第三章第一节酶的制备和应用
《酶工程》课程教学大纲
《酶工程》课程教学大纲（适用于：制药工程（生物药剂工程）专业）一、课程基本情况二、课程教学目的通过本课程的学习，目的是要求学生了解酶学与酶工程的相关内容，掌握酶工程的基本理论，掌握酶学、酶反应动力学、酶制备与纯化基础酶学知识，掌握酶的非水相催化、酶的固定化、酶的化学修饰的实践应用，了解人工酶、纳米酶、抗体酶、核酸酶的利用与发展，了解酶在轻工、食品、医药工业、化工、环境保护、生物工程等领域的应用，以助于解决实际工作中酶应用和生产过程中出现的问题，尤其是对酶类药物的理解、认识及创新开发，为将来进行生物制药奠定基础。
三、教学方法与手段教学手段：以课堂讲授、多媒体教学为主，学生参与讲述个别章节及讨论为辅。
教学方法建议：以课堂讲授为主，多媒体结合板书，讨论讲解课堂习题。
学习方法：学生必须做到课前预习、课后复习，认真完成每章的课后习题。
四、课程的重点、难点教学重点：酶学；非水酶学；酶稳定化与固定化；酶的化学修饰；抗体酶；核酸酶；酶的应用。
教学难点：酶学中酶的分离纯化；酶固定化；酶非水相催化。
五、课程教学内容及教学环节安排课程教学环节学时分配表第一章酶学与酶工程【知识点提示】酶与酶工程的基本概念和理论，酶的特点、分类，酶反应动力学，影响酶催化作用的因素。
【教学要求】了解：酶与酶工程研究的对象和内容；酶学发展简史。
理解：酶作为生物催化剂所具有的特点；酶反应动力学。
掌握：酶的特点和作用影响因素。
【重、难点提示】重点：酶的基本概念和理论，酶作为生物催化剂所具有的特点，酶的国际系统分类；影响酶催化作用的因素。
难点：酶的国际系统分类；影响酶催化作用的因素。
第一节酶的基本概念及特性第二节酶学酶工程发展历史沿革第三节酶的的动力学第二章酶的发酵生产【知识点提示】介绍酶的生产方法，以发酵产酶为主，主要知识点有产酶常用微生物种类，发酵产酶工艺条件及控制，微生物发酵产酶工艺，动物细胞和植物细胞发酵产酶工艺，酶的发酵染菌及控制。
【教学要求】了解：酶的生产方法，动物细胞和植物细胞发酵产酶工艺。
苏教版教学教案32 制备和应用酶的固定化技术
磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，．酵母细胞固定化的实验中，实验操作与目的不相符的是．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化．将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡酒精发酵的示意图，下列叙述正确的是(多选)．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溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠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中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了发明了固定化酶与固定化细胞技术。
，使用了下图中。
）某研究小组在制备固定化酵母细胞时，进行了如下操作：答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用多酶系统(或一系列酶、多种酶) (2)海藻酸钠③包埋法(3)CaCl2 海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近，高度不够)〖思考4〗加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？防止海藻酸钠焦糊〖思考5〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的〖思考8〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作码？需要看一看：普通酶应用时有哪些缺点？答案：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，提高生产成本。
③会影响产物的纯度，降低产品质量。
解析：用注射器滴加溶液时需要距离CaCl2溶液一定的距离，距离太远凝胶珠会出现“尾巴”，距离太近凝胶珠不会形成球形或椭球形。
答案：D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。
第三章酶的生产
2023年5月15日星期一
第三章 酶的生产制备
酶的生产方式
1.提取法: 植物、动物、微生物
2.化学合成法
生物合成法： 利用植物、动物、微生物细胞合成。 上个世纪50年代起利用微生物生产酶
。 1949年细菌发酵生产淀粉酶
上个世纪70年代以来利用植物细胞和 动物细胞培养技术生产酶。
木瓜细胞培养生产木瓜蛋白酶和木瓜 凝乳蛋白酶 人黑色素瘤细胞培养生 产血纤维蛋白溶酶原激活剂
34
2.生长偶联型中的特殊形式——中期合成型
酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生 长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止。 特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。
