2021高考生物一轮复习 选修1 生物技术实践 第3讲 生物技术在其他方面的应用教学案 新人教版

-1-第3讲生物技术在其他方面的应用1.酶活力测定的一般原理和方法2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用3.制备和应用固相化酶4.从生物材料中提取某些特定的成分5.蛋白质的提取和分离6.实验：DNA的粗提取与鉴定1.酶的活力与其空间结构的关系。(生命观念)2.分析玫瑰精油、橘皮精油和胡萝卜素的提取原理及过程，分析DNA的物理和化学性质、提取与鉴定的方法。(科学思维)3.设计实验探究影响酶活力的因素；设计实验探究植物有效成分提取的条件等。(科学探究)4.关注酶在食品安全及洗涤方面的应用，倡导健康的生活方式；关注由胡萝卜素缺乏引起的疾病等。(社会责任)酶的应用1．酶活力与影响酶活力的因素(1)酶活力：也称为酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活力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。-2-(2)酶的反应速度：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。(3)影响酶活力的因素：主要有温度、pH和酶的抑制剂等。2．探究温度和pH对果胶酶活性的影响(1)实验原理①果胶酶的活性受温度(或pH)影响，处于最适温度(或pH)时，酶的活性最高。②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)实验流程①处理原料：搅拌器搅拌制成苹果泥↓②分组处理：将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在不同温度的恒温水浴中保温(或调节至不同的pH)↓③反应阶段：加入果胶酶反应一段时间↓④测量记录：过滤果汁，用量筒测量果汁体积并记录3．加酶洗衣粉在洗涤中的作用(1)加酶洗衣粉：含酶制剂的洗衣粉。(2)酶制剂的种类与洗涤原理：种类洗涤原理洗涤的物质种类蛋白酶蛋白质→小分子的肽或氨基酸血渍、奶渍等脂肪酶脂肪→甘油和脂肪酸食品的油渍、人体皮脂、口红等淀粉酶淀粉→麦芽糖、葡萄糖来自面条等的污垢纤维素酶使纤维的结构变得蓬松棉纺品的表面浮毛4.固定化酶和固定化细胞(1)固定化酶①应用原理：将酶固定在颗粒状的载体上，使酶既易催化，又易于回收，可以重复使用。②应用实例：a．反应机理：葡萄糖―――――――→葡萄糖异构酶果糖。b．固定化酶反应柱：将酶固定在一种颗粒状载体上，再将这些酶颗粒装到反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应溶液却能自由出入。(2)固定化细胞技术①概念：是利用物理或化学的方法将细胞固定在一定空间内的技术。-3-②常用方法(如图)填充以下三种方法的名称：a.：物理吸附法。b.：化学结合法。c.：包埋法。③固定化酵母细胞的制备流程及发酵酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05mol/L的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→冲洗→发酵。1．固定化酶与固定化细胞的比较项目固定化酶固定化细胞固定酶的种类一种一系列适用方法化学结合法、物理吸附法包埋法特点优点酶既可与反应物结合，又可与产物分离，固定在载体上的酶可反复利用成本低，操作容易缺点一种酶只能催化一种或一类化学反应可能导致反应效率下降实例固定化葡萄糖异构酶固定化酵母细胞2．请你补充“探究普通洗衣粉与加酶洗衣粉的洗涤效果”的实验步骤。(1)取大烧杯两只，用量筒量取等量水放入其中。(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)__________________________________________________；(4)__________________________________________________。提示：(3)用玻璃棒同时充分搅拌一段时间。一段时间后，搅拌可重复进行(4)洗涤相同的时间后，观察洗涤效果-4-酶活性及其在食品制造方面的应用1．生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。回答下列相关问题：(1)某同学用3种不同的果胶酶进行3组实验，各组实验除酶的来源不同外，其他条件都相同，测定各组的出汁量，据此计算各组果胶的活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是___________。(2)现有一种新分离出来的果胶酶，为探究其最适温度，某同学设计了如下实验：取试管16支，分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液，混匀，平均分为4组，分别置于0℃、5℃、10℃、40℃下保温相同时间，然后，测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量的平均值。该实验温度设置的不足之处有__________________和______________。(3)某同学取5组试管(A～E)分别加入等量的同种果泥，在A、B、C、D4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶，然后，补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同；E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后，测定各组的出汁量。通过A～D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中，若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量，E组设计________(填“能”或“不能”)达到目的，其原因是_____________________________。[解析](1)据题意可知，实验的自变量是果胶酶的来源，因变量是果胶酶的活性，因此该实验的目的是探究不同来源果胶酶的活性。(2)据实验设计可知，该实验是探究果胶酶的最适温度，所以自变量是温度，因此该实验方案中，温度应该在常温范围内设置系列温度梯度且梯度差值相等。另外探究温度对酶活性的影响时，应保证酶促反应只能在设定的温度下进行，同一实验组的反应温度只能是一个，所以实验操作应该是将各组盛有果胶酶的试管与盛有果泥的试管分别在设定温度下处理一定时间后再混合，才能保证实验在设定的温度下进行。(3)本实验的自变量是果胶酶的量，因变量是出汁量，对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则，根据实验设置，通过A～D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。若要检测加入酶的量等于0，而其他条件均与实验组相同时的出汁量，则E组应加入的是缓冲液而不是蒸馏水，使试管中液体体积与实验组相同，才符合实验设计应遵循的单一变量原则。[答案](1)探究不同来源果胶酶的活性(2)温度范围设置不合适温度梯度设置不合理(或各组的酶促反应受两个不同温度影响)(3)不能E组加入的是蒸馏水而不是缓冲液，违背了单一变量原则酶在洗涤方面的应用2．