2020年高考生物一輪復(fù)習(xí) 第11單元 生物技術(shù)實踐 第39講 酶的應(yīng)用和蛋白質(zhì)的提取和分離學(xué)案（含解析）（選修1 ）.doc

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第39講　酶的應(yīng)用和蛋白質(zhì)的提取和分離 考點1　酶的應(yīng)用 1．果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 (1)果膠 ①作用：植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一；在果汁加工中，會影響出汁率并使果汁渾濁。 ②成分：是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物。 ③特點：不溶于水。 (2)果膠酶 ①組成：果膠酶是指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作用：果膠酶能夠瓦解植物細胞的細胞壁及胞間層，把果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，從而使果汁變得澄清，并提高水果的出汁率。 1．(選修1 P43資料卡片)植物、霉菌、酵母菌和細菌均能產(chǎn)生果膠酶。由霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的果膠酶是食品加工業(yè)中使用量最大的酶制劑之一，被廣泛地應(yīng)用于果汁加工業(yè)。 (3)酶的活性及影響酶活性的因素 ①酶的活性：指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力。 ②表示方法：酶的活性可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度來表示。 ③酶反應(yīng)速度：酶反應(yīng)速度用單位時間內(nèi)、單位體積中反應(yīng)物的減少量或產(chǎn)物的增加量來表示。 ④影響酶活性的因素：溫度、pH和酶的抑制劑等條件都會影響酶的活性。 (4)影響果汁產(chǎn)量的物質(zhì)和處理方法 ①影響果汁產(chǎn)量的物質(zhì)：纖維素、果膠。 ②榨取果汁過程中存在的問題：出汁率低，耗時長，果汁混濁，黏度高，易發(fā)生沉淀。 ③處理方法：酶解法。 2．探究影響果膠酶活性因素實驗的分析 (1)實驗原則：單一變量原則、對照性原則。嚴格控制變量，盡量減少無關(guān)變量的影響。 (2)實驗原理：果膠酶活性受溫度、pH或酶抑制劑的影響，在最適溫度或pH時，酶的活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度都與果膠酶的活性大小成正比。 (3)實驗流程 (4)分析：該實驗的自變量是溫度或pH，因變量是酶的活性，檢測因變量是通過測定果汁的體積或比較澄清度來實現(xiàn)的。 (5)無關(guān)變量 ①探究最適溫度時，pH為不變量，最好是最適pH；探究最適pH時，溫度為不變量，最好是最適溫度。 ②探究果膠酶的最適用量時，最適用量是在溫度、pH等適宜條件下測出來的，如果無關(guān)變量改變，最適用量也會發(fā)生變化。 3．加酶洗衣粉在洗滌中的作用 (1)加酶洗衣粉和酶制劑 加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉，常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶。 (2)加酶洗衣粉的去污機理 2．(選修1 P46資料卡片)普通洗衣粉中含有磷。含磷污水的排放可能導(dǎo)致微生物和藻類的大量繁殖，造成水體的污染。加酶洗衣粉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，減少對環(huán)境的污染。 3．(選修1 P47資料卡片)衣物的洗滌，不僅要考慮洗滌效果，還要考慮衣物的承受能力、洗滌成本等因素。 4．酵母細胞的固定化 (1)固定化酶的應(yīng)用實例：高果糖漿的生產(chǎn) ①反應(yīng)機理：葡萄糖果糖。 ②固定化酶的反應(yīng)柱示意圖 ③生產(chǎn)過程 ④固定化酶技術(shù)的特點：使生產(chǎn)成本大大降低，同時提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。 4．(選修1 P49資料卡片)高果糖漿是指果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，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。 (2)固定化細胞技術(shù) ①概念：利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。 ②方法 (3)制備固定化酵母細胞 ①酵母細胞的固定化方法 5．(選修1 P50資料卡片)在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。 ②實驗注意事項 a．酵母細胞的活化：酵母細胞需要的活化時間一般為1 h，因此需要提前做好準(zhǔn)備。此外，酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出容器。 b．