1、1课时训练 32 酶的应用1.酶经过固定化后,不仅能提高酶的稳定性,而且容易与产物分开,具有可反复使用等优点。如图 1为利用枯草杆菌生产 -淀粉酶及酶固定化实验流程图,请回答下列问题。图 1(1)筛选高表达菌株的最简便方法之一是 法。一般通过 、 实现。筛选出的菌株在发酵生产之前还需利用 培养基进行扩大培养。 (2)利用物理或化学的方法将 -淀粉酶固定在 的介质上成为固定化酶。 (3)如图 2 是实验室中 -淀粉酶的固定化装置示意图。实验过程涉及两次蒸馏水洗涤反应柱的操作,所用的蒸馏水体积为装填体积的 ,第二次洗涤的目的是除去 。 图 2(4)若图 2 中的液体 X 为淀粉溶液,从反应柱下端接
2、取少量流出液进行 KI-I2颜色测试,结果未呈现红色。下列有关此现象的解释错误的是( )A.反应柱中没有 -淀粉酶被固定B.流速过快淀粉未被水解C.接取的流出液是蒸馏水D.流速过慢淀粉被水解成葡萄糖答案 (1)单菌落分离 划线分离法 (稀释)涂布分离法 液体(2)非水溶性 (3)10 倍 残留的淀粉溶液 (4)D解析 (1)筛选高表达菌株的最简便方法之一就是单菌落分离法,常用的菌落分离方法是划线分离法和涂布分离法;用于扩大培养的培养基通常是液体培养基。(2)固定化酶就是利用物理或化学的方法将 -淀粉酶固定在非水溶性的介质上。(3)实验中用 10 倍体积的蒸馏水洗涤层析柱以除去未吸附的游离的淀粉
3、酶。第二次蒸馏水洗涤的目的是除去残留的淀粉溶液。(4)淀粉在 -淀粉酶的作用下,不会被水解成葡萄糖。22.为了提高果胶酶的利用率,科学家进行了固定化果胶酶的相关研究。(1)果胶酶的固定化:取磁性壳聚糖微球固体颗粒,加入果胶酶溶液,30 条件下振荡 1 h,装入图甲反应柱中,用蒸馏水洗去 ,放置在 4 冰箱中保存。上述固定化果胶酶的方法属于 。 A.包埋法 B.吸附法C.共价偶联法 D.交联法(2)果胶酶活力测定方法:以果胶酶在单位时间内催化产生的主要产物 的量计算酶的活力。已知 3,5-二硝基水杨酸与果胶水解的主要产物共热能产生棕红色的氨基化合物,在一定范围内产物的量和反应液颜色深浅成正比,可
4、用 法测定产物的量。此方法需要制作标准曲线,如图乙所示,其中纵坐标一般为 。 (3)下图是固定化果胶酶的部分研究结果,据图可知用上述方法制备的固定化果胶酶与游离酶相比最适温度 (填“升高”或“降低”),最适 pH (填“升高”或“降低”)。 (4)在果汁生产中使用固定化果胶酶具有很多优点,以下说法中不属于其优点的是 。 A.固定化果胶酶可以重复回收,多次利用B.固定化果胶酶可以提高酶的稳定性和果汁的质量C.便于果汁加工工艺操作的连续化、自动化D.用于处理破碎果实,可以提高出汁率,促进澄清答案 (1)未固定的游离果胶酶 B (2)半乳糖醛酸 光电比色光密度值(OD 值) (3)升高 降低 (4)
5、D3.生产果汁时,用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。回答下列相关问题。(1)某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验,各组实验除酶的来源不同外,其他条件都相同,测定各组的出汁量,据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是 。 (2)现有一种新分离出来的果胶酶,为探究其最适温度,某同学设计了如下实验:取试管 16 支,分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液,混匀,平均分为 4 组,分别置于 0 、5 、10 、40 下保3温相同时间,然后,测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。该实验温度设置的不足之处有 和 。 (3)某同学取 5 组试管(AE)分别加入等量的同种果泥,在 A、
