2019-2020学年人教高中生物选修1课后限时作业专题4酶的研究与应用课题3 6页

专题 4 课题 3 (建议用时：30 分钟) 考点 基本目标 发展目标 1.固定化酶或固定化细胞技术的方法 1,2,3,4,5 11,12,13，14,15 2.固定化酵母细胞的制备及发酵 6,7,8,9,10 [基本目标] 1．固定化酵母细胞在发酵生产中得到了广泛应用，下列有关叙述正确的是( ) A．利用固定化酵母细胞发酵，发酵浓度不宜过高 B．制备固定化酵母细胞时，形成的凝胶珠越大越好，越硬越好 C．固定化的酵母细胞不能繁殖，性状较为稳定 D．酵母细胞固定化是为了提高发酵速度 A 解析 若发酵液浓度过高，会导致酵母细胞失水过多而死亡。 2．下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是( ) A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶 B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物进入 C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出 D．固定化酶技术复杂，成本较高 C 解析 生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶；将这种酶固定在一种颗粒状的 载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无 法通过筛板上的小孔，而反应溶液可以自由出入；生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上 端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的 下端流出；反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。 3．如图表示某同学进行的澄清苹果汁生产实验，下列相关叙述正确的是( ) A．实验中所用的固定化果胶酶由海藻酸钠直接包埋获得 B．为防止杂菌污染，图示装置制作完毕后应瞬间高温灭菌 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，每次生产前应重新填装反应柱 C 解析 酶的固定化一般不用包埋法，A 项错误；瞬间高温灭菌会使固定化酶失去活 性，B 项错误；加入苹果汁后可关闭控制阀一段时间，再通过减慢苹果汁流出的速率，让底 物与酶充分接触，使反应充分进行，C 项正确；固定化果胶酶可重复使用，D 项错误。 4．下列关于酶的固定化技术的说法，不正确的是( ) A．固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法 B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法 C．由于细胞体积大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定 D．从酶的固定方式看，物理吸附法比化学结合法对酶的活性影响小 C 解析 由于细胞体积大，酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小 的酶分子容易从包埋材料中漏出，因此，细胞多采用包埋法固定化，酶更适合采用化学结合 法和物理吸附法固定化。 5．如果反应物是大分子物质，则应采用的固定化技术和理由是( ) A．固定化酶技术；可应用化学结合法或物理吸附法对酶固定，利于大分子物质和酶的 接触 B．固定化酶技术；可应用包埋法对酶固定，利于大分子物质和酶的接触 C．固定化细胞技术；一般应用化学结合法或物理吸附法对细胞固定，利于大分子物质 和细胞的接触 D．固定化细胞技术；一般应用包埋法对细胞固定，利于大分子物质和细胞的接触 A 解析 如果反应物是大分子物质，则应采用的固定化技术是固定化酶技术，理由是： 如果采用固定化细胞技术，则一般用包埋法对细胞固定，但大分子反应物难以进入包埋细胞 的网格或颗粒中，不利于反应的进行，故采用固定化酶技术，一般用化学结合法或物理吸附 法对酶固定，和包埋法相比，化学结合法或物理吸附法有利于反应物与酶的接触。 6．酵母细胞的活化指的是( ) A．让酵母细胞恢复运动状态 B．让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠 C．让酵母细胞内酶活性加倍 D．让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态 D 解析 缺水状态下，酵母细胞处于休眠状态，在固定化之前，应先让处于休眠状态 的酵母细胞重新恢复正常的生活状态，即活化。 7．下列关于配制海藻酸钠溶液的操作，正确的是( ) A．用酒精灯加热，加热时不能搅拌 B．由于海藻酸钠溶解速度快，所以不用加热 C．海藻酸钠在水中溶解的速度慢，需用酒精喷灯加热 D．采用小火或间断加热，促进溶解，防止发生焦糊 D 解析 海藻酸钠采用小火或间断加热，需搅拌防止焦糊；酒精喷灯产生高温火焰， 主要用于需强热的实验，此实验中不使用。 8．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2 溶液的作用是( ) A．