高考生物二轮练习专项酶的研究和应用.docx
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高考生物二轮练习专项酶的研究和应用
2019高考生物二轮练习专项-酶的研究和应用
考点140生物技术实践应用——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
催化果胶分解成为可溶性半乳糖醛酸
纤维素酶
C1酶CX酶葡萄糖苷酶
蛋白质
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
提醒果胶酶和纤维素酶都是复合酶，并不特指某一种酶，而是一类酶的总称。
3、探究酶活性最适条件和用量的实验设计
（1）原理
①果胶酶的活性受温度（或pH）的影响，处于最适温度（或pH）时活性最高。
②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）流程
各取一支，分9组分别放入30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃的恒温水浴中加热（或各取一支，分5组分别调节苹果泥和果胶酶的pH为5、6、7、8、9，置于同一恒温水浴中）
过滤果汁，用量筒测量果汁的量，并记录于设计好的表格
（3）本卷须知
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。
（4）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。
4、探究果胶酶的最适用量
（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。
（3）结果分析
计算澄清苹果汁得率（R）。
R＝V1/V2×100%式中：
V1为澄清苹果汁体积，V2为处理前苹果汁体积。
1、用果胶酶处理苹果泥是为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是（）
A、加大苹果泥用量
B、大幅度提高反应温度
C、换成大型号容器
D、用玻璃棒进行搅拌
考点141生物技术实践应用——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。
拓展延伸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
可将蛋白质分解为易溶解或分散于洗涤液中的小分子的肽或氨基酸
血渍、奶渍及各种食品中的蛋白质污垢
脂肪酶
把脂肪水解为较易溶解的甘油和游离的脂肪酸
食品的油渍、人体皮脂、口红
淀粉酶
能使淀粉迅速分解为可溶性的麦芽糖、葡萄糖等
来自面条、巧克力等的污垢
纤维素酶
使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，达到更好的去污效果
2.实验变量
（1）自变量：
加酶洗衣粉。
（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
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
注入自来水
500mL
500mL
500mL
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
5min
5min
5min
观察实验现象
提醒洗衣时，水温控制过高或过低都会影响酶活性，进而影响洗涤效果。
4、实验时考前须知
（1）在比较普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果的实验中，自变量为洗衣粉的种类，设计时应遵循单一变量原那么、对照原那么，有效控制其他变量，如水的用量、污染物的量、所用实验的布的质地和大小、两种洗衣粉的用量、搅拌及洗涤时间等。
（2）在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最正确洗涤效果的条件，如最适温度、pH，还要考虑衣物的承受力，如蛋白酶洗衣粉不能洗涤丝绸类衣物；也要考虑洗涤成本问题，因污渍的成分比较复杂，一般选择复合加酶洗衣粉，以减少用量。
（3）该实验探究多种加酶洗衣粉对同一污渍的洗涤效果，也可以探究同一种加酶洗衣粉对于不同污渍的洗涤效果。
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。
请回答以下问题。
水温/℃
10
20
30
40
50
组别
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
清除血渍时间/min
67
66
88
52
51
83
36
34
77
11
12
68
9
11
67
清除油渍时间/min
93
78
95
87
63
91
82
46
85
75
27
77
69
8
68
（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。
_____________。
考点142生物科学新技术——固定化酶和固定化细胞
1、固定化酶技术及应用实例
（1）固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
（2）将酶或细胞固定化的方法
①包埋法：
将酶或细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。
②化学结合法：
将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上。
③物理吸附法：
将酶分子吸附在载体的表面上。
提醒酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。
这是因为细胞个大，而酶分子很小，个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。
（3）固定化细胞常用的载体材料
常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。
（4）固定化酶的优点：
①易接触；②易分离；③可反复利用。
（5）固定化酶的应用实例
①固定化酶的反应柱示意图：
将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。
酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。
②利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例（如右图）：
高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。
生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。
2、固定化酵母细胞的制备和应用
（1）操作流程
酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞→冲洗→发酵。
（2）实验结果
①观察凝胶珠的颜色和形状：
如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，那么说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。
②观察发酵的葡萄糖溶液：
利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多气泡，同时会闻到酒味。
（3）考前须知
①酵母细胞的活化：
酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1h。
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。
②加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，关系到实验的成败。
海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量。
