高中生物 专题4 酶的研究与应用 41 果胶酶在果汁生产中的作用课件高二选修1生物课件

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学法(xué fǎ)指导
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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。
04 酶的研究(yánjiū)与应用
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专题 导航 (zhuāntí)
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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。
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课前导 学 (qiándǎo)
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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。
【答案】 B
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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1，2/11果/2021汁的量为反应变量。
【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。
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4．纤维素与果胶的比较
相同点
纤维素 ①都是高分子化合 物 ②都不溶于水 ③都参与细胞壁的
果胶 组成
不同点 ①组成的基本单位：葡萄 糖 ②分解所需的酶：纤维素 酶
①组成的基本单位：半乳 糖醛酸 ②分解所需的酶：果胶酶
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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：
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。
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【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Байду номын сангаас，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。
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(3)实验操作流程
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(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：
【答案】 C
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【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。
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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。
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【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
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(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。
【答案】 B
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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：
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。
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。
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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
温度/ ℃ 10 20 30 40 50 60 70 80
果汁量(mL) 8 13 15 25 15 12 11 10
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________。 12/11/2(0321)实验步骤①的目的是________。
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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
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知识点解读(jiě dú)
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5.纤维素酶与果胶酶的比较 组成
纤维素 酶
C1 酶 CX 酶 葡萄糖苷酶
作用
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
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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
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课题1 果胶酶在果汁(guǒzhī)生产中的作用
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课标解读(jiě dú)
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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
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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1这2/11种/2021抑制作用的物质称为酶的抑制剂。