学年浙科版生物选修一新素养同步学案实验6 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 Word版含答案.docx
《学年浙科版生物选修一新素养同步学案实验6 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 Word版含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年浙科版生物选修一新素养同步学案实验6 淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 Word版含答案.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
学年浙科版生物选修一新素养同步学案实验6淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测Word版含答案
实验5 加酶洗衣粉的使用条件和效果（略）
实验6 α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测
[学考报告]
知识内容
考试属性
考情解读
α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测
加试
1.尝试用吸附法制作固定化α淀粉酶。
2．运用固定化α淀粉酶进行淀粉水解的测定。
3．说明酶固定化的方法及制作原理。
4．通过此实验探讨固定化酶的应用价值
一、酶与固定化酶
酶的定义
酶是活细胞产生的具有催化作用的一类有机物，它是生物体内各种化学反应的催化剂。
大多数酶是蛋白质，少数是RNA。
固定化酶
将水溶性的酶用物理或化学方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。
将酶改造成固定化酶的原因
由于酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用，所以要将酶改造成固定化酶。
酶固定化的方法：
吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。
固定化酶作用的机理
将固定化酶装柱，当底物经过该柱时，在酶的作用下转变为产物。
二、淀粉水解的过程及其在淀粉指示剂下的颜色反应
淀粉
糊精
麦芽糖
葡萄糖
遇碘显蓝色 遇碘显红色 遇碘不显色 遇碘不显色
三、α淀粉酶的固定化及淀粉水解的实验
实验原理
（1）用吸附法将α淀粉酶固定在石英砂上，一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精，用淀粉指示剂KI I2指示液测试，流出物呈红色，表明水解产物糊精生成。
（2）本实验使用的酶是枯草杆菌的α淀粉酶，其作用的最适温度为50～75℃；最适pH为5.5～7.5。
实验步骤
（1）淀粉溶液流经固定化酶柱：
将灌注了固定化酶的注射器放在注射器架上，用滴管加淀粉溶液，使该溶液以0.3mL/min的流速过柱。
（2）接取流出物：
待从固定化酶柱中流出5mL的溶液后，接收0.5mL流出液。
（3）流出物鉴定：
在流出物中加入KI I2溶液，观察颜色。
用水稀释1倍后再观察颜色。
（4）洗涤、保存固定化酶柱：
实验后，用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此柱。
放置在4℃冰箱中保存。
（5）重复实验：
几天后取出冰箱中该固定化酶柱，重复实验，观察结果。
实验结果的比较
1．如何证明洗涤固定化酶柱的流出液中没有淀粉酶？
提示：
可在试管中加入1mL可溶性淀粉，再加几滴淀粉酶柱流出液，保温几分钟后用碘液检验。
如仍显蓝色，则流出液中没有淀粉酶了。
2．耐高温的淀粉酶有哪些可能的用途？
提示：
可以在高温下使淀粉水解快，而且酶不会因高温而失活，所以可在一些需要高温加热同时又要水解淀粉的反应中使用。
固定化酶的特点及固定方法
特点
固定化酶与游离酶相比不但稳定性好，而且与底物和产物容易分离，且易于控制，能反复多次使用，便于运输和贮存，有利于自动化生产。
固定化酶技术是在20世纪60年代发展起来的一项技术，很快在工业、医学和生化分析等方面得到了广泛应用。
特点具体如下：
（1）使酶固定化后有一定的机械强度，催化反应的过程可管道化、连续化和自动化。
（2）酶不溶解在催化反应的溶液中，产物更易纯化。
（3）固定化酶可反复使用，更经济，更利于工厂化生产。
（4）固定化酶提高了酶的稳定性，可较长时间地贮存和使用。
（5）一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到的。
因此，在固定化酶技术的基础上，又发展出了固定化细胞技术。
固定方法
方法
图示
原理
优缺点
吸
附
法
物
理
吸
附
法
将酶蛋白的分子吸附在惰性载体上
①优点：
适用的酶范围广，酶活性高