所对应的mRNA是不稳定的。
枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线 35
3.部分生长偶联型（又称延续合成型）
酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入 平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间。 特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。
所对应的mRNA相当稳定。
黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线 36
4. 非生长偶联型（又称滞后合成型）
只有当细胞生长进入平衡期以后，酶才开始合成并 大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。 特点：受分解代谢物的阻遏作用。
所对应的mRNA稳定性高。
黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线 37
总结：影响酶生物合成模式的主要因素
②发酵代谢调节：理想诱导物的添加，解除 反馈阻遏和分解代谢物阻遏（难利用的碳 氮源的使用，补料发酵）。
③降低产酶温度。
二、细胞生长动力学
微生物细胞生长的动力学方程：
Monod方程：
S－限制性基质浓度； μm—最大比生长速率； Ks —Monod常数
酶工程1中国药科大学生物工程所有课件
交联法的特点 反应条件比较激烈，固定化的酶回收率比较
低，但是降低交联剂的浓度和缩短反应的 时间有利于固定化酶比活力的提高。
交联剂一般价格昂贵，所得到的固定化酶活 力较低，不易成型，一般作为其他固定方 法的辅助手段，如与吸附法和包埋法联合 使用，起到加固结合的作用。
（4 ）共价键结合法
共价键结合法(covalent binding）是将酶与聚合物载体以共价 键结合的固定化方法。
2 酶的特性
①催化效率高 ②专一性强 ③反应条件温和 ④催化活性受到调节和控制
四、酶的来源
酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物和微生物 中，可直接从生物体中分离提纯。
酶的生产方法可分为提取法﹑发酵法以及化学合成 法。 ① 化学法仍在实验室阶段； ② 提取法是最早采用且沿用至今的方法，如从 动植物组织液中提取胰蛋白酶和菠萝蛋白酶； ③ 发酵法是50年代以来酶生产的主要方法，如 生成葡萄糖异构酶和枯草芽孢杆菌蛋白酶等。
（3）苯丙氨酸和酪氨酸残基的苯环。 （4）其他：半胱氨酸残基的巯基；丝氨酸、苏氨酸
和酪氨酸残基的羟基；组氨酸残基的咪唑基；色 氨酸残基的吲哚基。
参间结构必须的基团。
共价结合载体的特点
1 可以在温和条件下与酶蛋白发生偶联反应； 2 具有一定的机械强度和较大的表面积。
具有芳香族的水不溶性载体在稀盐酸和亚硝 酸钠中进行反应，成为重氮盐化合物，然后 再与酶发生偶合反应，得到固定化酶。
酶蛋白中的游离氨基、组氨酸的咪唑基、酪 氨酸中的酚基参与此反应。
叠氮法
即载体活化生成叠氮化合物，再与酶分子上的相应基团偶 联成固定化酶。 含有羟基、羧基、羧甲基等基团的载体都可用此法活化。 如CMC、CM-sephadex（交联葡聚糖）、聚天冬氨酸、 乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物等都可用此法来固定化酶。其 中使用最多的是羧甲基纤维素叠氮法。
熟读酶的应用技术实践的基础知识2012.5.16
熟读酶的应用技术实践的基础知识2012.5.16第三章酶的应用技术实践第一节酶的酶的制备和应用洗涤剂中常用的酶制剂一、基础知识（1.酶制剂；蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶。
碱性蛋白酶、碱性脂肪酶；氨基酸、肽。
2.温度、酸碱度、表面活性剂；基因工程）〖思考〗你能写出蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用示意图吗？（纤维素酶是一种复合酶）3．在本课题中，我们主要探究有关加酶洗衣粉的三个问题：一是普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的效果有什么不同；二是在什么温度下使用加酶洗衣粉最好，三是的洗衣粉，其洗剂效果有哪些区别。
（洗涤；效果；添加不同种类的酶）二、实验操作1．探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果（1）实验遵循的原则：实验变量为洗涤剂，设计时应遵循原则、原则，有效地控制其他变量，如水的用量、污染物的量、所用实验用布的质地大小、两种洗衣粉的用量，搅拌及洗涤时间。
（对照；控制单一变量）（2）实验过程①取两只大烧杯并，用量筒分别量500mL蒸馏水放入其中，放入400C的水浴锅保温。
（编号）②将制好的污染布和洗衣粉（一组为和，另一组为和）分别放入两只烧杯中。