如果海藻酸钠浓度过高，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目少，影响实验效果。
③刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。
检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用以下方法：
一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就说明凝胶珠的制作成功；二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能说明制备的凝胶珠是成功的。
3、（2017·江苏卷，15）以下有关酶的制备和应用的表达，正确的选项是（）
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
关于微生物和酶的问题
考纲能力分析推断能力
考题（2017·上海卷，五）回答以下关于微生物和酶的问题。
环境污染物多聚联苯难以降解，研究发现联苯降解菌内的联苯水解酶是催化多聚联苯降解的关键酶。
（1）以下培养基中能有效分离联苯降解菌的是__________，原因是________________。
A培养基（g/L）：
某生长因子2.0，（NH4）2SO42.0，K2HPO43.0，MgSO41.0，pH7.4，多聚联
苯50mL
B培养基（g/L）：
牛肉膏10.0，蛋白胨20.0，葡萄糖20.0，NaCl5.0，pH7.4
C培养基（g/L）：
某生长因子2.0，淀粉20.0，NH4NO32.5，MgCl20.5，K2HPO43.0，多聚联
苯50mL，pH7.4
进一步研究发现，不同的金属离子对联苯水解酶的活性有一定影响，结果见下表：
（2）依据表中结果，金属离子________对该酶的活性有一定的促进作用。
金属离子对酶的活性有促进或抑制作用。
可能的原因是__________________________________。
（3）通过酶工程可将联苯水解酶用于生产实践。
酶工程通常包括酶的生产、________、酶的固定化和酶的应用等方面。
酶固定化的好处是__________。
（4）下图实线表示联苯水解酶催化的反应速率与酶浓度的关系，虚线表示在其他条件不变的情况下，底物浓度增加一倍，反应速率与酶浓度的关系，能正确表示两者关系的是___________。
（5）红球菌和假单孢菌都能降解多聚联苯，但研究发现以每克菌体计算，两种菌降解多聚联苯的能力有所不同，对此现象合理的假设是________或________。
体会
（1）选择培养基选择作用关键表达在根据所要选择微生物的特点，在配制培养基时关键成分的添加或缺失。
如选择固氮微生物那么不需要在培养基上加氮源。
（2）固定化酶最大优点——接触易，分离更易，且可反复利用。
对直接使用酶、固定化酶、固定化
细胞混淆不清
典例在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞的技术。
（1）在实际生产中，固定化酶技术的优点是_________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是________。
（2）制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[]________（填出号码与名称）。
（3）制作固定化酵母细胞时，充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。
部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是____________。
纠错笔记直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
制作方法
化学结合法固定化、物理吸附法固定化
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（或多种）
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可以重复利用
成本低、操作容易
课时规范训练
【组题说明】
考点
题号
错题统计
错因分析
影响果汁产量的物质及有关酶的知识
3、4、5
加酶洗衣粉的洗涤效果
7
固定化酶和固定化细胞
1、2、6
特别推荐
酶实践应用——3、7；新题快递——6
1.酵母菌与人们的日常生活密切相关，也是现代生物技术研究常用的模式生物，生物兴趣小组对此进行了以下研究。
请你根据他们的研究内容回答以下问题：
（1）酵母细胞的固定化
①在制备固定化酵母细胞过程中，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵母菌，原因是__________________________。
②如果在CaCl2溶液中形成的凝胶珠颜色过浅，说明______________________________。
③本实验所用的固定化技术是包埋法，而制备固定化酶那么不宜用此方法，原因是____。
④利用固定化酵母细胞进行酒精发酵，与直接接种酵母菌相比较有哪些优点？
（说出两点）____________________________________________________________。
（2）利用酵母菌制作果酒
①在葡萄酒的自然发酵过程中，酵母菌的来源是____________。
②酵母菌异化作用的类型是________________；利用酵母菌制作果酒的原理可用反应式________________________________表示。
③现在工厂化生产果酒，为提高果酒的品质，更好地抑制其他微生物的生长，采取的措施是________________________________________________________________。
2、下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：
酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
（1）在________状态下，微生物处于休眠状态。
活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复________状态。
活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时______________。
（2）固定化细胞技术一般采用包埋法，而固定化酶常用________和________。
（3）影响实验成败的关键步骤是________________________________。
（4）海藻酸钠溶化过程的考前须知是___________________________________。
（5）如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。
如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明______________________。
3、现在大力提倡无纸化办公，但是仍然不可避免的每年要产生大量的废纸，其主要成分是木质纤维，人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。
如图是工业上利用微生物用纤维素生产乙醇的基本工作流程，请回答相关问题：
（1）自然界中①环节需要的微生物大多分布在________的环境中。
将从土壤中获得的微生
物培养在以____________为碳源、并加入____________的培养基上筛选周围有
__________的菌落。
（2）如上所述的筛选中获得了三个菌落，对它们分别培养，并完成环节②，且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同，那么你认为三种酶液的活性________（一定相同、不一定相同、一定不同），可以通过______________进行定量测定。
（3）根据测定结果，①环节常选择木霉，那么②中获得的酶是______酶。