②缺点：
酶与载体的结合力较弱，酶容易脱落
离
子
交
换
法
利用蛋白质的两性性质，使其带有电荷的基团与离子交换剂形成离子键，而被交换结合至交换剂上
续 表
方法
图示
原理
优缺点
共
价
偶
联
法
将酶与聚合物载体以共价键相结合。
酶中的氨基、羧基、巯基、羟基、咪唑基、吲哚基、苯环等常与载体共价结合，从而被固定
①优点：
都是结合
稳定，适
用范围广
②缺点：
都是制备
条件不够
温和，酶活
性较低
交
联
法
使用双功能或多功能试剂使酶分子之间相互交联呈网状结构的固定化方法
化
学
结
合
法
将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖，离子交换树脂等载体上的固定方式
很多情况下，与交联法几乎是等同的
包
埋
法
凝胶包埋法
微胶囊包埋法
酶被包埋成网格型，常用的载体有海藻酸钠凝胶
①优点：
酶活性高、稳定性也较高
②缺点：
适用范围小
酶被包埋成微胶囊型，常用的载体有聚酰胺、火棉胶、醋酸纤维素
（1）吸附法固定酶应选择不引起变性且能保持一定酶活力的载体，对蛋白质有高度吸附能力的有机硅胶、多空玻璃、活性炭和石英砂等。
（2）共价偶联法中参加共价结合的氨基酸残基应当是酶催化活性的非必需基团，如若共价结合包括了酶活性中心有关的基团，会导致酶的活力损失。
（3）交联法使用的交联剂是水溶性化合物，其中使用最广泛的是戊二醛。
戊二醛和酶蛋白中的游离氨基发生反应，从而使酶分子之间相互交联形成固定化酶。
交联法中酶的活性中心构造可能受到影响，而使酶失活明显。
（4）吸附法和共价偶联法又可统称为载体结合法。
1．下列关于固定化酶技术的说法中，正确的是（ ）
A．固定化酶技术就是固定反应物，让酶依附着载体围绕反应物旋转的技术
B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
C．固定化酶中的酶无法重复利用
D．固定化酶是将酶固定在一定空间的技术
解析：
选D。
固定化酶是利用物理或化学的方法将酶固定在一定的空间内，将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以重复利用，这样既可以降低生产成本，提高产品质量，还可以减少环境污染，由于固定化酶只能固定一种酶，不可能催化一系列的酶促反应。
2．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是（ ）
A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用
B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物
D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合
解析：
选B。
A项，固定化酶技术是指将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，可实现重复利用。
B项，固定化酶发挥作用不需要供氧，溶解氧交换受阻不会成为其应用的限制因素。
C项，固定化细胞只能用于生产分泌到细胞外的产物，否则无法获得需要的产品。
D项，用凝胶包埋细胞利用的是物理方法。
实验过程中的注意事项
实验中要待固定化酶柱中流出5mL液体后再接收流出液用于鉴定。
因为固定化酶柱中的酶与流经柱子的淀粉反应需要一定的时间，刚开始流出的液体中由于反应时间过短，糊精未生成或生成的量太少，所以不利于后面的颜色鉴定。
本实验中选用石英砂来固定化酶。
固定化酶有许多方法，本实验中采用的是吸附法。
现已证明石英砂对固定化α淀粉酶、胰蛋白酶的作用效果较好。
证明洗涤固定化淀粉酶柱的流出液中没有淀粉酶。
可在试管中加入可溶性淀粉液，再加入几滴淀粉酶柱的流出液，混合后用手握住试管使温度增加，几分钟后加入1～2滴KII2指示剂，如果混合液仍显蓝色，即可断定流出液中没有淀粉酶。
用固定在石英砂上的淀粉酶柱再作用于淀粉液，使其自柱中流出，这样，作用的结果才能表明是淀粉酶的固定化酶作用的结果。
使底物溶液通过装有固定化酶的柱，柱流出液即为酶催化的产物。
有时也可将固定化酶或固定化细胞悬浮于底物溶液中，一定时间后溶液即被酶催化成产物。
不管是固定化柱还是固定化悬浮体，回收后，在一定条件下贮存，都可以利用。
控制滴灌流速。
0.3mL/min的流速，即滴管流出量为每分钟6滴。
这样做的目的是控制流速让淀粉和淀粉酶充分接触、反应。
在流出5mL后接取0.5mL流出液，然后向试管中加入1～2滴KI I2溶液。
切记，KII2溶液不要加入太多，以免碘液颜色覆盖糊精淀粉反应后的颜色。
1．淀粉在各种酶的作用下会依次水解，不同阶段的水解产物遇到指示剂会出现不同的显色反应，下列选项中属于本实验中的反应物质和显色现象的是（ ）
A．淀粉遇碘显蓝色
B．糊精遇KI I2溶液显红色
C．麦芽糖遇碘不显色
D．葡萄糖遇本尼迪特试剂显红黄色
解析：
