高中生物 專題四 酶的研究與應(yīng)用課件 新人教版選修1

我國水果生產(chǎn)發(fā)展迅速，每年上市的新鮮水果品種多、數(shù)量大。但由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓滯銷，腐爛變質(zhì)。 水果的加工技術(shù)，不僅可以緩解產(chǎn)銷矛盾，而且能夠提高產(chǎn)品的附加值，滿足人們不同層次的需求。水果的加工包括制作果汁、果干、果粉和果酒等。一、水果加工產(chǎn)業(yè)的新起一、水果加工產(chǎn)業(yè)的新起制作果汁要解決兩個問題一.果肉的出汁率低,耗時長二榨取的果汁渾濁，黏度高，易發(fā)生沉淀怎樣解決？使用果膠酶1、什么是果膠，其單體是什么？2、果膠對果汁制作的影響？果膠是植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。影響果汁的出汁率，還會使果汁渾濁。（一）果膠酶的作用（一）果膠酶的作用思考：思考： 要破壞植物的細胞壁，要破壞植物的細胞壁， 你有什么方法你有什么方法 ，結(jié)果一樣嗎？，結(jié)果一樣嗎？3、什么是果膠酶？它是分解果膠的一類酶的總稱，包括半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等。4、果膠酶在果汁制作中的作用是什么？植物，酵母菌，細菌，霉菌 分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；使果膠水解分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層；使果膠水解 為半乳糖醛酸。為半乳糖醛酸。 提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。1、酶催化一定化學反應(yīng)的能力。？ 酶活性的高低：在一定的條件下，酶所催化的某一化學反應(yīng)的反應(yīng)速度。 酶反應(yīng)速度：用單位時間內(nèi)、單位體積中或來表示。3、果膠酶的活性如何表示？果汁體積，澄清度（二）酶的活性與影響酶活性的因素二）酶的活性與影響酶活性的因素酶活性受溫度影響的示意圖酶活性受pH值影響的示意圖在最適溫度、最適pH條件下，酶的活性最高。溫度、pH的偏高或偏低，酶的活性會明顯降低。Fe3、Ca2、Zn2等金屬離子對果膠酶有抑制作用。這些離子為這些離子為重重金屬離子金屬離子，重，重金屬離子金屬離子對蛋對蛋白質(zhì)有變性作白質(zhì)有變性作用用，果膠酶果膠酶是是一種一種蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 果膠酶發(fā)揮作用需要怎樣的條件呢?酶的活性受溫度、pH值等外界因素的影響 果膠酶的活性受溫度影響。處于最適溫度時，果膠酶的活性受溫度影響。處于最適溫度時，活性最高?；钚宰罡?。果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶果肉的出汁率、果汁的澄清度與果膠酶的活性大小成正比。的活性大小成正比。1 1、實驗原理、實驗原理2 2、實驗操作流程、實驗操作流程你能設(shè)計嗎？你能設(shè)計嗎？ 實驗設(shè)計實驗設(shè)計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響思考：思考：1 1、你打算設(shè)置多少個溫度值？、你打算設(shè)置多少個溫度值？2 2、你如何得到蘋果泥？、你如何得到蘋果泥？3 3、你怎樣保證在任一溫度裝置中蘋果泥和果膠酶、你怎樣保證在任一溫度裝置中蘋果泥和果膠酶及混合后溫度的一致？及混合后溫度的一致？4 4、你依據(jù)什么來判定果膠酶的活性的大??？、你依據(jù)什么來判定果膠酶的活性的大??？實驗設(shè)計實驗設(shè)計（1-11-1）探究溫度對果膠酶活性的影響）探究溫度對果膠酶活性的影響實驗設(shè)計實驗設(shè)計（1-21-2）探究）探究pHpH對果膠酶活性的影響對果膠酶活性的影響2 2、實驗操作流程、實驗操作流程 果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應(yīng)了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和的體積大小反應(yīng)了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pHpH下，果膠酶下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。