2020高中生物 第2章 酶技术 4页

第4节　固定化酶的制备和应用 课时过关·能力提升 一、基础巩固 ‎1.酶制剂、固定化酶已经广泛地应用于各个领域,下列有关叙述错误的是(　　)‎ A.用乳糖酶分解乳糖,可以提高牛奶的可消化性 B.制备固定化酶的常见方法之一是凝胶包埋法 C.固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性 D.检测牛奶中乳糖的分解时需用双缩脲试剂 答案:D 解析:检测牛奶中乳糖的分解时应用斐林试剂。‎ ‎2.下列不属于固定化酶在利用时的特点的是(　　)‎ A.有利于酶与产物分离 B.可以被反复利用 C.能自由出入依附的载体 D.一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应 答案:C 解析:固定化酶在利用时被固定在一定的空间内,不能自由出入。‎ ‎3.下列关于固定化酶技术的叙述,正确的是(　　)‎ A.固定化酶技术就是固定反应物,使酶依附着载体围绕反应物旋转的技术 B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应 C.固定化酶中的酶无法重复利用 D.固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术 答案:D 解析:固定化酶技术是利用物理或化学的方法将酶固定在一定空间内的技术,其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用,不足是无法同时催化一系列酶促反应。‎ ‎4.研究认为,用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌中得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂,可用于降解残留在土壤中的有机磷农药,与用微生物降解相比,其起作用不需要适宜的(　　)‎ A.温度 B.pH ‎ C.水分 D.营养 答案:D 解析:固定化酶与微生物相比较,它的活性发挥不需要营养。‎ ‎5.下列有关酶的制备和应用的叙述,正确的是(　　)‎ A.酶解法和吸水涨破法常用于制备微生物的胞内酶 B.透析和酸解等方法常用于酶的分离与纯化 C.蚕丝织物能使用添加蛋白酶的洗衣粉进行洗涤 D.多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层 答案:A 解析:酸解法不能用于酶的分离与纯化。多酶片中的胃蛋白酶应位于片剂的最表层。‎ 二、能力提升 ‎6.固定化酶的优点是(　　)‎ A.有利于增加酶的活力 ‎ B.有利于产物的纯化 C.有利于提高反应速度 ‎ D.有利于酶发挥作用 答案:B 解析:固定化酶将酶固定在载体上,使酶与反应物分开,大大提高了产物的纯度。‎ ‎7.在乳糖酶固定化过程中,要用N,N-甲叉双丙烯酰胺 (Bis),其作用是(　　)‎ A.调节酸碱度 B.与酶交联 C.增强酶的活力 D.消毒 4‎ 答案:B 解析:在乳糖酶固定化过程中, N,N-甲叉双丙烯酰胺是作为交联剂起作用的。‎ ‎8.下列有关乳糖酶的叙述,正确的是(　　)‎ A.最适pH为6.5‎ B.制备的固定化酶常温保存 C.商品用酶基本上都来源于微生物 D.固定化的乳糖酶,对热稳定性较差 答案:C 解析:乳糖酶的来源不同,最适pH不同。固定化的乳糖酶应低温保存。固定化的乳糖酶的热稳定性大大提高。‎ ‎9.为研究温度对凝乳酶催化乳汁凝固的影响,先将酶和乳汁分别放在2支试管中,然后将2支试管放入同一温度的水中进行水浴15 min,再将酶和乳汁倒入同一试管中混合,保温并记录凝乳所需要的时间。通过多次实验并记录在不同温度下凝乳所需要的时间。结果如下表所示。