选B。
淀粉流经α淀粉酶固定化酶柱时，淀粉被酶水解成了糊精，而糊精遇到KI I2溶液显红色。
所以A、C、D选项中的物质都是错误的，不是淀粉、麦芽糖、葡萄糖，而是糊精。
只有选项B正确。
2．下列关于α淀粉酶的固定化过程的叙述，错误的是（ ）
A．首先要在烧杯中将5mgα淀粉酶溶于4mL蒸馏水中
B．再将5g石英砂加入上述烧杯中，不时搅拌30min
C．随后将烧杯中的物质装入1支下端接有气门心但并不封住的注射器中
D．最后用10倍体积的蒸馏水洗涤此注射器，除去那些未吸附的游离淀粉酶
解析：
选C。
α淀粉酶的固定化酶的制备应该是将烧杯中的物质装入1支下端接有气门心并用夹子封住的注射器中，而不是不封住的注射器中。
一、选择题
酶的固定方法不包括（ ）
A．将酶吸附在固体表面上
B．将酶相互连接起来
C．将酶包埋在细微网格里
D．通过基因工程改造酶
答案：
D
下列不属于固定化酶在利用时的特点的是（ ）
A．可以被反复利用
B．有利于酶与产物分离
C．能自由出入依附的载体
D．固定化酶的活性受外界环境因素影响较小
解析：
选C。
固定化酶由于酶被固定在不溶性的载体上很容易与产品分离，同时酶也能反复使用，这是固定化酶的主要优点。
固定化酶的化学本质和作用机理没有发生变化，其特性与正常酶是相同的。
下列选项中是α淀粉酶固定化所采用的方法是（ ）
A．吸附法 B．共价偶联法
C．交联法D．包埋法
解析：
选A。
固定化酶的方法包括吸附法、共价偶联法、交联法、包埋法等。
其中，α淀粉酶固定化所采用的是吸附法，所以A选项是正确的。
α淀粉酶与其固定化酶的化学本质分别是（ ）
A．蛋白质、脂质B．蛋白质、蛋白质
C．RNA、蛋白质D．RNA、脂质
解析：
选B。
固定化酶是酶的衍生物，两者的化学本质是一样的。
其中α淀粉酶的化学本质是蛋白质，因此其固定化酶的化学本质也是蛋白质。
酶的固定有多种方法，其中，通过酶分子的侧链基团相互作用，形成共价键而连接起来的一种方法是（ ）
A．吸附法B．共价偶联法
C．包埋法D．交联法
解析：
选B。
共价偶联法是将酶与聚合物载体以共价键相结合。
酶中的氨基、羧基等常与载体共价结合，从而被固定。
酶的固定化常用的方式不包括（ ）
A．吸附B．包埋
C．交联D．将酶加工成固体
解析：
选D。
将酶加工成固体属于酶制剂，不属于固定化酶。
固定化酶的方法主要有吸附法、交联法、包埋法、化学结合法等。
下列属于固定化酶的优点是（ ）
A．有利于酶的活性B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度D．有利于酶发挥作用
解析：
选B。
将酶固定化使酶与产物易于分离、降低成本、提高产物的品质。
下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是（ ）
A．琼脂糖B．醋酸纤维素
C．聚丙烯酰胺D．聚乙烯树脂
解析：
选D。
用于包埋法的载体的特点是多孔性载体，不溶于水。
研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。
如将从大肠杆菌得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（ ）
A．温度B．pH
C．水分D．营养
解析：
选D。
酶不是生命有机体，不需要营养。
用吸附法将α淀粉酶固定在石英砂上，当一定浓度的淀粉溶液流过固定化酶柱后，柱底端收集到的溶液中，加入KI I2溶液，其颜色变化为（ ）
A．显蓝色
B．显红色
C．不显色
D．流出液中因含淀粉酶，使得溶液颜色显紫色
解析：
选B。
一定浓度的淀粉溶液流过固定化α淀粉酶酶柱后，淀粉可转化为糊精，糊精遇KI I2溶液显红色，酶经固定化后，不能从柱底端流出。
如图表示某同学进行的澄清苹果汁生产实验，下列相关叙述正确的是（ ）
A．实验中所用的固定化果胶酶只能利用吸附法获得
B．为防止杂菌污染，图示装置制作完毕后应瞬间高温灭菌
C．通过控制阀调节苹果汁流出的速率，保证反应充分进行
D．固定化果胶酶不可重复使用，每次生产前应重新装填反应柱
解析：
选C。
固定化酶获得的方法不只有吸附法；瞬间高温灭菌会造成果胶酶失活；固定化酶可反复多次使用。
有关固定化酶和固定化细胞的说法，不正确的是（ ）
A．它们都受到外界pH的影响
B．它们都受到外界温度的影响
C．它们都需要从外界吸收营养物质
D．要将微生物的发酵过程变成连续的酶促反应，应选择固定化细胞
解析：
选C。
固定化酶不需要营养。
下列图形依次表示包埋法、载体结合法、物理吸附法和交联法的一组是（ ）
A．①②③④B．④③②①
C．③②①④D．④②①③
解析：
选C。
①为物理吸附法，②为载体结合法，③为包埋法，将酶包埋在网格中，④为交联法。
下列有关叙述，不属于酶固定化的原因的是（ ）
A．可以持续发挥作用
B．在溶液中直接使用酶，难以回收，成本高
C．固定化酶使酶既可催化反应物，又易与产物分离
D．使用物理、化学等方法，将酶固定在一定的空间内
