第4課時α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的檢測考試要求知識內(nèi)容考試屬性及要求考情解讀α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的檢測加試1.嘗試用吸附法制作固定化α－淀粉酶。2.運用固定化α－淀粉酶進(jìn)行淀粉水解的測定。3.說明酶固定化的方法及制作原理。4.通過此實驗探討固定化酶的應(yīng)用價值。一、固定化技術(shù)的基礎(chǔ)知識1.酶：酶是生物體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的催化劑，它有高度的專一性和高效性。2.固定化酶：將水溶性的酶用物理或化學(xué)的方法固定在某種介質(zhì)上，使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。3.將酶改造成固定化酶的原因：酶在水溶液中很不穩(wěn)定，且不利于工業(yè)化使用。4.酶固定化的方法有：吸附法、包埋法、交聯(lián)法和共價偶聯(lián)法。教材實驗中用的是吸附法。5.固定化酶作用的機理(如圖)：將固定化酶裝柱，當(dāng)甲底物經(jīng)過該柱時，在酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橐耶a(chǎn)物。解決學(xué)生疑難點1.固定化酶的優(yōu)點是什么？答案固定化酶能夠連續(xù)使用，但不是永久使用。酶是具有生物活性的大分子，因此隨著使用次數(shù)的增多，酶活性也會降低，如果酶活性降低到一定程度，就會失去使用價值。2.根據(jù)圖示連接固定化技術(shù)與原理答案A—b—ⅠB—a—ⅡC—c—Ⅲ3.下列所示的酶固定化技術(shù)中屬于包埋法的是③④。1.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，并將酶依附著載體圍繞反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù)B.固定化酶的優(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.固定化酶是將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)答案D解析固定化酶技術(shù)就是將水溶性的酶利用物理或化學(xué)方法固定在某種介質(zhì)上，使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑，其優(yōu)點是酶被固定在一定裝置內(nèi)可以重復(fù)利用，缺點是無法同時催化一系列酶促反應(yīng)；在固定過程中，固定的是酶而不是反應(yīng)物，因此A、B、C項均錯誤。一題多變判斷正誤：(1)固定化酶可反復(fù)永久使用()(2)不管是固定化酶柱還是固定化懸浮體，回收后，在一定條件下貯存，還可以利用()(3)酶更適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定化()(4)固定化酶可催化一系列的酶促反應(yīng)()答案(1)×(2)√(3)√(4)×題后反思直接使用酶和固定化酶的比較項目直接使用酶固定化酶制作方法－吸附法、共價偶聯(lián)法、交聯(lián)法、包埋法等是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否酶的種類一種或多種一種催化反應(yīng)單一或多種單一反應(yīng)底物各種物質(zhì)(大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子)缺點對環(huán)境條件非常敏感，易失活；難回收，成本高，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列反應(yīng)優(yōu)點催化效率高、耗能低、低污染既能與反應(yīng)底物接觸，又能與產(chǎn)物分離；可以重復(fù)使用；可提高酶的熱穩(wěn)定性二、α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的檢測實驗1.α－淀粉酶的固定化(1)α－淀粉酶作用的最適條件：最適pH為5.5～7.5；最適溫度為50～75_℃。