海藻酸鈉溶液的濃度：海藻酸鈉溶液濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果其濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)量少，兩種情況都會影響實驗效果。 c．配制海藻酸鈉溶液的注意事項：海藻酸鈉溶化時要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊；將溶化后的海藻酸鈉溶液先冷卻至室溫，再與酵母細胞混合，避免高溫的海藻酸鈉溶液殺死酵母細胞；固定化酵母細胞時，應(yīng)將海藻酸鈉溶液和酵母細胞的混合液用注射器以恒定的速度緩慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。CaCl2溶液的作用是使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 d．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，需要重新嘗試。 1．(選修1 P44旁欄思考)(1)為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？ 提示：將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。 (2)在探究溫度或pH對酶活性的影響時，是否需要設(shè)置對照？如果需要，又應(yīng)該如何設(shè)置？為什么？ 提示：需要設(shè)置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。 (3)想一想，為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？ 提示：果膠酶將果膠分解為小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應(yīng)了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。 (4)當(dāng)探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應(yīng)該保持不變？ 提示：溫度是變量，應(yīng)控制果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產(chǎn)生影響。 2．(選修1 P46旁欄思考)查閱資料，看看普通洗衣粉中包含哪些化學(xué)成分？ 提示：普通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。 3．(選修1 P48課后習(xí)題)比較普通洗衣粉和加酶洗衣粉去污原理的異同？ 提示： 1．探究影響果膠酶活性的因素(溫度或pH)的實驗 (1)實驗原則：單一變量原則、對照原則。要嚴格控制變量，盡量減少無關(guān)變量的影響。 (2)實驗原理：果膠酶的活性受溫度、pH和酶抑制劑的影響，在最適溫度或pH時，其活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度都與果膠酶的活性呈正相關(guān)。 (3)實驗流程 2．探究果膠酶的最適用量 (1)實驗流程 (2)實驗結(jié)果分析 如果隨著酶濃度的增加，過濾到的果汁體積也增加，說明酶的用量不足；當(dāng)酶的濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積不再改變，說明酶的用量已經(jīng)足夠，這個值就是酶的最適用量。 3．三個實驗的變量分析 4．加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法 (1)判斷加酶洗衣粉洗滌效果的方法：可在洗滌后比較污物殘留狀況，如已消失、顏色變淺、面積縮小等。 (2)加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法：實驗設(shè)計遵循的原則是對照原則和單一變量原則，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對衣物污漬的洗滌效果有何不同時，以洗衣粉的種類為自變量，其他條件完全一致；同時，普通洗衣粉處理污物與加酶洗衣粉處理污物形成對照。 (3)變量分析 5．使用加酶洗衣粉要注意的問題 (1)對于絲綢等主要成分為蛋白質(zhì)的面料，若使用含有堿性蛋白酶的洗衣粉，衣物會受到損傷，因此蛋白質(zhì)類絲織物不能用含蛋白酶的洗衣粉來洗滌。 (2)使用加酶洗衣粉要注意洗滌用水的溫度。堿性蛋白酶在35～50 ℃的范圍內(nèi)活性最高，在低溫或60 ℃以上時就會失效。 (3)衣服的洗滌，不僅要考慮洗滌效果，還要考慮衣物的承受能力、洗滌成本等因素。 (4)人體皮膚細胞有蛋白質(zhì)，使用加酶洗衣粉后如不徹底清洗雙手，就會使手的皮膚受到腐蝕，而使人患過敏性皮炎、濕疹等。 (5)酶制劑中的蛋白酶、淀粉酶等并非是單一酶，而是復(fù)合酶，如蛋白酶制劑實際包括蛋白酶和某些肽酶，可將蛋白質(zhì)水解成小分子肽和氨基酸。 (6)酶作為一種生物催化劑，有一定的壽命，不能放置太久。 題組　果膠酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用的實驗分析 1．(2015海南高考)生產(chǎn)果汁時，用果膠酶處理果泥可提高果汁的出汁量?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題： (1)某同學(xué)用三種來源的果膠酶進行三組實驗，各組實驗除酶的來源不同外，其他條件都相同，測定各組的出汁量，據(jù)此計算各組果膠酶活性的平均值并進行比較。