据此实验,请判断下列叙述正确的是(　　)‎ 装置 A B C D E F 水浴温度/℃‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ 凝乳时间/min 不凝乳 ‎7.0‎ ‎4.0‎ ‎1.5‎ ‎4.0‎ 不凝乳 A.凝乳时间越长,凝乳酶的活力越高 B.如果将A组的水温逐渐提高,乳汁可以凝固 C.低温破坏了酶的分子结构,所以‎10 ℃‎下乳汁不凝固 D.可以肯定,凝乳酶的最适温度为‎40 ℃‎ 答案:B 解析:温度影响酶的活力,在低于最适温度时,随温度的升高,酶的活力增强;高于最适温度时,随温度的升高,酶的活力减弱以至失活。酶的活性越高,凝乳的时间就越短。低温使酶的活力降低,但酶并没有变性失活,当温度逐渐升高时,酶的活力也会逐渐增强。‎ ‎10.某同学为了验证pH对固定化酶活力的影响,设计了下表中的方法步骤。下列评价不合理的是(　　)‎ 序号 项目 试管Ⅰ 试管Ⅱ ‎1‎ 固定好的淀粉酶 ‎1 mL ‎1 mL ‎2‎ 可溶性淀粉溶液 ‎2 mL ‎2 mL ‎3‎ ‎37 ℃‎水浴 ‎5 min ‎5 min ‎4‎ ‎1 mol/L盐酸 ‎1 mL ‎—‎ ‎5‎ ‎1 mol/L NaOH ‎—‎ ‎1 mL ‎6‎ 碘液 ‎2滴 ‎2滴 ‎7‎ 结果预期 均不变蓝 A.缺少正常pH的对照组 B.实验结果与预期不同 C.检验实验结果的试剂选择不当 D.实验操作步骤的安排合理 答案:D 解析:由表中可看出其操作步骤有误,应先调节pH,再加反应物混合。探究pH对固定化酶活力的影响的实验,应该有对照组,即加一组pH=7.0的实验。‎ ‎11.下列关于固定化酶的叙述,错误的是(　　)‎ A.固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用 B.温度是固定化酶应用的重要限制因素 C.反应产物对固定化酶的活性有影响 D.pH对固定化酶没有影响 答案:D 4‎ 解析:固定化酶可以反复使用,其主要目的就是实现酶的重复利用;限制固定化酶的因素是温度、pH等;反应产物对固定化酶的活性有影响,能使酶“钝化”;pH对固定化酶有影响。‎ 三、综合应用 ‎12.20世纪人们利用石油作为主要能源和石油化学品的原料,为社会发展作出了巨大的贡献。但石油为不可再生的资源,而且石油作为燃料及化学品原料,对环境产生了严重的破坏和污染。随着人们对全球性能源危机和环境保护认识的不断深入,从20世纪70年代中期开始,利用生物技术和可再生资源进行乙醇的工业生产,并以此作为石油能源的替代物成为各国的研究热点。以发酵法生产乙醇,提高原料出酒率是永久的主题。淀粉原料均含有纤维素及半纤维素,纤维素性质稳定,极难水解,纤维素与半纤维素相互交缠扭合,组成不易被破坏的网状细胞壁结构。网状结构中包挟了部分淀粉、蛋白质等可利用的大分子物质,这些物质在工艺中无法被释放、利用而造成原料损失。原料中的果胶质使糖化发酵过程速度减缓,也不利于原料出酒率的提高。‎ ‎(1)根据本节所学知识请提出具体的解决方案。    　。 ‎ ‎(2)纤维素和半纤维素主要存在于　　　　　　结构中。 ‎ ‎(3)在酒精专用复合酶制剂的包装袋上标明“在15~‎35 ℃‎、无阳光照射、干燥的环境下贮存10个月,酶活性损失小于5%,5~‎15 ℃‎低温贮存18个月,酶活性损失低于5%”。试说明其理论依据。     　。 ‎ ‎(4)在生产过程中,为了降低生产成本,可以将上述复合酶制剂固定化为固定化复合酶。其固定方法一般有　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　　　　和　　　　　　。优点是　 　。 ‎ 答案:(1)利用复合酶制剂的解决方案。