解析：
选D。
酶固定化是用物理或化学的方法使酶固定在一定空间的技术与一般的酶制剂相比，具有A、B、C项描述的优点。
D项不是酶固定化的原因。
下列说法正确的是（ ）
A．图甲表示淀粉分子链的一段，数字对应“—”表示单糖之间的化学键，则淀粉酶发挥作用的位置一定是1、3、5处
B．图乙表示酶活性与温度的函数关系。
图示温度X时底物能量太高，所以不能与酶形成稳定的复合物
C．若图甲表示一条多肽链的片段，则肽酶的作用部位一定是“—”
D．对酶的任何一部位进行改造，都会导致酶的活性发生改变
解析：
选C。
淀粉酶只能将淀粉分解成麦芽糖，不能将其分解成葡萄糖；温度X时，酶部分失活；肽酶的作用部位是肽键，可将多肽分解成氨基酸；对除酶活性中心外的部位进行改造，对酶活性影响较小。
下列有关固定化技术的叙述，正确的是（ ）
A．固定化酶只是在细胞内才能发挥作用
B．固定化酶能提高酶的利用率
C．酶的固定是酶分离纯化的常用方法
D．固定化酶的固定化方式就是吸附在固体表面上
解析：
选B。
固定化酶可反复利用，提高了酶的利用率。
关于固定化酶中的酶说法正确的是（ ）
A．酶的种类具有多样性，可催化一系列的酶促反应
B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用
C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去
D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点
解析：
选B。
固定化酶可反复利用，降低了成本。
下列说法不正确的是（ ）
A．固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法
B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法
C．由于细胞个大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定
D．与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易
解析：
选C。
细胞个大，难以被吸附或结合，多采用包埋法，不易从包埋材料中漏出。
关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法错误的是（ ）
A．固定化酶活性强可长久使用
B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高
C．一般酶制剂参加反应不能重复利用
D．固定化酶可以反复利用，降低生产技术成本、提高产量和质量
解析：
选A。
固定化酶不能长久使用。
目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于应用中面临的实际问题的是（ ）
A．酶通常对强酸、强碱、高温非常敏感，但对有机溶剂不敏感
B．酶的结构比较稳定，所以催化功能很强
C．酶用于生产时可能会混在产物中，影响产品质量
D．直接用于生产中的酶可以多次利用
解析：
选C。
生产中直接应用酶，不能对酶重复利用，且酶可能会混在产物中，影响产品质量。
二、非选择题
在上个世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了60年代又发明了固定化酶技术。
请回答下列有关问题：
（1）固定化酶技术将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与________接触，又能与________分离，同时固定在载体上的酶还能________。
常用的固定方法有________________________________________________________________________。
（2）“α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验”中：
①α淀粉酶固定在________上，使用了下图中方法________（填出号码及名称）。
②实验中，用滴管滴加淀粉溶液时，使淀粉溶液以________流速过柱，目的是________________________________________________________________________。
③灌注了固定化酶的注射器在使用完后要________________________，放置在________中保存。
答案：
（1）反应物 产物 反复利用 吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法
（2）①石英砂 乙吸附法 ②0.3mL/min 使淀粉充分与酶接触 ③用10倍体积的蒸馏水洗涤 4℃冰箱
昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。