這一實驗的目的是__________________。 (2)現(xiàn)有一種新分離出來的果膠酶，為探究其最適溫度，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗：取試管16支，分別加入等量的果泥、果膠酶、緩沖液，混勻，平均分為4組，分別置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保溫相同時間，然后，測定各試管中的出汁量并計算各組出汁量平均值。該實驗溫度設(shè)置的不足之處有________________和________________。 (3)某同學(xué)取5組試管(A～E)分別加入等量的同種果泥，在A、B、C、D 4個實驗組的試管中分別加入等量的緩沖液和不同量的同種果膠酶，然后，補充蒸餾水使4組試管內(nèi)液體體積相同；E組加入蒸餾水使試管中液體體積與實驗組相同。將5組試管置于適宜溫度下保溫一定時間后，測定各組的出汁量。通過A～D組實驗可比較不同實驗組出汁量的差異。本實驗中，若要檢測加入酶的量等于0而其他條件均與實驗組相同時的出汁量，E組設(shè)計________(填“能”或“不能”)達到目的，其原因是________________________。 答案　(1)比較不同來源果膠酶的活性 (2)溫度范圍設(shè)置不合理　溫度梯度設(shè)置不合理 (3)不能　未加入緩沖液 解析　(1)利用不同來源的果膠酶處理果泥，檢測各組出汁量，據(jù)此可以比較不同來源的果膠酶的活性大小。 (2)探究果膠酶的最適溫度時，一般在20～70 ℃范圍內(nèi)，每隔5 ℃進行梯度設(shè)計。顯然題中溫度設(shè)置過低，溫度梯度設(shè)置不合理。 (3)本實驗的目的是檢測不同量的同種果膠酶下的出汁量的差異，為保證單一變量，A～E組都應(yīng)加入等量緩沖溶液。 2．我國水果生產(chǎn)發(fā)展迅速，但由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓、腐爛變質(zhì)，為了解決上述問題且滿足不同人群的需求，可以將水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。在果汁生產(chǎn)中要用到果膠酶，某生物研究小組為了探究溫度對果膠酶活性的影響，進行了如圖所示實驗。 (1)請將圖中所示的操作進行排序：________。 (2)對照組與實驗組進行了相同時間的實驗，結(jié)果如圖中曲線所示： ①圖中自變量是溫度，除此之外還可以是________。 A．酶的濃度 B．蘋果泥的量 C．水的加入量 D．pH ②圖中的縱坐標(biāo)還可用________來表示。 ③實驗組改變實驗條件后重復(fù)做實驗，得到曲線乙，兩次實驗中蘋果汁的體積的最高點對應(yīng)的橫坐標(biāo)是同一位置的原因是__________________________________________________________。 ④步驟c中，將兩者分裝在不同試管中進行恒溫處理的目的是____________________________________。 (3)如表所示是某實驗小組的詳細實驗結(jié)果： 根據(jù)上述實驗結(jié)果可知，當(dāng)溫度為________時蘋果汁的產(chǎn)量最多，能不能確定該溫度就是果膠酶的最適溫度？如果不能，請設(shè)計出進一步探究果膠酶的最適溫度的實驗方案。 答案　(1)acdb (2)①D?、谔O果汁的澄清度?、弁环N酶的最適溫度是一定的，不會因酶的濃度、底物量不同而改變?、鼙ＷC底物和酶在混合時的溫度是相同的 (3)40 ℃　不能，再設(shè)置多套裝置，以40 ℃為中心，以更小的溫差(如0.5 ℃)測量在更小范圍的溫度內(nèi)的果汁的產(chǎn)量，果汁的產(chǎn)量最高的溫度更接近酶的最適溫度。 解析　(1)實驗順序是準(zhǔn)備蘋果泥和配制果膠酶、蘋果泥和果膠酶分別水浴保溫、蘋果泥和果膠酶混合保溫、過濾果汁后用量筒計量。 (2)果膠酶的活性受溫度、pH等條件的影響，而與底物的量、酶的濃度和水的加入量沒有關(guān)系；且每一種酶都有一個最適溫度和最適pH，且這兩個值恒定。衡量實驗結(jié)果的指標(biāo)有兩個：一是果汁的量，另一個是果汁的澄清度。為了保證實驗在相應(yīng)溫度下進行，必須使酶和底物分別保溫達到要求后再混合。在相同溫度條件下，pH、酶的濃度和底物濃度也會改變反應(yīng)速率。 (3)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可看出，在40 ℃時產(chǎn)生的果汁量最多。要將溫度確定得更加精確，以40 ℃為中心，以更小的溫差(如0.5 ℃)設(shè)置自變量。 3．食品種類多，酸堿度范圍廣。某生物興趣小組擬探究在食品生產(chǎn)中應(yīng)用范圍較廣的蛋白酶，查閱相關(guān)文獻，得知： (1)pH對不同蛋白酶的活力影響有差異。據(jù)圖可知，________________更適宜作為食品添加劑，理由是__________________。蛋白酶的活力可用__________________________來表示。 (2)該蛋白酶的提取工藝流程如下： 興趣小組分別對酶保護劑濃度、提取液pH進行了探究實驗。結(jié)果顯示，酶保護劑濃度在0.02～0.06 mol/L范圍內(nèi)，酶活力較高；提取液pH在6.0～8.0范圍內(nèi)，酶活力較高。他們認為，要進一步提高粗酶制劑的酶活力，以達到最佳提取效果，還需對酶保護劑濃度和提取液pH進行優(yōu)化，并確定以此為探究課題進行探究。