2024-2025學(xué)年高中生物專題4酶的研究與應(yīng)用課題2探討加酶洗衣粉的洗滌效果學(xué)案新人教版選修1

PAGE23-課題2探討加酶洗衣粉的洗滌效果學(xué)問點一加酶洗衣粉的基礎(chǔ)學(xué)問1．概念：加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉。2．常用的酶制劑：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶四類。其中，應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。3．加酶洗衣粉中的酶制劑的洗滌原理和實例4.加酶洗衣粉的種類依據(jù)加入洗衣粉中的酶制劑的不同，將加酶洗衣粉分為單一加酶洗衣粉和復(fù)合加酶洗衣粉。(1)單一加酶洗衣粉是指只加入一種酶制劑的洗衣粉，包括蛋白酶洗衣粉、脂肪酶洗衣粉、淀粉酶洗衣粉等。(2)復(fù)合加酶洗衣粉是指加入了多種酶制劑的洗衣粉。由于復(fù)合加酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，可以發(fā)揮其獨特的“協(xié)同效應(yīng)”，因此，與單一加酶洗衣粉相比，復(fù)合加酶洗衣粉對各種污漬都有較好的洗滌效果。5．影響加酶洗衣粉中酶活性的因素：溫度、酸堿度和表面活性劑等。6．影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素：酶制劑的種類、污物的類型、水溫、水量、水質(zhì)、衣物的質(zhì)料及大小、洗衣粉的用量、浸泡時間、洗滌時間等。一般洗衣粉與加酶洗衣粉1．成分：一般洗衣粉是以聚磷酸鹽為主要助洗劑的一類產(chǎn)品，磷是一種養(yǎng)分元素，易造成環(huán)境水體富養(yǎng)分化，從而破壞水質(zhì)，污染環(huán)境。而加酶洗衣粉由于降低了聚磷酸鹽的用量，故對水體的污染輕，甚至無污染。2．一般洗衣粉的洗衣原理：表面活性劑可以產(chǎn)生泡沫，將油脂分子分散開；水軟化劑可以分散污漬；等等。3．加酶洗衣粉的優(yōu)點：(1)含蛋白酶的洗衣粉能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污漬從衣服上脫落，所以加酶的洗衣粉比不加酶的洗衣粉洗滌效果好。(2)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。酶可以將大分子有機物分解為小分子有機物，小分子有機物易溶于水，從而與纖維分開。【典題精練1】一般洗衣粉與加酶洗衣粉的區(qū)分正確的是()A．一般洗衣粉中含磷，會污染環(huán)境B．表面活性劑只存在于一般洗衣粉中，會產(chǎn)生泡沫，可以將油脂分子分散開C．水軟化劑只存在于一般洗衣粉中，可以分散污垢D．加酶洗衣粉是將酶干脆添加到洗衣粉中【答案】A【解析】一般洗衣粉中含有磷，含磷污水的排放可能導(dǎo)致微生物和藻類的大量繁殖，造成水體污染。加酶洗衣粉中含有酶制劑，可以降低表面活性劑和三聚磷酸鈉的用量，削減對環(huán)境的污染。解題歸納精確理解加酶洗衣粉的概念，是做該題的關(guān)鍵。對于加酶洗衣粉，不要誤認為只是單純地加入了酶，事實上加入的是酶制劑，即把酶經(jīng)過肯定的處理，增加了洗衣粉的洗滌效果，且削減了對環(huán)境的污染，這是與一般洗衣粉的本質(zhì)區(qū)分?！镜漕}精練2】下列關(guān)于加酶洗衣粉的說法，不正確的是()A．加酶洗衣粉的洗滌效果總比一般洗衣粉的好B．加酶洗衣粉洗滌效果的好壞受很多因素的影響C．目前加酶洗衣粉中常用的酶制劑有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶D．加酶洗衣粉比一般洗衣粉有利于環(huán)?！敬鸢浮緼【解析】與一般洗衣粉相比，雖然加酶洗衣粉中表面活性劑和三聚磷酸鈉的含量較少，但添加了肯定量的酶制劑。在酶的作用下，構(gòu)成污漬的一些生物大分子被分解為可溶性的小分子，使污漬簡潔從衣物上脫落，即加酶洗衣粉的洗滌效果不僅沒有降低，反而加強了。但是，由于酶具有專一性，只有洗衣粉中的酶與污漬相對應(yīng)時，其優(yōu)勢才能發(fā)揮出來。假如不對應(yīng)，加酶洗衣粉的洗滌效果可能不如一般洗衣粉的效果好。學(xué)問點二與加酶洗衣粉有關(guān)的試驗設(shè)計1．探究一般洗衣粉和加酶洗衣粉對衣物污漬的洗滌效果(1)試驗原理：生活中的各種污漬主要是蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等大分子有機物，這些有機物能在相應(yīng)的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的作用下水解成易溶于水的小分子有機物。(2)變量與限制：本試驗的自變量為洗衣粉的種類，設(shè)計時應(yīng)遵循單一變量原則、比照原則(本試驗為相互比照)，有效地限制其他無關(guān)變量，如水的用量(影響洗衣粉的濃度)、水溫、污染物的量、試驗用布的質(zhì)地和大小、洗衣粉的用量及洗滌時間等。