近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌体内，并与细菌内的DNA分子结合起来。
经过这样处理的细菌仍能分裂繁殖。
请根据上述资料回答：
（1）人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高__________________，通过人工选择获得
________________________________________________________________________
________________。
（2）酯酶的化学本质是________，基因控制酯酶合成要经过________和________两个过程。
（3）用固定化酶技术将该酯酶固定在尼龙网膜上后，再用于降解污水中有机磷的突出优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于________________________________________________________________________。
（5）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
用生物工程技术可以改造生物的遗传特性，为人们所用；用诱变技术提高生物基因的突变率，从中选育出优良的生物品种；酶固定化技术使酶能反复使用，提高效率降低成本，或增大酶与反应物接触面积，并且不混合在生成物中，可互相利用。
答案：
（1）基因突变频率 人们所需要的突变性状
（2）蛋白质 转录 翻译
（3）酶被固定化后可连续反复使用，降低成本
（4）控制酯酶合成的基因随细菌DNA分子复制而复制，并在后代中表达
（5）用于降解污水中的有机磷农药，以保护环境
某同学进行苹果汁制作实验，工艺如下图所示。
请回答下列问题：
（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，酶被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，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带有果胶，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若干天，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。
解析：
（1）KMnO4有杀菌消毒的作用，可将苹果表面的杂菌杀死。
果汁中因含有果胶等而使苹果汁浑浊，用果胶酶处理可使果胶水解，使果汁澄清。
固定化酶技术是将酶固定在固定化柱的载体上，固定化柱内填充的石英砂可以起到很好的吸附作用。
酶被固定后用蒸馏水冲洗是为了除去未被固定的酶。
（2）具体操作时，先提取果胶酶，将果胶酶固定在固定化柱中，再将阀2打开，使苹果汁进入固定化柱，与酶接触，固定的果胶酶就能将果汁中的果胶分解，而果胶酶不流失。
果胶中的果胶酸钙能与乙醇作用形成沉淀，故可用乙醇鉴定果汁中的果胶，如有浑浊现象，说明果汁中仍有果胶存在，此时应控制流速调节阀2的流量，调慢果汁流速。
（3）酶被固定化后，便于与反应物和产物分离，可重复利用，提高酶利用率。
答案：
（1）消毒 果胶酶 吸附 未被固定的酶
（2）AB 阀1 乙醇 浑浊（沉淀） 慢
（3）重复
用α淀粉酶将玉米粉水解生成寡糖，再用糖化酶处理产生95%～97%的葡萄糖液。
由于葡萄糖的甜度比蔗糖低得多，所以，利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。
现通过α淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖50%、果糖42%、其他糖8%的反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。
它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相同，而比葡萄糖高出许多。
因此，在饮料、食品生产中大量应用。
现在，一些发达国家高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。
请回答下列问题：
（1）在生产高果糖浆的过程中，为了使葡萄糖异构酶能够反复使用，采用了________技术。
（2）在上述生产过程中，若直接用固定化葡萄糖异构酶处理寡糖，能得到高果糖浆吗？
说明理由。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）为使固定化葡萄糖异构酶发挥最大的催化效果，在生产过程中需要注意什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
升级会员 