（普通洗衣粉、污染布；加酶洗衣粉、污染布）③用玻璃棒同时充分搅拌时间，一段时间后搅拌可重复进行。
（相同）④经过相同的时间后观察洗涤效果。
2.探究加酶洗衣粉使用时的最适温度。
（1）在生活中，有哪些条件可以影响洗衣粉的洗涤效果呢？（水温、水量、水质、浸泡时间、洗涤时间、衣物大小、衣物质料和洗衣粉用量等）（2）在自然情况下，哪个季用加酶洗衣粉效果好呢?春季的水（15o C）、夏季的水（35o C）、秋季的水（25o C）、冬季的水（5o C）实验材料：复合酶洗衣粉、加油渍的白手绢4块、5℃ 15 ℃ 25 ℃ 35 ℃自来水四盆实验过程：①将复合酶洗衣粉倒入四种温度的水中；②将带有油渍的白手帕放入水中清洗思考：如何判断那个温度的水洗涤效果好？我们可以在洗涤后比较污物的残留情况，如：污物已经消失、颜色变浅、面积缩小等……（注意：在实验过程中要注意单一变量原则。
第三章固定化酶
活
化 载
辅基
体
连接臂
载体的选择
没有特异性吸附 具有多孔性 有适合引入配基的官能团 化学稳定性 具有适当的机械强度等。
目前使用的载体主要是琼脂糖，此外还有纤维素、玻 璃珠及合成高分子材料等。
4、化学结合法－共价结合法
原理: 酶蛋白分子上的功能基
团（酶的非活性必需侧 链基团）和固相支持物
表面上的反应基团之间 形成共价键，因而将酶 固定在支持物上。
最常用的偶联基团： -NH2、COOH、-SH、-OH、酚 基、咪唑基
两种固定方式
1. 将载体有关基团 活化，然 后此活泼基团再与酶分子上 某一基团反应形成共价键。
第三章
酶的固定化
第一节 酶的固定化 第二节 辅酶的固定方法 第三节 固定化细胞 第四节 固定化酶的性质及其影响因素 第五节 固定化酶催化反应动力学
对于现代工业来说，酶不是一种理想的 催化剂
绝大多数水溶性的酶，酶蛋白对外界环境很敏 感，极易失活。催化结束后极难回收，只能进 行分批生产。
交联法常与吸附法结合使用，或者与 包埋法配合，目的是使酶紧紧地结合 于载体上。
酶直接交联法
在酶液中加入适量多功能试剂，使其形成不 溶性衍生物。
固定化依赖于酶与试剂的浓度、溶液pH和离 子强度、温度和反应时间之间的平衡。
例：木瓜蛋白酶在0.2％酶蛋白浓度、2.3％戊 二醛、pH5.2-7.2、0℃下交联24h，可形成固 定化酶。
定向固定化方法
① 酶和抗体的亲和连接 ② 酶通过糖基部分固定化 ③ 酶和金属离子连接 ④ 分子生物学方法 基因融合法
翻译后修饰法 特定位点基因突变法
第二节 辅酶的固定方法
原因
高中生物同步课件：3.1 酶的制备及活力测定(中图版选修1)
(4)萨姆纳第一次证明了脲酶是蛋白质。(√)
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第三章
酶的制备及应用
二、酶的活力及测定方法 底物的消耗量 1.酶的活力：以单位时间内_______________ 产物的生成量 或者在单位时间内_______________来表示。 2.酶活力的测定 分光光度法 (1)方法：利用______________进行比色。
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第三章
酶的制备及应用
(2)实例 ①植物淀粉酶的制备及活力测定
使酶失活
栏目 导引
第三章
酶的制备及应用
钝化酶的活性使反应终止
3,5-二硝基水杨 酸试剂 黄褐色 520m 煮沸
栏目 导引
第三章
酶的制备及应用
想一想 进行酶活力测定时，出现了“恒温处理”、
“沸水加热”、“钝化处理”，是否矛盾？
活性达到最高；随后，随着温度的继续上升,
酶的活性迅速下降。A点和C点相比，虽然酶 的活性都很低，A点是低温条件，对酶的分子
结构无影响，随着温度的上升，其活性也会
不断上升，而C点是高温条件，当温度过高时, 会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可 逆的变性。
栏目 导引
学反应，少数在________发挥作用。 细胞外 温度、酸碱性 3.影响因素：_______________等多种环境条
空间结构 件都可能影响酶的__________,导致酶变性， 直至丧失活力。
栏目 导引
第三章
酶的制备及应用
判一判 (1)人体内、参与物质分解的酶都可以在分泌
物中提取。(×)
(2)高温、低温、过酸和过碱等环境条件都能 改变酶的空间结构，导致酶变性失活。(×) (3)新采摘的甜玉米放在沸水中浸泡后，可使 甜味保持的时间长些。(√)
(中图版)普通高中课程标准实验教科书《生物》目录
