1、第2講 酶的應(yīng)用和生物技術(shù) 在其他方面的應(yīng)用,一、解讀酶的應(yīng)用 1.酶在食品制造和洗滌等方面的應(yīng)用 （1）纖維素酶與果膠酶：,（2）加酶洗衣粉： 概念：指含有酶制劑的洗衣粉，目前常用的酶制劑有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶四類。,洗滌原理：,2.制備和應(yīng)用固定化酶、固定化細(xì)胞 （1）直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞的差異：,（2）固定化酵母細(xì)胞的制備： 酵母細(xì)胞的活化配制CaCl2溶液配制海藻酸鈉溶液海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合固定化酵母細(xì)胞。 說(shuō)明： CaCl2溶液的作用是增強(qiáng)凝膠珠的強(qiáng)度； 配制海藻酸鈉溶液時(shí)要小火或間斷加熱，濃度要適宜，保證凝膠珠成形且能固定； 海藻酸鈉溶液要冷卻后再與酵

2、母細(xì)胞混合，否則會(huì)殺死酵母細(xì)胞。,【特別提醒】 （1）纖維素酶是一種復(fù)合酶，果膠酶是單一酶。 （2）果膠酶可以提高果汁的出汁率，還可以提高果汁的澄清度。 （3）蛋白質(zhì)類絲綢物不能用蛋白酶洗衣粉洗滌。 （4）海藻酸鈉溶液的配制是固定化酵母細(xì)胞的關(guān)鍵，因?yàn)槿绻Ｔ逅徕c溶液濃度過(guò)高，將很難形成凝膠珠;如果濃度過(guò)低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)量少，都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。,二、植物的組織培養(yǎng) 1.影響植物組織培養(yǎng)的因素 （1）內(nèi)因：材料的種類、年齡、保存時(shí)間長(zhǎng)短等。,2.植物組織培養(yǎng)與花藥培養(yǎng)技術(shù)的比較,三、DNA和蛋白質(zhì)技術(shù) 1.PCR擴(kuò)增技術(shù) （1）原理：DNA復(fù)制。 （2）條件：模板、原料、酶、

3、ATP。 （3）場(chǎng)所：體外PCR擴(kuò)增儀。 （4）方向：DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3端延伸DNA鏈，因此，DNA復(fù)制需要引物。當(dāng)引物與DNA母鏈通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的3端開始延伸DNA鏈。因此，DNA的合成方向總是從子鏈的5端向3端延伸。,（5）過(guò)程： 變性：當(dāng)溫度上升到90 以上時(shí)，雙鏈DNA解聚為單鏈，如下圖：,復(fù)性：溫度下降到50 左右，兩種引物通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合，如下圖： 延伸：溫度上升到72 左右，溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈，如下圖：,2.血紅蛋白的提取和分離 （1）方

4、法及原理：,（2）實(shí)驗(yàn)操作程序：,四、植物有效成分的提取,【熱點(diǎn)考向1】固定化技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用 高考頻次3年8考 預(yù)測(cè)指數(shù) 【典題訓(xùn)練1】（2012江蘇高考）下列關(guān)于酶和固定化酵母細(xì)胞的研究與應(yīng)用的敘述，錯(cuò)誤的是（ ） A.從酶的固定方式看，吸附法比化學(xué)結(jié)合法對(duì)酶活性影響小 B.作為消化酶使用時(shí)，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(guò)氧化氫酶，可以反復(fù)使用 D.將海藻酸鈉凝膠珠用無(wú)菌水沖洗，目的是洗去CaCl2 和雜菌,【規(guī)范答題】（1）審題認(rèn)真仔細(xì)，建構(gòu)酶和固定化細(xì)胞的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)； （2）明確尿糖試紙的缺點(diǎn)，不能重復(fù)使用的原因是什么。,【解析】選C。化學(xué)結(jié)合法可能