用足够的纤维素酶和半纤维素酶及适量的果胶酶加入发酵罐中,原料中纤维素、半纤维素和果胶被分解,充分释放工艺有效物,提高原料出酒率　(2)细胞壁　(3)酒精专用复合酶制剂是微生物发酵产品,其化学本质为蛋白质。酶的活性受温度、pH等环境因素的影响,在比较适宜的温度下,酶的活性维持在较活跃的状态,酶活性损失较多　(4)包埋法　交联法　载体偶联法　吸附法　固定化酶可以回收和重复利用,降低生产成本 解析:本题介绍了一种新思路,即用纤维素(多糖的一种)来生产酒精,其中要用到纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶,可从这一角度来分析解决问题。解答本题时应充分考虑引起上述现象的原因是纤维素、半纤维素和果胶的存在,导致原料损失及出酒率低,因此,要利用酶的专一性,分别选择纤维素酶、半纤维素酶及果胶酶将上述三种物质水解,提高原料出酒率。因为酶是生物催化剂,因此,其活性受pH、温度等环境因素的影响。固定化酶的优点是酶制剂可以回收和重复利用,降低生产成本。‎ ‎13.回答下列关于微生物和酶的问题。‎ 环境污染物多聚联苯难以降解,研究发现联苯降解菌内的联苯水解酶是催化多聚联苯降解的关键酶。‎ ‎(1)下列培养基中能有效分离联苯降解菌的是　　　,原因是　 　。 ‎ A 培养基(g/L):某生长因子2.0,(NH4)2SO4 2.0,K2HPO4 3.0,MgSO4 1.0,pH 7.4,多聚联苯50 mL B 培养基(g/L):牛肉膏10.0,蛋白胨20.0,葡萄糖20.0,NaCl 5.0,pH 7.4‎ C 培养基(g/L):某生长因子2.0,淀粉20.0,NH4NO3 2.5,MgCl2 0.5,K2HPO4 3.0,pH 7.4,多聚联苯50 mL 进一步研究发现,不同的金属离子对联苯水解酶的活性有一定影响。结果见下表。‎ 金属离子/(mmol·L-1)‎ 相对活性/%‎ 对照组 ‎100‎ Mn2+‎ ‎123‎ Co2+‎ ‎79‎ Mg2+‎ ‎74‎ ‎(2)依据表中结果,金属离子　　　对该酶的活性有一定的促进作用。金属离子对酶的活性有促进或抑制作用,可能的原因是　 　。 ‎ ‎(3)通过酶工程可将联苯水解酶用于生产实践。酶工程通常包括酶的生产、　　　　　　　、酶的固定化和酶的应用等方面。酶固定化的好处是　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)下图实线表示联苯水解酶催化的反应速度与酶浓度的关系,虚线表示在其他条件不变,底物浓度增加一倍的情况下反应速度与酶浓度的关系。这四个图正确的是　　　。 ‎ 4‎ ‎(5)红球菌和假单孢菌都能降解多聚联苯,但研究发现以每克菌体计算,两种菌降解多聚联苯的能力有所不同,对此现象合理的假设是　　　　　　　　　　　　　　　或　 　　　　　　。 ‎ 答案:(1)A　该培养基中多聚联苯为唯一碳源　(2)Mn2+　金属离子与酶结合可以改变酶的空间结构(尤其是活性部位的结构)　(3)酶的分离纯化　便于重复利用,降低生产成本　(4)B　(5)两种菌内酶量不同　两种菌内酶基因的结构(酶结构)不同 解析:(1)想要分离出联苯降解菌,就要使用以多聚联苯为唯一碳源的培养基,在此培养基上,不能降解多聚联苯的细菌无法存活。(2)由表中数据可知,加入Mn2+的实验组,酶的活性明显提高。金属离子对酶的活性有促进或抑制作用,可能的原因是金属离子与酶结合可以改变酶的空间结构。(3)酶生产出来之后,需要通过分离纯化得到符合生产要求的酶。若要使酶能重复使用,降低生产成本,可通过酶的固定化来实现。(4)当酶的浓度较低时,限制反应速度的因素为酶浓度,而当酶浓度较高时,达到饱和状态后,限制因素为底物浓度,所以底物浓度增加时,最大反应速度会随之增加。(5)红球菌和假单孢菌都能降解多聚联苯,说明都能合成多聚联苯酶。细菌内酶的含量和结构的差异,都会导致细菌降解能力的不同。‎ 4‎