2020版高考一轮复习生物通用版学案：第十二单元第三讲酶的应用

第三讲酶的应用
考点一　影响果汁产量的物质、因素及探究方法

1．果胶酶的组成和作用
(1)组成：多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
(2)作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。
2．酶的活性及其影响因素
(1)酶的活性：酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。
(2)影响酶活性的因素：温度、pH、酶的抑制剂等。
3．探究温度和pH对酶活性的影响
(1)实验原理
①果胶酶活性受温度和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活性大小呈正相关。

(2)实验结果：温度和pH在很大程度上对酶的空间结构会产生影响，过高或过低都会影响酶活性。
4．探究果胶酶的最适用量

[基础自测]
判断下列叙述的正误
(1)酶活性即为酶促反应速度(×)
(2)果胶酶常用于果汁生产中，可提高出汁率和澄清度(√)
(3)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，确保实验结果的可靠性(√)
(4)探究×××酶的最适条件(温度、pH)及最适用量时都需设置一系列浓度梯度，且不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或最适pH(√)


1．果胶酶与纤维素酶的比较
种类
组成
作用
果胶酶
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等
催化果胶水解成为可溶性半乳糖醛酸
纤维素酶
C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶
纤维素纤维二糖
葡萄糖

2．探究影响果胶酶活性因素实验的分析
(1)实验原则：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：果胶酶活性受温度、pH或酶的抑制剂和激活剂的影响，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)设计实验
①探究最适温度时，pH为无关变量，最好是最适pH；探究最适pH时，温度为无关变量，最好是最适温度。
②探究果胶酶的最适用量时，最适用量是在温度、pH等适宜条件下测出来的，如果无关变量改变，最适用量也会发生变化。

[对点落实]
1．下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究的叙述，正确的是(　　)
A．探究果胶酶的用量时，pH、温度不影响实验结果
B．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等
C．探究温度对果胶酶活性的影响时，温度、苹果泥、果胶酶用量及反应时间等都是变量
D．可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量
解析：选D　探究果胶酶的用量时，pH、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶的成分；探究温度对果胶酶活性的影响实验中，温度为单一变量，其他因素保持不变。
2．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一。果胶酶能够分解果胶，分解植物的细胞壁及胞间层。请完成以下有关果胶酶和果汁生产的问题：
(1)在果汁生产中应用果胶酶可以提高______________和______________。
(2)某实验小组进行了“探究果胶酶催化果胶分解最适pH”的课题研究。本课题的实验步骤中，在完成“烧杯中分别加入苹果泥，试管中分别注入果胶酶溶液、编号、编组”之后，有下面两种操作：
第一种：将试管中果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6……10。
第二种：将试管中果胶酶溶液和烧杯中苹果泥的pH分别调至4、5、6……10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。
①请问哪一种操作更科学？__________，理由是_________________________________
_______________________________________________________________________。
②如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，当横坐标表示pH，纵坐标表示__________时，实验的操作和记录是比较可行的。根据你对酶特性的了解，分析图中最可能是实验结果的曲线图是________。若实验所获得的最适pH＝m，请你在所选的曲线图中标出“m”点的位置。

解析：(1)果胶酶可以分解果胶，提高果肉的出汁率和果汁的澄清度。(2)①探究果胶酶催化果胶分解最适pH实验的关键是分别将果胶酶溶液和苹果泥调至一定的pH，然后把pH相等的这两种溶液混合，否则，在达到预定pH之前就会发生酶的催化反应导致实验结果不准确。可见第二种的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境(或第一种的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应)，因此第二种的操作更科学。②本实验自变量是pH不同，因变量是果汁体积。如果用曲线图的方式记录实验结果，则横坐标表示pH，纵坐标表示果汁体积。在一定pH范围内，酶的活性随着pH的升高而逐渐增强，达到最适pH后，酶的活性随pH继续升高而逐渐下降，过酸或过碱会使酶永久失活，据此可推知，图甲最可能是实验结果的曲线图。过图甲曲线的峰值画一条与纵坐标相平行的线，该线与横坐标的交点即为m。
答案：(1)出汁率　澄清度