(3)方法步驟項目燒杯A燒杯B注入自來水(等量)500mL500mL加入污物布(等量)油漬布油漬布限制好水溫(相宜)37℃37℃加入洗衣粉(等量)一般洗衣粉加酶洗衣粉玻璃棒攪拌(等速)5min5min洗凈所需時間說明：洗滌效果可在洗滌后比較污染物的殘留狀況，如已消逝、顏色變淺、面積縮小等；還可比較達到同樣洗滌效果(如污物全部消逝)所用時間的長短。2．探究加酶洗衣粉運用時的最適溫度(1)試驗原理：酶的活性受溫度的影響，最適溫度下酶的活性最高，去污力最強，高于或低于最適溫度時，酶的活性均降低，去污力下降。(2)變量與限制：自變量是溫度，其他條件(無關(guān)變量)相同且相宜。(3)方法步驟①取10cm×10cm的白色棉布4塊，用滴管各滴加5滴簇新雞血，晾干備用。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。③將5℃、15℃、25℃、35℃清水各500mL依次倒入4個燒杯中，用玻璃棒攪拌溶化洗衣粉。④取水浴鍋4個，依次倒入5000mL5℃、15℃、25℃、35℃的清水，插入溫度計保持恒溫。⑤將4個燒杯分別放入相應(yīng)水溫的水浴鍋中，將帶雞血的棉布分別放入燒杯中浸泡20min。⑥按相同方式用玻璃棒攪拌棉布，經(jīng)相同時間后，視察洗滌效果。說明：若要找最適溫度，可在污染物最小、顏色最淺的前后兩個相鄰溫度之間再設(shè)置溫度梯度進行試驗。3．探究不同種類的加酶洗衣粉的洗滌效果(1)試驗原理：不同種類的加酶洗衣粉所加的酶不同，而酶具有專一性，所以不同種類的加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果不同。復(fù)合加酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，對各種污漬都有較好的洗滌效果。(2)變量與限制：自變量為加酶洗衣粉的種類，其他條件(無關(guān)變量)相同且相宜。(3)方法步驟項目燒杯A燒杯B燒杯C注入自來水(等量)500mL500mL500mL加入污物布(等量)奶漬布奶漬布奶漬布限制好水溫(相宜)37℃37℃37℃加入洗衣粉(等量)蛋白酶洗衣粉脂肪酶洗衣粉復(fù)合加酶洗衣粉玻璃棒攪拌(等速)5min5min5min視察記錄現(xiàn)象探究試驗中的相關(guān)問題1．洗滌方式和材料的選擇(1)洗滌方式有機洗和手洗兩種方式。洗滌方式采納全自動洗衣機比較好，并且應(yīng)盡量運用同一型號小容量的洗衣機，其機械攪拌作用相同。手洗可采納玻璃棒或筷子攪拌的方式模擬洗衣過程，模擬攪拌的時間、次數(shù)和力氣應(yīng)基本相同。(2)洗滌材料的選擇也有一些講究。用衣物作試驗材料并不志向，這是因為作為試驗材料，其大小、顏色、干凈程度等應(yīng)當(dāng)完全一樣，而用衣物并不簡潔做到；此外，人為地在衣物上增加污物，如血漬、油漬等，也令人難以接受。因此，選用布料作為試驗材料比較可行。在做比照試驗時，可以限制布料的大小、顏色以及污物的量，使之保持相同，同時，也便于洗滌效果的比較。2．水量、水質(zhì)和洗衣粉用量水的用量和布料的大小是成正比的。做試驗用的布料不宜過大，水量不宜過多，但應(yīng)當(dāng)讓布料充分浸泡在水中，且布料應(yīng)放在洗衣粉溶液中浸泡相同的時間。水質(zhì)常用自來水。假如在試驗中運用手洗的方法，可以運用1000mL的燒杯作為容器，加500mL的水，洗衣粉的用量可以用1g或1.5g。3．試驗用污物布的打算配制肯定量的含污染物的溶液→按須要取若干同一質(zhì)地、大小相同的白棉布→用滴管在上面分別滴加4滴污染物溶液→待污染物干燥后再進行試驗?！镜漕}精練3】在探討不同溫度對加酶洗衣粉影響的試驗中，下列說法正確的是()A．任何水溫下加酶洗衣粉的效果總比一般洗衣粉好B．可選擇洗滌不同污漬的白布作比照C．試驗自變量為不同品牌的加酶洗衣粉D．應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)匾荒曛袑嶋H氣溫改變來確定水溫【答案】D【解析】溫度過低時酶的活性受到抑制，溫度過高時則酶易變性失活，而且酶具有專一性，只有洗衣粉中的酶與污漬相對應(yīng)時優(yōu)勢才能發(fā)揮出來。要遵循單一變量，而不能有不同溫度、不同污漬兩種變量。探討不同溫度對加酶洗衣粉影響的試驗中自變量應(yīng)是溫度。依據(jù)當(dāng)?shù)匾荒曛袑嶋H氣溫改變來確定水溫來進行探究，有肯定的實際指導(dǎo)意義。解題歸納試驗自變量的設(shè)置應(yīng)依據(jù)實際狀況來確定。如選擇什么樣的水溫進行試驗，須要試驗者依據(jù)當(dāng)?shù)匾荒曛械膶嶋H氣溫改變來確定，通常狀況下，冬季、春季、秋季和夏季可分別選取5℃、15℃、25℃和35℃的水溫，因為這4個水溫是比較符合實際狀況的，對現(xiàn)實生活也有指導(dǎo)意義。【典題精練4】下列關(guān)于“探究某種加酶洗衣粉運用時的最適溫度”的說法，最合理的是()A．該種加酶洗衣粉在30℃的水中的洗滌效果沒有在45℃的水中的好，說明45℃為最適溫度B．在不同溫度的水中，加入相同的污物及不等量該種加酶洗衣粉，看哪種效果好C．取一系列溫度不同、其他條件相同的水，加入等量且相同的污物及等量該種加酶洗衣粉，看哪一個溫度下洗衣粉的洗滌效果最好D．