有關酶的研究與應用

安徽 吳志強 劉 玲

有關酶的研究與應用

安徽 吳志強 劉 玲

在高中生物中，有關酶的研究與應用包含果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用，加酶洗衣粉和酵母菌細胞的固化等幾部分內(nèi)容。這部分知識內(nèi)容比較貼近生活，且酶制劑及酶的有關知識和必修1內(nèi)容聯(lián)系密切，一般都會以基本知識的直接考查或以實驗等形式加以考查。

一、果膠酶的考查重在基本知識面

1.有關果膠酶的實驗考查，更多集中在對這種酶相關知識的直接考查上。

【例1】（原創(chuàng)）下列關于酶的敘述正確的是 （ ）

A.果膠酶的化學本質是蛋白質或RNA

B.果膠酶屬于合成果膠的酶類

C.果膠糖酶不屬于酶制劑

D.果膠酶能夠降解植物細胞壁和細菌細胞壁

【解析】酶的化學本質是蛋白質或RNA，但是果膠酶的化學本質是蛋白質，故A錯誤。果膠酶都屬于水解酶類，故B錯誤。目前常用的酶制劑有四大類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纖維素酶和果膠酶，故C正確。纖維素酶和果膠酶能夠降解植物細胞壁，細菌細胞壁的成分是肽聚糖，需用肽聚糖酶降解，故D錯誤。

【答案】C

2.果膠酶的實驗考查也可以出現(xiàn)在具體實驗中，主要以測定的數(shù)據(jù)和得出的曲線為背景進行考查。

【例2】（2015·上海閘北一?！じ木帲┯腥藴y定了A、B、C、D四種微生物體內(nèi)的果膠酶的活性與溫度的關系，結果如下圖所示。根據(jù)圖中的信息，你認為在25攝氏度下，競爭能力最強的生物和對溫度適應范圍最廣的生物分別是 （ ）

A.B和D B.B和C

C.B和A D.A和C

【解析】酶在一定的溫度范圍內(nèi)才有活性，溫度過高酶會失活，而低溫對酶活性有抑制作用；在一定溫度下，最適宜該溫度的酶活性最強，該生物生活的也最好，競爭力就強；酶有活性的范圍最大，生物的生存溫度范圍就越廣。

【答案】B

二、有關變量的分析和控制

影響酶活性的因素常提的是溫度、pH和酶的抑制劑等。探究溫度和pH對酶活性的影響及探究酶用量的兩個實驗都要注意實驗的基本原則，即對照原則和等量原則。在分析變量時，可以結合生物教材內(nèi)溫度對酶活性影響的實驗。實驗變量是低溫（冰水化合物），適溫（60℃），高溫（沸水）；酶的活性變化即反應變量；試管的潔凈度，淀粉酶的稀釋度，可溶性淀粉的濃度，碘液的量和濃度，溫度處理時間，操作程序等是無關變量。實驗中不論有幾個實驗變量，都應做到每個自變量對應一個因變量。此外還應嚴格操縱實驗變量，嚴格控制無關變量，盡可能消除誤差，獲取較為精確的反應變量。在變量控制上，一般有操縱實驗變量（施加干擾）、控制無關變量（隨機分組、設置對照、條件相同且適宜、重復實驗）、捕獲反應變量（觀察現(xiàn)象、測量數(shù)值）。

【例3】（2012·江蘇卷·改編）在“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗滌效果”實驗中，下列敘述合理的是 （ ）

A.實驗的觀察指標可以是相同洗滌時間內(nèi)污漬的殘留程度

B.先用熱水溶解洗衣粉，再將水溫調(diào)節(jié)到最適溫度

C.相同pH時加酶洗衣粉洗滌效果好于普通洗衣粉

D.衣物質地和洗衣粉用量不會影響實驗結果

【解析】本題考查酶的作用及對照實驗設計知識。檢測兩種洗衣粉洗滌效果的因變量可以是相同條件下污漬的殘留程度，故A項正確。酶遇高溫會變性或失活，再遇最適溫度也不能恢復其原有活性，此種處理會人為降低加酶洗衣粉的洗滌效果，故B項錯誤。酶發(fā)揮作用與pH相關，在酶能發(fā)揮作用的pH范圍內(nèi)，加酶洗衣粉的洗滌效果要好于普通的洗衣粉；在pH過高或過低時，可能兩種洗衣粉的洗滌效果是相同的，故C錯。在探究實驗進行時，除洗衣粉的種類不同之外，其余條件應完全相同。比如衣物質地和用量都應保證完全相同，因為這些因素也會影響實驗的結果，故D錯。

【答案】A

【例4】（2015·蕪湖三校聯(lián)考）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組實驗。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，其他實驗條件均相同，下表為實驗記錄。請回答下列問題。

水溫（℃） 10 20 30 40 50 _組別_甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲 乙 丙 甲 乙 丙清除血漬時間（min）____________________________________________ 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67清除油漬時間（min）______________________________________ 93 78 95 87 63 91 82 46 85 75 27 77 69 8 68