5、影響酶的活性部位而影響反應(yīng)效果，而吸附法是物理方法，不影響酶的分子結(jié)構(gòu)，A正確；消化酶在消化道內(nèi)起作用，B正確；尿糖試紙由于使用后不能將反應(yīng)物和酶分開，而不能再次使用，C錯(cuò)；固定化酵母細(xì)胞在凝膠珠中，用無(wú)菌水沖洗可洗去CaCl2和表面的雜菌，D正確。,【熱點(diǎn)考向2】 植物組織培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用 高考頻次3年7考 預(yù)測(cè)指數(shù) 【典題訓(xùn)練2】（2012山東高考）辣椒素作為一種生物堿廣泛用于食品保健、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域。辣椒素的獲得途徑如圖。,（1）圖中和分別表示辣椒組織培養(yǎng)中細(xì)胞的_和_過(guò)程。 （2）圖中培養(yǎng)外植體的培養(yǎng)基中常用的凝固劑是_。培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素用量的比值_（填“高”或“低”

6、）時(shí)，有利于芽的分化。對(duì)培養(yǎng)基徹底滅菌時(shí)，應(yīng)采用的滅菌方法是_。,（3）圖中外植體的消毒所需酒精的體積分?jǐn)?shù)是_。 用酶解法將愈傷組織分離成單細(xì)胞時(shí)，常用的酶是_和纖維素酶。 （4）提取辣椒素過(guò)程中，萃取加熱時(shí)需安裝冷凝回流裝置，其目的是_。,【規(guī)范答題】（1）生物術(shù)語(yǔ)規(guī)范：脫分化、再分化、高壓蒸汽滅菌、果膠酶。 （2）解答規(guī)范：可根據(jù)圖中過(guò)程和的培養(yǎng)結(jié)果判斷分別為脫分化和再分化。培養(yǎng)基一般采取高壓蒸汽滅菌，外植體不能進(jìn)行滅菌，只能采取消毒的方法。根據(jù)植物細(xì)胞壁的成分可判斷酶解法所利用的酶為果膠酶和纖維素酶。,【解析】本題以辣椒素為切入點(diǎn)，考查植物組織培養(yǎng)的過(guò)程、組織培養(yǎng)培養(yǎng)基的成分、植物激素對(duì)

7、組織培養(yǎng)過(guò)程的影響、對(duì)外植體消毒的方法及萃取過(guò)程的注意事項(xiàng)等內(nèi)容。 （1）由高度分化的植物組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)程稱為脫分化，脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可重新分化成根或芽等器官，這個(gè)過(guò)程叫做再分化。,（2）培養(yǎng)基中常用的凝固劑是瓊脂。同時(shí)使用生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素時(shí)，兩者用量的比例影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素用量的比值低時(shí)，有利于芽的分化；反之則有利于根的分化。培養(yǎng)基應(yīng)用高壓蒸汽滅菌鍋滅菌。 （3）外植體消毒所用酒精的體積分?jǐn)?shù)是70%。酶解法將愈傷組織分離成單細(xì)胞所用的酶是果膠酶和纖維素酶。 （4）用萃取法提取植物有效成分時(shí)，應(yīng)在加熱瓶口安裝冷凝回流裝置，目的是防止加熱

8、時(shí)有機(jī)溶劑揮發(fā)。,滿分答案：（1）脫分化（或去分化） 再分化 （2）瓊脂 低 高壓蒸汽滅菌 （3）70% 果膠酶 （4）防止有機(jī)溶劑的揮發(fā),【熱點(diǎn)考向3】PCR的原理和過(guò)程 高考頻次3年5考 預(yù)測(cè)指數(shù) 【典題訓(xùn)練3】（2011江蘇高考）請(qǐng)回答基因工程方面的有關(guān)問題： （1）利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因，其原理與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制類似（如圖所示）。 圖中引物為單鏈DNA片段，它是子鏈合成延伸的基礎(chǔ)。,從理論上推測(cè)，第四輪循環(huán)產(chǎn)物中含有引物A的DNA片段所占的比例為_。 在第_輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長(zhǎng)的DNA片段。 （2）設(shè)計(jì)引物是PCR技術(shù)關(guān)鍵步驟之一。某同學(xué)設(shè)計(jì)的兩組引物（只標(biāo)注了