(2)①第二种　第二种的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH环境(或第一种的操作会在达到预定pH之前就发生了酶的催化反应)　②果汁体积　甲






考点二　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果

1．加酶洗衣粉的去污机理
种类
洗涤原理
洗涤的物质种类
蛋白酶
蛋白质小分子的肽＋氨基酸
血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢
脂肪酶
脂肪甘油＋脂肪酸
食品的油渍、人体皮脂、口红
淀粉酶
淀粉麦芽糖＋葡萄糖
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
棉纺织品的表面浮毛

2．探究不同类型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，与加单一酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。
(2)实验变量
①自变量：加酶洗衣粉的种类。
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
500 mL
500 mL
500_mL
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
用玻棒搅拌
5 min
5 min
5 min
观察实验现象
颜色浅
颜色消失
颜色浅

[基础自测]
判断下列叙述的正误
(1)与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗涤效果更好，由于不含磷元素，且酶制剂进入无机环境中后可以被微生物分解，因此不会对环境造成污染(√)
(2)一般来说，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，是因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸(√)
(3)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浸泡时间，加快洗涤(√)
(4)人体皮肤细胞有蛋白质，如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀，而使人患过敏性皮炎、湿疹等。因此应避免与加酶洗衣粉长时间接触(√)
(5)加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水(√)

1．变量的分析和控制
(1)影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量和种类，衣物的材料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。
(2)在探究用加酶洗衣粉洗涤的最佳温度条件实验中，水温是要研究的对象，实验自变量是水温；在探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为洗衣粉的种类；在探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为加酶洗衣粉的种类。在设计实验时，应遵循单一变量原则和对照原则等。
2．洗涤方式和材料的选择
(1)采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，使其机械搅拌作用相同。
(2)洗涤材料的选择也有一些讲究。选用布料作为实验材料比较可行。在设置对照实验时，可以控制布料的大小、颜色及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。
3．水量、水质和洗衣粉用量的问题
(1)水量和布料的大小是成正比的。做实验用的布料不宜过大，水量不宜过多，但应该让布料充分浸泡在水中。
(2)其他相关问题简述如下：实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻棒搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。

[对点落实]
1．(2017·江苏高考)为了探究一种新型碱性纤维素酶的去污效能，研究性学习小组进行了相关实验，结果如图。由图中实验结果能直接得出的结论是(　　)

A．碱性纤维素酶对污布类型2的去污力最强
B．不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力
C．碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同
D．加大酶用量可以显著提高洗衣粉的去污力
解析：选C　对污布类型2、3处理，洗衣粉类型、酶用量均相同，二者比较可以直接说明碱性纤维素酶对污布类型2、3的去污力不同。由图中实验结果不能直接得出A、B、D三项所述的结论，原因是它们都没有单一变量的对照实验来支持。
2．加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。请回答下列问题：
(1)由下图推知，该实验的目的是_________________________________。50 ℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是________%。

(2)下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录，请据表回答问题。
脸盆编号
洗涤物
(等量)
洗涤温度
洗衣粉
(等量)
水量
洗净所
需时间
1
油污布
45 ℃
加酶
2 L
4 min
2
油污布
45 ℃
普通
2 L
7 min
3
油污布
5 ℃
加酶
2 L
9 min
4
油污布
5 ℃
普通
2 L
8 min