的活性越大，蘋果汁的體積就越大。果汁體積（出汁率或者澄清度）越多，說明酶的活性越高果汁體積（出汁率或者澄清度）越多，說明酶的活性越高實驗設(shè)計實驗設(shè)計:結(jié)果分析結(jié)果分析T/度度0 102030405060.。 100果汁量PH12345.1314果汁量PH的大小可以用體積分數(shù)為0.1%的NaoH溶液和HCL進行調(diào)節(jié)為了讓底物和酶充分地反應(yīng)，應(yīng)用玻璃棒不時攪拌反應(yīng)混合物無關(guān)變量應(yīng)該保持相同且適宜，如果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間等相同 探究果膠酶的用量是建立在探究最適溫度和pH對果膠酶活性影響的基礎(chǔ)之上的。此時，研究的自變量是 ，其他因素都應(yīng) 。果膠酶的用量保持不變實驗設(shè)計實驗設(shè)計 (2)(2)探究果膠酶的用量探究果膠酶的用量 在最適溫度和在最適溫度和pHpH條件下制作條件下制作1 1升蘋果汁，使用多少升蘋果汁，使用多少果膠酶最合適？果膠酶最合適？實驗設(shè)計實驗設(shè)計 (2)(2)探究果膠酶的用量探究果膠酶的用量酶濃度mg123456789果汁量/ml本實驗的自變量、因變量、無關(guān)變量分析(以探究果膠酶的用量實驗為例)變量名稱含 義實例關(guān) 系實驗變量(自變量)實驗中實驗者所操縱的因素或條件實驗變量為原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者是因果關(guān)系反應(yīng)變量(因變量)由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果無關(guān)變量除自變量外，對實驗結(jié)果造成干擾的其他因素果膠酶的量果汁量溫度等在實際的操作過程中，還需要注意下列事項：1與其他工業(yè)用酶基本相同，果膠酶的適宜溫度范圍也比較寬泛，因此，可以選用10 作為溫度梯度，設(shè)置的具體溫度為10 、20 、30 、40 、50 和60 等，也可以嘗試以5 作為溫度梯度。2蘋果、橙子和葡萄等水果都可以作為反應(yīng)物，水果不用去皮。如用蘋果為原材料，一般可按每個中等大小的蘋果加水100200 mL的比例進行攪拌，獲得稀的蘋果泥。3果泥的用量可以采用5 mL左右，果膠酶的用量可采用質(zhì)量濃度為2%的果膠酶溶液2 mL。4水浴時間可以為2030 min。5過濾果汁時，漏斗中應(yīng)放置濾紙。6探究pH對果膠酶活性的影響，只須將溫度梯度改成pH梯度，并選定一個適宜的溫度進行水浴加熱。反應(yīng)液中的pH可以通過體積分數(shù)為0.1%的氫氧化鈉或鹽酸溶液進行調(diào)節(jié)。課題2 探討加酶洗衣粉的洗滌效果酶制劑的分類？酶制劑為什么具有如此強的功效？它的作用機理是怎樣的？它們作用的示意圖。影響酶活性的因素有哪些？酶能直接添加到洗衣粉中嗎？為什么？科學家是如何解決這一難題的？為什么說加酶洗衣粉能減少對環(huán)境的污染？使用酶洗衣粉時有哪些注意點？閱讀課本P46 一、加酶洗衣粉的洗滌原理基礎(chǔ)知識： 加酶洗衣粉是指含有 的洗衣粉,目前常用的酶制劑有四類： 、 、 、 。其中應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是 和 。酶制劑蛋白酶 脂肪酶 淀粉酶堿性蛋白酶 注：酶制劑的特點：能夠耐酸、耐堿、忍受表面活性劑和較高的溫度，并且通過特殊的化學物質(zhì)將酶包裹，與洗衣粉其他成分隔離。堿性脂肪酶纖維素酶 思考1蛋白酶為什么具有如此強的功效？它的作用機理是怎樣的？請寫出作用示意圖。 酶具有高效性，能迅速將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)分解成可溶性小分子肽和氨基酸。蛋白酶肽酶蛋白質(zhì)多肽氨基酸思考2請寫出脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶的作用示意圖嗎？C1酶、Cx酶纖維二糖酶纖維素纖維二糖葡萄糖脂肪酶脂肪甘油脂肪酸淀粉酶淀粉麥芽糖C1酶、Cx酶、纖維二糖酶都屬于纖維素酶 影響酶活性的因素有 、 和 。溫度 酸堿度 思考3酶能直接添加到洗衣粉中嗎？為什么？科學家是如何解決這一難題的？ 不能，因為洗衣粉中的表面活性物質(zhì)會降低酶的活性。