有关酶的研究与应用

安徽 吴志强 刘 玲

有关酶的研究与应用

安徽 吴志强 刘 玲

在高中生物中，有关酶的研究与应用包含果胶酶在果汁生产中的作用，加酶洗衣粉和酵母菌细胞的固化等几部分内容。这部分知识内容比较贴近生活，且酶制剂及酶的有关知识和必修1内容联系密切，一般都会以基本知识的直接考查或以实验等形式加以考查。

一、果胶酶的考查重在基本知识面

1.有关果胶酶的实验考查，更多集中在对这种酶相关知识的直接考查上。

【例1】（原创）下列关于酶的叙述正确的是 （ ）

A.果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA

B.果胶酶属于合成果胶的酶类

C.果胶糖酶不属于酶制剂

D.果胶酶能够降解植物细胞壁和细菌细胞壁

【解析】酶的化学本质是蛋白质或RNA，但是果胶酶的化学本质是蛋白质，故A错误。果胶酶都属于水解酶类，故B错误。目前常用的酶制剂有四大类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶和果胶酶，故C正确。纤维素酶和果胶酶能够降解植物细胞壁，细菌细胞壁的成分是肽聚糖，需用肽聚糖酶降解，故D错误。

【答案】C

2.果胶酶的实验考查也可以出现在具体实验中，主要以测定的数据和得出的曲线为背景进行考查。

【例2】（2015·上海闸北一模·改编）有人测定了A、B、C、D四种微生物体内的果胶酶的活性与温度的关系，结果如下图所示。根据图中的信息，你认为在25摄氏度下，竞争能力最强的生物和对温度适应范围最广的生物分别是 （ ）

A.B和D B.B和C

C.B和A D.A和C

【解析】酶在一定的温度范围内才有活性，温度过高酶会失活，而低温对酶活性有抑制作用；在一定温度下，最适宜该温度的酶活性最强，该生物生活的也最好，竞争力就强；酶有活性的范围最大，生物的生存温度范围就越广。

【答案】B

二、有关变量的分析和控制

影响酶活性的因素常提的是温度、pH和酶的抑制剂等。探究温度和pH对酶活性的影响及探究酶用量的两个实验都要注意实验的基本原则，即对照原则和等量原则。在分析变量时，可以结合生物教材内温度对酶活性影响的实验。实验变量是低温（冰水化合物），适温（60℃），高温（沸水）；酶的活性变化即反应变量；试管的洁净度，淀粉酶的稀释度，可溶性淀粉的浓度，碘液的量和浓度，温度处理时间，操作程序等是无关变量。实验中不论有几个实验变量，都应做到每个自变量对应一个因变量。此外还应严格操纵实验变量，严格控制无关变量，尽可能消除误差，获取较为精确的反应变量。在变量控制上，一般有操纵实验变量（施加干扰）、控制无关变量（随机分组、设置对照、条件相同且适宜、重复实验）、捕获反应变量（观察现象、测量数值）。

【例3】（2012·江苏卷·改编）在“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”实验中，下列叙述合理的是 （ ）

A.实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度

B.先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度

C.相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉

D.衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果

【解析】本题考查酶的作用及对照实验设计知识。检测两种洗衣粉洗涤效果的因变量可以是相同条件下污渍的残留程度，故A项正确。酶遇高温会变性或失活，再遇最适温度也不能恢复其原有活性，此种处理会人为降低加酶洗衣粉的洗涤效果，故B项错误。酶发挥作用与pH相关，在酶能发挥作用的pH范围内，加酶洗衣粉的洗涤效果要好于普通的洗衣粉；在pH过高或过低时，可能两种洗衣粉的洗涤效果是相同的，故C错。在探究实验进行时，除洗衣粉的种类不同之外，其余条件应完全相同。比如衣物质地和用量都应保证完全相同，因为这些因素也会影响实验的结果，故D错。