(2)方法：吸附法，將α－淀粉酶固定在石英砂上。(3)淀粉的水解作用淀粉eq\o(→,\s\up7(α－淀粉酶))糊精eq\o(→,\s\up7(β－淀粉酶))麥芽糖eq\o(→,\s\up7(糖化淀粉酶))葡萄糖遇碘顯藍(lán)色遇碘顯紅色遇碘不顯色2.淀粉水解的測定實驗固定α－淀粉酶→滴管滴加淀粉溶液→加KI－I2溶液→觀察→洗滌→幾天后重復(fù)實驗。3.實驗步驟固定化α－淀粉酶，裝入注射器中↓以0.3mL/min的流速滴加淀粉溶液過柱↓流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL流出液↓滴加KI－I2溶液，觀察顏色，稀釋1倍后再觀察顏色↓以10倍柱體積的蒸餾水洗滌固定化柱，放置在4℃冰箱中，幾天后重復(fù)實驗結(jié)合實驗教材，完成下面的實驗，并思考后面的問題：1.實驗原理將α－淀粉酶固定在石英砂上，一定濃度的淀粉溶液經(jīng)過固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精。用淀粉指示劑測試，若流出物呈紅色，表明有糊精生成。淀粉eq\o(→,\s\up7(α－淀粉酶))糊精(遇碘顯藍(lán)色)(遇碘顯紅色)2.實驗材料制備(1)α－淀粉酶的固定化在燒杯中將5mgα－淀粉酶溶于4mL蒸餾水中(由于酶不純，可能有些不溶物)↓加入5g石英砂，不時攪拌30min后↓將上述溶液裝入1支注射器中(該注射器的下端接有氣門心，并用夾子封住)↓用10倍體積的蒸餾水洗滌此注射器，以除去未吸附的游離淀粉酶，流速為1mL/min(2)可溶性淀粉溶液：取50mg可溶性淀粉溶于100mL熱水中，攪拌均勻。(3)5mmol/LKI－I2溶液：稱取0.127gI2和0.83gKI。加蒸餾水100mL，完全溶解后裝入滴瓶中。3.實驗結(jié)果的比較2.淀粉在各種酶的作用下會依次水解，不同階段的水解產(chǎn)物遇到指示劑會出現(xiàn)不同的顯色反應(yīng)。下列選項中屬于本實驗中的產(chǎn)物和顯色現(xiàn)象的是()A.淀粉遇碘顯藍(lán)色B.糊精遇KI－I2溶液顯紅色C.麥芽糖遇碘不顯色D.葡萄糖遇本尼迪特試劑顯紅黃色答案B解析該過程所依據(jù)的原理是淀粉流經(jīng)α－淀粉酶固定化酶柱時，淀粉被酶水解成了糊精，而糊精遇到KI－I2溶液時顯紅色。3.某同學(xué)進(jìn)行蘋果汁制作實驗，工藝如下圖所示。請據(jù)圖回答：(1)圖中用KMnO4溶液浸泡蘋果的目的是________________。黑曲霉提取液中含有的________可水解果膠，從而使果汁澄清。固定化柱中填充的石英砂通過________方式將酶固定化，酶被固定后用蒸餾水洗滌固定化柱是為了除去____________________。(2)實驗中，操作流程A和B的先后順序為________。在蘋果汁澄清過程中，應(yīng)關(guān)閉的流速調(diào)節(jié)閥是________。要測定從固定化柱流出的蘋果汁中是否有果膠，可取一定量的果汁與等量的________混合，如果出現(xiàn)________現(xiàn)象，說明果膠還沒有被完全水解。為使果膠完全水解，應(yīng)將流速調(diào)________。(3)實驗后，將洗滌過的固定化柱在低溫環(huán)境中保存若干天，該固定化柱仍可用于蘋果汁制作實驗，說明固定化酶可被________使用。答案(1)消毒果膠酶吸附末吸附的游離酶等(2)A、B閥1乙醇渾濁(沉淀)慢(3)重復(fù)解析(1)KMnO4有殺菌消毒的作用，可將蘋果表面的雜菌殺死。果汁中因含有果膠等而使蘋果汁渾濁，用果膠酶處理可使果膠水解，使果汁澄清。固定化酶技術(shù)是將酶固定在固定化柱的載體上，固定化柱內(nèi)填充的石英砂可以起到很好的吸附作用。酶被固定后用蒸餾水沖洗是為了除去末吸附的游離的酶等。(2)具體操作時，先提取果膠酶，將果膠酶固定在固定化柱中，再將閥2打開，使蘋果汁進(jìn)入固定化柱，與酶接觸，固定的果膠酶就能將果汁中的果膠分解，而果膠酶不流失。果膠不溶于乙醇，與乙醇作用形成沉淀，故可用乙醇鑒定果汁中的果膠，如有渾濁現(xiàn)象，說明果汁中仍有果膠存在，此時應(yīng)控制閥2的流量，調(diào)慢果汁流速。(3)酶被固定化后，便于與反應(yīng)物和產(chǎn)物分離，可重復(fù)利用，提高酶的利用率。