將基因工程生產(chǎn)出的酶用特殊水溶性物質(zhì)包裹起來，與洗衣粉的其它成分隔離開來。表面活性劑 思考4為什么說加酶洗衣粉能減少對環(huán)境的污染？ 加酶洗衣粉可以降低表面活性劑和三聚磷酸鈉的用量，使洗滌劑朝低磷、無磷的方向發(fā)展。二、實驗設(shè)計思考：3個探究實驗的變量分別是什么？實驗設(shè)計遵循的原則？ 閱讀：“資料一有效地控制變量”探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果的不同： 小組討論分析： A同學的實驗方案存在問題嗎？若有問題，請說明存在的問題。 你同意B同學觀點嗎？請說明理由 影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素有哪些？單一變量原則和對照性原則 A同學的實驗方案存在問題嗎？若有問題，請說明存在的問題。 你同意B同學觀點嗎？請說明理由 影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素有哪些？ 有問題。未說明控制相同的適宜溫度；玻璃棒攪拌的強度難于控制相同等。不同意。B同學忽略了實驗中變量的控制問題。 水溫、水量、水質(zhì)、洗衣粉的用量、衣物的質(zhì)料、大小及浸泡時間和洗滌時間等。 你認為應(yīng)該控制的單一變量是： 的區(qū)別，其他條件（如洗衣粉用量、水溫、水質(zhì)、水量、布料的大小和顏色、洗滌方式、洗滌時間等）完全相同。普通洗衣粉和加酶洗衣粉 閱讀“資料二考慮實際生活中的具體情況”，探究溫度對加酶洗衣粉效果的影響： 水溫的控制：通常情況下春、夏、秋、冬四季可分別選取 、 、 、 。15 35 25 5 其他條件如何控制？ 洗滌方式有半自動和全自動，相比之下采用 方式比較好，并且應(yīng)盡量使用同一型號小容量的洗衣機，其機械攪拌作用相同 ；洗滌材料以（衣物、布料）作為實驗材料比較可行，做對照實驗時可以控制布料的 、 以及 （可用滴管控制）使其相同，同時也便于洗滌效果的比較；水量和洗衣粉用量與布料的大小是成正比的。全自動大小 顏色 污物的量 實驗操作：u課題名稱：u實驗?zāi)康模簎實驗原理：u實驗材料：溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響比較不同溫度下加酶洗衣粉的洗滌效果酶的催化活性受溫度影響，在適宜溫度下酶的催化活性最高，溫度過低或過高酶的催化能力降低加酶洗衣粉、天平、白色棉布、1000mL燒杯、玻棒、溫度計、滴管、新鮮雞血、水浴缸、溫度分別為5、15、25、35的清水。（6）按相同方式用不同玻棒攪拌棉布各，放到水浴缸中。（5）將4個燒杯分別放到相同水溫的水浴缸中，將帶雞血的棉布分別放到燒杯中浸泡20min。（4）取水浴缸4個，依次倒入5000mL 5、15、25、35清水，插入溫度計保持恒溫。（3）將5、15、25、35清水各500mL依次倒入4個燒杯中，用玻棒攪拌溶化洗衣粉。（2）取1000mL燒杯4個，用天平分別稱取0.5g加酶洗衣粉，依次倒入4個燒杯中。（1）取10cm10cm的白色棉布4塊，用滴管各滴加5滴新鮮雞血，晾干備用。實驗步驟： 探究不同種類的加酶洗衣粉對同一污物和不同污物洗滌效果的比較 在實驗中， 是變量，其他因素在實驗中保持不變；水溫應(yīng)保持不變。在實施活動時，通常應(yīng)采用當?shù)氐某?，如果是冬季水溫過低，就應(yīng)采用 的方法，使溫度達到25 35 。加酶洗衣粉的種類水浴加熱本實驗判斷洗滌效果的標準是什么？比較相同洗滌時間后污染物殘留狀況不同種類的洗衣粉對同一污漬或不同污漬洗滌效果的列表比較污染物蛋白酶洗衣粉 復合酶洗衣粉普通洗衣粉油漬血漬奶漬果汁漬 【小組探討題】 有位同學打算用絲綢做實驗材料，探討含有蛋白酶的洗衣粉的洗滌效果，你認為他這樣做合適嗎？為什么？洗羊毛衫呢？ 另一位同學打算用淀粉酶洗滌被淀粉污染的衣物，用斐林試劑檢測結(jié)果以探討溫度加酶洗衣粉的洗滌效果，你認為他這樣做可以嗎？為什么？使用加酶洗衣粉要注意哪些問題？使用加酶洗衣粉要注意的問題：對于蛋白質(zhì)面料的衣物不能使用蛋白酶洗衣粉使用加酶洗衣粉要注意溫度的控制，和浸泡使用加酶洗衣粉洗衣后要注意洗手衣服的洗滌，不光要考慮洗滌效果，還要考慮衣物的承受能力，洗滌成本等因素酶作為一種生物催化劑，有一定的壽命，不能放置太久課題3 酵母細胞的固定化溫故知新： 1.洗衣粉中添加_，可以更有效地清除頑漬。常用的酶制劑有_四類。 2.影響酶活性的因素有_、_和_。 