將該種加酶洗衣粉與一般洗衣粉分別加入37℃的水中洗滌同樣的污物，發(fā)覺該種加酶洗衣粉效果好，說明該種加酶洗衣粉的最適溫度為37℃【答案】C【解析】要探究加酶洗衣粉運用時的最適溫度，須要設(shè)置溫度梯度，且自變量只能是溫度，洗衣粉的用量、種類等都屬于無關(guān)變量，而無關(guān)變量要保持相同且相宜。一、選擇題1．加酶洗衣粉的酶不易失活，緣由不行能是(C)A．是通過基因工程生產(chǎn)出的特別酶B．用特別化學(xué)物質(zhì)將酶包袱，使其與洗滌劑隔離C．加酶洗衣粉的酶是從耐酸、耐堿、耐較高溫度的微生物中獲得的D．加酶洗衣粉的酶能耐酸、耐堿、耐較高溫度和表面活性劑解析：加酶洗衣粉中的酶是科學(xué)家通過基因工程生產(chǎn)出來的耐酸、耐堿、忍受表面活性劑和較高溫度的特別酶，并把它用特別化學(xué)物質(zhì)包袱，即制成酶制劑后再加入洗衣粉中，使其與洗衣粉的其他成分隔開，以保持其活性。2．酶制劑中含有蛋白酶，不含有肽酶的緣由是(C)A．肽酶制備成本太高B．肽酶會影響蛋白酶的活性C．衣物上的大分子蛋白質(zhì)變?yōu)槎嚯暮笠押芎啙嵜撀銬．蛋白酶把蛋白質(zhì)全水解成可溶性氨基酸解析：考慮衣物的實際洗滌狀況，當(dāng)加酶洗衣粉中的蛋白酶將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成小分子多肽或可溶性氨基酸后，已經(jīng)很簡潔從衣物上脫落了，無需再加肽酶。3．下列關(guān)于加酶洗衣粉的說法，不正確的是(C)A．加酶洗衣粉相對于一般洗衣粉來說，有利于環(huán)境愛護B．加酶洗衣粉的洗滌效果受多種因素影響C．加酶洗衣粉中的蛋白酶往往是酸性蛋白酶D．洗衣粉中纖維素酶可以使纖維結(jié)構(gòu)蓬松，從而使纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，使洗衣粉的去污效果更好解析：加酶洗衣粉相對于一般洗衣粉來說，P運用量削減，可以避開水體富養(yǎng)分化，同時大多數(shù)酶為蛋白質(zhì)，簡潔被微生物分解，因此運用加酶洗衣粉有利于環(huán)境愛護，A正確；加酶洗衣粉的洗滌效果受水溫、洗衣粉用量、洗滌方式、浸泡時間、水質(zhì)等多種因素的影響，B正確；加酶洗衣粉中的蛋白酶往往是堿性蛋白酶，C錯誤；運用添加纖維素酶的洗衣粉可使衣物蓬松松軟，從而使纖維深處的塵土和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，使洗衣粉的去污效果更好，D正確。4．生物體內(nèi)的酶很簡潔降解、失活。洗衣粉中的酶卻能長時間保持活性的緣由是(B)A．生物體內(nèi)的酶活性受溫度影響，洗衣粉中的酶不受溫度影響B(tài)．洗衣粉中的酶外層有特別的化學(xué)物質(zhì)層層包袱，保持其活性C．生物體內(nèi)的酶是蛋白質(zhì)，洗衣粉中的酶是無機物D．以上全部正確解析：洗衣粉中的酶用特別的化學(xué)物質(zhì)層層包袱，使之與洗衣粉中的其他成分隔離，因而能長時間保持活性。5．在“探究不同溫度條件下加酶洗衣粉的洗滌效果”的試驗中，下列有關(guān)說法正確的是(B)A．試驗材料的污染程度屬于本試驗的無關(guān)變量，試驗過程中不必考慮B．若采納手洗法進行去污操作，需盡可能保證各組洗滌用力程度、時間等基本相同C．水溫屬于本試驗的自變量，試驗過程中必需保證各組試驗溫度相同且恒定D．水的用量和布料的大小是成正比的，試驗用的布料越大、水量越多，試驗效果越好解析：依據(jù)試驗設(shè)計的比照原則和單一變量原則，水溫是本試驗的自變量，要設(shè)置溫度梯度，即各組試驗溫度不能相同，而其他的無關(guān)變量要保持相同且相宜。該試驗用的布料、水量要適中，不是布料越大、水量越多，試驗效果越好。二、非選擇題6．為探究洗衣粉加酶后的洗滌效果，將一種無酶洗衣粉分成3等份，進行3組試驗。甲、乙組在洗衣粉中加入1種或2種酶，丙組不加酶，在不同溫度下清洗同種化纖布上的2種污漬，其他試驗條件均相同，下表為試驗記錄。請回答下列問題。(1)提高洗衣粉去污實力的方法有加酶和適當(dāng)提高溫度。甲組在洗衣粉中加入了蛋白酶。乙組在洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶。(2)甲、乙組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有專一性。(3)假如甲、乙和丙3組均在水溫為80℃時洗滌同一種污漬，請比較這3組洗滌效果之間的差異，并說明理由。沒有差異，因為高溫使酶變性失活。解析：由題意知，本試驗限制變量為酶和溫度。(1)依據(jù)血漬、油漬的去污時間比較，推斷甲、乙組分別含有蛋白酶、蛋白酶和脂肪酶；(2)在同樣溫度條件下，甲、乙組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有專一性；(3)留意結(jié)合表格數(shù)據(jù)推斷80℃的水溫條件下，酶已變性失活。7．試驗探究：加酶洗衣粉的運用條件和效果。試驗?zāi)康模?.視察加酶洗衣粉在洗滌中的效果；2.探討加酶洗衣粉的最佳溫度條件。