①该实验设计体现了______________________原则。
②若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是____________。
(3)下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有____________。
①棉织品　②毛织品　③腈纶织品　④蚕丝织品
(4)根据以上实验结果，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：________________________________________________________________________。
解析：(1)由题图可知，实验中存在两个变量：温度与碱性蛋白酶含量，即实验探究的是温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。在50 ℃时，洗衣粉的去污力在碱性蛋白酶含量为0.6%时达到最大。(2)由表中数据可知，1、3号为实验组，2、4号为对照组，1、2号与3、4号中只有是否加酶一个变量，因此该实验设计体现了对照原则和单一变量原则。若1号实验组洗净油污布所需时间接近7 min，最可能的原因是酶已经变性失活。(3)蛋白酶可分解蛋白质，故毛织品、蚕丝织品等以蛋白质为主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤。(4)用温水浸泡(提高酶的活性)、延长浸泡时间(延长酶的催化时间)、增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。
答案：(1)探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响　0.6
(2)①对照、单一变量　②酶失活　(3)②④　(4)用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等(写出两项合理答案即可)

考点三　酵母细胞的固定化

1．固定化细胞技术的概念
固定化酶和固定化细胞技术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．固定化酶或固定化细胞技术常用的方法
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，细胞多采用包埋法固定化。
3．酵母细胞的固定化及发酵程序

[基础自测]
判断下列叙述的正误
(1)固定化酶常采用化学结合法和包埋法(×)
(2)固定化细胞常采用包埋法(√)
(3)从酶的固定方式看，物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小(2012·江苏卷，T17A)(√)
(4)将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌(2012·江苏卷，T17D)(√)
(5)溶化的海藻酸钠应冷却后再与活化的酵母菌混合制备混合液(√)
(6)利用固定化酵母细胞进行发酵，加入的糖类的浓度不宜过高(√)

1．固定化技术的比较
名称
原理
图示
包埋法
将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中

化学结合法
利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖等载体上

物理吸附法
通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在活性炭、多孔玻璃等吸附剂表面


2．固定化酶与固定化细胞的比较

固定化酶
固定化细胞
固定酶的种类
一种
一系列
适用方法
化学结合法、物理吸附法
包埋法
优点
酶与反应物结合，又与产物分离，固定在载体上的酶可反复利用
成本低，操作更容易
缺点
一种酶只能催化一种或一类化学反应
可能导致反应效果下降
实例
固定化葡萄糖异构酶
固定化酵母细胞

[对点落实]
1．某同学欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是进行葡萄糖发酵的装置(a是固定化酵母细胞，b是反应柱，c是分布着小孔的筛板)，下列叙述正确的是(　　)

A．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
B．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用仅是作为反应底物
C．图1中X溶液为CaCl2溶液，将酵母细胞与海藻酸钠溶液混匀后快速注入CaCl2溶液中，会观察到有凝胶珠形成
D．图2装置中的长导管主要是排出CO2，防止空气中的杂菌进入反应柱
解析：选D　在制备固定化酵母细胞的实验中，将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞，否则高温会导致酵母细胞死亡；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类除了作为反应底物外，还为酵母菌提供营养和能量；图1中X溶液为CaCl2溶液，将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，会观察到有凝胶珠形成；装置中的长导管用于排出CO2，并能防止空气中杂菌进入反应柱。
2．下面是某同学所做的生成啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关问题：
实验原理：利用固定化酵母菌分解麦芽汁，生成啤酒。
实验步骤：
第一步：酵母细胞活化。取1 g干酵母，放入50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，用玻璃棒搅拌均匀，放置1 h，使其活化。
第二步：配制海藻酸钠溶液。取0.7 g海藻酸钠，放入另一只50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，并搅拌直至溶化，用蒸馏水定容至10 mL。加热时，注意火候。
第三步：海藻酸钠与酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化的酵母细胞，充分搅拌均匀。
第四步：用注射器以恒定的速度将上述混合液缓慢滴加到0.05 mol/L的CaCl2溶液，制成凝胶珠。
第五步：倒去CaCl2溶液，加无菌水洗涤三次后，将凝胶珠放入500 mL三角瓶中，加入300 mL麦芽汁溶液，置于25 ℃下封口，发酵五天后，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品尝其口味。
(1)酵母细胞活化的作用是________________________________________。第二步中注意火候指的是____________________。第三步中为什么要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞？______________________________________________________________。
(2)上述固定化细胞的方法称为____________，形成的凝胶珠颜色为________色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度________，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠浓度________。
(3)与固定化酶相比，该方法的优点是________________________________________。
(4)要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的__________条件下进行，同时要控制适宜的________和________。
解析：(1)酵母细胞活化的作用是让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态。第二步中注意火候指的是用小火或间断加热，防止海藻酸钠焦糊。为防止高温杀死酵母细胞，第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞。(2)上述固定化细胞的方法称为包埋法，形成的凝胶珠颜色为浅黄色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度过低，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠浓度过高。(3)与固定化酶相比，固定化细胞的优点是成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定。(4)要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的无菌条件下进行，同时要控制适宜的温度和pH，以保证酵母细胞的活性。
答案：(1)让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态　用小火或间断加热　防止高温杀死酵母细胞　(2)包埋法　浅黄　过低　过高　(3)成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定　(4)无菌　温度　 pH