在食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等領(lǐng)域大規(guī)模使用酶制劑，說明酶制劑使用有很多優(yōu)點，你能舉出一些例子嗎？ 催化效率高、低能耗、低污染等。 酶制劑的使用有缺點嗎？ 你能舉出一些例子嗎？推行內(nèi)部市場，是深化改革、加快經(jīng)營機制轉(zhuǎn)換的有效途徑推行內(nèi)部市場，是與社會市場大市場接軌的客觀要求推行內(nèi)部市場，是加強企業(yè)管理，提供經(jīng)濟效益的需要推行內(nèi)部市場，是深化改革、加快經(jīng)營機制轉(zhuǎn)換的有效途徑推行內(nèi)部市場，是加強企業(yè)管理，提供經(jīng)濟效益的需要3.反應(yīng)后會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。1.通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活；2.溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；酶制劑存在的缺陷： 如果你是工程技術(shù)人員，你如何解決這個問題？ 閱讀P49-50，并思考：1.解決酶應(yīng)用中存在問題的方法是？2.這種方法的優(yōu)點是什么？3.什么是高果糖漿？使用它有何好處？4.生產(chǎn)高果糖漿需要什么酶？其作用是什么？這種酶有何特點？5.了解高果糖漿生產(chǎn)過程。一、固定化酶的應(yīng)用實例 1.固定化酶技術(shù)。即將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)（如固定在不溶于水的載體上）。 2.固定化酶技術(shù)的優(yōu)點：（1）使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；（2）固定在載體上的酶可以被反復利用。 3.高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對人的健康有利。 你能寫出果糖的分子式嗎? 它屬于什么糖? 4.生產(chǎn)高果糖漿需要葡萄糖異構(gòu)酶；其作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖；這種酶穩(wěn)定性好，可持續(xù)發(fā)揮作用。5.固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的圖示： 注意反應(yīng)柱的各部分名稱。 你能說出反應(yīng)柱的優(yōu)點嗎？ 反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。生產(chǎn)流程含淀粉的漿液-淀粉酶糊精糖化酶葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖的異構(gòu)化42%45%轉(zhuǎn)化成果糖果葡糖漿果糖和葡萄糖分離葡萄糖再次異構(gòu)化反復多次果糖含量70%90%高果糖漿 在生產(chǎn)實際中使用固定化酶技術(shù)有無不足?如有不足,怎么辦? 有。一種酶只能催化一種化學反應(yīng)，而在生產(chǎn)實際中很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能進行，所以操作比較麻煩。 可采用固定化細胞技術(shù)。1、概念： 利用物理或化學方法將細胞固定在一定空間的技術(shù)。 細胞中含有一系列酶，在細胞正常生命活動的過程中，通過代謝產(chǎn)生所需要的代謝產(chǎn)物。閱讀P50：思考第二段的問題二、固定化細胞技術(shù)2.將酶或細胞固定化的方法 將酶（或細胞）包埋在細微網(wǎng)格里 將酶（或細胞）相互連接起來將酶（或細胞）吸附在載體表面上包埋法化學結(jié)合法吸附法酶和細胞固定方法的選擇酶適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定細胞適合采用包埋法固定（1）方法（2）原因細胞個大，酶分子很小 個體大的細胞難以被吸附或結(jié)合而個小的酶容易從包埋的材料中漏出3、固定化細胞常用的載體常用的不溶于水的多孔性載體有哪些？ 明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等 如果反應(yīng)底物是大分子物質(zhì)，能否用固定化細胞技術(shù)?為什么？那應(yīng)該采用何種技術(shù)?