請分析回答： ①本實驗的課題是__________________________________________________ _______________________________________________________________________________________。 ②本實驗的自變量為___________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________， 因變量為______________________________________________________。 答案　(1)木瓜蛋白酶　木瓜蛋白酶的活力基本不受pH的影響　單位時間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量 (2)①探究酶保護劑的最適濃度和提取液的最適pH ②酶保護劑的濃度和提取液的pH　單位時間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量 解析　(1)結(jié)合圖形和文字可知，在題目中已經(jīng)提供了信息“食品種類多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應(yīng)該有較廣的酸堿適應(yīng)范圍，從圖中可以看出木瓜蛋白酶的適應(yīng)范圍最廣，所以可以選作食品添加劑。酶的活力一般用單位時間內(nèi)底物消耗量或者產(chǎn)物的生成量來表示。 (2)實驗設(shè)計時應(yīng)該明確實驗?zāi)康?，這里的實驗?zāi)康氖翘骄棵副Ｗo劑的最適濃度和提取液的最適pH，所以我們可以將酶保護劑的濃度和提取液的pH作為自變量，因變量為單位時間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量。 題組　探究加酶洗衣粉的洗滌效果的實驗分析 4．(2018江蘇高考)(多選)下列關(guān)于加酶洗衣粉的敘述，錯誤的是(　　) A．洗衣粉中添加的酶通常是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)而來 B．洗衣粉中的蛋白酶通常會將添加的其他酶迅速分解 C．在50 ℃熱水中用加酶洗衣粉洗衣時，其中的酶會迅速失活 D．加酶洗衣粉受潮后重新晾干保存，不會影響其中酶的活性 答案　BCD 解析　加酶洗衣粉中加入的酶多是微生物發(fā)酵產(chǎn)生的，其本質(zhì)與生物體內(nèi)的酶無明顯差異，A正確；洗衣粉中的蛋白酶通常不會將添加的其他酶迅速分解，這是因為加酶洗衣粉中的酶經(jīng)過了特殊的化學(xué)物質(zhì)的包裹，使之與其他成分隔離，這些酶在遇水后，包裹層分解，酶才能發(fā)揮作用，B錯誤；加酶洗衣粉的pH值一般不大于10，在水溫45～60 ℃時，能充分發(fā)揮洗滌作用，因此在50 ℃熱水中用加酶洗衣粉洗衣時，其中的酶不會失活，C錯誤；加酶洗衣粉受潮后重新晾干保存，會導(dǎo)致其中酶的活性降低，D錯誤。 5．(2017江蘇高考)為了探究一種新型堿性纖維素酶的去污效能，研究性學(xué)習(xí)小組進行了相關(guān)實驗，結(jié)果如圖。由圖中實驗結(jié)果能直接得出的結(jié)論是(　　) A．堿性纖維素酶對污布類型2的去污力最強 B．不同類型洗衣粉影響堿性纖維素酶的去污力 C．堿性纖維素酶對污布類型2、3的去污力不同 D．加大酶用量可以顯著提高洗衣粉的去污力 答案　C 解析　由于污布1、2所用的酶量和洗衣粉類型不同，污布2、4所用洗衣粉類型不同、酶量相同，污布2、3所用酶量和洗衣粉類型相同，只能說明堿性纖維素酶對污布類型2的去污效果比對污布類型3強，但不能確定對污布類型2的去污力最強，A錯誤，C正確；本實驗中沒有對同一類型的污布用不同的洗衣粉處理，因此不能確定不同類型洗衣粉對堿性纖維素酶去污力的影響，B錯誤；本實驗中沒有對同一污布用相同類型洗衣粉在不同酶用量情況下進行處理，不能確定加大酶用量可以顯著提高洗衣粉的去污力，D錯誤。 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。 (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。__________________________________________。 (4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化學(xué)物質(zhì)包裹的，遇水后包裹層很快溶解，釋放出來的酶迅速發(fā)揮催化作用。請說明這是否運用了酶的固定化技術(shù)及其理由__________________________________________________________________。 答案　(1)加酶和適當(dāng)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 (4)未運用酶的固定化技術(shù)，因為酶未固定在不溶于水的載體上，也不能重復(fù)利用 解析　本題考查加酶洗衣粉的洗滌效果，著重考查酶的特性。解題時，應(yīng)利用對比方法仔細分析表格中的數(shù)據(jù)。血漬中主要含蛋白質(zhì)，油漬中只含有脂肪，為加速污漬水解，需要加酶或適當(dāng)提高溫度。對比同一溫度下的三組實驗可知，甲加了一種酶，乙加了兩種酶。甲、乙組洗滌效果的差異，說明酶具有專一性。水溫為80 ℃時，酶失活，因而三組實驗效果沒有差別。