　 　　　课堂一刻钟
1．(2018·江苏高考)下列关于的叙述，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
解题关键——理清过程
本题考查酵母细胞固定化实验的操作过程，解答本题的关键是明确酵母细胞固定化实验的操作原理和过程，从原理上理解操作有助于对知识的识记。
解析：选D　溶解海藻酸钠时，应先加水，小火或间断加热并不断搅拌，完全溶化后用蒸馏水定容，冷却至室温后加入活化的酵母细胞充分搅拌，使其混合均匀，再用于包埋细胞；进行包埋时，CaCl2溶液的作用是让胶体聚沉，使海藻酸钠形成凝胶珠，不是用于悬浮细胞；滴加时注射器或滴管不能过于贴近液面，否则凝胶珠会呈蝌蚪状；制作成功的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性。
2．(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.
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
易错探因——知识不全
对加酶洗衣粉的制作原理和使用条件不明确是造成错选的原因，加酶洗衣粉中的酶多是微生物发酵产生的，并经过了特殊的化学物质的包裹，使之与其他成分隔离，在水温30～50 ℃时，能充分发挥酶的作用。
　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　
解析：选BCD　洗衣粉中添加的酶通常由微生物发酵生产而来；洗衣粉中的酶往往通过特殊的化学物质将酶层层包裹，因此蛋白酶不会将添加的其他酶迅速分解；加酶洗衣粉的使用过程中水温以30～50 ℃ 为宜，其中的酶具有耐较高温度的特点，所以在50 ℃的热水中用加酶洗衣粉洗衣时，其中的酶不会迅速失活；加酶洗衣粉受潮后，酶表面的保护剂会被破坏，酶的活性会受到影响。
3．(2016·江苏高考)为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果，在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段(工艺流程见下图)。下列叙述中错误的是(　　)

A．纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似
B．在上述工艺中，不宜用包埋法固定化纤维素酶
C．在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅
D．纤维素酶催化的水解分解纤维素
易错探因——张冠李戴
磷酸二酯键是核酸中连接相邻两个核苷酸之间的化学键，葡萄糖残基之间是通过糖苷键连接的。命题者有意混淆两个化学键，以考查考生对知识掌握的精确程度。
解析：选D　在仿旧和去污中，纤维素酶作用机理是适当水解布料中的纤维素成分，使织物变得膨松，有利于染色剂染色和污物脱落；由于酶分子较小，不能用包埋法固定化酶；改变温度、酸碱度和处理时间会影响酶的作用效果，控制仿旧颜色的深浅；纤维素酶催化葡萄糖残基之间的糖苷键水解分解纤维素。
4．(2016·江苏高考)为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验，流程及结果如下。请回答下列问题：