（中图版）普通高中课程标准实验教科书《生物》目录（中图版）普通高中课程标准实验教科书《生物》目录高中必修一第一单元有机体中的细胞第一章细胞概述第一节人类对细胞的认识第二节细胞的形态和功能第二章细胞的构成第一节细胞的化学组成第二节细胞的基本结构第三节真核细胞与原核细胞第二单元细胞的自我保障第一章细胞中的蛋白质第一节蛋白质的结构与功能第二节蛋白质的合成与运输第二章细胞中的核酸第一节核酸的结构和功能第二节核酸与细胞核第三单元细胞的新陈代谢第一章细胞的物质交换第一节细胞膜的结构与功能第二节细胞膜的物质运输功能第二章细胞能量的来源与转变第一节细胞中的能源物质第二节酶在代谢中的作用第三节光能的捕获和利用第四节从化学能到生物能第四单元细胞的生命周期第一章细胞的增殖与分化第一节细胞的增殖第二节细胞的分化第三节癌症的发生与防治第二章细胞的衰老与凋亡第一节细胞衰老第二节细胞凋亡高中必修二第一单元遗传与变异的细胞学基础第一章染色体在有性生殖中的变化第一节减数分裂与配子形成第二节受精作用第二章染色体变异对性状的影响第一节染色体数目变异对性状的影响第二节染色体结构变异对性状的影响第二单元遗传的基本规律第一章基因的分离规律第一节孟德尔遗传试验的科学方法第二节分离规律试验第三节分离规律在实践中的应用第四节伴性遗传第二章基因的自由组合规律第一节自由组合规律试验第二节自由组合规律在实践中的应用第三单元遗传与变异的分子基础第一章遗传的物质基础第一节遗传物质的发现第二节DNA的分子结构第三节DNA的复制第二章基因对性状的控制第一节认识基因第二节基因的表达第三节基因与性状第四节转基因生物和转基因食品第五节人类基因组计划第六节人类遗传病第四单元遗传变异与进化第一章生物进化理论第一节现代生物进化理论第二节自然选择对基因频率的影响第二章进化与生物多样性第一节生物多样性简介第二节生物多样性的形成高中必修三第一单元生物个体的稳态与调节第一章植物生命活动的调节第一节生长素的发现及其作用第二节植物体内的其他激素第二章动物稳态维持及其意义第一节内环境与稳态第二节血糖调节第三节水盐调节第四节体温调节第三章动物稳态维持的生理基础第一节神经冲动的产生和传导第二节反射活动的基本原理第三节人脑的高级功能第四节体液调节在维持稳态中的作用第四章人体免疫系统与稳态第一节人体免疫系统第二节细胞免疫与体液免疫第三节免疫失调与人类健康第二单元生物群体的稳态与调节第一章种群的稳态与调节第一节种群的特征第二节种群的数量变动第二章群落的稳态与调节第一节群落的基本特征与结构第二节群落的动态第三章生态系统的稳态与调节第一节生态系统的结构第二节生态系统的功能第三节生态系统的稳定性第四章生态环境的保护第一节人类活动对环境的影响第二节环境保护与可持续发展高中选修一第一单元微生物培养技术1.1 微生物的分离和纯培养1.2 培养基对微生物的选择作用1.3 测定微生物的数量课外阅读：纯种分离和培养技术的发展第二单元食品加工与食品安全2.1 发酵与食品加工2.2 食品安全的评估课外阅读：食品卫生标准第三单元酶的制备及应用3.1 酶的制备及活力测定3.2 酶在食品加工中的应用3.3加酶洗衣粉的洗涤条件3.4 酶的固定化课外阅读：纤维素酶的神奇作用第四单元植物有效成分的提取4.1 植物色素的提取4.2 植物芳香油的提取课外阅读：食用色素与健康第五单元植物的组织培养5.1 植物快速繁殖技术5.2植物种苗脱毒技术课外阅读：兰花工业第六单元蛋白质和DNA技术6.1 蛋白质的提取和分离6.2 DNA片段的扩增-PCR技术课外阅读：PCR技术的诞生高中选修二第一单元生物科学与农业第一章生物科学与动植物生产第一节植物繁育的现代技术第二节植物病虫草害的综合防治第三节动物的繁育技术第四节动物疫病防治第五节设施农业第六节绿色食品第二章生物科学与食品加工第一节发酵工程与食品加工第二节酶工程与食品加工第二单元生物科学与环境保护第一章生物污染与生物净化第一节生物性污染第二节生物净化第二章生物资源的可持续利用第一节生物资源及其特性第二节生物资源的开发与保护第三单元生物科学与人类健康第一章疾病的现代诊断与治疗技术第一节基因诊断和基因治疗第二节器官移植第二章人类生殖工程第一节人类的生殖控制第二节人类生殖技术第三章生物药物第一节抗生素及其合理使用第二节疫苗和抗体第三节其他生物工程药物高中选修三第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程与蛋白质工程第一节基因工程的原理第二节基因工程的应用第三节蛋白质工程第二章细胞工程第一节动物细胞培养第二节植物组织培养第三节细胞融合技术第四节干细胞工程第五节克隆技术第三章胚胎工程第一节动物胚胎发育的基本过程第二节良种化胚胎工程第三节胚胎工程的新进展第二单元生态工程与生物安全第一章生态工程第一节生态工程及其原理第二节我国的生态工程第二章生物安全与生物伦理第一节基因工程的风险第二节生物武器第三节生物伦理。
酶的制备及应用
1.与同学一起分析讨论实验结果，得出相关结论 2.完成关于酶使用条件的研究报告。
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第三章 酶的制备及应用
第一节 酶的制备及活力测定
图 3-1-1 多酶片
节假日期间，有人因为暴食暴 饮导致胃胀胃痛，影响正常生活。如 果服用多酶片，可缓解、消除病症。 多酶片含有多种消化酶，能帮助消 化。这些消化酶，都是从生物体中提 取和制备的(图 3-1-1)。
即放入 40 ℃水浴中保温 5 min(图 3-1-6)。
4.钝化处理
取出试管，向各试管同时加入4 mL物质的量浓度为0.4 mol/L的
NaOH 溶液，以钝化酶的活性，使反应终止。
5.测定吸光值
取 1～4 号试管中的溶液各 2 mL，分别放入 25 mL 具塞刻度试管
中，再加入2 mL3,5- 二硝基水杨酸试剂，
测液清洗 2～3 次，外表面用擦镜纸擦拭干净。
表 3-1-1 不同酶液的吸光值
比色管
测定管
对照管
1号
2号
平均值
3号
4号
平均值
吸光值
