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    高中生物全套课件第11单元 第44课时 酶的研究和应用3.13.ppt

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    高中生物全套课件第11单元 第44课时 酶的研究和应用3.13.ppt

    第十一单元,生物技术实践,1.涵盖范围,本单元包括选修1全部内容微生物的培养与传统发酵技术及实践应用;植物组织培养技术及DNA和蛋白质的提取与分离技术;酶的研究和实践应用;植物有效成分的提取方法、过程及注意事项。,单元教学分析,2.考情分析,考查力度相对固定,如山东理综只出一个8分的简答题。 考查内容及形式 ①微生物的培养与应用多以简答题形式考查; ②酶的研究与应用,常与必修1中酶的本质、特性等知识有机结合考查; ③植物组织培养常与植物有效成分提取相结合考查; ④传统发酵技术及实践应用多以简答题形式考查; ⑤酶的研究、DNA和蛋白质提取技术多以选择题形式考查。,3.复习指导,1复习线索 ①以转基因微生物培养酶生产酶应用为线索,系统复习微生物培养技术、酶的研究和实践应用。 ②以技术手段、技术流程为主线,复习发酵、组织培养、有效成分及DNA、蛋白质提取有关知识。,2复习方法 ①列表比较法DNA、蛋白质的提取与分离。 ②实践联系发酵技术、植物有效成分提取技术。 ③实验联系植物组织培养、微生物培养实验过程。,第 44 课时,酶的研究和应用,突破考点提炼方法,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,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,,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(可pH)时活性最高。 ②果肉的出汁率、果法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) 将果胶酶加入相同温度 (或pH)的苹果泥内 恒温保持10 min  过滤果汁,用量筒测量果汁的量,并记录于设计好的表格 3注意事项 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/V2100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,对位训练,,解析 为了使果胶酶能够充分地催化反应,应采取的措施是增大酶和反应物的接触面积,搅拌可以达到此目的,只换大型号容器不一定加快反应。大幅度提高温度有可能会出现温度过高而使酶活性降低的现象,如果反应物够多,增加反应物不改变反应速率。,答案 D,排雷 1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。 2既是酶促反应,其催化速率受温度、pH、酶的数量、搅拌增大接触面积等众多因素的影响。 3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,通过相互对照可确认果胶酶活性的温度或pH的最适值。,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,,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,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.实验时注意事项 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则、对照原则,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佳洗涤效果的条件,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。请回答下列问题。,对位训练,,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。 ___________________________________________________ __________________________ 。,加酶和适当提高温度,蛋白酶,蛋白酶和脂肪酶,专一性,没有差异,因为高温使酶失活。,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。,解析 加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂,如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等。这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上的污渍,而且对人体没有毒害作用,并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解,不会污染环境。既然是酶制剂,就具备酶的特性,需要适宜的温度和pH,具有专一性;温度过高时,酶变性失活,三者几乎没有差别;固定化后的酶在保持原有催化活性的同时,又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用,可在生产工艺上实现连续化和自动化,更适应工业化生产的需要。,排雷 1与普通洗衣粉相比,加酶洗衣粉洗涤效果更好,又由于不含磷元素,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。,2一般说来,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,应避免与这类洗衣粉长时间地接触。 5加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶,因为肽本身易溶于水。,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上图 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,则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注意事项 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0.5~1 h。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,可以使用下列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,就表明凝胶珠,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,也能表明制备的凝胶珠是成功的。,3.2011江苏卷,15下列有关酶的制备和应用的叙述,正确的是 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,对位训练,,答案 A,解析 抗虫棉固然可以减少农药的使用,但外源基因可能通过花粉逸散到近缘的其他植物,从而造成基因污染。解析 利用酶解法和吸水涨破法使细胞解体,用于制备胞内酶;酶的纯化和分离的方法有透析法、离心沉降法和电泳法;纤维素酶能去除棉纺织品表面的浮毛,平整织物表面,故可用添加纤维素酶的洗衣粉洗涤棉织物;多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的最外层,保持其他酶在胃中不被破坏。,排雷 1通常情况下,酶都是在水溶液中与底物进行反应的,因此酶在反应系统中是与底物、产物混合在一起的,反应结束后,即使酶仍具有较高活力,也很难回收,同时给产品进一步纯化带来了困难。 2一般来说 ,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化,而细胞多采用包理法固定化。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固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢,可以像游离的细胞一样用于发酵生产。,考纲能力 关于微生物和酶的问题 考题 2011上海卷,五回答下列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下列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,NH42SO42.0,K2HPO4 3.0,MgSO41.0,pH 7.4,多聚联苯50 mL B培养基g/L牛肉膏10.0,蛋白胨20.0,葡萄糖20.0,NaCl 5.0,pH7.4,,考题链接 关于微生物和酶的问题,该培养基中多聚联苯为唯一碳源,A,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50 mL,pH 7.4 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_____。,便于重复利用,能连续进行反应,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,酶的分离纯化,B,位的结构,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________________________ ____________。,两种菌内酶基因的结构酶结,两种菌内酶量不同,构不同,体会 1选择培养基选择作用关键体现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。如选择固氮微生物则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。,,易错警示 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。,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,酶既容易与反应,多酶系统,海藻酸钠,包埋法,③,解析 将酶固定化后,可使酶在催化反应之后不随产物流走,可以反复利用;将细胞固定化后,可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。海藻酸钠一般不能参与化学反应,同时,在高温下容易溶化,温度降低时又形成多孔性固体颗粒,是包埋酵母菌的好材料。图①为共价链结合法,图②为吸附法,图③为包埋法。凝胶珠是高温下溶化的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的,若海藻酸钠浓度过高或制凝胶珠时离液面太近,可能形成片状或长条形,而不是圆形的凝胶珠。,纠错笔记 直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较,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_________________ __________________________________。,过高或针筒口离液面过近,高度不够,CaCl2,海藻酸钠溶液浓度,

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