回答下列问题：(1)蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示。通常，用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，不应该使用开水，原因是__________________。若要去除衣服上的血渍，应选择含有________(填“蛋白酶甲”“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”)的碱性洗衣粉，理由是-5-__________________________。(2)某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法________(填“合理”或“不合理”)，理由是_____________________________。(3)已知溶液的pH可以影响酶的活性，请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中______________(填“羧基和氨基”“氨基和甲基”“羧基和甲基”或“甲基和甲基”)等基团的解离状态。[解析](1)用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，如果使用开水，会使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗。使用碱性洗衣粉去除衣服上的血渍，碱性条件下只有蛋白酶丙有活性，应选择含有蛋白酶丙的碱性洗衣粉。(2)脂肪酶的化学成分为蛋白质，会被蛋白酶水解。(3)蛋白酶和其作用的蛋白质类污渍的氨基和羧基均会发生解离，pH会影响其解离状态。[答案](1)开水使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗蛋白酶丙碱性条件下只有蛋白酶丙有活性(2)不合理蛋白酶会降解脂肪酶(3)羧基和氨基固定化酶(细胞)及其应用3．(2019·唐山一中高三模拟)如图1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请据图分析回答下列问题：图1图2图3(1)图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液________，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。海藻酸钠载体的特点是______________________________________。(2)某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因有-6-______________________________(答出两点)。(3)图1中制备的凝胶珠用____________洗涤后再转移到图2装置中。(4)下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是________。①配制CaCl2溶液②配制海藻酸钠溶液③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合④酵母细胞的活化⑤固定化酵母细胞A．①②③④⑤B．④①③②⑤C．④⑤②①③D．④①②③⑤(5)若用固定化酶技术生产高果糖浆，需要使用________酶。从酶数量的角度分析，与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是________。如果反应物是大分子物质，应采用固定化________(填“酶”或“细胞”)技术。[解析](1)在将海藻酸钠溶液和酵母细胞混合时，应将完全溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞，否则会因温度过高而导致酵母细胞死亡。海藻酸钠载体的特点是不溶于水、多孔。(2)图3中显示没有形成大小均匀的凝胶珠，出现此结果的可能原因：海藻酸钠浓度过高，注射器中的混合液推进的速度过快，注射时针头离氯化钙溶液距离太近。(3)图1中，制备好的凝胶珠(固定好的酵母细胞)用蒸馏水洗涤2～3次后再转移到图2装置中。(4)制备固定化酵母细胞的正确步骤：酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液和酵母细胞混合→固定化酵母细胞，D正确。(5)葡萄糖异构酶能将葡萄糖转化成果糖，因此用固定化酶技术生产高果糖浆，需要使用葡萄糖异构酶。固定化细胞固定的是多酶系统(或一系列酶或多种酶)。如果反应物是大分子物质，应采用固定化酶技术。[答案](1)冷却至室温不溶于水、多孔(2)海藻酸钠浓度过高；注射器中的混合液推进的速度过快；注射时针头离氯化钙溶液距离太近(3)蒸馏水(4)D(5)葡萄糖异构多酶系统(或一系列酶或多种酶)酶植物有效成分的提取1．植物芳香油的提取(1)植物芳香油的主要化学成分是萜类化合物及其衍生物，特点是挥发性强，易溶于有机溶剂。(2)玫瑰精油的提取-7-①方法：常用水蒸气蒸馏法。②原理：利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来。包括：水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏。③步骤：鲜玫瑰花＋清水→水蒸气蒸馏→油水混合物(3)橘皮精油的提取①方法：压榨法。②原理：通过机械加压，提取出果皮中的芳香油。③步骤：石灰水浸泡→漂洗→压榨→过滤→静置→再次过滤→橘皮精油。2．胡萝卜素的提取(1)方法：萃取法，石油醚最适宜作萃取剂。(2)原理：使胡萝卜素溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂获得胡萝卜素。(3)步骤：胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素。(4)鉴定：纸层析法。1．植物有效成分提取的三种方法的比较提取方法水蒸气蒸馏法压榨法有机溶剂萃取法适用范围适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中优点简单易行，便于分离生产成本低，易保持原料原有的结构和功能出油率高，易分离局限性水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题分离较为困难，出油率相对较低使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量2.影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施影响因素解决措施萃取剂的性质用水不溶性有机溶剂原料的颗粒大小、紧密程度粉碎材料的含水量干燥萃取温度探索最佳萃取温度，严格控制温度-8-萃取时间适当延长萃取时间1．图1为水蒸气蒸馏的装置图，图2为萃取装置图，据图回答以下有关问题：图1图2(1)请指出图1中的两点错误。(2)玫瑰精油的提取适合于上述蒸馏方法吗？说明理由。(至少答两点)(3)图2的安装及拆除顺序如何？为何常采用水浴加热？在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么？提示：(1)错误1：蒸馏瓶中的液体