6.绘制标准曲线 取 7 支 25 mL 刻度试管并编号，分别加入质量浓度为 1 mg/mL 的麦芽糖标准液 0 .0 mL、0.2 mL、0.6 mL、1.0 mL、1.4 mL、1.8 mL、 2.0 mL。用吸管向各试管中加入蒸馏水，使溶液量达到 2 mL。 向各试管中加入 3,5- 二硝基水杨酸试剂 2 mL，置于沸水浴中恒 温 5 min，取出冷却，用蒸馏水稀释至 25 mL。 将上述溶液分别移入比色杯，用分光光度计在波长 520 nm 处进 行比色，记录吸光值，以吸光值为纵坐标、麦芽糖含量为横坐标，绘 制标准曲线(其中 0 .0 mL 管为空白对照)。 结果分析 1.从标准曲线中查出麦芽糖含量。 2.计算淀粉酶的活力。
苏教版生物选修1全册精品课件 第三章第一节
2. pH
每种酶都有一定的最适pH范围。例如，果胶 酶最适pH范围为3～4。过酸、过碱都会使酶
发生不可逆失活。
3.酶的激活剂 有时加入酶的激活剂可以提高酶活力。例如，
NaCl可以提高果胶酶的活力。
4.酶的抑制剂 加入酶的抑制剂后可以降低酶活力，甚至使酶 失去活力。例如，Fe3＋、Ca2＋、Zn2＋等重金属 离子对果胶酶有抑制作用。
种类 淀粉 酶
洗涤原理 能使淀粉迅速水解为 麦芽糖 、糊精等 __________
洗涤实例
可除去面条、巧 克力、土豆泥、 粥等污垢
使纤维的结构变得 _______ 蓬松 ，从而使渗入到 纤维 可除去棉纺织品 纤维深处的尘土和污垢能 素酶 表面的浮毛 够与洗涤剂充分接触，达 到更好的去污效果
想一想
2.洗涤剂中常用酶制剂的种类及洗涤原理和实 例
种类
洗涤原理
洗涤实例
可除去血渍、奶 渍及各种食品类 蛋白质 污垢 的________ 可除去食品的油 渍、人体皮脂、 口红等污垢
可将蛋白质水解为 蛋白酶 多肽 可溶性的________ 把脂肪水解为较易 甘油 和游 脂肪酶 溶解的______ 脂肪酸 离的_________
特别提醒 酶活力的高低受温度、pH、激活剂等多种因
素的影响，所以酶的提取一般选择在低温和
适合的pH下进行，有时还要加入酶的激活剂 以提高酶活力。
例1 (2012· 南京高二质检)有些酶必需在有激
活剂的条件下才具有活性。下列是有关某种酶 的实验，处理方式及结果如下表及下图所示。 根据结果判断，叙述不正确的是( 试管编号 pH 温度 酶 底物 试管Ⅰ 8 80 ℃ 1 mL 1 mL 试管Ⅱ 8 40 ℃ 1 mL 1 mL ) 试管Ⅲ 7 40 ℃ 1 mL 1 mL
第三章 酶的提取与分离纯化
第三章酶的提取与分离纯化第三章酶的提取与分离纯化第三章酶的提取与分离纯化◆酶的提取与分离纯化是指将酶从细胞或其它含酶原料中提取出来，再与杂质分开，而获得所要求的酶制品的过程。
◆主要内容包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤与膜分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃取分离，浓缩，干燥、结晶等。
1.细胞破碎细胞破碎方法可以分为机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法和酶促破碎法等,如表3-1所示。
表1细胞破碎方法及其原理1.1 机械破碎法通过机械运动所产生的剪切力的作用，使细胞破碎的方法称为机械破碎法。
常用的破碎机械有组织捣碎机，细胞研磨器，匀浆器等。
机械破碎法分为3种:捣碎法，研磨法和匀浆法。
1.2物理破碎法通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用，使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。
物理破碎法多用于微生物细胞的破碎。
常用的物理破碎法方法有温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法等，现简介如下：(1)温度差破碎法：利用温度的突然变化，由于热胀冷缩的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。
(2)压力差破碎法：通过压力的突然变化，使细胞破碎的方法称为压力差破碎法。
常用的有高压冲击法、突然降压法、及渗透压变化法等。
(3)超声波破碎法：利用超声波发生器所发出的声波或超声波的作用，使细胞膜产生空穴作用（ cavitation）而使细胞破碎的方法称为超声波破碎法。
1.3化学破碎法通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法称为化学破碎法。
常用的化学试剂有甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂，和特里顿（Triton）、吐温（Tween）等表面活性剂。
有机溶剂可以使细胞膜的磷脂结构破坏，从而改变细胞膜的透过性，使胞内酶等细胞内物质释放到细胞外。
表面活性剂可以和细胞膜中的磷脂以及脂蛋白相互作用，使细胞膜结构破坏，从而增加细胞膜的透过性。
1.4酶促破碎法通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎的方法称为酶促破碎法，或称为酶学破碎法。
