【K12教育学习资料】[学习]2018版高中生物 第3章 生物科学与工业 第2节 酶在工业生产中的应

第2节酶在工业生产中的应用

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1.说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。

2.举例说明酶在工业生产中的应用。

3.尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。

4.认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以及科学技术是一个不断发展的过程。

知识点1 酶的家族与酶制剂的生产

[知识梳理]

1.酶的种类

(1)根据存在部位分为：胞内酶和胞外酶。

(2)根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、水解酶、裂解酶、连接酶、转移酶和异构酶六大类。

2.酶的优点

比无机催化剂催化效率高、反应条件温和等优点。

3.酶的生产

(1)微生物发酵生产：大量应用的酶都是利用微生物发酵生产。

(2)基因工程菌发酵生产：一些重要的酶是通过基因工程菌发酵生产。

[活学活用]

肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是( )

解析由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题意。

答案 B

[归纳总结]

酶的分类

（1）根据存在的部位⎩⎪⎨⎪⎧胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内，如细

胞内有氧呼吸酶等。

胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外，如消化 酶等。

知识点2 酶的固定化技术

[知识梳理]

固定化酶技术

(1)方法：采用多种办法将酶固定在一定的载体上，制备成不溶于水的固体颗粒，称为固定化酶。

(2)固定化酶的优点：避免了污染产物，又可以反复使用，从而有助于实现反应的连续化和自动化。

[思维激活] 酶与一般无机催化剂的共性是什么？

提示：反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。

[活学活用]

1.固定化酶的优点是( )

A.有利于增加酶的活性

B.有利于产物的纯化

C.有利于提高反应速率

D.有利于酶发挥作用

解析 固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切相关，如温度、pH 等。反应速率与底物的浓度、温度、pH 等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、pH 适宜时，反应速率最快。

答案 B

2.如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是(

)

A.载体结合法，交联法，包埋法

B.交联法，载体结合法，包埋法

C.包埋法，载体结合法，交联法

D.包埋法，交联法，载体结合法

解析 ①题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；②图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，呈网状结构，应属交联法；③图表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。

答案 D

[归纳总结]

1.直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较

(1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包埋法等(如图所示)。

(2)各种制备固定化酶方法的比较(如下表)

通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、

繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细胞的方法也有多种，常用的方法(见下表)：

酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。

知识点3 酶在工业生产中的应用

[知识梳理]

1.酶相比无机催化剂的优越性

(1)反应能在常温、常压和中性pH 条件下进行，可以节省大量的能源和设备投资。

(2)生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求。

(3)生产过程简单，效率高，产品质量好，生产成本低。

2.应用

(1)已成功用于食品工业，不仅用于食品的直接生产，还用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。

(2)在轻工业和化工工业方面有着广泛的应用。

(3)在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产药物。

[思维激活] 试画出pH、T(温度)、底物浓度、酶浓度对酶活性的影响的曲线图。

提示：

[活学活用]

现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是( )

A.α­淀粉酶

B.糖化酶

C.葡萄糖异构酶

D.纤维素酶

解析此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。

答案 D

[随堂练习]·巩固

1.根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是( )

A.呼吸酶

B.光合酶

C.消化酶

D.解旋酶

解析胞内酶是存活在活细胞内的酶，胞外酶是指分泌到细胞外的酶，呼吸酶、光合酶、解旋酶都在细胞内发挥催化作用，消化酶由消化腺分泌到消化道起消化作用。

答案 C

2.在果汁生产中加入果胶酶的目的是( )

A.分解纤维素

B.增加果汁的营养成分

C.增加果汁的黏稠度

D.使榨取果汁变得更容易，并使果汁澄清

答案 D

3.如图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是( )

A.在B点之前，果胶酶的活性和温度成正比；之后，成反比

B.当温度升高到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化效率最高

C.A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升