（1）提高洗衣粉去污能力的方法有________。甲組在洗衣粉中加入了_____。乙組在洗衣粉中加入了_____。

（2）甲、乙組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有_________。

（3）如果甲、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。________________________________________________。

【解析】本題考查解讀表格的能力和運用所給信息處理實驗問題的能力。（1）根據(jù)所給信息，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和適當提高溫度。（2）加的酶的種類不同，洗滌效果有差異，說明酶的專一性的充分體現(xiàn)。（3）解讀表格可以看出，沒有差異，因為高溫使酶失活。

【答案】（1）加酶和適當提高溫度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 （2）專一性 （3）沒有差異，因為高溫使酶失活

類似的考查還可以出現(xiàn)在理解實驗中溫度梯度或pH梯度的變化等方面。比如，影響加酶洗衣粉洗滌效果的因素有水溫、水量、水質、洗衣粉的用量，衣物的質料、大小及浸泡時間和洗滌的時間等。在這些因素中，水溫是我們要研究的對象，而其他因素應在實驗中保持不變。選擇什么樣的水溫進行實驗需要實驗者根據(jù)當?shù)匾荒曛械膶嶋H氣溫變化來確定水溫，通常情況下，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情況的，對現(xiàn)實也有指導意義。

三、酵母細胞固化的注意事項

酵母細胞固化的考查是近年高考的熱點。在考查點上，重點是對概念的分辨和對固定化操作上的詳細解讀。

【例5】（2014·徐州模擬·改編）酶制劑、固定化酶、固定化細胞已經(jīng)廣泛地應用于各個領域，下列有關敘述錯誤的是 （ ）

A.90℃高溫會使TaqDNA聚合酶失去催化活性

B.制備固定化酶的方法主要有包埋法、交聯(lián)法和吸附法等

C.固定化酶固定時可能會造成酶的損傷而影響活性

D.固定化細胞可以催化一系列酶促反應

【解析】酶制劑是指從生物中提取的具有酶特性的一類物質，主要作用是催化食品加工過程中各種化學反應，改進食品加工方法。固定化酶本身還是溶于水的，只是用物理的或化學的方法使酶與水不溶性大分子載體結合或把酶包埋在其中，使得酶在水中呈溶性凝膠或半透膜的微囊體從而導致流動性降低。酶固定化后一般穩(wěn)定性增加，易從反應系統(tǒng)中分離，且易于控制，能反復多次使用。便于運輸和貯存，有利于自動化生產(chǎn)，但是活性降低，使用范圍減小，技術還有發(fā)展空間。固定化細胞是指固定在水不溶性載體上，在一定的空間范圍進行生命活動（生長、發(fā)育、繁殖、遺傳和新陳代謝等）的細胞。固定化細胞技術是用于獲得細胞的酶和代謝產(chǎn)物的一種方法。由于固定化細胞能進行正常的生長、繁殖和新陳代謝，所以又稱固定化活細胞或固定化增殖細胞。

【答案】A

【例6】（2012·江蘇卷·改編）下列關于酶和固定化酵母細胞的研究與應用的敘述，錯誤的是 （ ）

A.從酶的固定方式看，吸附法比化學結合法對酶活性影響小

B.作為消化酶使用時，蛋白酶制劑以口服方式給藥

C.尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過氧化氫酶，可以反復使用

D.將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌

【解析】本題考查固定化酶和固定化細胞知識。固定酶的方式中，物理吸附法只是將酶吸附在一定的介質上，對酶的影響很小?；瘜W結合法是通過酶和化學物質發(fā)生反應而起到固定作用的，A項正確。作為消化酶使用的蛋白酶制劑要在消化道中發(fā)揮作用，所以只能以口服的方式給藥，B項正確。尿糖試紙中的酶雖可以反復利用，但試紙顯色的無色化合物會因發(fā)生反應而影響到再次使用的效果，C項錯。海藻酸鈉凝膠珠做成后要用于催化化學反應的進行，為防止雜菌感染常用無菌水將雜菌和制作凝膠珠過程用的CaCl2溶液一并沖洗掉，D項正確。

【答案】C

對于酵母細胞固化我們需要總結好操作上的注意事項：①配制海藻酸鈉溶液 小火、間斷加熱、定容，如果加熱太快，海藻酸鈉會發(fā)生焦糊；②海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合 冷卻后再混合，注意混合均勻，不要進入氣泡；③制備固定化酵母細胞 高度適宜，并勻速滴入；④剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便Ca2+與Na+充分交換，形成的凝膠珠穩(wěn)定。檢驗凝膠珠是否形成，可用下列方法：用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果不容易破裂，沒有液體流出就表明成功地制成了凝膠珠，還可以用手將凝膠珠在實驗桌上用力摔打，如果凝膠珠很容易彈起，也表明制備的凝膠珠是成功的；⑤凝膠珠的顏色和形狀 如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果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，需要再作嘗試。攪拌的時間、次數(shù)和力量應基本相同。

（作者單位：安徽省蕪湖市第十二中學）