用于调节溶液 pH B．用于进行离子交换 C．用于胶体聚沉 D．用于为酵母菌提供 Ca2＋ C 解析 海藻酸钠胶体在 CaCl2 这种电解质溶液的作用下会发生聚沉，形成凝胶珠， 其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人 体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。 9．下列有关制备固定化酵母细胞的叙述，正确的是( ) A．首先用蒸馏水把干酵母、CaCl2、海藻酸钠配制成溶液，但配制 CaCl2 溶液需要加热 B．配制海藻酸钠的溶液成糊状 C．配制酵母细胞溶液要用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀 D．酵母细胞溶液首先要和 CaCl2 溶液混合 C 解析 配制 CaCl2 溶液不需加热；配制海藻酸钠溶液需要小火或间断加热，直至将 海藻酸钠完全溶化；溶化好的海藻酸钠冷却至室温后加入活化的酵母细胞，进行充分搅拌， 使其混合均匀。 10．图 1 表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图 2 是利用固定化酵母细胞进行酒精发 酵的示意图，下列叙述不正确的是( ) A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母细胞混合制备混合液 B．图 1 中 X 溶液为 CaCl2 溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠 C．图 2 发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母细胞充分接触 D．图 1 中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图 2 装置中 A 解析 刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合制备混合液， 以免高温使酵母细胞失活；混合液缓慢滴入 CaCl2 溶液进行固定化酵母细胞，CaCl2 的作用 是使海藻酸钠形成凝胶珠；发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于 发酵过程的顺利进行；制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的 CaCl2)后再转移到图 2 装置 中进行发酵。 [发展目标] 11．制备好的凝胶珠是否符合应用要求，常用的检测方法有( ) ①挤压法 ②摔打法 ③观察法 ④培养法 A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②③ D 解析 检测凝胶珠是否合格经常使用下列检测方法：一是用镊子夹起一个凝胶珠放 在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠制作成功；二 是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的； 三是可以通过观察凝胶珠的颜色和形状来判断。 12．某校学生尝试用琼脂作为载体，用包埋法固定α－淀粉酶来探究固定化酶的催化效 果。实验结果见表(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通α－淀粉酶量相同)。实验表明 1 号试管中淀粉未被水解，你认为最可能的原因是( ) 比较项目 1 号试管 2 号试管 固定化淀粉酶 √ — 普通α－淀粉酶 — √ 淀粉溶液 √ √ 60 ℃保温 5 分钟，取出冷却至室温，滴加碘液 现象 变蓝 不变蓝 A．实验中的温度过高，导致固定化淀粉酶失去活性 B．淀粉是大分子物质，难以通过琼脂与淀粉酶接触 C．水浴保温时间过短，固定化淀粉酶未将淀粉水解 D．实验程序出现错误，试管中应先加入碘液后保温 B 解析 由于题中固定化淀粉酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物质，它不能通 过琼脂与酶充分接触，导致淀粉不能被水解，因而遇碘液呈现蓝色。 13．固定化脂肪酶的方法一般是：将酶液和一定浓度的海藻酸钠溶液混合后，用注射器 滴到一定浓度的 CaCl2 溶液中，25 ℃静置固定化 2 h，过滤洗涤，再加入到戊二醛溶液中， 25 ℃化学结合 2 h，过滤、洗涤和干燥后就可得到颗粒状固定化脂肪酶。某兴趣小组对固定 化脂肪酶的性质和最佳固定条件进行了探究，如图甲～丁显示的是部分研究结果(注：纵坐 标为酶活力，包括酶活性和酶的数量，a 为游离酶，b 为固定化脂酶)。下列分析中正确的是 ( ) 甲 乙 丙 丁 A．在温度或 pH 变化时，与游离酶相比，固定化脂肪酶具有的缺点是稳定性较低 B．这种固定化脂肪酶使用的是物理吸附法、包埋法和化学结合法三种方法的结合 C．CaCl2 的量太少时，酶活力较低的原因可能是包埋不完全，包埋在内部的部分酶会 流失 D．海藻酸钠浓度较高时，酶活力低的原因可能是形成的凝胶孔径较大，影响酶与底物 的结合 C 解析 由图甲和图乙可知，在温度或 pH 变化时，与游离酶相比，固定化脂肪酶具 有的优点是稳定性较高，A 项错误；根据题干信息“静置固定 2 h”“化学结合 2 h”可知， 这种固定化脂肪酶使用的方法是包埋法和化学结合法，B 项错误；海藻酸钠浓度较高时，凝 胶的孔径较小，影响酶与底物的结合，D 项错误。 