【答案】A

【例4】（2015·芜湖三校联考）为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。请回答下列问题。

水温（℃） 10 20 30 40 50 _组别_甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲 乙 丙 甲 乙 丙清除血渍时间（min）____________________________________________ 67 66 88 52 51 83 36 34 77 11 12 68 9 11 67清除油渍时间（min）______________________________________ 93 78 95 87 63 91 82 46 85 75 27 77 69 8 68

（1）提高洗衣粉去污能力的方法有________。甲组在洗衣粉中加入了_____。乙组在洗衣粉中加入了_____。

（2）甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有_________。

（3）如果甲、乙和丙3组均在水温为80℃时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由。________________________________________________。

【解析】本题考查解读表格的能力和运用所给信息处理实验问题的能力。（1）根据所给信息，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和适当提高温度。（2）加的酶的种类不同，洗涤效果有差异，说明酶的专一性的充分体现。（3）解读表格可以看出，没有差异，因为高温使酶失活。

【答案】（1）加酶和适当提高温度 蛋白酶 蛋白酶和脂肪酶 （2）专一性 （3）没有差异，因为高温使酶失活

类似的考查还可以出现在理解实验中温度梯度或pH梯度的变化等方面。比如，影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量，衣物的质料、大小及浸泡时间和洗涤的时间等。在这些因素中，水温是我们要研究的对象，而其他因素应在实验中保持不变。选择什么样的水温进行实验需要实验者根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5℃、15℃、25℃和35℃的水温，因为这4个水温是比较符合实际情况的，对现实也有指导意义。

三、酵母细胞固化的注意事项

酵母细胞固化的考查是近年高考的热点。在考查点上，重点是对概念的分辨和对固定化操作上的详细解读。

【例5】（2014·徐州模拟·改编）酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域，下列有关叙述错误的是 （ ）

A.90℃高温会使TaqDNA聚合酶失去催化活性

B.制备固定化酶的方法主要有包埋法、交联法和吸附法等

C.固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性

D.固定化细胞可以催化一系列酶促反应

【解析】酶制剂是指从生物中提取的具有酶特性的一类物质，主要作用是催化食品加工过程中各种化学反应，改进食品加工方法。固定化酶本身还是溶于水的，只是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中，使得酶在水中呈溶性凝胶或半透膜的微囊体从而导致流动性降低。酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。便于运输和贮存，有利于自动化生产，但是活性降低，使用范围减小，技术还有发展空间。固定化细胞是指固定在水不溶性载体上，在一定的空间范围进行生命活动（生长、发育、繁殖、遗传和新陈代谢等）的细胞。固定化细胞技术是用于获得细胞的酶和代谢产物的一种方法。由于固定化细胞能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢，所以又称固定化活细胞或固定化增殖细胞。

【答案】A

【例6】（2012·江苏卷·改编）下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是 （ ）

A.从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小

B.作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药

C.尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用

D.将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌

【解析】本题考查固定化酶和固定化细胞知识。固定酶的方式中，物理吸附法只是将酶吸附在一定的介质上，对酶的影响很小。化学结合法是通过酶和化学物质发生反应而起到固定作用的，A项正确。作为消化酶使用的蛋白酶制剂要在消化道中发挥作用，所以只能以口服的方式给药，B项正确。尿糖试纸中的酶虽可以反复利用，但试纸显色的无色化合物会因发生反应而影响到再次使用的效果，C项错。海藻酸钠凝胶珠做成后要用于催化化学反应的进行，为防止杂菌感染常用无菌水将杂菌和制作凝胶珠过程用的CaCl2溶液一并冲洗掉，D项正确。

【答案】C

对于酵母细胞固化我们需要总结好操作上的注意事项：①配制海藻酸钠溶液 小火、间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊；②海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡；③制备固定化酵母细胞 高度适宜，并匀速滴入；④刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便Ca2+与Na+充分交换，形成的凝胶珠稳定。检验凝胶珠是否形成，可用下列方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠，还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的；⑤凝胶珠的颜色和形状 如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。搅拌的时间、次数和力量应基本相同。

（作者单位：安徽省芜湖市第十二中学）