試驗用具及材料：100mL的三角瓶若干、鑷子、兩組恒溫水浴器、若干塊沾有等量雞血且放置一天的棉布、兩種加酶洗衣粉及未加酶洗衣粉。試驗步驟：(補充)①將兩組恒溫水浴器分別調(diào)至40℃和80℃。②向9個三角瓶中各加入90mL的水，將三角瓶分成三組，每組三只，編號A、B、C，向A、B組中依次加入兩種加酶洗衣粉各0.5g，向C組加入未加酶的洗衣粉0.5_g。③將三組三角瓶同時分別放在20℃的室溫下、40℃和80℃的水浴中，保溫一段時間。④將沾有等量雞血的棉布同時放入三角瓶中，用鑷子攪拌相同的時間。⑤取出白布條，視察洗滌效果?；卮饐栴}：(1)試驗中設(shè)置C組三角瓶的作用是比照。(2)該試驗自變量有不同的溫度、不同種類的洗衣粉。(3)依據(jù)生活中衣物上油漬的成分分析，加酶洗衣粉的酶可能是脂肪酶。(4)依據(jù)你對酶作用特點和溫度與酶活性關(guān)系的理解，試為加酶洗衣粉編寫“運用指南”：本洗衣粉在40_℃的水溫下洗滌效果最好，水溫超過65_℃，酶將失效。解析：從題中提到“兩種加酶洗衣粉及未加酶的洗衣粉”的信息，聯(lián)想到視察加酶洗衣粉的洗滌效果，肯定要和未加酶的洗衣粉進行對比?！九詸谒妓黝}】點撥(教材P46)一般洗衣粉中通常包含有：表面活性劑、水軟化劑、堿劑、漂白劑等成分，有的洗衣粉中還含有增白劑、香精和色素，以及填充劑等?！九詸谒妓黝}】點撥(教材P47)可在洗滌后比較污物的殘留狀況，如：已消逝、顏色變淺、面積縮小等，最好能進行定量的比較。1．答：列表比較如下。一般洗衣粉加酶洗衣粉相同點表面活性劑可以產(chǎn)生泡沫，可以將油脂分子分散開；水軟化劑可以分散污垢；等等不同點酶可以將大分子有機物分解為小分子有機物，小分子有機物易溶于水，從而與纖維分開2.答：不合適。因為絲綢的主要成分是蛋白質(zhì)，它會被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，損壞衣物。課題3酵母細胞的固定化學(xué)問點一固定化酶及其應(yīng)用實例1．固定化酶(1)概念：固定化酶是指通過物理或化學(xué)的方法，將水溶性的酶與不溶性的載體結(jié)合，使酶固定在載體上，并在肯定的空間范圍內(nèi)進行反應(yīng)的酶。用于固定化酶的載體有瓊脂糖、聚丙烯酰胺、海藻酸鈉等。(2)優(yōu)點：固定在載體上的酶既能與反應(yīng)物接觸，又簡潔與產(chǎn)物分別，同時，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。留意：固定化酶可以被反復(fù)利用，但不等于能被永久利用。2．固定化酶的應(yīng)用實例——高果糖漿的生產(chǎn)(1)反應(yīng)機理：葡萄糖eq\o(→,\s\up7(葡萄糖異構(gòu)酶))果糖。(2)固定化酶的反應(yīng)柱：如右圖所示。①葡萄糖異構(gòu)酶固定在一種顆粒狀載體上；②酶顆粒無法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液能通過。(3)生產(chǎn)過程①將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀載體上；②將這些酶顆粒放入底部有很多小孔的反應(yīng)柱內(nèi)；③將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入；④葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸；⑤葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱下端流出。(4)固定化酶的反應(yīng)柱的優(yōu)點：能連續(xù)運用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。酶的幾種固定方式1．將酶相互連接起來(如圖①)。2．將酶包埋在微小網(wǎng)格里(如圖②)。3．將酶吸附在載體表面上(如圖③)?！镜漕}精練1】下列關(guān)于固定化酶技術(shù)的說法，正確的是()A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，將酶吸附于載體上，圍繞反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù)B．固定化酶技術(shù)的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應(yīng)C．固定化酶中的酶無法重復(fù)利用D．固定化酶技術(shù)是將酶固定在肯定空間內(nèi)的技術(shù)【答案】D【解析】固定化酶是利用物理或化學(xué)方法將酶固定在肯定空間內(nèi)的技術(shù)。其優(yōu)點是酶被固定在肯定裝置內(nèi)，可重復(fù)利用；不足之處是無法同時催化一系列酶促反應(yīng)。在固定化過程中，固定的是酶而不是反應(yīng)物。解題歸納明確固定化酶的概念及其特點。固定化酶催化效率高，可反復(fù)利用、降低成本，但固定的是一種酶，不能催化一系列化學(xué)反應(yīng)。