固定化酶是利用物理或化學(xué)的方法將酶固定在某種不溶于水的載體上，可以重復(fù)利用。 題組　固定化酶和固定化細胞的比較 7．(2015江蘇高考)下列關(guān)于固定化酶和固定化細胞的敘述，錯誤的是(　　) A．固定化酶的主要目的是實現(xiàn)酶的重復(fù)利用 B．溶解氧交換受阻是固定化酶應(yīng)用的重要限制因素 C．固定化細胞用于生產(chǎn)能分泌到細胞外的產(chǎn)物 D．凝膠與被包埋細胞之間不是通過共價鍵結(jié)合 答案　B 解析　酶發(fā)揮催化作用時不需要消耗氧氣，溶解氧交換受阻不是固定化酶應(yīng)用的限制因素，B錯誤。 8．下列有關(guān)固定化酶技術(shù)和固定化細胞技術(shù)的敘述，不正確的是(　　) A．固定化酶和固定化細胞的方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法 B．因為酶分子比較大，所以固定化酶技術(shù)更適合采用包埋法 C．與固定化酶技術(shù)相比，固定化細胞制備的成本低，操作更容易 D．反應(yīng)物如果是大分子物質(zhì)，應(yīng)采用固定化酶技術(shù) 答案　B 解析　固定化酶和固定化細胞的方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，A正確；一般來說，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化，這是因為細胞體積大，而酶分子很小，體積大的難以被吸附或結(jié)合，而體積小的酶容易從包埋材料中漏出，B錯誤；固定化細胞的優(yōu)點是成本低，操作更容易，能固定一系列的酶，C正確；大分子難以通過細胞膜，應(yīng)采用固定化酶技術(shù)，D正確。 9．(2016江蘇高考)為了探索海藻酸鈉固定化對綠球藻生長的影響，以及固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進行實驗，流程及結(jié)果如下。請回答下列問題： (1)實驗中的海藻酸鈉作用是________，CaCl2的作用是__________________________________。 (2)為洗去凝膠球上殘余的CaCl2和其他污染物，并保持綠球藻活性，宜采用________洗滌。圖1中1.0%海藻酸鈉組培養(yǎng)24 h后，移去凝膠球，溶液呈綠色，原因是____________________。 (3)為探索固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，應(yīng)選用濃度為________海藻酸鈉制備凝膠球。 (4)圖2中空白凝膠球組Zn2＋濃度下降的原因是____________。結(jié)合圖1和圖2分析，固定化藻的實驗組24～48 h間Zn2＋濃度下降速度較快的主要原因是________________；72～96 h間Zn2＋濃度下降速度較慢的原因有____________________________________________。 答案　(1)包埋綠球藻(包埋劑)　與海藻酸鈉反應(yīng)形成凝膠球(凝固劑) (2)培養(yǎng)液(生理鹽水)　海藻酸鈉濃度過低(凝膠球孔徑過大) (3)2.0% (4)凝膠吸附Zn2＋　綠球藻生長(繁殖)速度快　綠球藻生長(增殖)速度減慢，溶液中Zn2＋濃度較低 解析　(1)海藻酸鈉在固定化綠球藻的過程中作為包埋劑。CaCl2可與海藻酸鈉反應(yīng)，促使海藻酸鈉形成凝膠球。 (2)利用培養(yǎng)液或生理鹽水等洗滌凝膠球不至于造成綠球藻過量吸水或失水，從而保持正常的活性狀態(tài)。1.0%海藻酸鈉組移去凝膠球，溶液呈綠色，說明綠球藻逸出了凝膠球，原因是制備凝膠球時，使用的海藻酸鈉濃度過低，導(dǎo)致凝膠球孔徑過大。 (3)圖1顯示，在不同濃度的海藻酸鈉的作用下，當(dāng)海藻酸鈉濃度為2.0%時，固定化的綠球藻數(shù)量最多，故探索固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，應(yīng)選用濃度為2.0%的海藻酸鈉制備凝膠球。 (4)空白凝膠球中無綠球藻，故該組Zn2＋濃度下降是空白凝膠的吸附作用所致。圖1顯示，固定化藻的實驗組24～48 h間綠球藻數(shù)量增加快，而72～96 h間綠球藻數(shù)量基本不變，這是導(dǎo)致兩個時間段Zn2＋濃度下降速度不同的原因。 題后歸納 直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較 考點2　蛋白質(zhì)的提取和分離 1．蛋白質(zhì)的分離方法 (1)凝膠色譜法 ①概念：是根據(jù)相對分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)的有效方法。 ②原理 b．分離的方法 (2)電泳法 ①概念：是指帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程。 ②原理：在一定的pH下，多肽、核酸等生物大分子的可解離基團會帶上正電或負電，在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極移動。 ③作用過程 ④方法：常用的電泳方法有瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳。測定蛋白質(zhì)分子量時通常使用SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。 2.實驗操作程序 3．操作提示 (1)紅細胞的洗滌 洗滌次數(shù)、離心速度與離心時間十分重要。