（一）制備固定化酵母細胞閱讀P5051思考下列問題：（1）制備過程包括哪幾個步驟？（2）你認為哪個步驟的操作是最重要的一環(huán)？三、實驗操作1.酵母細胞的活化思考： 關(guān)于酵母菌你有哪些知識？ 什么是活化？ 怎樣活化？ 應(yīng)注意什么？ 活化：讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常的生活狀態(tài)； 本質(zhì)：加快新陳代謝； 方法：加入適量的水。 取1g干酵母，放入50ml的小燒杯中，加入蒸餾水10ml，用玻璃棒攪拌，使酵母細胞混合均勻，成糊狀，放置1h左右使其活化思考：你認為酵母的活化操作有哪些注意事項？所用容器要大一些；要保證酵母菌的活性；2.配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液 稱取無水CaCl2 0.83g。放入200mL的燒杯中，加入150mL的蒸餾水，使其充分溶解，待用。3.配制海藻酸鈉溶液操作： 稱取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中.加人10mL水，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至10mL。注意，加熱時要用小火，或者間斷加熱，反復幾次，直到海藻酸鈉溶化為止 加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實驗的成敗，一定要按照教材的提示進行操作。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少，影響實驗效果。應(yīng)當注意什么問題？4、海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合 將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的醉母細胞，進行充分攪拌，使其混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中。 為什么海藻酸鈉溶液要冷卻？5、固定化酵母細胞 以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，觀察液滴在CaCl2溶液中形成凝膠珠的情形。將這些凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。 剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法： 一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。 二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。這一階段成功與否呢？怎樣評價？ 觀察凝膠珠的顏色和形狀: 如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。（二）用固定化細胞發(fā)酵 1、將固定好的酵母細胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2-3次。 2、 將150mL質(zhì)量分數(shù)為10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到200mL的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細胞，置于25下發(fā)酵24h。這一階段成功與否呢？怎樣評價？ 觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液；利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味。 還有其他方法嗎？類型優(yōu)點不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等。對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用。一種酶只能催化一種化學反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。固定化細胞成本低，操作更容易。固定后的酶或細胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導致反應(yīng)效果下降等。