解题关键——识图析图，图文结合
本小题结合曲线考查固定化细胞技术及其应用，解答此题的关键是正确审读曲线表述的信息，并结合细胞固定化的原理和操作以及对照实验的操作要求逐项分析予以解答。
(1)实验中的海藻酸钠作用是____________，CaCl2的作用是________________________________________________________________________。
(2)为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用____________洗涤。图1中1.0%海藻酸钠组培养24 h后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是______________________。
(3)为探索固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，应选用浓度为____________海藻酸钠制备凝胶球。
(4)图2中空白凝胶球组Zn2＋浓度下降的原因是__________________。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24～48 h间Zn2＋浓度下降速度较快的主要原因是__________________；72～96 h间Zn2＋浓度下降速度较慢的原因有
________________________________________________________________________。
解析：(1)海藻酸钠溶液在CaCl2溶液中形成凝胶球，包埋绿球藻。(2)可采用培养液或生理盐水洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性。溶液呈绿色，说明固定化的绿球藻数量少，原因是海藻酸钠浓度过低。(3)根据图1可知，浓度为2.0%的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的繁殖。(4)空白凝胶球容易吸附Zn2＋，导致溶液中Zn2＋的浓度下降。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组在24～48 h间绿球藻数量增加最快，导致Zn2＋浓度下降速度较快，72～96 h间绿球数量基本不再增加，Zn2＋浓度下降速度较慢。
答案：(1)包埋绿球藻(包埋剂)　与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂)　(2)培养液(生理盐水)　海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大)　(3)2.0%　(4)凝胶球吸附Zn2＋　绿球藻生长(增殖)速度快　绿球藻生长(增殖)速度减慢，溶液中Zn2＋浓度较低

[学情考情·了然于胸]
一、明考情·知能力——找准努力方向
考查知识
1.加酶洗衣粉的原理及应用是常规考点，难度较低。
2.果胶酶在果汁生产中的应用是高频考点，也是易错点。
3.固定化酶和固定化细胞技术的实验操作是难点、易错点。
考查能力
1.识记能力：主要考查考生对加酶洗衣粉的原理、果胶酶在果汁生产中的应用以及固定化酶和固定化细胞技术的实验操作等的记忆。
2.综合应用能力：如固定化酶、固定化细胞技术以及直接使用酶的优缺点的综合分析与应用。
3.信息获取能力：主要考查考生分析曲线、获取有效信息的能力。

二、记要点·背术语——汇总本节重点
1．果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。
2．果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
3．加酶洗衣粉常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶。其中应用最广泛、效果最明显的酶制剂是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。
4．固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。
5．固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又可使酶与产物分离，提高了产品质量。

6．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要有机营养的供应。
7．配制海藻酸钠溶液时应小火加热或间断加热，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细胞。
8．配制的海藻酸钠溶液若浓度过高，则难以形成凝胶珠；若浓度过低，则固定的酵母细胞少，影响实验效果。

一、基础题点练
1．在果汁生产中使用果胶酶的作用是(　　)
A．提高水果的出汁率并使果汁变得澄清
B．使大分子物质分解为小分子有机物便于人体吸收
C．解决人体不能利用纤维素的问题
D．进一步提高水果的营养价值
解析：选A　果胶酶能分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁变得容易，而果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。
2．(2019·南京调研)下列关于生物技术应用的叙述，正确的是(　　)
A．从酶的固定方式看，物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小
B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂只能以注射的方式给药
C．加酶洗衣粉中酶制剂可以被重复利用，提高了酶的利用率
D．将海藻酸钠凝胶珠用自来水冲洗，可洗去多余的CaCl2和杂菌
解析：选A　酶的固定方法通常有化学结合法和物理吸附法，前者可能引起酶分子结构发生改变而改变酶的活性，后者则不会；消化酶发挥作用的场所是消化道，因此蛋白酶制剂应该口服；加酶洗衣粉中酶制剂不能被重复利用，会随污水一起排掉；将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌。
3．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是(　　)
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B．固定化酶的应用中，要控制好pH、温度
C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，不需提供适宜的营养条件
D．固定化细胞不能用于生产胞外酶
解析：选D　固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显；固定化酶的应用中，要控制好pH、温度，因为温度和pH影响酶的活性；利用固定化酶降解水体中的有机磷农药是酶促反应，没有生物参与，所以不需提供营养条件；固定化细胞可用于生产胞外酶。
4．(2019·无锡调研)科研人员比较了单独固定的云微藻和与芽孢杆菌混合固定的云微藻的增殖变化，结果如下图。下列有关叙述正确的是(　　)

