1、第第 42 讲讲 酶的应用技术实践酶的应用技术实践 1.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答： （1）请在横线上填出各标号的名称。 ， ， 。 （2） 与一般酶制剂相比， 固定化酶的突出优点是_ _，固定化细胞的优点是_。 （3）的作用是_。 （4）制作固定化葡萄糖异构酶所用的方式有 或 。 解析 （2）与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触。还能与 产物分离，并且可以反复利用。但是与固定化细胞相比，固定化酶不能催化一系 列的化学反应，并且固定化细胞成本更低，操作更容易。 （3）使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，下端有一个分布着小孔的筛板， 酶颗粒无法通过筛板，而反应液却可以
2、自由通过。 （4）制作固定化葡萄糖异构酶 的方式有将酶相互连接起来或将酶吸附在载体表面上。 答案 （1）反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板 （2）既能与反应物接触，又能与产物分离，能被反复利用 成本更低，操作更 容易 （3）酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由通过 （4）将酶相互连接起来 将酶吸附在载体表面上 2.某同学用含有不同种类酶制剂的洗衣粉进行了如下实验。 组别 布料/cm 污染物 水温/ A（蛋白酶洗衣粉） 66 蛋白膜 40 B（脂肪酶洗衣粉） 66 蛋白膜 40 C（蛋白酶洗衣粉） 66 淀粉膜 40 请回答以下问题： （1）该实验的目的是探究_。 该实验还应控制的无关变量有_。
3、该实验中 分别构成两组对照实验。 （2）该同学在实验过程中可通过观察 来判断酶的催 化效率。 （3）蛋白酶洗衣粉的去污原理是_ 。 （4）大力推广使用加酶洗衣粉代替含磷洗衣粉，有利于生态环境保护，这是因 为_。 （5）加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质层层包裹的，遇水后包裹层很快溶 解， 释放出来的酶迅速发挥催化作用，请说明这是否应用了酶的固定化技术及其 理由是_。 答案 （1）酶的作用具有专一性 洗衣粉的用量，污染程度，水质，水的 pH 等 A 和 B、A 和 C （2）蛋白膜消失的时间长短 （3）在蛋白酶催化作用下蛋白质的水解产物溶于水中 （4）酶蛋白进入环境后容易被微生物分解，避免过多的
4、磷进入水体，造成水体 富营养化 （5）否，加酶洗衣粉中的酶没有固定在不溶于水的载体上，也不能重复使用 3.下面三幅图是研究人员对黑曲霉 A1果胶酶性质的研究结果，据图分析温度、 pH 和 Ca2 浓度等与酶活力的关系。 （1）从图上可以看出，对酶活力影响最小的是_。 （2）这三个图的共同点说明_。 （3）若探究温度对黑曲霉 A1果胶酶活力的影响，则在该实验中，实验组和对照 组 的 pH 及 Ca2 浓 度 是 否 需 要 进 行 调 节 ？ 分 别 调 节 到 和 。其原因是_。 解析 从图示可以看出，温度、pH 和 Ca2 浓度对黑曲霉 A 1果胶酶的活力都有 影响，但 Ca2 浓度的影响最
5、小。它们都有一个最适值，在此条件下，酶的活力 最大。若要探究温度对黑曲霉 A1果胶酶活力的影响，则实验组和对照组的 pH 及 Ca2 浓度都应调节到最适值，遵循单一变量原则，确保实验结果的准确性。 答案 （1）Ca2 浓度 （2）在最适条件下，酶活力最高 （3）需要 4 1 遵循单一变量原则，无关变量须相同且适宜 4.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 年代又出 现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 ，使用了如图所示的方 法
6、（填出号码与名称） 。 （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体不是圆形或椭圆形，其主要原因是 _。 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。图为共价键结合法，图为吸附法，图为包埋法。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