洗滌次數(shù)過少，無法除去血漿蛋白；離心速度過高和時間過長會使白細胞等一同沉淀，達不到分離的效果。 (2)色譜柱填料的處理 商品凝膠是干燥的顆粒，使用前需直接放在洗脫液中膨脹。為了加速膨脹，可以將加入洗脫液的濕凝膠用沸水浴加熱，逐漸升溫至接近沸騰，通常只需1～2 h。這種方法不但節(jié)約時間，而且可以除去凝膠中可能帶有的微生物，排除膠粒內(nèi)的空氣。 (3)凝膠色譜柱的裝填 在色譜柱中裝填凝膠的時候要盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。在裝填凝膠柱時，不得有氣泡存在。氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質(zhì)的洗脫次序，降低分離效果。在凝膠色譜操作過程中，不能發(fā)生洗脫液流干，露出凝膠顆粒的現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種情況，凝膠色譜柱需要重新裝填。 (4)蛋白質(zhì)的分離 在蛋白質(zhì)分離過程中，仔細觀察紅色區(qū)帶在洗脫過程中的移動情況。如果紅色區(qū)帶均勻一致地移動，說明色譜柱制作成功。 (選修1 P67資料卡片)為防止血液凝固，在采血容器中要預(yù)先加入抗凝血劑檸檬酸鈉，比例是每100 mL血液加入3.0 g檸檬酸鈉。 透析袋一般是用硝酸纖維素(又稱玻璃紙)制成的。透析袋能使小分子自由進出，而將大分子保留在袋內(nèi)。透析可以去除樣品中分子量較小的雜質(zhì)，或用于更換樣品的緩沖液。 1．已知某樣品中存在甲、乙、丙、丁、戊五種蛋白質(zhì)分子，其分子大小、電荷的性質(zhì)和數(shù)量情況如圖所示，下列有關(guān)蛋白質(zhì)分離的敘述正確的是(　　) A．若將樣品以2000 r/min的速度離心10 min，分子戊存在于沉淀中，則分子甲也存在于沉淀中 B．若用凝膠色譜柱分離樣品中的蛋白質(zhì)，則分子甲移動速度最快 C．將樣品裝入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋內(nèi)，則分子丙也保留在袋內(nèi) D．若用SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳分離樣品中的蛋白質(zhì)分子，則分子甲和分子戊形成的電泳帶相距最遠 答案　C 解析　由題圖知分子量的大小依次為丙>丁>乙>戊>甲，分子甲的分子量小于分子戊，故分子戊存在于沉淀中，分子甲不一定存在于沉淀中，A錯誤；甲的分子量最小，其在凝膠色譜柱中移動時會進入凝膠內(nèi)部通道，移動速度最慢，B錯誤；透析利用半透膜的半透性可除去分子量較小的雜質(zhì)，分子乙的分子量小于分子丙，若分子乙保留在透析袋內(nèi)，則分子丙也一定保留在袋內(nèi)，C正確；SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳時，其電泳遷移率完全取決于分子的大小，分子量相差越大，形成的電泳帶相距越遠，則分子甲與分子丙形成的電泳帶相距最遠，D錯誤。 2．凝膠色譜技術(shù)是一種快速而又簡單的分離技術(shù)，對高分子物質(zhì)有很好的分離效果，目前已經(jīng)被多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，不但應(yīng)用于科學(xué)實驗研究，而且已經(jīng)大規(guī)模地用于工業(yè)生產(chǎn)。據(jù)圖回答問題： (1)a、b均為蛋白質(zhì)分子，其中先從層析柱中洗脫出來的是____________，原因是__________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)自己制作凝膠色譜柱時，在色譜柱底部d位置相當(dāng)于多孔板的結(jié)構(gòu)可由______________替代。 (3)裝填凝膠色譜柱時，色譜柱內(nèi)不能有氣泡存在，原因是_____________________________________________________________________。 (4)洗脫用的液體應(yīng)盡量與浸泡凝膠所用的液體______(填“相同”或“不同”)，洗脫時，對洗脫液的流速要求是____________。 (5)若選用Sephadex G－75，則“G”表示____________________________________________________________________________________________，75表示________________________________________ _____________________________________________。 答案　(1)aa相對分子質(zhì)量較大，無法進入凝膠內(nèi)部的通道，只能在凝膠間隙移動，路程較短，移動速度較快 (2)尼龍網(wǎng)和尼龍紗 (3)氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質(zhì)的洗脫次序，降低分離效果 (4)相同 保持穩(wěn)定 (5)凝膠的交聯(lián)程度，膨脹程度及分離范圍凝膠得水值，即每克凝膠膨脹時吸水7.5 g 解析　(1)用凝膠色譜技術(shù)分離各種不同蛋白質(zhì)時，大分子物質(zhì)由于直徑較大，只能分布于顆粒之間，所以向下移動的速度較快。