苏教版教学教案31 酶活力的测定和制备果胶酶
2、观察果胶酶对苹果匀浆液的作用能将新鲜果汁中果胶分解掉，使果汁由变得。
汁生产中用到果胶酶，某课题研究小组为了探究果胶酶的某些特性，进行了如下）实验方法：如图中所示的顺序进行操作。
）实验结果：对照组与实验组进行了相同时间的实验，结果如图（曲线甲）所①图中自变量是温度，除此之外还可用表示。
酶的浓度 B. 苹果泥的量③实验小组改变了实验条件后重复做实验，得到曲线乙，苹果汁的澄清度最高点。
中在果胶酶和苹果泥混合前，将两者分装在不同试管中恒温的目的是。
4 min答案：（2）①D ②苹果汁的体积③同一种酶的最适温度是一定的，不会因酶的浓度、底物量不同而改变④保证底物和酶在混合时的温度是相同的活动1：阅读“果胶酶的作用”，讨论并回答下列问题：解析：本题考查“探讨加酶洗衣粉的洗涤效果”实验的有关知识。
污垢中的血渍、奶渍、油污、土豆泥的主要成分分别是蛋白质、蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素，因此要在洗衣粉中添加相应的水解酶。
蛋白酶能将蛋白质水解为易溶于水的多肽和氨基酸，使衣物清洁。
洗衣粉中添加的酶是蛋白质，在高温下会变性失活，在30～50℃时酶具有较高的催化活性。
实验设计中的1、2两组或3、4两组只是在洗衣粉种类上不同，而1、3或2、4两组则只是温度不同，这体现了实验设计的对照原则和单一变量原则。
若1号实验组和2号实验组的洗净时间接近，说明1号中的酶没有起到预期的作用，可能是酶失活。
毛织品和蚕丝品的主要成分是蛋白质，会被蛋白酶水解，不能用加酶洗衣粉洗涤。
答案：(1)(碱性)脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶(2)多肽(氨基酸)(3)酶的催化作用受温度影响，30～50℃是洗衣粉中的酶适宜温度范围，70℃以上酶会失活(4)①单一变量原理、对照②洗衣粉中酶变性或失效(合理答案即可) (5)②④1．1果胶是植物细胞壁和胞间层的主要组成成分之一。
1．2在果汁加工中，果胶的存在易导致果汁出汁率低，果汁浑浊。
1．3果胶酶分解果胶的作用是：①瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易，②把果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清，因此可以解决果汁加工中出现的问题。
高中生物 第三章 酶的制备及应用课件 苏教版选修1
二、加酶洗衣粉洗涤原理
• ①蛋白酶： 种类：我国在洗衣粉中添加的酶最主要的是 碱性蛋白酶 产生：主要产生菌是某些芽孢杆菌 作用：碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于 水的多肽和氨基酸 应用：有助于去除例如汗渍，血渍，青草， 粘液，粪便以及各种食品类的蛋白质污垢
第一节 植物色素的提取
一、植物色素的种类
• 水溶性色素 一般易溶于水或酒精，不溶于乙醚、氯仿 等有机溶剂，如甜菜红色素、花青素等。 • 脂溶性色素 一般不溶于水，易溶于酒精、乙醚、氯仿 等有机溶剂。如叶绿素、叶黄素、胡萝卜 素、番茄红色素和辣椒红色素。
二、提取色素的方法
• 萃取法 1、原理：溶解—过滤—蒸馏—干燥 2、溶剂选择 ①对色素的溶解度要大，对杂质的溶解度 小；②不能与色素起化学反应；③经济易 得，易与色素分离，使用安全。 3、萃取剂的种类 水、亲水性有机溶剂、亲脂性有机溶剂
二、影响果胶酶活性的因素
• • • • 温度 PH 金属离子 酶浓度
三、不同浓度果胶酶对澄清苹果汁 得率的影响
1.制备苹果汁 2.配制不同浓度的酶液 3.降解苹果汁 4.沉淀 5.记录结果
四、探究温度、PH对果胶酶活性的 影响
• 温度
• PH
第三节 加酶洗衣粉的洗涤 条件
一、洗衣粉成分
• 普通洗衣粉 表面活性剂，水软化物质，芳香物质，增白物质等 成分，有的洗衣粉中还含有香精和色素，以及填 充剂等 • 加酶洗衣粉 除含有普通洗衣粉的成分外，还含有多种酶制剂： 蛋白酶，脂肪酶，淀粉酶，纤维素酶等
二、加酶洗衣粉洗涤原理
②脂肪酶 种类：碱性脂肪酶 产生：产生菌是某些青霉 作用：碱性脂肪酶能使甘油三脂水解成容易 用水冲洗掉的甘油二脂、甘油单脂和游离 脂肪酸。从而达到清除衣物上脂质污垢的 作用 应用：可以催化水解各类动植物油脂和人体 皮脂腺分泌物及化妆品污垢，
高中生物第3章酶的应用技术实践第1节酶的制备和应用课件苏教版选修1
2.实验设计中的变量控制和对照实验 (1)变量控制 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、衣物的质地、大小及浸泡时间和洗涤时间等，在这些因素 中，如果水温是我们研究的对象，那么应设水温为实验的自变量， 其他因素(无关变量)都应保持相同、适宜且不变。
(2)对照实验
1．加酶洗衣粉和普通洗衣粉比较
项目
加酶洗衣粉
普通洗衣粉
主要含有表面活性剂、聚磷
成分 普通洗衣粉成分＋酶制剂 酸盐(水软化剂)、碱剂、漂
白剂、荧光增白剂等
①单一加酶洗衣粉：加入一 ①根据含磷量分为无磷洗衣
种酶制剂；
粉和含磷洗衣粉；
种类
②复合加酶洗衣粉：加入多 ②根据洗涤效果分为普通洗
种酶制剂
衣粉和浓缩洗衣粉