A．实验中固定云微藻和芽孢杆菌的常用方法是包埋法
B．混合固定时云微藻增殖快，与芽孢杆菌线粒体产生CO2有关
C．实验时间内混合固定后云微藻增长较快，可呈“J”型增长
D．第八天，混合固定的每个颗粒中含藻细胞数约为8×107个
解析：选A　云微藻、芽孢杆菌为单细胞生物，故固定化云微藻、芽孢杆菌常用的方法为包埋法；混合固定时云微藻增殖快，与芽孢杆菌产生CO2有关，但是芽孢杆菌属于原核生物，没有线粒体；有限环境中，云微藻种群数量呈“S”型增长；第八天，混合固定的每个颗粒中含藻细胞数约为8×107÷10＝8×106(个)。
5．某工厂新制了50 L苹果泥，准备生产果汁，但不知酶的最适用量。为了节约成本，进行了如下探究实验：取8支试管编号1～8，分别加入30 mL苹果泥，保温一段时间，然后向各试管加入不同体积的果胶酶溶液，反应一段时间后过滤并记录果汁体积，实验数据如下表所示。下列分析错误的是(　　)
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
果胶酶溶
液体积(mL)
1
2
3
4
5
6
7
8
果汁体
积(mL)
20.6
21.2
21.8
22.4
23
23.4
23.4
23.4

注：果汁体积均不包含酶溶液体积
A．8支试管均需要调节至相同且适宜的温度、pH，且反应时间充足
B．本实验的测量指标还可以是苹果泥反应完全时所需要的时间
C．在果汁生产中一般还应加入纤维素酶来充分瓦解细胞壁
D．为得到更精确的最适用量，可以设置5～6 mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来探究
解析：选A　8支试管如果反应时间充足，则各组过滤得到的果汁体积应相同，与表格中的实验结果不符；本实验中苹果泥反应完全时各试管过滤得到的果汁的体积相同，可以利用苹果泥反应完全所需时间的不同作为本实验的测量指标；植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以在果汁生产中还应加入纤维素酶来瓦解细胞壁；设置5～6 mL范围内不同果胶酶用量梯度实验来进行探究是为了得到更精确的最适用量。

6．下面是研究人员以洗衣粉为材料进行研究的结果，相关叙述错误的是(　　)
温度(℃)
20
30
40
45
50
60
不加酶去污力(%)
15
18
20
21
21.5
22
加酶去污力(%)
30
40
48
50
48
37

A．本研究的主要目的是探究温度对加酶洗衣粉去污力的影响
B．实验所用污布上污染物种类、污染程度等均会影响实验结果
C．实验结果表明，加酶洗衣粉的洗涤温度以40～50 ℃为宜
D．当温度高于60 ℃时，加酶洗衣粉中的酶制剂会失去催化活性
解析：选D　据表格内容可知，本实验的自变量是不同的温度，因变量是加酶去污力与不加酶去污力的大小，因此本实验研究的主要目的是探究温度对加酶洗衣粉去污力的影响；实验中的无关变量包括污布上污染物种类、污染程度等，这些无关变量均会影响实验结果；据表格实验数据可知，40～50 ℃时，加酶洗衣粉的去污力最强，洗涤衣物时应控制温度在该范围；据表格数据只能看出在20～60 ℃时，加酶洗衣粉中的酶制剂的活性先增加后减少，且40～50 ℃时活性最高，60 ℃活性下降，无法看出60 ℃以上加酶洗衣粉中的酶制剂是否失去催化活性。
7．研究人员以啤酒发酵的废酵母为材料，探究固定化酵母对工业废水中的重金属铬的吸附处理效果，获得实验结果如下图。下列有关叙述正确的是(　　)