小分子物質(zhì)除了可在凝膠顆粒間隙中擴散外，還可以進入凝膠顆粒的微孔，在向下移動的過程中，從一個凝膠顆粒內(nèi)擴散到顆粒間隙后再進入另一凝膠顆粒內(nèi)，如此不斷地進入和擴散，小分子物質(zhì)的下移速度落后于大分子物質(zhì)，所以大分子物質(zhì)先洗脫出來。 (2)自己制作凝膠色譜柱時，在色譜柱底部d位置相當(dāng)于多孔板的結(jié)構(gòu)可由尼龍網(wǎng)和尼龍紗替代。 (3)在色譜柱中裝填凝膠的時候要盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。一是在裝填凝膠柱時，不得有氣泡存在，因為氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質(zhì)的洗脫次序，降低分離效果。二是凝膠色譜操作過程中，不能發(fā)生洗脫液流干、露出凝膠顆粒的現(xiàn)象。一旦發(fā)生上述兩種情況，凝膠色譜柱需要重新裝填。 (4)洗脫液應(yīng)與浸泡凝膠所用液體相同，且洗脫液流速要穩(wěn)定，以免干擾洗脫結(jié)果。 3．紅細胞含有大量血紅蛋白，紅細胞的機能主要是由血紅蛋白完成的，血紅蛋白的主要功能是攜帶O2和CO2，我們可以選用豬、牛、羊或其他脊椎動物的血液進行實驗，來提取和分離血紅蛋白。請回答下列有關(guān)問題： (1)血紅蛋白的提取和分離一般可分為四步：________、粗分離、________和________。 (2)實驗前取新鮮的血液，要切記在采血容器中預(yù)先加入檸檬酸鈉，取血回來，馬上進行離心，收集血紅蛋白溶液。 ①加入檸檬酸鈉的目的是_______________________________________________________________。 ②以上所述的過程即是樣品處理，它包括紅細胞的洗滌、________、分離血紅蛋白溶液。 (3)收集的血紅蛋白溶液要進行粗分離，其方法是________________________________________________________________。 (4)然后通過________法將樣品純化，樣品純化的目的是____________________。最后經(jīng)____________________進行純度鑒定。 (5)電泳利用了待分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子的________、形狀的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速率，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分離。 答案　(1)樣品處理　純化　純度鑒定 (2)①防止血液凝固?、谘t蛋白的釋放 (3)透析 (4)凝膠色譜　去除大分子雜質(zhì)蛋白　SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳 (5)大小 解析　(1)血紅蛋白提取和分離一般分為四步：樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定。 (2)①采取血液時要在采血容器中預(yù)先加入檸檬酸鈉，以防止血液凝固。②樣品處理包括紅細胞的洗滌、血紅蛋白的釋放、分離血紅蛋白溶液。 (3)將收集的血紅蛋白溶液在透析袋中透析進行樣品的粗分離。 (4)通過凝膠色譜法將樣品純化，純化的目的是去除大分子雜質(zhì)蛋白，最后經(jīng)SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳進行純度鑒定。 (5)電泳利用了待分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子的大小、形狀的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速率，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分離。 知識拓展 比較瓊脂糖凝膠電泳和SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳 (1)從載體上看，利用瓊脂糖凝膠作為載體的是瓊脂糖凝膠電泳，利用SDS－聚丙烯酰胺凝膠作為載體的是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。 (2)從依據(jù)上看，利用了分子帶電性質(zhì)差異和分子大小的是瓊脂糖凝膠電泳，僅利用了分子大小的是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。 (3)從優(yōu)點上看，瓊脂糖凝膠電泳操作簡單，電泳速度快，樣品不需處理，電泳圖譜清晰，分辨率高，重復(fù)性好；SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳消除了凈電荷對遷移率的影響，使電泳遷移率完全取決于分子的大小。 高考熱點突破 1．(2018江蘇高考)下列關(guān)于酵母細胞固定化實驗的敘述，正確的是(　　) A．用溫水使海藻酸鈉迅速溶解，待其冷卻到室溫后用于包埋細胞 B．進行包埋時，用于懸浮細胞的CaCl2溶液濃度要適宜 C．注射器(或滴管)出口應(yīng)盡量貼近液面以保證凝膠珠成為球狀 D．