【典題精練2】下列關(guān)于運用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的說法正確的是()A．高果糖漿的生產(chǎn)須要運用果糖異構(gòu)酶B．在反應(yīng)柱內(nèi)的頂端裝上分布著很多小孔的篩板，防止異物的進入C．將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，果糖溶液從反應(yīng)柱下端流出D．固定化酶技術(shù)困難，成本較高【答案】C【解析】生產(chǎn)高果糖漿時所用的酶應(yīng)為葡萄糖異構(gòu)酶，將這種酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著很多小孔的篩板。酶顆粒無法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖溶液，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)運用半年，大大降低了生產(chǎn)成本。學(xué)問點二固定化細胞技術(shù)與固定化酵母細胞的制備eq\o(\s\up7())1．固定化酶和固定化細胞技術(shù)(1)概念：是利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在肯定空間內(nèi)的技術(shù)。(2)方法：通常采納包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。①化學(xué)結(jié)合法：將酶或細胞相互連接起來，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上。②物理吸附法：將酶或細胞吸附在載體的表面上。③包埋法：將酶或細胞包埋在微小網(wǎng)格里。(3)二者的聯(lián)系和區(qū)分①聯(lián)系：都是利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在肯定空間內(nèi)，在生產(chǎn)中都簡潔與產(chǎn)物分別，固定在載體上的酶或細胞可以被反復(fù)利用。②區(qū)分：適合的固定方法不同(見下表)。固定化細胞技術(shù)能固定一系列的酶，成本更低，操作更簡潔，更相宜于生產(chǎn)實際。2.制備固定化酵母細胞(1)酵母細胞的活化：稱取1g干酵母，放入50mL的小燒杯中，加入蒸餾水10mL。用玻璃棒攪拌，使酵母細胞混合勻稱，成糊狀，放置1h左右，使其活化。(2)配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液：稱取無水CaCl20.83g，放入200mL的燒杯中，加入150mL蒸餾水，使其充分溶解，待用。留意：溶解物質(zhì)要徹底，勿用自來水溶解，以防自來水中的各種離子影響試驗結(jié)果。(3)配制海藻酸鈉溶液：稱取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中，加入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。(4)海藻酸鈉溶液和酵母細胞混合：將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細胞，充分?jǐn)嚢柚粱旌蟿蚍Q，再轉(zhuǎn)移至注射器中。(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，將形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。3．用固定化酵母細胞發(fā)酵(1)將固定好的酵母細胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2～3次，洗去凝膠珠表面多余的電解質(zhì)溶液。(2)將150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移至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。4．結(jié)果分析與評價(1)假如制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉溶液的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；假如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，須要再嘗試。(2)利用固定化酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精(C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量)，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味，而用不含酵母菌的凝膠珠所做的比照試驗則無此現(xiàn)象。固定酵母細胞過程中的四個留意點1．活化酵母細胞和配制CaCl2溶液時都要用到蒸餾水，且活化酵母細胞時應(yīng)選擇體積足夠大的容器。