失；④t3、t4条件下，酶的活性相同。(2)pH影响酶活性的结果：过酸、过碱都会使酶发生不可逆失活。(3)酶的抑制剂概念：某些物质，虽然不能引起酶变性，但能使酶分子上某些必需基团(主要是酶活性中心上的一些基团)发生变化，引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速度降低。具有这种抑制作用的物质称为酶的抑制剂。【例3】关于温度对酶活性影响的叙述，错误的是()A．不同酶的最适温度可能相同B．随着温度降低，酶促反应的活化能下降C．酶活性最高时的温度不适合该酶的保存D．高温下酶失活是酶空间结构破坏的结果【解析】在某种恒温动物如人体内各种酶的最适温度应为37℃左右，A项正确；随着温度降低，酶的活性下降，酶促反应的活化能不变，B项错误；低温有利于酶的保存，C项正确；高温下酶空间结构破坏导致酶失活，D项正确。【答案】B知识点三实验设计1．实验设计的一般原则(1)科学性①实验原理的科学性：它必须是经前人总结或科学检验得出的科学理论；②实验材料选择的科学性；③实验方法的科学性；④实验结果处理的科学性：应该首先记录，然后整理，再经过仔细分析，找出它们所能够透露的最大信息量。(2)简便可行性可行是指在设计生物学实验时，要考虑现有的实验条件，要保证现有条件能够满足实验要求。(3)单一变量原则变量：在实验中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。反应变量，亦称为因变量，指实验中由实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。在本实验中，温度为实验变量，果汁的量为反应变量。(4)设置对照要使一个实验更能说明问题，一定要有正反两个方面的实验。本原则描述的是，在实验中设置对照组，与实验组进行对比，以显示实验的效果。通过设置实验对照对比，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。2．探究温度对果胶酶活性的影响(1)实验原理果胶酶活性受温度影响，处于最适温度时，活性最高。低于或高于最适温度，酶活性受抑制。即果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。(2)设计思路：设置一系列梯度温度，从中选出酶活性最高的温度，然后再以该温度为中心，缩小温度梯度向两个方面各设置梯度温度，以进一步确定最适温度范围。所选择的温度只能接近最适温度，但不一定就是最适温度。(3)实验操作流程(4)实验结果记录实验温度30℃35℃40℃45℃50℃55℃60℃65℃70℃果汁量(mL)【例4】工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出果汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下图实验：①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10min(如图A)。②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10min(如图B)。③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测果汁量(如图C)。④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量如下：温度/℃1020304050607080果汁量(mL)813152515121110根据上述实验，请分析回答下列问题：(1)果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中________的水解。(2)实验结果表明，当温度为________时果汁量最多，此时果胶酶的活性________。当温度再升高时，果汁量降低，说明________。(3)实验步骤①的目的是________。【解析】本题是探究温度对酶活性的影响。(1)细胞壁和胞间层的主要组成成分之一是果胶，而果胶酶则是水解果胶的一类酶的总称。(2)通过表中数据可知：在40℃时，产生的果汁量最多，在题中所给的温度范围内，40℃时酶活性最高。当温度继续升高时，果汁量降低，酶的催化活性降低。(3)因为酶具高效性，当底物与酶的温度都达预定值后再混合，避免其事先发生反应，而引起结果的不准确。【答案】(1)果胶(2)40℃最高酶活性降低(3)避免果汁和果胶酶混合时影响混合物温度，从而影响果胶酶活性3．探究pH对酶活性的影响(1)实验原理：大部分酶活性受环境pH的影响，在一定pH下，酶具有最大活性，通常称此pH为最适pH，高于或低于最适pH，酶活性都一定程度受到抑制，反应速度下降。(2)实验思路：设置梯度pH从中选出反应速度最大的pH，进一步缩小pH梯度，选择最适pH。(3)实验操作流程③将9支试管内苹果泥和果胶酶分别加入9组实验试管内，快速调节pH，梯度设置为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8．5、9.0(4)记录实验结果，并比较果汁多少，得出结论。pH5.05.56.06.57.07.58.08.59.0果汁量(mL)结论【例5】工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高水果的出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某同学设计了如下实验：Ⅰ.将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10分钟(如图甲)。Ⅱ.将步骤Ⅰ处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10分钟(如图乙)。Ⅲ.将步骤Ⅱ处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图丙)。Ⅳ.在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：果汁量/mL813152515121110温度/℃1020304050607080根据上述实验，请分析回答下列问题：下列A、B、C图依次表示果胶酶浓度一定时，果胶酶的反应速度与反应物浓度、温度、pH之间的关系，据图完成下列问题：①图A中，反应物达到某一浓度时反应速度不再上升的原因是____________。②图B中，曲线ab段表明____________，曲线bc段表明____________。③将装有果胶酶与反应物的甲、乙两支试管分别放入12℃和90℃水浴锅中，20分钟后取出转入40℃的水浴锅中保温，两支试管内的反应是：甲____________，乙____________。④图C表示果胶酶浓度、反应物浓度、温度等一定时，果胶酶催化反应的速率随pH变化的曲线，实验时可根据____________来判定果胶酶的最适pH。【解析】酶是生物体内具有催化能力的有机物，绝大多数是蛋白质，其催化效率受反应物浓度、温度、pH的影响。①图A中，当反应物在低浓度范围内增加时，反应速度迅速上升；当反应物达到一定浓度时，随反应物浓度增加，反应速度不再增加。这是因为酶虽然有高效性，但催化能力也有一定限度，当所有酶都发挥了最高效能后，反应物浓度再增加，反应速度也不增加，这时受酶浓度影响。②从a点到b点曲线上升，这是因为温度升高，酶活性升高。曲线bc下降，因为温度超过最适温度，酶活性降低。③由于甲试管温度较低，所以酶活性较低，反应速度很慢，当转入40℃(酶反应的适宜温度)的水浴锅中加热时，其反应速度迅速增加。乙试管在90℃