该酶至少包括______________三个组分。
（4）生产中可以满足④环节的常见菌种是________，为了确保获得产物乙醇，⑤环节要注意______________，④过程要注意避免______________。
（5）该技术虽然有广阔的前景，但存在酶的成本高等问题，为了降低成本主要从以下几方面入手改进该过程。
首先要通过________________等技术手段对产酶微生物改造，提高酶的产量。
其次，可利用______________等技术使酶能够重复利用。
4、某同学进行苹果汁制作实验，工艺如下图所示。
请回答：
（1）图中用KMnO4溶液浸泡苹果的目的是。
黑曲霉提取液中含有的可水解果胶，从而使果汁澄清。
固定化柱中填充的石英砂通过方式将酶固定化，酶液固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去。
（2）实验中，操作流程A和B的先后顺序为________。
在苹果汁澄清过程中，如有浑浊的现象应关闭的流速调节阀是______。
要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否有果胶，可取一定量的果汁与等量的________混合，如果出现________现象，说明果胶还没有被完全水解。
为使果胶完全水解，应将流速调________。
（3）实验后，将洗涤过的固定化柱在低温环境中保存假设干天，该固定化柱仍可用于苹果汁制作实验，说明固定化酶可被________使用。
5、（2017·海南卷，22）为探究NaCl和CuSO4对唾液淀粉酶活性的影响，某同学进行了实验，实验步骤和结果见表。
请回答：
试管编号
实验步骤
1
2
3
4
1%NaCl溶液（mL）
1
1%CuSO4溶液（mL）
1
1%Na2SO4溶液（mL）
1
蒸馏水（mL）
1
pH6.8缓冲液（mL）
1
1
1
1
1%淀粉溶液（mL）
1
1
1
1
唾液淀粉酶溶液（mL）
1
1
1
1
各试管放入37℃恒温水浴保温适宜时间
取出试管，加入1%碘溶液0.1mL
观察结果
无色
深蓝色
浅蓝色
（1）实验中加入缓冲液的作用是_____________。
（2）分析实验结果可知：
对酶活性有影响的离子是______________，其中对酶活性有抑制作用的离子是____________，对酶活性有促进作用的离子是________________。
（3）该实验中设置4号试管的目的是____________；设置3号试管的目的是____________。
（4）上述实验中假设用斐林试剂代替碘溶液进行检测，1～4号试管中的颜色依次是________、________、________、________。
根据上述实验结果，在操作过程中，保温之前不能加入斐林试剂，其原因是________________________________________。
6、根据材料回答以下有关问题：
Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂（使酶相互连接），海藻酸钠来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最正确固定条件进行了探究。
下图显示的是部分研究结果。
（注：
酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量）
（1）从图1可以看出：
固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更__________、
（2）从图2可以看出：
海藻酸钠浓度为________时的小麦酯酶活力最强。
当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是：
__________。
Ⅱ.某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：
①活化酵母细胞：
称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；
②配制CaCl2溶液：
将无水CaCl2溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的CaCl2溶液；
③配制海藻酸钠溶液：
用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水/无菌水中，配制成溶液；
④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：
将活化的酵母细胞迅速加入到刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀；
⑤固定化酵母细胞：
用注射器以恒定的速率缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察凝胶珠形成。
（1）请你改正其中两处错误的操作：
第一处：
________________；
第二处：
_____________。
（2）刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右，目的是________________________________________________________________________。
（3）如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，那么说明海藻酸钠浓度________（过低/过高）。
7、某化工厂生产的一种加酶洗衣粉，其包装袋上印有如下说明。
成分：
含碱性蛋白酶。
用法：
洗涤前先将衣物浸于含洗衣粉的水中数分钟。
注意：
切勿用于丝质及羊毛衣料。
用后彻底清洗双手。
某研究性学习小组为探究该洗衣粉中酶催化作用的最适温度，设计了如下装置进行实验，并将结果用以下曲线图A、B表示
请回答以下问题：
（1）由图可知，使用该加酶洗衣粉的最适宜温度为______________。
（2）在0℃和75℃时，酶的催化效率基本都为零。
但当温度再都回到45℃时，后者酶的催化能力已不能恢复，这是因为________________。
（3）在实验过程中可通过直接测定_____________
（指标）来表示该洗衣粉中酶的催化效率。
（4）目前使用的加酶洗衣粉都是一次性的，某洗涤公司为降低生产成本研制了一种能多次重复使用加酶洗衣粉的设备，他们将酶固定在不溶于水的尼龙载体上，洗涤完衣物后，经过简单处理，这些酶还可以多次重复利用，这种方法制成的酶叫________。
（5）除加酶外，很多洗衣粉中还加有香精，高档洗衣粉中的香精都是由植物芳香油制成的，目前从植物中提取芳香油的方法有________________。
（6）加酶洗衣粉中的淀粉酶可以从霉菌中提取。
用固体培养基分离、纯化霉菌的方法有______________、___________。
答案
突破考点提炼方法
对位训练1D
对位训练2
（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
对位训练3A
考题链接
考题
（1）A该培养基中多聚联苯为唯一碳源
（2）Mn2＋金属离子与酶结合可以改变酶的空间结构（尤其是活性部位的结构）（3）酶的分离纯化便于重复利用，能连续进行反应（4）B（5）两种菌内酶量不同两种菌内酶基因的结构（酶结构）不同
易错警示
典例
（1）酶既容易与反应物接触，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海藻酸钠溶液浓度过高（或针筒口离液面过近，高度不够）
课时规范训练
1、
（1）①防止高温杀死酵母菌②固定化酵母细胞数目较少③酶分子很小，容易从包埋材料中漏出④能多次重复利用、降低生产成本
（2）①附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
②兼性厌氧型C6H12O6
2C2H5OH＋2CO2
③直接在果汁中加入人工培养的酵母菌
2、
（1）缺水正常（生活）体积会增大（增多）
（2
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