(2)实验操作流程 温度或 pH 对果胶酶活力的影响
(3)结果分析 ①根据实验数据绘制出温度和 pH 对果胶酶活力(用酶反应速度 表示)影响的曲线图(如图 a、b)；不同果胶酶用量对出汁率影响的曲 线图(在浓度和体积相同的条件下，如图 c)；并最终得到果胶酶最适 温度、pH 以及果胶酶的最适用量。
将大分子有机物分解为小分 “亲油基”与油污“抱成一
子有机物，小分子有机物易 团”，相互融合，形成亲水 作用
溶于水，使污染物与纤维分 的微小胶团，然后油污与洗
开
涤剂一起被清水冲掉
环境 影响
污染轻甚至无污染
多易导致水体发生富营养 化，破坏水质，污染环境
表面活性剂产生泡沫，将油脂分子分散开，水软化剂可 相同点
提示：不能。丝织物的主要成分是蛋白质，蛋白酶可将其水解， 降低丝织物的光滑度和强度。
探讨2：在任何条件下，使用加酶洗衣粉总比普通洗衣粉效果好
酶的制备及应用PPT课件全解 苏教版
(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 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。
【例1】 (2009·江苏)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 尝试自解：________
清除血 渍时间 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67
/min
清除油 渍时间 93 78 95 87 63 91 82 46 85 75 27 77 69 8 68
/min
(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________。
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可将蛋白质水解为易溶解或分散于洗或氨基酸血渍奶渍及各种食品类的蛋白质污垢脂肪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淀粉能使淀粉迅速分解为可溶性的麦芽糖来自面条巧克力等的污垢探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物上污渍的洗涤效果取大烧杯两只用量筒量取等量水放入其中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
酶的分离纯化
第三章酶的分离纯化第三章酶的分离纯化第一节酶分离纯化工作的基本原则及步骤第二节细胞破碎第三节酶的抽提第四节酶的纯化第五节酶的纯度与产量第六节酶的剂型与保存第一节酶分离纯化工作的基本原则及步骤1926年Summer制备了第一个结晶酶，自此以后，酶分离纯化工作进展很快，现已有数以百计的酶制成了结晶，相当数量的酶达到了高度纯净，并根据酶的作用特点，理化性质、发展了各种类型的分离纯化方法、试剂和设备。
一、基本原则二、酶分离纯化的基本步骤为了能成功地进行酶的分离纯化，需注意以下两个基本原则：1. 防止酶变性失效防止酶变性失效是酶分离纯化工作很重要的问题，这一点在纯化后期尤为突出。
一般地，凡是用以预防蛋白质变性的方法与措施，都可考虑用于酶分离纯化工作中。
常见的措施有：（1）低温：除少数例外，所有操作应在低温下进行，有有机溶剂存在时，更应注意。
二、酶分离纯化的步骤酶分离纯化时，一般要经过如下步骤：1. 细胞破碎：除在体液中提取酶或胞外酶，一般都要进行细胞破碎，促使胞内酶溶出，以利于抽提。
2. 抽提3. 纯化下面分节对这三个基本环节加以介绍第二节细胞破碎细胞破碎的方法很多，有机械破碎法、物理破碎法、化学破碎法和酶学破碎法。
一、机械破碎法二、物理破碎法三、化学破碎法四、酶学破碎法：通过机械运动所产生的剪切力作用，使细胞破碎的方法，称为机械破碎法，常用的有如下几种。
1. 机械捣碎法：利用高速组织捣碎机的高速旋转叶片所产生的剪切力，将组织细胞破碎，转速可高达10000r/min。
常用于动物内脏、植物叶芽等脆嫩组织细胞破碎，也可用于微生物，尤其是细菌的细胞破碎。
此法在实验宝和生产规模均可采用。
通过温度、压力、声波等各种物理因素作用，使组织细胞破碎的方法，该称为物理破碎法。
物理破碎法包括如下几种方法；1. 温度差破碎法：通过温度的突然变化使细胞破碎。
即将冷冻的细胞突然放进较高温度的水中，或将在较高温度中的细胞突然冷冻都可使细胞破坏。
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2.洗涤剂中常用酶制剂的种类及洗涤原理和实例
种类
蛋白酶
洗涤原理
可将蛋白质水解为可溶 性的________ 多肽
洗涤实例 可除去血渍、奶渍及各 蛋白质 种食品类的________ 污垢
脂肪酶
把脂肪水解为较易溶解 甘油 和游离的 的______ _________ 脂肪酸
可除去食品的油渍、人 体皮脂、口红等污垢
(5)果胶酶可用于橘子脱囊衣，制造果粉和低糖果冻。
