2013高考生物一轮复习 教师用书 专题三酶的应用 新人教版选修1

专题三酶的应用
最新考纲
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
考纲解读
1．酶在食品制造和洗涤剂生产等方面的应用
2．固定化酶、固定化细胞制备的优缺点和在生产中的应用
知识点一果胶酶在果汁生产中的应用
看一看：果胶酶和纤维素酶各有什么作用？
知识点二探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
看一看：普通酶应用时有哪些缺点？
知识点三酵母细胞固定化
加酶洗衣粉的洗涤效果的探究
(1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法：可在洗涤后比较污物的残留状况，如已消失、颜色变浅、面积缩小等。

(2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法：实验设计遵循的原则是对照原则和单一变量原则，如探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时，以控制洗衣粉的种类为变量，其他条件完全一致；同时，普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照实验。

(3)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、衣物的材质、衣物大小、浸泡时间、洗涤的方式和洗涤的时间等。

在选择适宜的变量作为探究课题的时候，应注意切合实际，如选择水温时，我们可以选择一年中冬季、春季、秋季和夏季的实际常温5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃进行实验。

在混合反应物和酶之前，一定要让两者分别达到相应的条件。

这样可以避免底物和酶在混合时条件变化而影响实验结果。

自我校对：
①可溶性的半乳糖醛酸②果胶③多聚半乳糖醛酸酶④果胶酯酶⑤霉菌⑥细菌
10脂肪酶⑪纤维素酶⑫蛋白酶⑬脂肪酶⑭蛋白质⑦细胞壁⑧胞间层⑨澄清○
⑮氨基酸 ⑯表面活性剂 ⑰温度 ⑱异构 ⑲颗粒状 ⑳筛板 ○21上端 ○22反应柱 ○23下端 ○24生产成本 ○25酶或细胞 ○26一定空间内 ○27多孔载体 ○28结合 ○29载体 ○30载体表面 ○
31更低 ○32更容易 看一看：①果胶酶能催化果胶水解为可溶性半乳糖醛酸。

②纤维素酶能催化纤维素水解为纤维二糖，进一步水解为葡萄糖。

看一看：①容易失活，通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感。

②很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本。

③会影响产物的纯度，降低产品质量。

,果胶酶在果汁生产中的应用
高考地位：5年1考 （2009某某卷） 1．影响果汁产量的物质及处理方法 (1)影响果汁产量的物质
纤维素和果胶是组成水果的重要物质，这两种物质的存在使制作果汁时存在两个问题：一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高、容易发生沉淀。

(2)处理方法——酶解法 常用的酶及其作用特点如下：
组 成 本质
作 用
果胶酶
多聚半乳糖醛酸
酶果胶分解酶果
胶酯酶 蛋白质
催化果胶水解为可溶性
半乳糖醛酸
纤维素
酶
C 1酶
C x 酶
葡萄糖苷酶
蛋白质
纤维素――→C 1酶
C x 酶纤维二糖――→葡萄糖苷酶
葡萄糖
2.探究酶活性最适条件和用量的实验设计 (1)探究酶活性最适条件的实验设计
①思路方法
探究不同温度(或pH)对果胶酶活性的影响时，温度(或pH)作为自变量，有效地控制其他无关变量，通过设置合理的温度(或pH)梯度来确定最适值。

②注意事项
在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可信度和可靠性。

③衡量实验结果的指标
以果汁澄清度与果汁产量的多少确认果胶酶活性的高低。

(2)探究果胶酶的用量
①原理提示
本实验是一个探究性的定量实验，所测出的最适用量是在本实验的温度、pH条件下测出的，因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。

②确定最适用量的方法
如果随酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。

提醒在探究温度或pH的影响时，不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶活性的温度或pH的最适值。

本考点在单科试卷多有出现，理综较少出现。

【典例1】►(2009·某某，22)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(多选)( )。

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
解析本题考查考生对“生物的生活习性、形态结构和功能与环境相适应”思想的理解。