A．将废酵母加入到刚溶化的海藻酸钠溶液后就可用注射器吸取固定
B．滴加到CaCl2溶液中的凝胶形成面条状是因为海藻酸钠溶液浓度过低
C．处理的工业废水适宜的起始铬浓度不宜超过60 mg/L
D．相同且适宜条件下该固定化酵母可以显著提高啤酒产量
解析：选C　将废酵母加入到冷却至室温的海藻酸钠溶液，混合均匀后才能进行固定；海藻酸钠溶液浓度过低则凝胶珠较浅，包埋的细胞较少，过高会使得凝胶易呈蝌蚪状；据图分析，当工业废水的起始铬浓度超过60 mg/L时，吸附率开始下降，说明处理的工业废水适宜的起始铬浓度不宜超过60 mg/L；本实验与酵母菌产生酒精无关。
8．下面是利用苹果块固定乳酸菌进行的有关实验流程图，相关叙述错误的是(　　)

A．将苹果切成小块可以增大相对表面积，有利于固定化乳酸菌与外界进行物质交换
B．步骤③中用无菌水清洗的目的是洗去苹果块表面乳酸菌，使步骤④的结果更准确
C．步骤④中设置的对照实验应是用等质量的苹果小块在相同条件下进行实验
D．与传统使用海藻酸钠固定细胞相比，用苹果固定乳酸菌可以保证发酵食品的安全性
解析：选C　将苹果切成小块可以增大相对表面积，有利于固定化乳酸菌与外界进行物质交换；步骤③中用无菌水清洗的目的是洗去苹果块表面乳酸菌，使步骤④的结果更准确；步骤④中设置的对照实验应是用等量的乳酸菌在相同条件下进行实验；与传统使用海藻酸钠固定细胞相比，用苹果固定乳酸菌可以保证发酵食品的安全性。
二、高考题型练
9．(2019·拉萨月考)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20世纪70年代，人们又发明了固定化酶和固定化细胞技术。请回答下列有关固定化酶和固定化细胞方面的问题：
(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____________，使用了如图所示的方法[　　]_______(填图号及名称)。

(3)酶活性一般用酶催化某一化学反应的速率来表示。在酶活性测定过程中，酶促反应速率用单位时间内或单位体积中______________________________________________来表示。
(4)使用纤维素酶和化学方法都能分解纤维素，请指出使用酶处理的优点：________________________________________________________________________。
(5)为什么一般不能用含有蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤丝绸及羊毛衣物？________________________________________________________________________。
解析：(1)在实际生产中，固定化酶技术的优点是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；与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是多酶系统(或一系列酶或多种酶)。(2)制备固定化酵母细胞，由于细胞体积大，难以被吸附或结合，多采用包埋法，即图C所示方法，常用的载体是海藻酸钠。(3)在酶活性测定过程中，酶促反应速率用单位时间内或单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。(4)与利用化学方法分解纤维素相比，使用纤维素酶分解纤维素具有处理效率高、反应条件温和、不污染环境、成本低等优点。(5)洗衣粉中的蛋白酶会将丝绸及羊毛衣物中的蛋白质成分水解，损坏衣物，所以一般不能用含有蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤丝绸及羊毛衣物。
答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，且能反复利用　多酶系统(或一系列酶或多种酶)　(2)海藻酸钠　C　包埋法　(3)反应物的减少量或产物的增加量　(4)处理效率高、反应条件温和、不污染环境、成本低　(5)洗衣粉中的蛋白酶会将丝绸及羊毛衣物中的蛋白质成分水解，损坏衣物
10．固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。东北农业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)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳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)，请分析回答下列问题：