2．配制海藻酸鈉溶液是操作中的關(guān)鍵步驟，該過程應(yīng)用小火或者間斷加熱。3．將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后，加入已活化的酵母細胞。4．將注射器中的海藻酸鈉溶液和酵母細胞的混合物以恒定的速度緩慢地滴加到CaCl2溶液中，形成凝膠珠?！镜漕}精練3】下列關(guān)于制備固定化酵母細胞的操作，正確的是()A．制備好海藻酸鈉溶液后，要馬上將其與酵母細胞混合以防凝固B．制備固定化酵母細胞的過程中需用到注射器C．以恒定的速度把混合液注射到CaSO4溶液中D．凝膠珠在CaCl2溶液中應(yīng)浸泡10min左右【答案】B【解析】A錯誤：應(yīng)將海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，再加入已活化的酵母細胞，否則會把酵母細胞殺死。C錯誤：應(yīng)是以恒定的速度把混合液滴加到CaCl2溶液中而不是CaSO4溶液中。D錯誤：凝膠珠在CaCl2溶液中應(yīng)浸泡30min左右。解題歸納海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合液應(yīng)緩緩滴加到氯化鈣溶液中，作用是使混合液形成凝膠珠；凝膠珠在氯化鈣溶液中應(yīng)浸泡30分鐘左右，目的是使凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)?！镜漕}精練4】對配制海藻酸鈉溶液的敘述不正確的是()A．加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)B．海藻酸鈉的濃度涉及固定化細胞的質(zhì)量C．海藻酸鈉的濃度過高，易形成凝膠珠D．海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠內(nèi)包埋細胞過少【答案】C【解析】海藻酸鈉的濃度過高，凝膠珠不易成形；海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠內(nèi)包埋細胞過少。加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，因為海藻酸鈉的濃度涉及固定化細胞的質(zhì)量。一、選擇題1．關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法，錯誤的是(A)A．固定化酶生物活性強，可許久運用B．一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高C．一般酶制劑參與反應(yīng)后不能重復(fù)利用D．固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量解析：該題主要考查固定化酶的優(yōu)點，即應(yīng)用后易與產(chǎn)物分別，提高產(chǎn)品質(zhì)量；可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本。但是固定化酶作為生物催化劑，具有肯定的生物活性，隨著時間的推移，酶的活性會降低，甚至消逝，即固定化酶不能許久運用。例如：生產(chǎn)高果糖漿的固定化酶一般只能連續(xù)運用半年。2．下列說法不正確的是(B)A．葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成的是果糖B．從固定化酶反應(yīng)柱下端流出的是果糖C．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，對人類的健康更有益D．酶溶解于葡萄糖溶液后，可從糖漿中回收解析：該題考查了固定化酶的應(yīng)用——生產(chǎn)高果糖漿。在生產(chǎn)高果糖漿時用的酶是葡萄糖異構(gòu)酶，設(shè)備為固定化酶反應(yīng)柱。由于葡萄糖與果糖是同分異構(gòu)體，在葡萄糖異構(gòu)酶的作用下，部分葡萄糖可以轉(zhuǎn)化為果糖，所以從反應(yīng)柱下端流出的液體不僅僅是果糖，還有葡萄糖。3．下列關(guān)于固定化細胞技術(shù)的說法，正確的是(D)A．物理吸附法的優(yōu)點是操作簡潔，吸附堅固B．包埋法的優(yōu)點是操作困難，條件溫柔，對細胞無毒性C．物理吸附法簡潔對酶活性產(chǎn)生影響D．凝膠包埋常用的凝膠種類有瓊脂、海藻酸鈉(鈣)、角叉菜聚糖、明膠和聚丙烯酰胺凝膠等解析：固定化細胞的主要方法有物理吸附法和包埋法。它們各有利弊，物理吸附法的主要優(yōu)點是酶活性不受影響，但吸附過程相當(dāng)困難，這一過程與微生物細胞的性質(zhì)、載體的性質(zhì)以及兩者之間的相互作用等有關(guān)，且吸附力較弱，吸附不堅固，細胞簡潔脫落。而包埋法操作簡便，條件溫柔，對細胞無毒性，適合于生長細胞的固定。但凝膠的結(jié)構(gòu)要保持穩(wěn)定須要適當(dāng)?shù)臈l件限制，凝膠包埋常用的凝膠種類有瓊脂、海藻酸鈉(鈣)、角叉菜聚糖、明膠和聚丙烯酰胺凝膠等。4．