9、部分堿基序列）都不合理（如圖），請(qǐng)分別說(shuō)明理由。,第1組：_； 第2組：_。,（3）PCR反應(yīng)體系中含有熱穩(wěn)定DNA聚合酶，下面的表達(dá)式不能正確反映DNA聚合酶的功能，這是因?yàn)開 _。,（4）用限制酶EcoR、Mbo單獨(dú)或聯(lián)合切割同一種質(zhì)粒，得到的DNA片段長(zhǎng)度如下圖（1 kb即1 000個(gè)堿基對(duì)），請(qǐng)畫出質(zhì)粒上EcoR、Mbo的切割位點(diǎn)。,【規(guī)范答題】（1）生物術(shù)語(yǔ)規(guī)范:堿基互補(bǔ)配對(duì)、DNA聚合酶、脫氧核苷酸、雙鏈DNA。 （2）解答規(guī)范:第（1）小題要結(jié)合DNA的半保留復(fù)制進(jìn)行解答。第（2）小題涉及到引物的設(shè)計(jì)和作用，要明確引物的作用是與模板鏈（DNA單鏈）的3端的部分堿基發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)

10、，之后單個(gè)脫氧核苷酸才能與模板鏈后面的堿基連續(xù)進(jìn)行堿基配對(duì)；設(shè)計(jì)引物時(shí)，要注意引物之間、單個(gè)引物內(nèi)不能發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，否則會(huì)影響引物與模板鏈上的堿基互補(bǔ)配對(duì)，從而不能發(fā)揮引物的作用。,【解析】解答本題首先要明確兩點(diǎn):PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)都包括變性、復(fù)性（退火）、延伸三步。兩個(gè)引物之間的固定長(zhǎng)度的DNA序列呈指數(shù)擴(kuò)增。然后結(jié)合問題作答。 （1）從理論上推測(cè)，第四輪循環(huán)產(chǎn)物中含有引物A的 DNA片段所占的比例為15/16。在第三輪循環(huán)產(chǎn)物中開始出現(xiàn)兩條脫氧核苷酸鏈等長(zhǎng)的DNA片段。 （2）某同學(xué)設(shè)計(jì)的兩組引物（只標(biāo)注了部分堿基序列）都不合理，原因是：引物和引物局部發(fā)生堿基互補(bǔ)配

11、對(duì)而失效。引物自身折疊后會(huì)出現(xiàn)局部堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效。,（3）DNA聚合酶只能將單個(gè)脫氧核苷酸連續(xù)結(jié)合到雙鏈DNA片段的引物鏈上。 （4）由圖可知，單獨(dú)用限制酶EcoR切割質(zhì)粒，形成一個(gè)片段，說(shuō)明在質(zhì)粒上只有一個(gè)EcoR切割位點(diǎn)；當(dāng)用限制酶Mbo單獨(dú)切割質(zhì)粒時(shí)，形成兩個(gè)片段，說(shuō)明在質(zhì)粒上有兩個(gè)Mbo切割位點(diǎn)；當(dāng)兩者聯(lián)合切割同一質(zhì)粒時(shí)，形成三個(gè)片段，說(shuō)明兩種限制酶的切割位點(diǎn)不同，且EcoR酶切割位點(diǎn)距Mbo的兩個(gè)酶切位點(diǎn)是5.5 kb 和6 kb。,滿分答案:（1）15/16三 （2）引物和引物局部發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效 引物自身折疊后會(huì)出現(xiàn)局部堿基互補(bǔ)配對(duì)而失效 （3）DNA聚合酶只能將單個(gè)脫

12、氧核苷酸連續(xù)結(jié)合到雙鏈DNA片段的引物鏈上 （4）見圖,1.（2012鹽城一模）下列有關(guān)酶的應(yīng)用的敘述正確的是 （ ） A.酶對(duì)重金屬鹽不敏感，但對(duì)低溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿非常敏感 B.加酶洗衣粉因?yàn)樘砑恿嗣钢苿绕胀ㄏ匆路鄹孜廴经h(huán)境 C.固定化酶可以反復(fù)利用，但反應(yīng)物與酶接觸受影響而會(huì)降低反應(yīng)效率 D.酶的催化功能很強(qiáng)，但只能在生物體內(nèi)發(fā)揮作用,【解析】選C。酶對(duì)重金屬、高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿非常敏感。加酶洗衣粉易分解，不易污染環(huán)境。固定化酶因其外有物質(zhì)包裹，酶與反應(yīng)物接觸受影響。酶既可在體內(nèi)發(fā)揮作用，也可在體外發(fā)揮作用。,2.（2011江蘇高考）下列有關(guān)植物組織培養(yǎng)的敘述，正確的是（ ） A.愈傷組