7、的凝 胶珠。 答案 （1）酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反 复利用 多酶系统（或一系列酶、多种酶） （2）海藻酸钠 包埋法 （3）CaCl2 海藻酸钠溶液浓度过高（或针筒口离液面过近，高度不够） 5.请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。 （1）细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是 _。 （2）包埋法固定化是指_。 （3） 包埋法固定化细胞常用的载体有_（答出 三种即可） 。 （4）与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的优点是_。 （5）制备固定化酵母细胞的四个主要步骤是： _。 _。 _。 _。 答案 （1）细胞个大，不易从包埋材料中漏出
8、 （2）将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中 （3）明胶、琼酯糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 （4）成本更低，操作更容易 （5）酵母细胞的活化 配制海藻酸钠溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混 合 酵母细胞的固定化 6.下图 1 表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图 2 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： （1）图 1 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 1 中 X 溶液为 ，其作用是 。 （3）某同学在图 1 步骤结束后得到图 3 所示的实验结果，出现此结果的可能原 因有海藻酸钠
9、浓度过 （“高”或“低”）或注射器中的混合液推进速度 过 （“快”或“慢”） 。 （4）图 1 中制备的凝胶珠用 后再转移到图 2 装置中，发酵过程中搅拌 的目的是_。 解析 （1）刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合，以 免高温使酵母细胞失活。 （2）混合液加入 CaCl2溶液进行固定化酵母细胞，故图 1 中 X 溶液为 CaCl2溶液，作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。 （3）图 3 中所示的凝 胶珠不是圆形或椭圆形， 可能原因是海藻酸钠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洗涤后再转移到图 2 装置中进行发酵，发 酵过程中搅拌的目的是使培养液与
10、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）蒸馏水洗涤 使培养液与酵母菌充分接触 7.为探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果，其同学按如表所示步骤进行实验。 给烧杯编号 1 号烧杯 2 号烧杯 3 号烧杯 注入自来水 500 mL 500 mL 500 mL 加入物质（等量且污染程度相 同） 奶渍布 奶渍布 奶渍布 控制水温 37 80 37 加入洗衣粉（等量） 蛋白酶洗衣粉 蛋白酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉 用玻璃棒搅拌 5 min 5 min 5 min 观察实验现象 污物消失 污物仍存在 污物仍存在
11、 请分析后回答： （1）本实验的变量为 。 （2）实验结果说明，酶具有 ，其活性还受 的影响。 （3）通过以上实验可知，蛋白质类织物 （填“能”或“不能”）用加 蛋白酶的洗衣粉洗涤。 答案 （1）酶的种类和温度 （2）专一性 温度 （3）不能 8.果胶酶能够分解植物细胞之间的果胶， 使榨取果汁变得更容易， 果胶被分解后， 浑浊的果汁会变得澄清。现有磨浆机、质量分数为 2%的果胶酶溶液、蒸馏水、 一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液等实验材料及试剂， 下表是某小组利用上述材料 进行的有关实验（“/”表示不加） 。请回答下列问题： 编号 项目 试管 甲 乙 丙 丁 1 在试管中加入苹 果泥 2 mL 2