酶固定化技術(shù)與細胞固定化技術(shù)的關(guān)系是(A)A．酶固定化技術(shù)是細胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)B．細胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)C．酶固定化技術(shù)與細胞固定化技術(shù)是同時發(fā)展起來的D．細胞固定化技術(shù)先于酶固定化技術(shù)解析：1969年，日本利用固定化氨基酰酶，由乙酰－DL－氨基酸連續(xù)生產(chǎn)L－氨基酸獲得勝利，是世界上固定化酶大規(guī)模應(yīng)用的首例。20世紀(jì)70年頭后期，酶工程領(lǐng)域又出現(xiàn)了固定化細胞技術(shù)，固定化細胞是指固定在肯定范圍內(nèi)的、能夠進行生命活動的并且可以反復(fù)運用的活細胞。5．下列有關(guān)固定化技術(shù)的敘述，正確的是(B)A．固定化酶只是在細胞內(nèi)才能發(fā)揮作用B．固定化酶能提高酶的利用率C．酶的固定是酶分別純化的常用方法D．固定化酶的固定化方式就是吸附在固體表面上解析：酶在條件相宜時，既可在細胞內(nèi)起作用，也可在細胞外起作用，制成的固定化酶，更是主要在細胞外發(fā)揮作用；制成固定化酶的方法有吸附在固體表面，將酶相互連接起來，將酶包埋在微小的網(wǎng)格里等；制成固定化酶的步驟包括酶的生產(chǎn)、提取、酶的分別純化、酶的固定化，即酶分別純化是酶的固定化的前提條件；固定化酶能重復(fù)利用，從而提高了酶的利用率。二、非選擇題6．酵母菌是現(xiàn)代生物技術(shù)探討中常用的微生物。(1)在酵母菌的純化培育中，培育基上會出現(xiàn)一些分別由一個酵母菌繁殖而成的菌落，在生態(tài)學(xué)上，一個菌落的全部酵母菌稱為一個種群。為了能反復(fù)利用，須要將純化后并經(jīng)過繁殖培育得到的酵母菌與海藻酸鈉溶液混合，制成凝膠珠。假如在CaCl2溶液中形成的凝膠珠的顏色過淺，說明固定化酵母細胞的數(shù)目較少。假如形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明海藻酸鈉溶液的濃度偏高，固定化酵母細胞的制作失敗。(2)經(jīng)測定，酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他發(fā)酵產(chǎn)物，其余1.5%則用于自身的生長繁殖。現(xiàn)在工廠化生產(chǎn)果酒，為提高果酒的品質(zhì)，更好地抑制其他微生物的生長，通常實行的措施是干脆在果汁中加入人工培育的酵母菌。(3)制作果酒時，將凝膠珠加入到葡萄汁中，限制好發(fā)酵條件，如溫度為18～25_℃，10天后可得到散發(fā)著酒香的成品。該過程的原理是在無氧條件下，酵母菌能進行酒精發(fā)酵。解析：凝膠珠顏色的深淺與被固定的酵母細胞數(shù)量有關(guān)，形態(tài)與海藻酸鈉溶液的濃度有關(guān)；發(fā)酵條件與酵母細胞中酶的最適溫度有關(guān)。7．如下圖a所示，探究性試驗裝置甲、乙、丙、丁、戊中，葡萄糖溶液是飽和的，5個裝置中分別加入兩粒凝膠珠，試驗起先時，小液滴都在C點(刻度管足夠長，瓶內(nèi)氧氣足夠)。5個裝置分別置于0℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃的溫度下，10分鐘后記錄各個裝置中的小液滴的位置并描繪出坐標(biāo)曲線圖(如圖b的甲曲線)。(1)試驗的目的是探究溫度與醋酸發(fā)酵速率之間的關(guān)系，自變量是溫度。(2)瓶中氫氧化鈉溶液的作用是汲取CO2和防止產(chǎn)生的醋酸揮發(fā)而影響試驗結(jié)果的精確性，小液滴移動的距離表示有氧呼吸消耗的氧氣量。(3)實踐中，假如通過固定化醋酸菌來生產(chǎn)醋酸，那么制備的凝膠珠的大小與固定酵母菌生產(chǎn)酒精相比，應(yīng)當(dāng)留意什么問題？固定化醋酸菌的凝膠珠要小一些。為什么？因為醋酸菌發(fā)酵產(chǎn)生醋酸是一個有氧呼吸的過程，凝膠珠小有利于氧氣的供應(yīng)，從而增加醋酸的產(chǎn)量。(4)假如在制備固定化醋酸菌細胞的試驗中，海藻酸鈉的濃度過低，請在坐標(biāo)系中畫出試驗起先10分鐘后的曲線乙。答案：圖形如原圖曲線，但在原圖的曲線下面(略)(5)工業(yè)生產(chǎn)中，利用固定化細胞技術(shù)進行生產(chǎn)，從哪些方面可以延長利用固定化細胞的時間？(至少寫兩點)答案：無菌操作，限制好溫度、pH等。解析：(1)本試驗是探究溫度與醋酸發(fā)酵的速率的關(guān)系，溫度是自變量。(2)氫氧化鈉溶液的作用是用來處理生成的醋酸和二氧化碳，以免影響試驗結(jié)果的精確性，保證小液滴移動的距離真實地表示有氧呼吸消耗的氧氣量。(3)醋酸發(fā)酵為有氧發(fā)酵，而酵母菌發(fā)酵為無氧發(fā)酵。(4)假如海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的醋酸菌的數(shù)目就少。(5)利用固定化細胞技術(shù)進行生產(chǎn)時，要求無菌操作，同時要留意限制好溫度、pH等。