果胶酶在饲料工业中的主要应用 (1)果胶酶与纤维素酶、半纤维素酶等配合，可降解植物细胞壁中的 果胶和纤维素，促使淀粉、脂质、维生素和蛋白质等释放出来， 从而提高饲料的营养价值。 (2)果胶酶可降低饲料的黏度，促进饲料在动物消化道内的消化吸收。 在饲料实验中，采用肉鸡配合饲料，对二周龄至七周龄的肉鸡进 行饲料实验，添加果胶酶(100 IU/kg)和纤维素酶的实验组与对照 组增重相同，但进食量大大减少，表明具有较好的经济效益。
果胶酶的特点
酶活性高，产品可直接使用，不需提取，成
本低；投资少，上市快；酶系全，应用效果
好。
三、洗涤剂中常见的酶制剂
1.化学洗涤剂
(1)分类：按产品的外观形态可分为肥皂、合成洗衣粉和
液体洗涤剂等多种类型。 (2)去污原理：去污能力主要来自
表面活性剂 ______________ ，因为表面活性剂有降低表面张力的 纤维空隙 作用，可以渗入到_____________ 中把污垢挤出来。
(1)水果中的果胶经果胶酶水解后，可降低果汁
的黏度，有助于压榨并提高出汁率。
(2)在进行果汁沉降和离心时，能破坏果汁中悬浮物的稳
定性，使其凝聚沉淀，得到澄清果汁。
(3)经果胶酶处理的果汁比较稳定，不易发生混浊，在制 备浓缩果汁时，果胶酶的作用显得尤为重要。 (4)在葡萄酒酿造中加入果胶酶能起到澄清作用，还可促 使葡萄汁中的酒石酸发生沉淀。
切忌用70 ℃以上的热水，以防酶变性失活。 2、加酶洗衣粉不宜长期存放，一般存储期为半年，若 超过一年，酶的活力显著下降。 3、加酶洗衣粉不能与强酸或强碱混合使用，避免酶的 活性降低或失活。 4、添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤 表面蛋白质，使人患过敏性皮炎、湿疹等，应避免 与这类洗衣粉长时间接触。
2、为什么加酶洗衣粉能减少对环境的污染？ 普通洗衣粉的化学成分有：表面活性剂（产生 泡沫分散污垢，使污垢易分解易洗涤），水软 化剂、碱剂（容易使污垢水解）、漂白粉等成 分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精、色素 和填充剂等。 加酶洗衣粉可降低表面活性剂和三聚磷酸钠 （水软化剂）的用量，使洗涤剂朝低磷、无磷 的方向发展
种类
洗涤原理
洗涤实例
淀粉 酶
能使淀粉迅速水解为 麦芽糖 、糊精等 __________
可除去面条、巧克力、 土豆泥、粥等污垢
纤维 素酶
使纤维的结构变得 蓬松 ，从而使渗入到纤维深处 可除去棉纺织品表面 _______ 的尘土和污垢能够与洗涤剂充分接 的浮毛 触，达到更好的去污效果
注意：1、加酶洗衣粉需要水温在30 ℃～50 ℃为宜，
(2)作用
在植物细胞或组织间起黏合作用，是植物
____________ 和___________ 的重要成分。 细胞壁 细胞间质 (3)性质
粘稠状 溶于水形成__________ 液体。
Hale Waihona Puke 2、果胶酶是指分解果胶质的多种酶的总称，广
泛存在于高等植物和微生物中，通常动物细胞
不能合成这类酶。
果胶酶在食品工业中的主要应用
3、酶制剂中的酶化学本质是 B A．蛋白质 B．有机物 C．RNA D．核酸 4、某兴趣小组准备开展“不同种类的加酶洗衣粉对 同一污物的洗涤效果”的探究活动。对下列说法，你 认为不正确的是 A A．该实验的原理是酶的高效性 B．自变量是不同种类的加酶洗衣粉 C．水质、水量、适宜pH等属于无关变量 D．因变量是加酶洗衣粉的洗涤效果
习题
1、在果汁生产中加入果胶酶的目的是
D
A．分解纤维素
B．增加果汁的黏稠度
C．增加果汁的营养成分
D．使榨取果汁变得更容易并使果汁澄清
2、用加酶洗衣粉洗涤衣物时，下列说法正确的是
A．可用加酶洗衣粉洗涤毛料衣服
B．一般先用热水泡开，然后调至适宜温度
D
C．水温太低使洗衣粉中的酶丧失活性后不能再恢复 D．使用添加了碱性蛋白酶的洗衣粉洗衣服后应立即冲 洗双手
3.影响酶活力的因素
生物体内具有_______ 功能的蛋白质称为酶，酶 催化
分子易受一些物理因素(如热、紫外线等)和化
学因素(如酸、碱、有机溶剂等)的作用而变
性，从而丧失活力。因此，酶活力的高低会受
______ 、PH ___、激活剂等多种因素的影响。 温度
二、果胶和果胶酶
1.果胶 (1)分布
高等植物 广泛存在于______________ 特别是水果和蔬菜的组织中。
第三章第一节酶的制备 和应用
回忆酶的相关知识
1、什么是酶？ 酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物 2、酶的本质是什么？ 蛋白质或RNA 3、酶的基本单位是什么？ 氨基酸或核糖核苷酸
一、酶的性质和酶活力
1、酶的性质（书P56） 2、酶活力 酶活性 酶活力也称为_________ ，是指酶在催化一定的化 学反应时表现出来的能力，通常用 酶促反应的速率 __________________ 即酶促反应过程中单位时间 减少量 生成量 内底物的_________ 或产物的________ 来表示， 其单位为IU。
思考
1、一般加酶洗衣粉外包装上印有以下说明： 注意切勿用于丝质及羊毛衣料，用后须彻底清 洗双手。为什么外包装上要注明这些问题？ 通常加酶洗衣粉中含有蛋白酶、脂肪酶、淀粉 酶和纤维素酶等制剂，可分解蛋白质类、脂肪 类、淀粉类等污垢。丝质、羊毛衣料及人的双 手皮肤的成分主要是蛋白质，如果用加酶洗衣 粉，其中的蛋白酶可将蛋白质分解成多肽，这 样对衣料和人的双手有损坏作用。