一題多變下列有關(guān)α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用檢測的實驗的敘述，請判斷：(1)石英砂的作用是吸附固定α－淀粉酶()(2)為了縮短實驗用時，可以加快淀粉滴加的速度()(3)固定化酶可反復(fù)多次利用，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本()(4)向親和層析洗脫液中加KI－I2溶液呈紅色()答案(1)√(2)×(3)√(4)√1.α－淀粉酶的固定化所采用的方法是()A.吸附法 B.共價偶聯(lián)法C.交聯(lián)法 D.包埋法答案A2.某校學(xué)生嘗試用瓊脂作載體，用包埋法固定α－淀粉酶來探究固定化酶的催化效果。實驗結(jié)果見下表(假設(shè)加入試管中的固定化淀粉酶量與普通α－淀粉酶量相同)。實驗表明1號試管中淀粉未被水解，最可能的原因是()1號試管2號試管固定化淀粉酶√－普通α－淀粉酶－√淀粉溶液√√60℃保溫5min，取出冷卻至室溫，滴加碘液現(xiàn)象變藍(lán)不變藍(lán)注：“√”表示加入，“－”表示未加入。A.實驗中的溫度過高，導(dǎo)致固定化淀粉酶失去活性B.淀粉是大分子物質(zhì)，難以通過瓊脂與淀粉酶接觸C.水浴保溫時間過短，固定化淀粉酶未將淀粉水解D.實驗程序出現(xiàn)錯誤，試管中應(yīng)先加入碘液后保溫答案B解析由于固定化酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物質(zhì)，它不能通過瓊脂與酶充分接觸，導(dǎo)致淀粉不能被水解而遇碘液呈現(xiàn)藍(lán)色。3.下列關(guān)于固定化酶實驗的敘述，錯誤的是()A.固定化酶柱長度和淀粉溶液流速決定了酶柱中酶的含量B.淀粉溶液流速過快會導(dǎo)致流出液中含有淀粉C.各組實驗所用的淀粉溶液濃度應(yīng)相同D.淀粉溶液的pH對實驗結(jié)果有影響答案A解析A項，固定化酶柱的長度決定了酶的含量，反應(yīng)是否充分與淀粉溶液的流速有關(guān)，從而決定了產(chǎn)物的濃度。B項，如果淀粉溶液的流速過快，則淀粉與酶接觸不充分，從而使淀粉不能被充分水解。C項，各組淀粉溶液的濃度是實驗的無關(guān)變量，故各組實驗所用的淀粉溶液濃度應(yīng)該相同。D項，溫度、pH會影響酶的活性，從而對實驗結(jié)果造成影響。4.果膠酶是分解果膠的一類酶的總稱，常用于果汁的生產(chǎn)。(1)果膠酶用于果汁生產(chǎn)，是因為它能分解果膠，可解決果肉出汁率低和______________等問題。(2)果膠由______________和______________組成。(3)若要檢測蘋果汁中是否還含有果膠，可取一定量的果汁與________混合，若出現(xiàn)________現(xiàn)象，說明果膠還沒有被完全分解。(4)下圖為某同學(xué)進(jìn)行的澄清蘋果汁生產(chǎn)實驗，下列相關(guān)敘述正確的是______。A.實驗中所用的固定化果膠酶可由某些物質(zhì)吸附，吸附后的酶可永久使用B.為防止雜菌污染，圖示裝置制作完畢后需瞬間高溫滅菌C.通過控制閥調(diào)節(jié)蘋果汁流出的速率，保證反應(yīng)充分進(jìn)行D.固定化果膠酶不可重復(fù)使用，每次生產(chǎn)前需重新裝填反應(yīng)柱(5)固定化酶技術(shù)是將水溶性的酶用物理或化學(xué)的方法固定在某種介質(zhì)上，使酶能與________接觸，又能與________分離。(6)在“α－淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的檢測”這一實驗中，α－淀粉酶固定在石英砂上，固定化方法使用了下圖中的________。答案(1)果汁渾濁(2)半乳糖醛酸半乳糖醛酸甲酯(3)乙醇渾濁(4)C(5)底物(反應(yīng)物)產(chǎn)物(6)③課時作業(yè)[基礎(chǔ)過關(guān)]1.下列有關(guān)教材中α－淀粉酶固定化實驗的敘述，錯誤的是()A.固定方法為吸附法B.固定后既不溶于水又有酶活性C.將石英砂加入α－淀粉酶溶液中后，需要充分地不時地攪拌D.將α－淀粉酶和石英砂混合物裝入注射器后，即可滴加淀粉溶液答案D解析將α－淀粉酶和石英砂混合物裝入注射器后，需用10倍體積的蒸餾水洗滌注射器，以除去未吸附的游離淀粉酶。2.酶的固定方法不包括()A.將酶吸附在載體表面上B.