2020版《赢在微点》高考生物人教版一轮复习讲义：第十单元第02讲酶的应用

第02讲　酶的应用

考点一　酶的研究与应用

一、果胶酶在果汁生产中的作用

1．果胶

(1)作用：植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一；在果汁加工中，会影响出汁率并使果汁浑浊。

(2)成分：由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物。

(3)特点：不溶于水。

2．果胶酶

(1)果胶酶

(2)酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力，可用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。

(3)影响酶活性的因素：温度、pH 和酶的抑制剂等。

二、加酶洗衣粉在洗涤中的作用

1．加酶洗衣粉：指含酶制剂的洗衣粉。

2．酶制剂的种类与洗涤原理

续表

　诊断辨析

(1)酶制剂中的酶，指的都是单一酶。(×)

提示　酶制剂中的蛋白酶、淀粉酶等并非是单一酶，而是复合酶，如蛋白酶制剂实际包括蛋白酶和某些肽酶，可将蛋白质水解成小分子肽和氨基酸。

(2)加酶洗衣粉应用温水来进行清洗衣物。(√)

提示　酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的洗涤时间。

(3)用加酶洗衣粉后，应再用清水彻底清洗双手。(√)

提示　人体皮肤表面有蛋白质，使用加酶洗衣粉后如不彻底清洗双手，会使手的皮肤受到腐蚀，甚至会使人患过敏性皮炎、湿疹等。

(4)丝绸类衣物用加酶洗衣粉清洗时要注意轻揉，并且时间相对长一些。(×)

提示　一般来说，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。

1．果胶酶的作用底物是果胶，下列有关叙述正确的是(　　)

A．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一

B．果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖，使浑浊的果汁变澄清

C．果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物

D．果胶酶就是果胶分解酶的简称

解析　果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，A项正确；果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变澄清，B项错误；果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，C项错误；果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，D项错误。

答案　A

2．如表是某同学探究温度对果胶酶活性影响的实验结果。该结果不能说明(　　)

A.温度影响果胶酶的活性

B．若温度从10 ℃升高到40 ℃，酶的活性将逐渐增强

C．40 ℃与60 ℃时酶的活性相等

D．50 ℃是该酶的最适温度

解析　分析表中数据可以发现温度影响果胶酶的活性，温度为50 ℃左右时，果胶酶的活性较高，A项正确；温度从10 ℃升高到40 ℃，果汁量逐渐增多，说明酶的活性逐渐增强，B项正确；40 ℃与60 ℃时果汁量相等，故酶的活性相等，C项正确；温度影响酶的活性，果胶酶的最适温度在40～60 ℃，题表不能说明50 ℃就是该酶的最适温度，D项错误。

答案　D

3．下列关于加酶洗衣粉的叙述，正确的是(　　)

A．高温易使酶失活，因此冷水洗涤去污效果应该比温水好

B．洗衣粉中表面活性剂对碱性蛋白酶活性有一定的促进作用

C．在pH低于7.0的自来水中，碱性蛋白酶依然能起作用

D．洗衣粉中酶主要是通过快速分解溶在水里的污渍发挥作用

解析　酶有最适温度，加酶洗衣粉中的酶在温水中更能充分发挥洗涤效果，A项错误；洗衣粉中的表面活性剂能影响碱性蛋白酶的活性，会使酶失活，B项错误；加酶洗衣粉中的酶主要是通过分解衣物上的污渍发挥作用，D项错误。

答案　C

4．下面围绕加酶洗衣粉进行的探究实验中，最合理的是(　　)

A．探究加酶洗衣粉的最适使用温度时，设置0 ℃、37 ℃、100 ℃三组自变量

B．探究加酶洗衣粉的洗涤效果时，设置不同种类加酶洗衣粉进行相互对照

C．探究加酶洗衣粉的最适用量时，要注意控制实验中衣物污染程度、洗涤时间和方式等无关变量

D．探究不同水质对加酶洗衣粉洗涤效果的影响时，一定要设置蒸馏水的洗涤效果

解析　探究加酶洗衣粉的最适温度时，温度是自变量，但温度梯度不能太大；探究加酶洗衣粉的洗涤效果时，实验的对照组应用普通洗衣粉洗涤；在探究不同水质对加酶洗衣粉洗涤效果的影响实验中，不同种类的水形成相互对照即可，生活中很少有使用蒸馏水洗衣的。