橘
络的主要成分是纤维素(植物细胞壁的主要成分)，因此，能以死亡植物体为营养来源的微生物细胞中一定含有分解细胞壁成分的酶。

答案ACD
【训练1】►下列说法不正确的是( )。

A．在探究果胶酶用量实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的
B．植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶
C．通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法来判断果胶酶活性的高低
D．人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁面临的问题
解析在探究果胶酶的用量实验中，参照研究温度和pH对酶活性的影响实验，采用梯度测定法，只是将原实验中的pH梯度和温度梯度改成酶的用量梯度而已，基本实验思路不变，即A正确；植物、霉菌、酵母菌和细菌在其生活过程中，都会发生分解果胶的过程，因此，它们都可产生果胶酶，故B正确；在制作果汁过程中，由于果胶、纤维素的存在，影响榨出的果汁量及果汁的透明度，加入纤维素酶和果胶酶后，果汁榨出量及透明度均有提高，即D 正确；在使用梯度测定酶的用量及活性时，可以通过榨出的苹果汁的体积大小来判断，因此C错误。

答案 C
,探究加酶洗衣粉的洗涤效果
高考地位：5年2考（2011某某，2009某某卷……）
1．常用酶制剂的种类及洗涤原理
种类洗涤原理洗涤实例
蛋白酶
可将蛋白质水解为易溶解或分散于
洗涤液中的小分子肽或氨基酸血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质
污垢
脂肪酶
把脂肪水解为较易溶解的甘油和游
离的脂肪酸油渍、人体皮脂、
口红
2.探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物上污渍的洗涤效果
(1)实验过程
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用玻璃棒同时充分搅拌。

一段时间后再搅拌，可重复进行。

④相同的时间后观测洗涤效果。

(2)结果分析与注意事项
①加酶洗衣粉有很多种，注意实验用的加酶洗衣粉的说明，是单一加酶洗衣粉，还是复合加酶洗衣粉。

②所滴加的污染物种类与实验结果有着密切的关系。

③洗涤材料可选用纯棉制品。

3．探究不同温度对加酶洗衣粉的洗涤效果
根据不同季节的温度设置水温——确认适于不同季节使用的洗衣粉，应根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，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个水温较符合实际情况，对现实也具指导意义。

4．探究不同种类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：加酶洗衣粉的种类。

②无关变量：其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。

(3)实验步骤
步骤
烧杯编号
ⅠⅡⅢ注入自来水500 mL 500 mL 500 mL 加入物质(等量) 奶渍布奶渍布奶渍布控制水温37 ℃37 ℃37 ℃
加入洗衣粉(等量) 蛋白酶
洗衣粉
复合酶
洗衣粉
脂肪酶
洗衣粉
用玻璃棒搅拌 5 min 5 min 5 min
观察实验现象
本部分内容与生产生活实际密切相关，是高考命题的热点，复习中应重点掌握实验技能。

【典例2】►(2009·某某生物，31)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
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
蒸馏水/mL 2 0 1 1 1 1
缓冲液/mL 0 2 1 0.5 0.5 0.5
果胶酶液/mL 0 0 0 0.5 0 0
蜗牛酶液/mL 0 0 0 0 0.5 0
纤维素酶液/mL 0 0 0 0 0 0.5
(注：“＋”越多表示绿色越深，“－”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。

(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(1)实验过程中，需要轻摇试管，可以使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果。

(2)蜗牛以植物为食，所以蜗牛酶液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。

其设置意义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
【训练2】►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、乙两组在洗衣粉中加入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。

(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用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。

