2017-2018年高中生物 第3章 酶的制備及活力測(cè) 第1節(jié) 酶的制備及活力測(cè)定學(xué)案 中圖版選修1

第一節(jié) 酶的制備及活力測(cè)定 一、酶的存在及提取 1．酶是在生物體活細(xì)胞中合成的。其參與反應(yīng)部位可以在細(xì)胞內(nèi)，也可以在細(xì)胞外。 2．在酶的提取過(guò)程中，溫度、酸堿性等多種環(huán)境條件都可能影響酶的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶變性，甚至喪失活力。因而提取出的酶首先需要檢測(cè)酶的活力。 3．酶的活力通常以單位時(shí)間內(nèi)底物的消耗量或者在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物的生成量來(lái)表示。在測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)麥芽糖的生成量來(lái)檢測(cè)淀粉酶的活力的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)麥芽糖的產(chǎn)量可用分光光度法。 二、酶活力的測(cè)定方法和原理 1．提取酶液：研磨水稻種子時(shí)需加石英砂，目的是充分研磨。制取勻漿并離心后，取上清液，其中一份要在水浴中加熱，目的是使酶失活。 2．滴加酶液。 3．恒溫處理。 4．鈍化處理：酶促反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后要向反應(yīng)液中加物質(zhì)的量濃度為0.4 mol/L的NaOH溶液，目的是鈍化酶的活性，使反應(yīng)終止。 5．測(cè)定吸光值：測(cè)定吸光值時(shí)要把反應(yīng)液與2_mL3,5—二硝基水楊酸試劑混勻，并沸水浴5 min，才能產(chǎn)生麥芽糖產(chǎn)物。然后分別移入四支比色杯，用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)520 nm處進(jìn)行比色。 6．繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記錄在下面的表格中 問(wèn)題1 問(wèn)題2 問(wèn)題3 問(wèn)題4 一、植物淀粉酶活力的測(cè)定 原理：淀粉酶將淀粉水解成麥芽糖。在NaOH和丙三醇存在下，3,5二硝基水楊酸(DNS)與還原糖共熱后被還原生成氨基化合物。在過(guò)量的NaOH堿性溶液中此化合物呈橘紅色，在520 nm波長(zhǎng)處有最大吸收峰，在一定的濃度范圍內(nèi)，還原糖的量與光吸收值呈線性關(guān)系，利用比色法可測(cè)定樣品中的含糖量。 如果在反應(yīng)系統(tǒng)中加入適當(dāng)過(guò)量的過(guò)氧化氫溶液，經(jīng)酶促反應(yīng)后，在酸性條件下，用標(biāo)準(zhǔn)高錳酸鉀溶液滴定多余的H2O2，反應(yīng)如下： 5H2O2＋2KMnO4＋4H2SO4―→5O2＋2KHSO4＋8H2O＋2MnSO4 根據(jù)消耗的H2O2的量計(jì)算出過(guò)氧化氫酶的活力。 酶活力用每克鮮重樣品1 min內(nèi)分解H2O2的毫克數(shù)表示。 過(guò)氧化氫酶活力[mg/(g·min)]＝(A－B)×(VT/VS)×1.7/W×t 式中：A為對(duì)照KMnO4滴定毫升數(shù)(mL)；B為酶反應(yīng)后KMnO4滴定毫升數(shù)(mL)；VT為提取酶液總量(mL)，VS為反應(yīng)時(shí)所用酶液量(mL)，W為樣品鮮重(g)；t為反應(yīng)時(shí)間(min)；1.7為換算系數(shù)，即每消耗1 mL物質(zhì)的量濃度為0.1 mol/L的高錳酸鉀溶液，相當(dāng)于樣品中含有1.7 mgH2O2。 用分光光度法也可測(cè)定過(guò)氧化氫酶的活力。在有過(guò)氧化氫存在時(shí)，H2O2將愈創(chuàng)木酚氧化生成茶褐色物質(zhì)，后者在波長(zhǎng)為470 nm處有最大吸收峰，再用721型分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。 探究影響酶活力的因素 　為了研究溫度對(duì)某種酶活性的影響，設(shè)置三個(gè)實(shí)驗(yàn)組：A組(20 ℃)、B組(40 ℃)和C組(60 ℃)，測(cè)定各組在不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)物濃度(其他條件相同)，結(jié)果如圖。回答下列問(wèn)題： (1)三個(gè)溫度條件下，該酶活性最高的是________組。 (2)在時(shí)間t1之前，如果A組溫度提高10 ℃，那么A組酶催化反應(yīng)的速度會(huì)________。 (3)如果在時(shí)間t2時(shí)，向C組反應(yīng)體系中增加2倍量的底物，其他條件保持不變，那么在t3時(shí)，C組產(chǎn)物總量________，原因是_________________________。 (4)生物體內(nèi)酶的化學(xué)本質(zhì)是____________，其特性有____________(答出兩點(diǎn)即可)。 【審題導(dǎo)析】 — 【精講精析】　(1)在60 ℃條件下，反應(yīng)的最終產(chǎn)物濃度比20 ℃和40 ℃條件下小很多，說(shuō)明酶在60 ℃條件下最終失活。20 ℃與40 ℃條件下相比，40 ℃時(shí)酶促反應(yīng)到達(dá)反應(yīng)平衡的時(shí)間短，說(shuō)明40 ℃條件下酶活性較高。(2)在時(shí)間t1前，如果A組溫度提高10 ℃變成30 ℃，由該酶活性隨溫度的變化規(guī)律可知，30 ℃條件下的該酶活性大于20 ℃條件下的，那么A組酶催化反應(yīng)的速度會(huì)加快。(3)t2時(shí)C組的產(chǎn)物濃度已不再增加，但由A和B組t2時(shí)的產(chǎn)物濃度可知，t2時(shí)C組底物并未全部被分解，C組產(chǎn)物濃度不再增加是由于C組溫度條件下t2時(shí)酶已經(jīng)變性失活。因此如果在時(shí)間t2時(shí)，向C組增加2倍量的底物，在其他條件不變的情況下，t3時(shí)產(chǎn)物的總量也不會(huì)再增加。(4)生物體內(nèi)酶的化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，極少數(shù)是RNA。酶具有高效性、專(zhuān)一性等特性，并且需要適宜的溫度和pH等。 【答案】　(1)B　(2)加快　(3)不變　60 ℃條件下，t2時(shí)酶已失活，即使增加底物，反應(yīng)產(chǎn)物總量也不會(huì)增加 (4)蛋白質(zhì)或RNA　高效性和專(zhuān)一性(其他合理答案可酌情給分) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成曲線圖的方法 (1)以自變量為橫坐標(biāo)，以因變量為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系； (2)注明坐標(biāo)軸的名稱(chēng)、單位、坐標(biāo)原點(diǎn)以及曲線名稱(chēng)； (3)每個(gè)坐標(biāo)軸上的取值單位要相等； (4)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)到坐標(biāo)系中，并用相應(yīng)線型連接起來(lái)。 1．種子萌發(fā)時(shí)，貯藏物質(zhì)發(fā)生水解作用過(guò)程中，活力最高的酶應(yīng)該是(　　) ①脂肪酶?、诘矸勖浮、鄣鞍酌浮、苻D(zhuǎn)氨酶?、葸^(guò)氧化氫酶?、拚崽敲? A．①②③　　　　 B．②④⑤ C．④⑤⑥ D．①③⑤ 【解析】　植物種子中貯存的是不能被細(xì)胞直接利用的大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等。它們必須轉(zhuǎn)化成溶于水的小分子物質(zhì)才能被植物細(xì)胞所利用，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，起作用的是各種水解酶。如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。 【答案】　A 酶的制備和應(yīng)用 　下列有關(guān)淀粉酶制備的描述錯(cuò)誤的是(　　) A．選材應(yīng)選萌發(fā)的水稻種子(或其他含淀粉多的種子) B．研磨時(shí)加入石英砂使研磨更加充分 C．用蒸餾水稀釋的目的是讓細(xì)胞吸水漲破 D．室溫下放置及振蕩的目的是讓酶充分溶解 【審題導(dǎo)析】 【精講精析】　植物細(xì)胞有細(xì)胞壁不能用吸水漲破法。 【答案】　C 制備酶時(shí)應(yīng)注意選材，具體有： (1)所要制備的酶是什么酶 (2)它所存在的組織或細(xì)胞 (3)含量較多的時(shí)期 2．食品種類(lèi)多，酸堿度范圍廣。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(xiàn)，得知： (1)pH對(duì)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____________________________的量來(lái)表示。 (2)該蛋白酶的提取工藝流程如下： 興趣小組分別對(duì)酶保護(hù)劑濃度、提取液pH進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，酶保護(hù)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(rèn)為，要進(jìn)一步提高粗酶制劑的酶活力，以達(dá)到最佳提取效果，還需對(duì)酶保護(hù)劑濃度和提取液pH進(jìn)行優(yōu)化，并確定以此為探究課題。請(qǐng)擬定該課題名稱(chēng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表。 【解析】　(1)題目中已經(jīng)提供了信息“食品種類(lèi)多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應(yīng)該有較廣的酸堿度適應(yīng)范圍。由圖可知，木瓜蛋白酶的活力不隨pH的變化而變化，所以可以選作食品添加劑。酶的活力可用單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物的減少量(或產(chǎn)物的增加量)來(lái)表示。(2)由題中信息已知酶保護(hù)劑的適宜濃度范圍和提取液pH的適宜范圍，故實(shí)驗(yàn)的自變量是酶保護(hù)劑的濃度和提取液的pH，需在適宜范圍內(nèi)確定較小的梯度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表要包含自變量酶保護(hù)劑的濃度和提取液的pH以及因變量底物的減少量(或產(chǎn)物的產(chǎn)生量)。 【答案】　(1)木瓜蛋白酶　木瓜蛋白酶的活力不隨pH的變化而變化　單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中底物減少(或產(chǎn)物增加)　(2)課題：探究酶保護(hù)劑的濃度和提取液的pH的最佳組合 1．下列與酶的活性有關(guān)的說(shuō)法不正確的是(　　) A．酶的活性是由蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)決定的，不受外界條件的影響 B．酶的活性是指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力 C．酶的活性受溫度、酸堿性等因素的影響 D．酶活性高低與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān) 【解析】　酶的活性是指酶催化一定化學(xué)反應(yīng)的能力，其高低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(lái)表示。酶的催化作用受外界條件影響，溫度、酸堿性等對(duì)酶的催化能力都有較大影響，反應(yīng)物濃度與酶的活性高低無(wú)關(guān)。 【答案】　A 2．下列關(guān)于酶的論述錯(cuò)誤的是(　　) A．酶的數(shù)量隨化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行而減少 B．有的酶是蛋白質(zhì)，有的是核酸 C．酶的活性與pH有關(guān) D．細(xì)胞內(nèi)、外都可能有酶存在 【解析】　酶的特性之一就是反應(yīng)前后保持不變。 【答案】　A 3．如圖表示在不同條件下，酶促反應(yīng)的速度變化曲線，試分析： (1)酶促反應(yīng)的速度可以用________來(lái)表示。 (2)Ⅱ和Ⅰ相比較，酶促反應(yīng)速度慢，這是因?yàn)開(kāi)________________。 (3)圖中AB段和BC段影響酶促反應(yīng)速度的主要限制因子分別是___和____。 (4)若想探究酶的最適pH，至少應(yīng)設(shè)計(jì)__________種不同的pH。 (5)請(qǐng)?jiān)谠瓐D中繪出在酶濃度相對(duì)值為1個(gè)單位、溫度為25 ℃條件下酶促反應(yīng)速度曲線。 【解析】　酶促反應(yīng)速度可用底物利用速率或產(chǎn)物生成速率表示。圖中Ⅱ與Ⅰ的不同在于反應(yīng)溫度，AB段說(shuō)明影響反應(yīng)速度的是底物濃度，而B(niǎo)C段則是酶濃度。在探究pH(或溫度)對(duì)酶活性的影響時(shí)，常設(shè)置高、適、低三個(gè)條件。 【答案】　(1)底物利用速率(或產(chǎn)物生成速率) (2)溫度低，酶活性降低 (3)底物濃度　酶濃度　(4)3 (5)如圖(虛線所示) 7