答案　C

5．(2018·江苏高考)(多选)下列关于加酶洗衣粉的叙述，错误的是(　　)

A．洗衣粉中添加的酶通常是由微生物发酵生产而来

B．洗衣粉中的蛋白酶通常会将添加的其他酶迅速分解

C．在50 ℃热水中用加酶洗衣粉洗衣时，其中的酶会迅速失活

D．加酶洗衣粉受潮后重新晾干保存，不会影响其中酶的活性

解析　加酶洗衣粉中的酶是科学家通过基因工程生产的，即利用转基因技术、微生物发酵技术生产的，A项正确；加酶洗衣粉中的酶通过特殊的化学物质层层包裹，与洗衣粉的其他成分隔离，所以洗衣粉中的蛋白酶不会将其他的酶迅速分解，B项错误；加酶洗衣粉中的酶是科学家通过基因工程生产的能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶，故在50 ℃热水中酶不会迅速失活，C项错误；加酶洗衣粉中的酶通过特殊的化学物质包裹，这些隔离层遇到水后，就会很快溶解，包裹在其中的酶就能迅速发挥催化作用，所以加酶洗衣粉受潮后，其中酶的活性会受到影响，D项错误。

答案　BCD

1．探究温度和pH对果胶酶活性的影响

(1)实验原则：遵循单一变量原则、对照原则，严格控制变量，尽量减少无关变量的影响。

(2)实验原理：果胶酶的活性受温度、pH和酶抑制剂的影响，在最适温度或pH时，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度都与果胶酶的活性大小成正比。

 (3)实验流程

制备果泥

↓

设置一系列具有梯度的pH 和温度

↓

加入果胶酶反应一段时间

↓

过滤果汁

(4)分析：该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或比较澄清度来实现的。

2．对加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法

(1)判断加酶洗衣粉洗涤效果的方法：可在洗涤后比较污物的残留状况，如已消失、颜色变浅、面积缩小等。

(2)加酶洗衣粉的洗涤效果的探究方法：实验设计遵循的原则是对照原则和单一变量原则，如在探究普通

洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何不同时，以洗衣粉的种类为自变量，其他条件完全一致；同时，普通洗衣粉处理污物与加酶洗衣粉处理污物形成对照。

(3)变量分析

 考点二　固定化酶和固定化细胞

1．固定化酶

(1)形成：将水溶性的酶用物理或化学的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。

(2)特性：与游离酶相比较，稳定性好，与底物和产物容易分离，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。

2．固定化酶的制作方法：由酶的性质和载体特性所决定，主要包括吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

3．淀粉酶水解作用的检测

　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

4．固定化细胞技术

(1)概念：固定化细胞技术是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术。

(2)固定化酶或细胞的方法：包埋法、化学结合法和物理吸附法。

(3)实验操作

酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2→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。

　诊断辨析

(1)细胞的固定化操作中用到的CaCl2溶液及注射器无需进行严格灭菌，只做一般消毒即可。(×)

提示　细胞的固定化要在严格无菌条件下进行；对制备的海藻酸钠溶液、CaCl2溶液以及注射器等器材进行严格灭菌。

(2)溶化海藻酸钠时用小火加热，是使其充分溶化均匀。(×)

提示　溶化海藻酸钠时采用小火间断加热法，防止海藻酸钠焦糊。

(3)海藻酸钠溶液浓度过低，很难形成凝胶珠；浓度过高，凝胶珠包埋的细胞数量少。(×)

提示　海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠；浓度过低，凝胶珠所包埋的酵母细胞数量少。

1．(2018·江苏高考)下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是(　　)