6、B、C、D 4 个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶,然后,补充蒸馏水使 4 组试管内液体体积相同;E 组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将 5 组试管置于适宜温度下保温一定时间后,测定各组的出汁量。通过 AD 组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中,若要检测加入酶的量等于 0 而其他条件均与实验组相同时的出汁量,E 组设计 (填“能”或“不能”)达到目的,其原因是 。 答案 (1)探究不同(来源)果胶酶的活性 (2)4 组的温度设置不合适 各组的酶促反应受两个不同温度影响(每一设定温度的酶与反应物应先达到预定温度,然后再混合)(其他答案合理也可) (3)不能
7、 E 组未加入等量缓冲液,违背了单一变量原则解析 (1)根据题意可知实验的自变量是果胶酶的来源不同,因变量是果胶酶的活性,所以该实验目的是探究不同来源果胶酶的活性。(2)根据实验设计可知,该实验是探究果胶酶的最适温度,所以自变量是温度,因变量是果胶酶的活性,用出汁量进行衡量,出汁量越多则果胶酶活性越高。该实验方案中,应该在常温范围内设置系列温度梯度且梯度差值相等,所以 4 组的温度应分别设置为 15 、20 、25 、30 ;另外探究温度对酶活性的影响时,应保证酶促反应只能在设定的温度下进行,同一实验组的反应温度只能是一个,所以实验操作应该是将各组盛有果胶酶的试管与盛有果泥的试管分别在设定温度
8、下处理一定时间后再将两支试管混合,才能保证实验在设定的温度下进行。(3)根据题意,本实验的自变量是果胶酶的量,因变量是出汁量,对照实验的设计应遵循单一变量原则和对照原则,根据实验设置,通过 AD 组实验可比较不同实验组出汁量的差异。若要检测加入酶的量等于 0 而其他条件均与实验组相同时的出汁量,则 E 组应加入等量的缓冲液并补充蒸馏水,使试管中液体体积与实验组相同,才符合实验设计应遵循的单一变量原则。4.某工厂为了生产耐高温植酸酶饲料添加剂,开展了产该酶菌株的筛选、酶的固定化及其特性分析研究,其流程如下图所示。土样中的菌种筛选 菌株鉴定 优良菌株扩大培养 植酸酶提纯 植酸酶固定化 植酸酶特性分
9、析请回答下列问题。(1)土壤悬液首先经 80 处理 15 min,其目的是筛选出 。 (2)在无菌条件下,将经过处理的土壤悬液 ,然后涂布于含有植酸钠的固体培养基上。培养后观察到 ,其周围出现透明水解圈,圈的直径大小与 强弱相关。 (3)筛选获得的菌株经鉴定后,将优良菌株进行液体扩大培养。培养时需要振荡,其主要目的是 。液体培养基与固体培养基相比,不含有的成分是 。 (4)在合适条件下,将提纯的植酸酶与海藻酸钠混合后,滴加到一定浓度的钙离子溶液中,使液滴形成凝胶固体小球。该过程是对酶进行 。(填选项) A.吸附 B.包埋4C.装柱 D.洗涤(5)温度与植酸酶相对酶活性的关系如图所示。下列叙述错
10、误的是 。(填选项) A.测试温度中,固定化与非固定化植酸酶的最适温度分别为 60 和 45 B.测试温度范围内,固定化植酸酶的相对酶活性波动低于非固定化植酸酶C.与非固定化植酸酶相比,固定化植酸酶相对酶活性在 80%以上时的温度范围较宽D.65 时固定化与非固定化植酸酶的相对酶活性因蛋白质变性而位于最低点答案 (1)耐高温菌株 (2)稀释 单菌落 植酸酶的活性 (3)供氧 琼脂(凝固剂) (4)B (5)D解析 (1)土壤悬液经 80 处理 15 min,土壤中不耐高温的微生物不能生存,以此筛选出耐高温菌株。(2)采用涂布分离法分离菌种时,需要先在无菌条件下对土壤悬液进行稀释操作,再进行涂布