________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

解析本题考查酶的相关知识。

通过表格比较容易得出：在10～50 ℃X围内，随着温度的升高，酶的去污能力增强；加入酶的洗衣粉去污能力比未加酶的强。

血渍中主要成分是蛋白质，油渍中主要成分是脂肪。

根据甲、乙两组去除血渍和油渍的能力比较，能够得出甲组加入了蛋白酶，乙组加入了蛋白酶和脂肪酶。

甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶具有专一性。

酶在高温条件下会变性失活，水温为80 ℃时酶失活，因而3组实验效果没有差别。

酶的固定化技术是要把酶固定在不溶于水的载体上，且固定化酶具有重复利用的特点。

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
,固定化酶与固定化细胞
高考地位：5年3考（2011某某卷，2010某某卷……）
1．直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶
常用载体
高岭土、皂土、硅胶、
凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺
制作方法
化学结合固定化、物
理吸附固定化
包埋法固定化是否需要营养物质否否是催化反应单一或多种单一一系列
反应底物
各种物质(大分子、小
分子) 各种物质(大分子、小
分子)
小分子物质
缺点①对环境条件非常敏
感，易失活；②难回
收，成本高，影响产
品质量
不利于催化一系列的
酶促反应
反应物不易与酶接
近，尤其是大分子物
质，反应效率下降
优点
催化效率高、耗能低、
低污染
①既能与反应物接
触，又能与产物分离；
②可以反复利用
成本低、操作容易
2.制备固定化酵母细胞的实验注意事项
(1)酵母细胞的活化
酵母细胞需要的活化时间较长，一般需要0.5～1 h，需要提前做好准备。

此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。

(2)海藻酸钠溶液的浓度
海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键，因为如果海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少，都会影响实验效果。

(3)海藻酸钠溶液配制注意事项
对海藻酸钠溶化时要小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊；将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞；固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。

(4)CaCl2溶液的作用
CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。

本部分内容在某某高考中多有出现，有些省份不属考试内容，复习中多关注考试说明。

【典例3】►固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。

科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。

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。

图甲、乙、丙为部分研究结果。

下列有关叙述中，错误的是( )。

A．由甲图可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强
B．由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好
C．由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降D．固定化酶的酶活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积
解析由甲图可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化的适应性更强；由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好；由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使
用则酶活力明显下降；固定化酶的酶活力较高，主要原因是固定化酶的结构更稳定。

答案 D
【训练3】►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，你认为最可能的原因是( )。

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5分钟，取出冷却至室温，滴加碘液
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，试管中应先加入碘液后保温
解析本题考查酶的固定化，意在考查考生的理解和应用能力。

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液呈现蓝色。

答案 B
1．(2011·某某卷)下列有关酶的制备和应用的叙述，正确的是( )。

A．酶解法和吸水涨破法常用于制备微生物的胞内酶
B．透析、电泳和酸解等方法常用于酶的分离与纯化
C．棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤
D．多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层
解析利用酶解法和吸水涨破法使细胞解体，用于制备胞内酶；酶的纯化和分离的方法有透
析法、离心沉降法和电泳法；纤维素酶能去除棉纺织品表面浮毛，平整织物表面，故可用添加纤维素酶的洗衣粉洗涤棉织物；多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的最外层，保持其他酶在胃中不被破坏。

答案 A
2．(2010·某某生物，25)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(多选)( )。

A．刚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CaCl2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
解析溶化的海藻酸钠应冷却至室温后与活化的酵母菌混合，A项错误。

海藻酸钠与酵母菌混合液应滴入CaCl2溶液中，以制备凝胶珠；凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次后，再转移到发酵装置中；搅拌可使酵母菌与培养液充分接触，有利于发酵的顺利进行，故B、C、D三个选项正确。

答案BCD
3．(2010·某某生物，3)某种蛋白酶是由129个氨基酸脱水缩合形成的蛋白质，下列叙述正确的是( )。

A．该蛋白酶分子结构中至少含有129个氨基和129个羧基
B．该蛋白酶溶液与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应
C．利用透析法纯化该蛋白酶时，应以蒸馏水作为透析液
D．用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型的加酶洗衣粉好
解析一条多肽链中至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基；该蛋白酶属于蛋白质，与双缩脲试剂作用，产生紫色反应；利用透析法纯化该蛋白酶时，应以磷酸缓冲液作为透析液；
蛋白酶催化水解蛋白质，而油渍属于脂质，用含该蛋白酶的洗衣粉无法去除油渍，用含该蛋白酶的洗衣粉去除血渍、奶渍时，效果比其他类型的加酶洗衣粉好。

答案 B
4．(2009·某某，3)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )。

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
解析本题考查固定化细胞与固定化酶的优点和利用条件。

固定化细胞固定的是一系列酶，因此，在多步连续催化反应方面比固定化酶更有优势；酶属于非生物，因此利用时不必提供氧气、营养物质等；固定化酵母发酵液中葡萄糖等糖类，不仅是发酵作用的反应底物，也是酵母菌生长所需的碳源。

答案 A。