A．用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞

B．进行包埋时，用于悬浮细胞的CaCl2溶液浓度要适宜

C．注射器(或滴管)出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状

D．包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性

解析　海藻酸钠溶解时要先加水，之后小火间断加热并不断搅拌，完全溶化后用蒸馏水定容，冷却至室温后，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再固定，A项错误；包埋时氯化钙溶液的作用是使胶体聚沉，B项错误；滴加溶液时注射器或滴管不能贴近液面，否则凝胶珠会呈蝌蚪状，C项错误；制作成功的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性，D项正确。

答案　D

2．如图甲表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图乙是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答：

甲　　　　　　　乙　　　　　　　丙

(1)图甲中，将溶化好的海藻酸钠溶液________，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。

(2)图甲中X溶液为________，其作用是______________。

(3)某同学在图甲步骤结束后得到图丙所示的实验结果，出现此结果的可能原因是海藻酸钠浓度过________(填“高”或“低”)或注射器中的混合液推进速度过____(填“快”或“慢”)。

(4)图甲中制备的凝胶珠用________________后再转移到图乙装置中，发酵过程中搅拌的目的是______________。

解析　(1)溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合，以免高温使酵母细胞失活。(2)注射器中的混合液要滴在CaCl2溶液中进行固定化酵母细胞的制备，故图甲中X溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶殊。(3)图丙中所示的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠溶液浓度偏高或注射器中的混合液推进速度过快。(4)制备的凝胶珠用蒸馏水冲洗(去除残留的CaCl2)后再转移到图乙装置中进行发酵，发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行。

答案　(1)冷却至室温

(2)CaCl2溶液　使海藻酸钠形成凝胶珠

(3)高　快

(4)蒸馏水冲洗　使培养液与酵母菌充分接触

1．制备固定化酵母细胞及用固定化酵母细胞发酵

2．固定化酶和固定化细胞技术

(1)概念：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)方法及适用对象

一般来讲，酶更适合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，这是因为个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶则易从包埋材料中漏出。

3．固定化酶与固定化细胞的比较

1．科研人员研究了不同洗涤浓度(单位体积的水中加入洗衣粉的量)的两种加酶洗衣粉的去污力(%)，结果如表所示。下列说法错误的是(　　)

A.实验时，需控制好温度、洗涤时间和洗涤方式等无关变量

B．若洗涤的是相同污布，则两种加酶洗衣粉的洗涤效果相似

C．实际洗涤时，除考虑适宜的洗涤浓度外，还需考虑衣服质地等

D．所有加酶洗衣粉最适洗涤浓度都为0.6%，浓度过大是不必要的

解析　该实验中洗涤温度、洗涤时间和洗涤方式等属于无关变量，无关变量应保持一致，A项正确；分析表格中的信息可知，相同浓度条件下，两种洗衣粉的洗涤效果无显著差异，因此若洗涤的是相同污布，两种加酶洗衣粉的洗涤效果相似，B项正确；实际洗涤时，除考虑适宜的洗涤浓度外，还需考虑衣服质地等，如丝质衣物不能用含蛋白酶的洗衣粉洗涤，C项正确；该表格显示甲、乙两种洗衣粉的最适洗涤浓度相同，都为0.6%左右，但是不能说明所有加酶洗衣粉的最适洗涤浓度都相同，D项错误。

答案　D

2．下列有关固定化酶技术和固定化细胞技术的叙述，错误的是(　　)

A．固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法

B．因为酶分子比较大，所以固定化酶技术更适合采用包埋法

C．与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本低，操作更容易

D．反应物如果是大分子物质，应采用固定化酶技术

解析　固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法；一般来说，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，这是因为细胞体积大，而酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶容易从包埋材料中漏出；固定化细胞的优点是成本低，操作更容易，能固定一系列的酶；大分子难以通过细胞膜，应采用固定化酶技术。

答案　B

3．下列关于“酵母细胞的固定化技术”实验的叙述，正确的是(　　)