1．干脆運用酶、固定化酶和固定化細胞催化的優(yōu)缺點如下表所示。類型優(yōu)點不足干脆使用酶催化效率高，低耗能、低污染等對環(huán)境條件特別敏感，簡潔失活；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)物分別，同時，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的固定化細胞成本低，操作更簡潔固定后的細胞與反應(yīng)物不簡潔接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降等2.略。3．提示：可以從酶的結(jié)構(gòu)的多樣性，對理化條件的敏感程度等角度思索。專題整合與評估[學(xué)問建網(wǎng)][要語必背]1．果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。2．堿性蛋白酶能將大分子蛋白質(zhì)水解為可溶性的氨基酸或小分子的肽，所以蛋白質(zhì)類纖維織物不能用此種加酶洗衣粉洗滌。3．溫度、酸堿度和表面活性劑都會影響加酶洗衣粉的洗滌效果。4．固定化酶常采納化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，而固定化細胞則常采納包埋法。5．配制海藻酸鈉溶液濃度過高，則難以形成凝膠珠；若濃度過低，則固定的酵母細胞少，影響試驗效果。6．固定化酶和固定化細胞技術(shù)既實現(xiàn)了對酶的重復(fù)利用，降低了成本，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。[學(xué)問整合促貫穿]一、影響酶促反應(yīng)速度的因素及相關(guān)試驗設(shè)計1．影響酶促反應(yīng)速度的因素及相關(guān)曲線分析影響因素相關(guān)曲線分析酶濃度在底物足夠，其他條件固定不變且相宜時，酶促反應(yīng)速度與酶濃度成正比底物(反應(yīng)物)濃度在無關(guān)變量固定且相宜、底物濃度很低時，反應(yīng)速度隨底物濃度增加而加快，反應(yīng)速度與底物濃度近乎成正比；當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時，底物濃度增加，反應(yīng)速度也增加，但不顯著；當(dāng)?shù)孜餄舛冗_到肯定值時，反應(yīng)速度達到一個最大值，不再隨底物濃度增大而增大溫度酶促反應(yīng)的反應(yīng)速度在肯定溫度范圍內(nèi)隨溫度上升而加快；但當(dāng)溫度上升到肯定限度時，酶促反應(yīng)速度不僅不再增加，反而隨溫度的上升而下降。即酶促反應(yīng)有一最適溫度pH每種酶只能在肯定pH范圍內(nèi)有活性，低于或超過這個范圍，酶就會失去活性，即過酸、過堿都使酶變性失活2.試驗設(shè)計(1)思路：在保證無關(guān)變量相同的前提下，在一恒定溫度下設(shè)置pH梯度，可確定酶催化作用的最適pH；在一恒定pH條件下，通過設(shè)置溫度梯度，可確定酶催化作用的最適溫度；在溫度和pH都相同的條件下，通過設(shè)置酶的用量梯度可以確定酶的最適用量。(2)原則：比照原則，單一變量原則，平行重復(fù)原則。其中的變量就是所探討的對象。在分析試驗問題時，要緊緊抓住探討變量，把其他可能影響試驗結(jié)果的變量變?yōu)槌Ａ浚拍鼙ＷC比照試驗結(jié)果的嚴(yán)密性和精確性?！镜漕}精練1】下列說法正確的是()A．加酶洗衣粉就是將酶干脆加到洗衣粉中B．目前常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和蔗糖酶C．溫度、酸堿度和表面活性劑都會影響酶的活性D．一般洗衣粉只是缺少酶，不會污染環(huán)境【答案】C【解析】A項應(yīng)是在洗衣粉中加入酶制劑，酶制劑中的酶用特別物質(zhì)將其層層包袱，使其與洗衣粉的其他成分隔離。B項中不應(yīng)是蔗糖酶，而是纖維素酶。D項中一般洗衣粉含有較多的磷，易導(dǎo)致水體富養(yǎng)分化?！镜漕}精練2】下圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ依次表示果膠酶濃度肯定時，果膠酶的酶促反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度、溫度、pH之間的關(guān)系，據(jù)圖完成下列問題。(1)圖Ⅰ中，反應(yīng)物濃度達到某一值時反應(yīng)速度不再上升的緣由是__________________________________________。(2)圖Ⅱ中，B點所對應(yīng)的溫度為________，假如你依據(jù)試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的曲線圖無法推斷果膠酶的最適溫度，你將如何改進？______________________________________________。(3)圖Ⅱ中，曲線AB段表明________，BC段表明________。