14．固定化酶是从 20 世纪 60 年代迅速发展起来的一种技术。东北农业大学科研人员利 用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯 酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。如图显示的是部分研究结果(注： 酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量)。请分析回答： (1)酶的固定化技术的应用最主要的目的是________________________。 (2)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，图甲所示结果可以得出的结果是 ____________________________。 (3)图乙曲线表明，浓度为______左右的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低 时，酶活力较低的原因可能是 ____________________________________________________________________。 (4)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由图丙可知，固定化酯酶一般重复使用 ________次后酶活力明显下降。 (5)研究人员固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是同时用戊二醛作交联剂，这 是因为____________________________________________________________________。 (6)根据介绍，科研人员所采用的固定化技术可用下图中的________表示。 解析 (2)通过分析图甲可知，固定化小麦酯酶与游离小麦酯酶相比，固定化小麦酯酶 对温度变化的适应性更强且应用范围较广。(3)图乙曲线表明浓度为 3%的海藻酸钠包埋效果 最好，此时的酶活力最高。当海藻酸钠浓度较低时，凝胶孔径过大，包埋不紧密，酶分子容 易漏出，数量不足，因此酶活力较低。(4)由图丙可知，固定化酶的活力随使用次数的增多 而下降，且在使用 3 次以后，酶活力显著下降。(5)由于小麦酯酶分子很小，很容易从包埋 材料中漏出，因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，而是采用双重固定法。(6)双重 固定法是指采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，可 见科研人员所采用的固定化技术是化学结合法和包埋法，可用图中的 B、C 表示。 答案 (1)解决酶的回收和再利用的困难 (2)固定化小麦酯酶比游离小麦酯酶对温度变 化适应性更强，且应用范围较广 (3)3% 海藻酸钠浓度较低时，凝胶孔径过大，包埋不紧 密，酶分子容易漏出，数量不足 (4)3 (5)酶分子过小，很容易从包埋材料中漏出 (6)BC 15．如图 1 所示，探究性实验装置共六个，六个装置中分别加入饱和葡萄糖溶液及两粒 凝胶珠，实验开始时，小液滴都在 C 点(刻度管足够长，瓶内氧气充足)。六个装置分别在 0、 15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃温度下，每隔 2 min 记录一次各个装置中小液滴的位置， 并且描绘出坐标曲线图如图 2。 (1)上述实验目的是______________________________，自变量是________。 (2)锥形瓶中氢氧化钠溶液的作用是____________________________，实验中小液滴移 动的方向是_____(填“左移”“右移”或“不动”)，理由是__________________________， 移动的距离表示________________________。 (3)如果在制备固定化醋酸菌细胞的实验中，海藻酸钠的浓度过低，请在图 2 坐标系中 画出实验开始 10 min 后的曲线乙。 (4)工业生产中利用固定化细胞技术进行生产，从哪些方面可以达到延长利用固定化细 胞时间的目的？(至少两点) ____________________________________________________________________。 解析 (1)本实验探究了温度与固定化醋酸菌发酵速度之间的关系，所以温度是自变量。 (2)NaOH 溶液的作用是处理生成的醋酸和 CO2，以免影响实验结果的准确性；实验中锥形瓶 中的气体量减少，小液滴左移。(3)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的醋酸 菌数目就少，发酵速度会变慢，小液滴移动距离就短，所得曲线乙和原曲线相似，但在原曲 线的下面。(4)在利用固定化细胞技术进行生产时，要求无菌操作，同时控制好温度和 pH 等。 答案 (1)探究温度与固定化醋酸菌发酵速度之间的关系 温度 (2)防止产生的醋酸和 CO2 挥发影响实验结果的准确性 左移 锥形瓶中氧气量减少，从而使压强降低 有氧呼吸 消耗的氧气量 (3)如图 (4)无菌操作、控制好温度和 pH 等