高中生物 3.2 酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用課件 新人教版選修2.ppt

第3章生物科學(xué)與工業(yè) 第2節(jié)酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 基礎(chǔ)自主梳理 核心要點(diǎn)突破 課標(biāo)領(lǐng)航 知能過(guò)關(guān)演練 第2節(jié) 課標(biāo)領(lǐng)航 1 了解酶家族的概況 2 掌握酶制劑的生產(chǎn)方法及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 情景導(dǎo)引酶是一種生物催化劑 加酶洗衣粉的使用 不僅洗滌效果非常明顯 還減少了環(huán)境污染 但要控制適宜的溫度和ph等條件 如果工業(yè)上大規(guī)模使用酶 應(yīng)對(duì)酶如何進(jìn)行處理 并控制相關(guān)條件呢 基礎(chǔ)自主梳理 一 酶的家族與酶制劑的生產(chǎn)1 酶的種類 1 根據(jù)存在部位分 胞內(nèi)酶和 酶 2 根據(jù)酶催化的反應(yīng)和所起的作用分 氧化還原酶 裂解酶 連接酶 轉(zhuǎn)移酶和異構(gòu)酶六大類 胞外 水解酶 2 酶的特點(diǎn)比無(wú)機(jī)催化劑 反應(yīng)條件溫和 3 酶的生產(chǎn) 1 微生物發(fā)酵生產(chǎn) 大量 都是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn) 2 基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn) 一些 是通過(guò)基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn) 催化效率高 應(yīng)用的酶 重要的酶 4 固定化酶技術(shù) 1 方法 采用多種辦法將酶固定在一定的 上 制備成 的固體顆粒 稱為固定化酶 2 固定化酶的優(yōu)點(diǎn) 避免了 產(chǎn)物 又可以 使用 從而有助于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)化和自動(dòng)化 載體 不溶于水 污染 反復(fù) 二 酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1 酶比無(wú)機(jī)催化劑具有的優(yōu)越性 1 反應(yīng)能在 常壓和 條件下進(jìn)行 可以節(jié)省大量的能源和設(shè)備投資 2 生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)造成嚴(yán)重的污染 符合環(huán)境保護(hù)的要求 3 生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單 效率高 產(chǎn)品質(zhì)量好 生產(chǎn)成本低 常溫 中性ph 2 應(yīng)用 1 食品工業(yè) 改進(jìn)工藝 簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程 改善產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味 延長(zhǎng)儲(chǔ)存期 提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量等方面 2 酶在輕工業(yè)和化工業(yè)方面有著廣泛的應(yīng)用 3 酶在醫(yī)藥工業(yè)方面 利用酶的催化反應(yīng)生產(chǎn)藥物 核心要點(diǎn)突破 1 酶的概念酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的蛋白質(zhì) 極少數(shù)為rna 一般情況下指蛋白質(zhì)類酶 目前已發(fā)現(xiàn)2000多種 分子量在數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)之間 生物體內(nèi)的含量一般極少 一般利用微生物發(fā)酵生產(chǎn) 3 酶催化反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn) 1 酶催化的反應(yīng)類型十分廣泛 2 酶催化的反應(yīng)具有極高的選擇性 包括對(duì)底物的種類 底物中的區(qū)域 位點(diǎn)和立體的選擇性 因此 一種酶只能夠催化一種底物或一類底物的一種反應(yīng) 酶反應(yīng)可以在一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行特定的反應(yīng) 而且?guī)缀鯖](méi)有副反應(yīng) 反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率高 這在臨床檢驗(yàn) 化學(xué)分析和特定產(chǎn)品的生產(chǎn)上要比化學(xué)方法具有更大的優(yōu)勢(shì) 3 酶催化的反應(yīng)速度高 酶催化的反應(yīng)速度大約比化學(xué)催化劑催化的反應(yīng)速度高1010倍 因此 酶催化的反應(yīng)時(shí)間短 設(shè)備利用率高 生產(chǎn)效率高 4 酶催化的反應(yīng)條件溫和 一般是在常溫 常壓 近乎中性ph條件下反應(yīng) 因此 能耗低 設(shè)備要求低 使用時(shí)間長(zhǎng) 反應(yīng)成本和操作成本低 即使近期開(kāi)發(fā)出來(lái)的極端酶類 如高溫酶和嗜酸堿酶等 催化反應(yīng)的條件也遠(yuǎn)比化學(xué)催化劑催化的反應(yīng)條件低得多 最高溫度在100 左右 最適ph為2 11 不必在強(qiáng)酸 強(qiáng)堿條件下進(jìn)行 4 酶的固定化方法酶的固定化方法不下百種 歸納起來(lái)大致可以分為三類 即載體結(jié)合法 交聯(lián)法和包埋法 1 載體結(jié)合法是指將酶固定到非水溶性載體上的方法 根據(jù)固定方式的不同 