12、mL 2 mL 2 mL 2 2 mL / 2 mL 2 mL 3 加入不同的液体 2 mL 蒸馏水 4 mL 蒸馏水 2 mL 盐酸 2 mL 氢 氧化钠 4 摇匀，恒温处理 15 分钟 15 分钟 15 分钟 15 分钟 （1）表中处的内容是 。 （2）若要验证果胶酶的作用，应把 两个试管同时取出并过滤相同时间，观 察并比较，预期的实验现象与结果是 。 （3）比较试管甲、丙、丁可知，其实验目的是 。为确保 实验成功，请将表中的编号正确排序（用数字和箭头表示） ： 。 （4）如果要用此实验做“探究果胶酶的最适用量”，请简要写出实验思 路： 。 解析 根据表格信息可知，甲、乙试管是探究果胶酶的
13、催化作用；甲、丙、丁三 个试管是探究 pH 对酶活性的影响，该实验操作时，应先将酶分别放在不同的环 境条件下，然后再加入底物，操作顺序不同，实验结果也会不同。 答案 （1）加入质量分数为 2%的果胶酶溶液 （2）甲与乙 甲果汁比乙澄清 （3） 探究 pH 对果胶酶活性的影响 2314 （4） 配制不同浓度的果胶酶， 恒温下加入等量苹果泥，观察果汁的澄清度，果汁最澄清组对应的酶用量即为酶 的最适用量 9.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。如图显示的是部分研究结果（注：
14、酶活力为固定化酶催化 化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量） ，请分析回答下列问题： （1）下列所示的酶固定化技术中属于包埋法的是 。 （2）从对温度变化的适应性和应用范围的角度分析，图甲所示结果可以得出的 结论是 对温度变化的适应性更强且应用范围更广。 （3）图乙曲线表明浓度为 的海藻酸钠溶液包埋效果最好，当海藻酸钠 溶液浓度较低时，酶活力低的原因是 。 （4）固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是用戊二醛作交联剂，这是因 为_。 解析 （1）包埋法即将酶包埋于网格或胶囊中，如图所示，图中为吸附 法，为化学结合法。 （2）通过分析图甲可知，固定化酶与游离酶相比，在温度 变化时酶活力变化幅
15、度较小，且酶活力更高，即对温度变化的适应性更强且应用 范围更广。 （3）图乙曲线表明浓度为 3%的海藻酸钠溶液包埋效果最好，此时酶 活力最高， 当海藻酸钠溶液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。 （4）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，而是用戊二醛作交联剂使用交联法固定。 答案 （1） （2）固定化酶 （3）3% 海藻酸钠溶液浓度较低时包埋不 紧密，酶分子容易漏出，数量不足 （4）酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 10.乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，具有重要应用价值。乳糖酶的 制备及固定化步骤如下：
16、产乳糖酶微生 物L的筛选 产乳糖酶微生 物L的培养 乳糖酶的 提取纯化 乳糖酶的 固定化 （1）筛选产乳糖酶的微生物 L 时，宜用 作为培养基中的唯一碳源。培 养基中琼脂的作用是 。从功能上讲，这种培养基属 于 。 （2）培养微生物 L 前，宜采用 方法对接种环进行灭菌。 （3）纯化后的乳糖酶可用电泳法检测其分子量大小。在相同条件下，带电荷相 同的蛋白质电泳速度越快，说明其分子量越 。 （4）乳糖酶宜采用化学结合法（共价键结合法）进行固定化，可通过检测固定 化乳糖酶的 确定其应用价值。除化学结合法外，酶的固定化方法还包 括 、 、离子吸附法及交联法等。 解析 （1）产乳糖酶的微生物 L 自身可
17、以合成乳糖酶，能催化乳糖水解为葡萄 糖和半乳糖，供自身利用；不能合成乳糖酶的微生物则无法利用乳糖。据此，可 利用乳糖作为唯一碳源的培养基来筛选产生乳糖酶的微生物。 这样的培养基从功 能上看属于选择培养基。培养基中添加琼脂的作用是作为凝固剂，制作固体培养 基。 （2）接种时要严格做到无菌操作，其中接种环应采用酒精灯灼烧灭菌。 （3） 电泳时，相同条件下，带电荷相同的蛋白质受到的静电引力相同，分子量越小的 蛋白质，移动速度越快。 （4）酶的作用是催化生化反应，固定化酶要体现其具体 的应用价值， 必须要具有较高的酶活性。 酶的固定化方法有化学结合法、 包埋法、 物理吸附法、离子吸附法及交联法等。 答案 （1）乳糖 凝固剂 选择培养基 （2）灼烧 （3）小 （4）活性 包埋法 物理吸附法