將酶相互連接起來C.將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里D.將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶答案D3.下列說法不正確的是()A.固定化酶的方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法等B.固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法C.由于酶分子很小，因此多采用包埋法固定D.若反應(yīng)物是大分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶答案C解析個體小的酶分子容易從包埋材料中漏出。因此，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化。4.下列有關(guān)教材實驗中淀粉水解作用檢測的敘述，不正確的是()A.實驗中，向反應(yīng)柱中滴加淀粉溶液宜慢，使淀粉溶液以0.3mL/min的流速過柱B.正常情況下，向流出液中滴加KI－I2溶液呈紅色C.實驗后，用蒸餾水洗滌反應(yīng)柱，可洗去未反應(yīng)的淀粉和產(chǎn)物糊精D.實驗后，反應(yīng)柱可常溫保存答案D解析實驗后，反應(yīng)柱應(yīng)低溫(4℃)保存，以延長酶的壽命。5.酶的固定方法有多種，其中，通過酶分子側(cè)鏈基團(tuán)的相互作用，形成共價鍵而連接起來的一種方法是()A.吸附法 B.包埋法C.交聯(lián)法 D.共價偶聯(lián)法答案D6.下列關(guān)于固定化酶的說法，正確的是()A.酶被固定在不溶于水的載體上，可反復(fù)利用B.酶作為催化劑，反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)不改變，所以固定化酶可永遠(yuǎn)利用下去C.酶由于被固定在載體上，所以喪失了高效性和專一性D.被固定化的酶其活性部位完整，所以不受高溫、強堿、強酸等條件影響答案A解析固定化酶可以被反復(fù)利用，但并非能永遠(yuǎn)利用下去；固定化酶是將酶分子結(jié)合在特定支持物上且不影響酶的功能，不會使酶喪失高效性和專一性；固定化酶的活性仍受溫度、pH等環(huán)境條件的影響。7.淀粉在有關(guān)酶的作用下依次生成的物質(zhì)是()①糊精②葡萄糖③果膠④麥芽糖⑤蔗糖A.①②③④⑤ B.⑤④①②③C.①③⑤② D.①④②答案D解析淀粉的水解過程如下：淀粉eq\o(→,\s\up7(α－淀粉酶))糊精eq\o(→,\s\up7(β－淀粉酶))麥芽糖eq\o(→,\s\up7(糖化淀粉酶))葡萄糖其中依次生成的物質(zhì)是①糊精、④麥芽糖、②葡萄糖。[能力提升]8.下列關(guān)于固定化酶的說法，錯誤的是()A.固定化酶的不足之處是不能催化一系列反應(yīng)B.固定化酶可再次利用，降低了生產(chǎn)成本C.固定后的酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離D.固定化酶易溶于水答案D解析由于酶具有專一性，因此固定化酶不能催化一系列反應(yīng)，A項正確；固定化酶可反復(fù)利用，降低了生產(chǎn)成本，B項正確；固定后的酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離，C項正確；固定化酶不易溶于水，易與反應(yīng)物分離，D項錯誤。9.下列敘述中不屬于教材實驗所使用的α－淀粉酶特性的是()A.是大腸桿菌的α－淀粉酶B.其作用的最適pH是5.5～7.5C.其作用的最適溫度是50～75℃D.其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)答案A解析教材實驗所使用的α－淀粉酶是枯草桿菌的α－淀粉酶，而不是大腸桿菌的。10.下面關(guān)于固定化酶的說法，正確的是()A.固定化酶是一種能溶解在水中，但依然保持酶活性的制劑B.固定化酶能溶解于水，且結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，有利于工業(yè)化生產(chǎn)C.固定化酶是經(jīng)過物理或化學(xué)的方法固定在某種介質(zhì)上，使之能溶解于水中，又有酶活性的制劑D.