包埋酵母細胞的凝膠珠為淡黃色半透明狀，并具有一定的彈性 答案　D 解析　在酵母細胞固定化實驗中，應(yīng)該用小火、間斷加熱的方式使海藻酸鈉緩慢溶解，A錯誤；將混合液用注射器緩慢滴加到CaCl2溶液進行固定化酵母細胞，CaCl2的作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠，B錯誤；注射器(或滴管)出口應(yīng)與液面保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以保證凝膠珠成為球狀，C錯誤；包埋酵母細胞的凝膠珠為淡黃色半透明狀，并具有一定的彈性，D正確。 2．(2017江蘇高考)固定化單寧酶應(yīng)用于茶飲料加工，可消除其中的苦澀味。下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．在單寧酶純化時可采用透析法去除雜蛋白 B．化學(xué)結(jié)合法比吸附法對單寧酶活性影響更小 C．溫度、pH和重金屬離子都可能影響固定化單寧酶活性 D．酶的高效性決定固定化單寧酶不會降解茶飲料中的有益成分 答案　C 解析　透析法可除去相對分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)，酶與雜蛋白都屬于生物大分子，用透析法無法分離，正確的分離方法是凝膠色譜法，A錯誤；與吸附法相比，化學(xué)結(jié)合法對酶的活性影響更大，B錯誤；溫度、pH和重金屬離子等因素都會對酶活性產(chǎn)生影響，C正確；酶的專一性決定固定化單寧酶不會降解茶飲料中的有益成分，D錯誤。 3．(2016江蘇高考)(多選)為了使牛仔褲呈現(xiàn)“穿舊”效果，在工業(yè)洗衣機中用酶洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浮石擦洗，是目前重要的生產(chǎn)手段(工藝流程見下圖)。下列敘述中錯誤的是(　　) A．纖維素酶在仿舊中的作用機理與其在洗衣粉中去污的機理相似 B．在上述工藝中，為重復(fù)使用纖維素酶，可選用適當(dāng)?shù)陌駝┕潭ɑ? C．在上述工藝中，通過調(diào)節(jié)溫度、酸堿度、處理時間可控制仿舊顏色的深淺 D．纖維素酶催化葡萄糖殘基間磷酸二酯鍵的水解分解纖維素 答案　BD 解析　纖維素酶在仿舊中的作用機理是適當(dāng)分解布料中的纖維素成分，洗衣粉中添加纖維素酶的作用機理是適當(dāng)分解布料中的纖維素成分使織物膨松，有利于去污，兩者作用機理相似，A正確；酶分子較小，容易從包埋材料中漏出，一般采用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法固定化酶，B錯誤；溫度、酸堿度會影響酶的活性，處理時間會影響酶的作用效果，故通過調(diào)節(jié)溫度、酸堿度和處理時間可控制仿舊顏色的深淺，C正確；纖維素分子中不含磷酸二酯鍵，D錯誤。 4．(2015江蘇高考)下列關(guān)于酶的敘述，正確的是(　　) A．發(fā)燒時，食欲減退是因為唾液淀粉酶失去了活性 B．口服多酶片中的胰蛋白酶可在小腸中發(fā)揮作用 C．用果膠酶澄清果汁時，溫度越低澄清速度越快 D．洗衣時，加少許白醋能增強加酶洗衣粉中酶的活性 答案　B 解析　發(fā)燒時食欲減退是因為體溫升高抑制了消化酶的活性，但還沒引起唾液淀粉酶失去活性，A錯誤；口服的多酶片中胰蛋白酶往往在內(nèi)層，可到達小腸中發(fā)揮作用，B正確；低溫會使果膠酶的活性受到抑制，只有在最適溫度時酶的活性最高，果汁澄清的速度才最快，C錯誤；加酶洗衣粉中含有堿性蛋白酶和堿性脂肪酶等，白醋呈酸性，會使pH降低，更加偏離酶的最適pH，因此，加白醋會降低酶的活性，D錯誤。 5．(2015山東高考)乳糖酶能夠催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，具有重要應(yīng)用價值。乳糖酶的制備及固定化步驟如下： ―→―→―→ (1)篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物L(fēng)時，宜用________作為培養(yǎng)基中的唯一碳源。培養(yǎng)基中瓊脂的作用是________。從功能上講，這種培養(yǎng)基屬于________。 (2)培養(yǎng)微生物L(fēng)前，宜采用________方法對接種環(huán)進行滅菌。 (3)純化后的乳糖酶可用電泳法檢測其分子量大小。在相同條件下，帶電荷相同的蛋白質(zhì)電泳速度越快，說明其分子量越________。 (4)乳糖酶宜采用化學(xué)結(jié)合法(共價鍵結(jié)合法)進行固定化，可通過檢測固定化乳糖酶的________確定其應(yīng)用價值。除化學(xué)結(jié)合法外，酶的固定化方法還包括________、________、離子吸附法及交聯(lián)法等。 答案　(1)乳糖　凝固劑　選擇培養(yǎng)基 (2)灼燒　(3)小 (4)(酶)活性[或：(酶)活力]　包埋法　物理吸附法(注：兩空可顛倒) 解析　(1)該培養(yǎng)基中的唯一碳源應(yīng)為乳糖，只有能利用乳糖的微生物能在該培養(yǎng)基上生存，而其他微生物將因缺乏碳源而無法生存，利用這個原理可以篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物L(fēng)；固體培養(yǎng)基中瓊脂是很好的凝固劑；從功能上講這種培養(yǎng)基屬于選擇培養(yǎng)基。 (2)接種環(huán)的滅菌宜采用灼燒法。 (3)電泳過程中若蛋白質(zhì)所帶電荷相同，則電泳速度只與蛋白質(zhì)的分子量大小有關(guān)，蛋白質(zhì)分子量越小，電泳速度越快。 (4)固定化酶常要通過測定其活性來確定其應(yīng)用價值；酶的固定化方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法等。