11、操作。稀释涂布后可以在平板上发现单菌落,若某单菌落周围出现透明圈,说明该菌种能利用植酸钠,透明圈的直径大小与植酸酶的活性强弱相关。(3)扩大培养一般用液体培养基,并采用振荡培养,以提供菌种生长所需氧气,液体培养基中不含凝固剂(琼脂)。(4)将植酸酶与海藻酸钠混合,制成凝胶固体小球,是采用包埋法对植酸酶进行固定化的方法。(5)分析温度与植酸酶相对酶活性的关系图不难发现,固定化植酸酶的相对酶活性在 65 时仍然很高,说明固定化植酸酶的耐高温能力很强,并没有发生蛋白质变性。5.下图是酵母菌的固定化及其应用的相关图解,请据图回答下列问题。(1)某实验小组利用海藻酸钠固定酵母菌,如图甲所示,该方法称为
12、,而固定化酶不宜采用此方法,是因为酶分子 ,固定效果不佳。 (2)某实验小组采用乙装置进行葡萄糖的酒精发酵,图中 a 是 ,该实验中的酵母细胞可以反复利用,实验过程一定要在 条件下进行,长导管的作用是 。 (3)实验前用 10 倍柱体积的蒸馏水洗涤此柱,目的是 ,在发酵过程中葡萄糖浓度不能过高,否则 。 答案 (1)包埋法 小(2)固定化酵母 无氧 排出 CO2(3)洗去未固定的酵母菌 酵母菌失水过多而死亡5解析 (1)分析图示可知,酵母菌被固定在网格中,属于包埋法。对于酶分子而言,较少使用该方法,原因是酶分子体积相对较小,难以被包埋固定。(2)图乙是葡萄糖发酵的装置,分析图示可知,a 表示固
13、定化的酵母菌,固定化酵母菌与固定化酶相似,可以重复利用。酒精发酵需要在无氧的环境下进行,图示中长导管的作用是排出酵母菌厌氧呼吸所产生的 CO2。(3)实验前用 10 倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱,目的是洗去未吸附的游离的酵母菌。进行发酵时,需要控制葡萄糖溶液的浓度,否则葡萄糖浓度过高会造成酵母菌渗透失水死亡。6.图 1 为利用苹果制备果汁、果酒、果醋的流程图。图 1图 2(1)果胶酶可以通过苹果青霉来生产, 是筛选高表达菌株的最简便方法之一。筛选出的菌株在发酵生产之前还需利用 培养基进行扩大培养。 (2)酶在水溶液中很不稳定,不利于工业化使用,常用固定化技术使之成为 而又有酶活性的制剂。图 2
14、 是澄清苹果汁生产实验示意图,下列相关叙述正确的是 。 A.实验中所用的固定化果胶酶吸附后可永久使用B.为防止杂菌污染,图示装置制作完毕后需瞬间高温灭菌C.通过控制阀调节苹果汁流出的速率,保证反应充分进行D.固定化果胶酶不可重复使用,每次生产前需重新装填反应柱(3)图 1 中过程也可利用附着在苹果皮上的 作为菌种。为获得高纯度、糖含量高的苹果酒,需向果汁中添加 。 (4)由图 1 中转变为,除改变温度、调节 pH 外,还需调整的发酵条件是 。 答案 (1)单菌落的分离 液体(2)不溶于水 C(3)野生酵母菌 蔗糖(4)通入无菌空气解析 (1)单菌落的分离是筛选高表达菌株的最简便方法之一。筛选出
15、的菌株在发酵生产之前还需利用液体培养基进行扩大培养。6(2)酶在水溶液中很不稳定,不利于工业化使用,常用固定化技术使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。实验中所用的固定化果胶酶吸附后可重复使用,但酶活性也受影响,不能永久使用,A 项错误。酶的活性受温度的影响,图示装置制作完毕后瞬间高温灭菌会使酶失去活性,B 项错误。通过控制阀调节苹果汁流出的速率,保证反应充分进行,C 项正确。固定化果胶酶可重复使用,D 项错误。(3)图 1 中过程可利用附着在苹果皮上的野生酵母菌作为菌种。为获得高纯度、糖含量高的苹果酒,需向果汁中添加蔗糖。(4)由图 1 中(果酒制作)转变为(果醋制作),除改变温度、调节 pH 外,还需调整的发酵条件是通入无菌空气,因为醋化醋杆菌是好氧性细菌。