固定化酶是經(jīng)過物理或化學(xué)的方法固定在某種介質(zhì)上，使之不能溶解于水中，又有酶活性的制劑答案D解析固定化酶不能溶解在水中，這是固定化酶的特點之一。因此只有D選項正確。11.某工廠為了生產(chǎn)耐高溫植酸酶飼料添加劑，開展了菌株的篩選、酶的固定化及其特性分析研究，其流程如下圖所示。eq\x(土樣中的菌種篩選)→eq\x(菌種鑒定)→eq\x(優(yōu)良菌種擴(kuò)大培養(yǎng))→eq\x(植酸酶提純)→eq\x(植酸酶固定化)→eq\x(植酸酶特性分析)請回答下列問題：(1)土壤懸液需先經(jīng)80℃處理15分鐘，其目的是篩選出____________。(2)在無菌條件下，將經(jīng)過處理的土壤懸液進(jìn)行稀釋，然后涂布于含有植酸鈉的固體培養(yǎng)基上。培養(yǎng)后觀察到單菌落，其周圍出現(xiàn)透明水解圈，圈的直徑大小與____________強弱相關(guān)。(3)固定化酶是將水溶性的酶用物理或______________的方法固定在某種介質(zhì)上，使之成為________而又有酶活性的制劑。在合適條件下，將提純的植酸酶與海藻酸鈉混合后，滴加到一定濃度的鈣離子溶液中，使液滴形成凝膠固體小球。該過程是對酶進(jìn)行__________。A.吸附 B.包埋C.裝柱 D.洗滌(4)溫度與植酸酶相對酶活性的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯誤的是________。A.測試溫度中，固定化與未固定化植酸酶的最適溫度分別為60℃和45℃B.測試溫度范圍內(nèi)，固定化植酸酶的相對酶活性波動低于未固定化植酸酶C.固定化與未固定化植酸酶相比，相對酶活性在80%以上時的溫度范圍較寬D.65℃時固定化與未固定化植酸酶的相對酶活性因蛋白質(zhì)變性而位于最低點答案(1)耐高溫菌株(2)植酸酶的活性(3)化學(xué)不溶于水B(4)D12.固定化酶是從20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的一種技術(shù)。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來固定小麥酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的是部分研究結(jié)果(注：酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量)，分析回答：(1)從對溫度變化適應(yīng)性和應(yīng)用范圍的角度分析，甲圖所示結(jié)果可以得出的結(jié)論是________________________________________________________________________。(2)乙圖曲線表明濃度為__________的海藻酸鈉包埋效果最好，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時，酶活力較低的原因是________________________________________________________________________。(3)固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酶一般可重復(fù)使用________次，以后酶活力明顯下降。(4)固定小麥酯酶不采用海藻酸鈉直接包埋，同時用戊二醛作交聯(lián)劑，這是因為________________________________________________________________________。答案(1)固定化酶比游離酶對溫度變化適應(yīng)性更強且應(yīng)用范圍較廣(2)3%海藻酸鈉濃度較低時包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足(3)3(4)直接包埋不緊密，酶分子容易漏出解析由題圖甲可知，固定化酶比游離酶對溫度變化適應(yīng)性更強且應(yīng)用范圍較廣。讀題圖乙可知，濃度為3%時，酶活力最好，說明該濃度時海藻酸鈉包埋效果最好。觀察題圖丙可知，固定化酶一般可重復(fù)使用3次，使用了3次以后，曲線下降明顯，說明酶活力下降很多。包埋不緊密，酶分子容易漏出，所以一般要用戊二醛作