13、織是一團(tuán)有特定結(jié)構(gòu)和功能的薄壁細(xì)胞 B.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后得到穩(wěn)定遺傳的植株 C.用人工薄膜將胚狀體、愈傷組織等分別包裝可制成人工種子 D.植物耐鹽突變體可通過(guò)添加適量NaCl的培養(yǎng)基培養(yǎng)篩選而獲得,【解析】選D。愈傷組織源自外植體的脫分化，其細(xì)胞無(wú)特定形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能；花粉離體培養(yǎng)得到的只是單倍體植株，B項(xiàng)描述缺少了秋水仙素處理的環(huán)節(jié)；人工種子內(nèi)包裝的是胚狀體，而非愈傷組織；耐鹽突變體的篩選，需用含一定鹽分的選擇培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)獲得。,3.（2011廣東高考）以下關(guān)于豬血紅蛋白提純的描述，不正確的是（ ） A.洗滌紅細(xì)胞時(shí)，使用生理鹽水可防止紅細(xì)胞破裂 B.豬成熟紅細(xì)胞中缺少細(xì)

14、胞器和細(xì)胞核，提純時(shí)雜蛋白較少 C.血紅蛋白的顏色可用于凝膠色譜法分離過(guò)程的監(jiān)測(cè) D.在凝膠色譜法分離過(guò)程中，血紅蛋白比相對(duì)分子質(zhì)量較小的雜蛋白移動(dòng)慢,【解析】選D。D項(xiàng)考查凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理，相對(duì)分子質(zhì)量越大的通過(guò)凝膠色譜柱的速度越快，故D錯(cuò)誤。A正確，洗滌的目的是去除雜蛋白以利于后續(xù)步驟的分離純化，洗滌時(shí)加入生理鹽水，緩慢攪拌10 min，低速短時(shí)間離心，重復(fù)洗滌三次，直至上清液不再呈現(xiàn)黃色，表明紅細(xì)胞已洗滌干凈。B正確，哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核與眾多的細(xì)胞器，提,純時(shí)雜蛋白較少。C正確，血紅蛋白是有色蛋白，因此在凝膠色譜分離時(shí)可以通過(guò)觀察顏色來(lái)判斷什么時(shí)候應(yīng)該收集洗脫液（如

15、果操作都正確，能清楚的看到血紅蛋白的紅色區(qū)帶均勻、狹窄、平整，隨著洗脫液緩慢流出）。這使得血紅蛋白的分離過(guò)程非常直觀，簡(jiǎn)化了操作。,4.（多選）（2010江蘇高考）圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖。下列敘述正確的是（ ）,A.剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B.圖1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C.圖2發(fā)酵過(guò)程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 D.圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中,【解析】選B、C、D。本題考查了固定化細(xì)胞技術(shù)的操作過(guò)程。溶化的海藻酸鈉應(yīng)冷卻后與活化的酵母

16、細(xì)胞混合，A項(xiàng)錯(cuò)誤；圖1中氯化鈣溶液可使海藻酸鈉形成凝膠珠，B項(xiàng)正確；圖2中要進(jìn)行攪拌以使培養(yǎng)液與酵母細(xì)胞充分接觸，C項(xiàng)正確；圖1中制備的凝膠珠要用蒸餾水洗滌過(guò)再移到圖2裝置中，D項(xiàng)正確。,5.（2012臨沂模擬）請(qǐng)回答下列有關(guān)生物技術(shù)的問題： （1）DNA變性后，當(dāng)溫度緩慢降低后，兩條彼此分離的DNA鏈又會(huì)重新結(jié)合成雙鏈，稱為_，PCR技術(shù)利用了DNA的_原理，通過(guò)控制溫度來(lái)控制雙鏈的解聚與結(jié)合。 （2）在制備固定化酵母細(xì)胞過(guò)程中，溶化好的海藻酸鈉溶液要冷卻至室溫，才能加入已活化的酵母菌，目的是防止_。如果在CaCl2溶液中形成的凝膠珠顏色過(guò)淺，說(shuō)明固定的酵母細(xì)胞數(shù)目_。 （3）若用花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)則選擇花粉