(1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，甲图所示结果可以得出的结论是________________________________________________________________________。
(2)乙图曲线表明浓度为________的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低原因是__________________________________。
(3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用______次，酶活力明显下降。
(4)固定小麦酯酶不仅采用海藻酸钠直接包埋，同时用戊二醛作交联剂，这是因为________________________________________________________________________
________________________。
解析：(1)通过分析甲图可知，固定化酶与游离酶相比，对温度变化的适应性更强且适用范围较广。(2)乙图曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，此时酶活力最高。当海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足，因此酶活力较低。(3)由丙图可知，固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，且在使用3次以后，酶活力显著下降。(4)由于小麦酯酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出，因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是采用双重固定法。
答案：(1)固定化酶比游离酶对温度变化适应性更强且适用范围较广　(2)3%　海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足　(3)3　(4)酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出
11．假设你已经探究了果胶酶的最适温度(为45 ℃)和最适pH(为4.8)，若还想进一步研究果胶酶的最适用量，此时，实验的自变量是____________。合理设置果胶酶用量的梯度后，可通过苹果泥出汁的多少来判断酶的用量是否合适。请根据所给的材料和用具完成以下探究实验。
(1)材料用具：制备好的苹果泥、恒温水浴装置、试管、漏斗、滤纸、量筒、试管夹、质量分数为2%的果胶酶溶液、质量分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸。
(2)实验步骤：
①取6支试管，编号为1～6，分别加入________________________，调节pH至4.8。然后放入45 ℃的恒温水浴锅中保温。
②向1～6号试管中分别加入__________________________________，继续在45 ℃恒温水浴装置中____________。
③_______________________________________________________________________。
解析：(1)研究果胶酶的最适用量，实验的自变量应是果胶酶用量的不同。可把苹果泥出汁的多少作为实验的因变量(检测指标)。(2)温度、pH、苹果泥用量等为无关变量，各组实验中应保持适宜且相同。应先把酶和反应物分别控制在适宜环境下，再混合相同条件下酶和反应物。应在1～6号试管中先分别加入等量的苹果泥，并控制适宜的温度和pH。然后向1～6号试管中分别加入45 ℃的不同体积的pH为4.8的果胶酶溶液；继续在45 ℃恒温水浴装置中保温一段时间，使果胶酶发挥作用。一段时间后可过滤苹果汁并记录果汁体积，果汁体积最大时果胶酶的最小用量即为果胶酶的最适用量。
答案：果胶酶的用量　(2)①等量的苹果泥　②45 ℃的不同体积的pH为4.8的果胶酶溶液　保温一段时间　③过滤苹果泥并记录果汁体积
12．(2016·海南高考)回答下列问题：
(1)蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示。通常，用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，不应该使用开水，原因是______________________________________________
_________________________________________。
若要去除衣服上的血渍，应选择含有_________________(填“蛋白酶甲”“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”)的碱性洗衣粉，理由是____________________________________________
____________________________________________。

(2)某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法___________(填“合理”或“不合理”)，理由是_______________________________
___________________________________________________。
(3)已知溶液的pH可以影响酶的活性，请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中_________________(填“羧基和氨基”“氨基和甲基”“羧基和甲基”或“甲基和甲基”)等基团的解离状态。
解析：(1)用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，如果使用开水，会使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗。使用碱性洗衣粉去除衣服上的血渍，碱性条件下只有蛋白酶丙有活性，应选择含有蛋白酶丙的碱性洗衣粉。(2)脂肪酶的化学成分为蛋白质，会被蛋白酶水解。(3)蛋白酶和其作用的蛋白质类污渍的氨基和羧基均会发生解离，pH会影响其解离状态。
答案：(1)开水使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗　蛋白酶丙　碱性条件下只有蛋白酶丙有活性　(2)不合理　 蛋白酶会降解脂肪酶　(3)羧基和氨基