A．活化酵母时，将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状

B．配制CaCl2溶液时，需要边小火加热边搅拌

C．将海藻酸钠溶液滴加到CaCl2溶液时，凝胶珠成形后应即刻取出

D．海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈蝌蚪状

解析　将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状，可以活化酵母，A项正确；配制海藻酸钠溶液时需用小火间断加热，配制CaCl2溶液时不需加热，B项错误；凝胶珠成形后应在CaCl2溶液中浸泡30分钟左右，以便形成稳定的结构，C项错误；海藻酸钠溶液浓度过低时固定的酵母细胞数目少，凝胶珠呈白色，过高时凝胶珠易呈蝌蚪状，D项错误。

答案　A

4．(2019·江西赣州模拟)下列有关酵母细胞固定化实验的操作及结果分析的叙述，错误的是(　　)

A．干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化

B．配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊

C．海藻酸钠溶液的浓度过低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目少

D．向CaCl2溶液中滴加海藻酸钠与酵母细胞混合液时要快速，防止凝固

解析　干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化，A项正确；为防止海藻酸钠焦糊，配制海藻酸钠溶液时需用小火间断加热，B项正确；海藻酸钠溶液的浓度过低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目少，C项正确；向CaCl2溶液中滴加海藻酸钠与酵母细胞混合液时，要以恒定的速度缓慢地滴加，D项错误。

答案　D

5．(2018·浙江4月高考)回答与果胶、淀粉等提取和利用有关的问题：

某植物富含果胶、淀粉、蛋白质和纤维素成分。某小组开展了该植物综合利用的研究。

(1)果胶提取工艺研究结果表明，原料先经过一段时间沸水漂洗的果胶得率(提取得到的果胶占原料质量的百分率)显著高于常温水漂洗的果胶得率，最主要原因是沸水漂洗________(A.有助于清洗杂质和去除可溶性糖　B．使植物组织变得松散　C．使有关酶失活　D．有利细胞破裂和原料粉碎制浆)。

(2)在淀粉分离生产工艺研究中，为促进淀粉絮凝沉降，添加生物絮凝剂(乳酸菌菌液)，其菌株起重要作用。为了消除絮凝剂中的杂菌，通常将生产上使用的菌液，采用________，进行单菌落分离，然后将其________，并进行特性鉴定，筛选得到纯的菌株。

(3)在用以上提取过果胶和淀粉后的剩渣加工饮料工艺研究中，将剩渣制成的汁液经蛋白酶和纤维素酶彻底酶解处理后，发现仍存在浑浊和沉淀问题。可添加________使果胶彻底分解成半乳糖醛酸，再添加________，以解决汁液浑浊和沉淀问题。

(4)在建立和优化固定化酶反应器连续生产工艺研究中，通常要分析汁液中各种成分的浓度和所用酶的活性，然后主要优化各固定化酶反应器中的________________________(答出2点即可)、反应液pH和酶反应时间等因素。其中，酶反应时间可通过________来调节。

解析　(1)煮沸可使酶失去活性，原料先经过一段时间沸水漂洗的果胶得率(提取得到的果胶占原料质量的百分率)显著高于常温水漂洗的果胶得率，最主要原因是沸水漂洗可使有关酶失活。(2)通常采用划线分离法(或涂布分离法)进行单菌落分离，然后将其扩大培养，并进行特性鉴定。(3)果胶酶和果胶甲酯酶可使果胶彻底分解成半乳糖醛酸，再添加淀粉酶使淀粉分解，以解决汁液浑浊和沉淀问题。(4)固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质(如石英砂)上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。常用方法有吸附法、共价偶联法等。在建立和优化固定化酶反应器连续生产工艺研究中，主要优化各固定化酶反应器中的固定化酶的量、反应液温度、反应液pH和酶反应时间等因素。其中，酶反应时间可通过控制反应器液体流量来调节。

答案　(1)C　(2)划线分离法(或涂布分离法)　扩大培养

(3)果胶酶和果胶甲酯酶　淀粉酶使淀粉分解　(4)固定化酶的量、反应液温度　控制反应器液体流量(或体积)