這種方法又可以分為物理吸附法 離子結(jié)合法和共價(jià)結(jié)合法 物理吸附法是指將酶吸附到固體吸附劑表面的方法 固體吸附劑多為活性炭 多孔玻璃等 離子結(jié)合法是指通過(guò)離子鍵將酶結(jié)合到具有離子交換基因的非水溶性載體上的方法 載體有離子交換樹(shù)脂等 共價(jià)結(jié)合法是指酶和載體以共價(jià)鍵的形式結(jié)合在一起的方法 這種方法需要酶和載體都具有氨基 羧基或羥基等官能團(tuán) 2 交聯(lián)法是指通過(guò)雙功能試劑 將酶和酶聯(lián)結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方法 交聯(lián)法使用的交聯(lián)劑是戊二醛等水溶性化合物 3 包埋法是指將酶包裹在多孔的載體中 如將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中 或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中 前者包埋成格子型 后者包埋成微膠囊型 特別提醒 固定化酶的制備方法 經(jīng)固定的酶不僅仍具有催化性質(zhì) 而且穩(wěn)定性提高 還可以像一般化學(xué)催化劑一樣回收 反復(fù)利用 這樣一來(lái)在生產(chǎn)工藝上可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化 2011年高考江蘇卷 下列有關(guān)酶的制備和應(yīng)用的敘述 正確的是 a 酶解法和吸水漲破法常用于制備微生物的胞內(nèi)酶b 透析 電泳和酸解等方法常用于酶的分離與純化c 棉織物不能使用添加纖維素酶的洗衣粉進(jìn)行洗滌d 多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的核心層 嘗試解答 a 解析 酶解法可利用酶的專一性去除微生物的細(xì)胞壁 再通過(guò)吸水漲破法使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)釋放出來(lái) 然后提取其中的胞內(nèi)酶 a項(xiàng)正確 透析和電泳可用于酶的分離和純化 但酸解會(huì)導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)的破壞 b項(xiàng)錯(cuò)誤 棉織物的主要成分是纖維素 用添加了纖維素酶的洗衣粉進(jìn)行洗滌會(huì)使棉織物蓬松 有利于污物的洗滌 纖維素酶還能去除掉棉織物表面的浮毛 平整棉織物表面 使洗滌后的棉織物柔軟 蓬松 花紋清晰 色澤更加鮮艷 穿著更加舒適 c項(xiàng)錯(cuò)誤 多酶片中的胃蛋白酶應(yīng)位于片劑核心層的外層 而片劑的核心層是在小腸中發(fā)揮作用的胰蛋白酶等消化酶 d項(xiàng)錯(cuò)誤 跟蹤訓(xùn)練在實(shí)際生活中人們采取多種辦法將酶固定在一定的載體上 制備成不溶于水的固體顆粒 稱為固定化酶 你認(rèn)為固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是 a 有利于提高酶的活性b 有利于產(chǎn)物的純化c 有利于提高反應(yīng)速率d 有利于酶發(fā)揮作用 解析 選b 制作固定化酶的目的是降低生產(chǎn)成本 一是能夠順利從發(fā)酵產(chǎn)物中把酶分離出來(lái) 二是能夠使酶反復(fù)使用 酶的固定化對(duì)酶的活性 酶作用的發(fā)揮 反應(yīng)速率的提高并沒(méi)有多少作用 酶的活性 酶作用的發(fā)揮與環(huán)境條件密切相關(guān) 如溫度 ph等 反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度 溫度 ph等條件都有關(guān)系 在反應(yīng)物濃度升高時(shí) 反應(yīng)速率將提高 溫度 ph適宜時(shí) 反應(yīng)速率最快 1 葡萄糖的生產(chǎn) 1 傳統(tǒng)生產(chǎn)方法名稱 酸水解淀粉的方法 缺點(diǎn) 反應(yīng)溫度高 酸性強(qiáng) 設(shè)備很容易被腐蝕 水解后獲取的產(chǎn)物顏色深 提取葡萄糖的難度大 2 現(xiàn)代生產(chǎn)方法名稱 采用酶制劑的方法生產(chǎn) 生產(chǎn)過(guò)程 30 的淀粉漿 耐高溫的 淀粉酶優(yōu)點(diǎn) 由這種方法生產(chǎn)的葡萄糖很容易分離純化 而且產(chǎn)量高 質(zhì)量好 2 果汁的生產(chǎn) 1 傳統(tǒng)制作果汁存在的問(wèn)題水果出汁率低 耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng) 榨取的果汁混濁 黏度高 不溶性雜質(zhì)含量多 放置一段時(shí)間后 很容易發(fā)生沉淀 由于以上原因 傳統(tǒng)制作果汁不利于我國(guó)水果生產(chǎn)發(fā)展 2 果膠酶 纖維素酶在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用果膠酶并不特指某一種酶 而是分解果膠的一類酶的總稱 包括多聚半乳糖醛酸酶 果膠分解酶和果膠酯酶等 纖維素酶可以與果膠酶協(xié)作 共同瓦解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁及細(xì)胞間的胞間層 某酒廠所生產(chǎn)的啤酒 果子酒 放置久了易產(chǎn)生沉淀 使酒渾濁 造成產(chǎn)品積壓滯銷 經(jīng)化驗(yàn) 得知沉淀物是蛋白質(zhì) 為解決這一問(wèn)題 提出了兩種方案 甲 在酒中加入少量蛋白酶 乙 在酒中加入少量氨基酸氧化酶 請(qǐng)?jiān)u價(jià)這兩種方案 1 方案合理 原因是 2 方案不合理 原因是 嘗試解答 1 甲蛋白酶能水解蛋白質(zhì) 既能消除沉淀 又能保存營(yíng)養(yǎng)成分 2 乙氨基酸氧化酶不能水解蛋白質(zhì) 不能消除沉淀 還會(huì)分解營(yíng)養(yǎng)成分氨基酸 解析 這是一道聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的問(wèn)題