1、专题4 酶的研究与应用,课题1 果胶酶在果汁 生产中的作用,学 科网,一、关于酶本质的探索,20世纪，其他科学家在实验中提取并证明绝大多数酶是蛋白质，少数RNA也具有催化功能,知识回顾：,发酵与活细胞有关，发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质起作用,引起发酵的是细胞中的某些物质，但这些物质只有在细胞死亡裂解后起作用,酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起作用，就像在活酵母细胞中一样。,酶是蛋白质,二、酶的本质,三、酶在细胞代谢中的作用及特性,实验：比较过氧化氢在不同条件下的分解，如下表,结论1：酶在细胞代谢中具有催化作用，且酶具有高效性。,学.科.网,事实上，酶的催化效率一般是无机催化
2、剂的 倍。,107 1013,酶的高效性保证了细胞内化学反应的顺利进行。,酶具有高效性的意义：,你能用其他更简捷的方法来验证酶的高效性吗？,稀释100倍,资料1,无机催化剂酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪、淀粉水解。蛋白酶只能催化蛋白质水解，但不能催化脂肪、淀粉等的水解。口腔里有唾液淀粉酶，可塞进牙缝里的肉丝两天后还没被消化。由上述资料大胆的提出问题，作出你的假设。,提出问题：探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用,作出假设： 唾液淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化蔗糖的水解,专一性,实验材料及器具： 稀释的淀粉酶、3%的可溶性淀粉溶液、3%的蔗糖溶液、斐林试剂试管，烧杯，量筒，滴管，温度计，
3、试管夹，三脚架，石棉网，酒精灯，火柴, 热水,分别加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入37左右的热水中，反应5min,2号试管中加入2mL 蔗糖溶液,加入斐林试剂,振荡,约60水浴2min,1号试管中加入2mL 淀粉溶液,蓝色,无变化,砖红色沉淀,淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。,设计实验,每一种酶只能催化 化学反应。,细胞代谢能够有条不紊，互不干扰地进行，与 酶的 是分不开的。,得出结论2：酶具有专一 性,一种或一类,4000,专一性,目前发现的酶有 多种,它们分别催化不同 的化学反应。,分别加入淀粉酶2滴，振荡，试管下半部浸入37左右的热水中，反应5min,2号试管中加入2mL
4、蔗糖溶液,加入斐林试剂,振荡,约60水浴2min,1号试管中加入2mL 淀粉溶液,从上面进行的实验我们看出进行实验需要比较温和的条件，比如淀粉酶在37左右最好。能不能设计一个实验，来证明温度会影响酶的催化效率（活性）？,问题聚焦,1、选择淀粉还是H2O2作为实验材料？,三组，高温，低温和常温！,2、我要设计几组实验？选择几个温度？,淀粉酶。因为 H2O2受温度影响也会分解,3、观察指标怎么确定，选择什么样的鉴定试剂？,碘液，看是否变蓝,探究温度对酶催化作用的影响,设计实验探究温度对酶催化作用的影响，并尝试对实验结果及实验中出现的问题作出分析,变蓝,不变蓝,变蓝,温度过高过低影响酶的活性，淀粉没
5、被分解,特别提醒：,温度过高的条件使酶失去活性后，酶的活性不再恢复；温度过低只是抑制酶的活性，温度适宜时酶的活性恢复。,zxxk,问题思考,1为什么在混合淀粉和淀粉酶之前，要将淀粉和淀粉酶分装在不同的试管中恒温处理？,将淀粉和淀粉酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了淀粉和淀粉酶混合时影响混合物的温度，从而影响淀粉酶活性的问题。,在合适的条件下将肉块和蛋白酶放到一起,疑问：60时，为什么肉块长时间不能被分解？,思考：如何找到酶活性最高时的温度？,酶的活性（催化效率）与温度的关系图,在一定温度范围内，酶的催化效率随温度的上升而加快。酶的活性最强（催化效率最高
6、）时的温度称为最适温度。超过最适温度，酶的催化效率随温度的上升减慢。低温和高温都能抑制酶的活性，高温使酶失活，但低温不会破坏酶的分子结构，酶的活性在适宜的温度下可以恢复。,思考：,探究：pH对酶催化作用的影响,1、选择淀粉还是H2O2作为实验材料？,H2O2。因为淀粉在酸性条件下会分解,2、选择什么做观察指标？,气泡或带火星的木条,探究：pH对酶催化作用的影响,设计实验探究pH对酶催化作用的影响，并尝试对实验结果及实验中出现的问题作出分析。,有气泡产生,无气泡产生,无气泡产生,过酸过碱的条件都会使酶失去活性,过酸过碱的条件使酶失去活性后，酶的活性不再恢复。,特别提醒：,酶的活性与PH的关系图,
7、每种酶都有自己的最适PH值，高于或低于最适PH值 酶的活性都会降低，过高或过低的PH值都会使酶失 去活性，且不可恢复。,结论3.酶的作用条件较温和,问题探讨2：酶的作用条件,酶的作用需要适宜的温度和适宜的pH,四、酶的作用机理,机理：降低化学反应中的活化能,果胶酶在果汁生产中的应用,课题1,课题背景：,1、果胶是哪些细胞结构的主要组成成分？,课题5果胶酶在果汁生产中的应用,4、果胶酶催化的底物是什么？产物是什么？,8、实验中还有哪些操作提示？,5、除了温度和pH以外，还有哪种因素会影响酶活性？,6、怎样设置不同温度和pH？通过哪些指标反映果胶酶的活性？,3、果胶酶包括哪些酶？,2、果胶酶为什么
8、可以提高出汁率和澄清度？,7、怎样设计探究酶用量的实验？,制作果汁要解决两个主要问题:,1 果肉的出汁率低，耗时长,2 榨取的果汁浑浊，黏度高，容易出现沉淀。,1、细胞壁的结构及作用：,作用是什么？特点？结构组成？,保护植物细胞；支撑植物细胞,弹性小；全透性,纤维素、果胶,一、基础知识,植物细胞壁、胞间层的主要组成成分半乳糖醛酸聚合而成的高分子化合物，不溶于水果胶本身不溶于水，果汁浑浊；果胶与水有强大结合力，果胶堵塞滤膜，果汁滤液量较少。,植物细胞模式图,2.果胶,一、基础知识,分解果胶的一类酶的总称，瓦解植物细胞的细胞壁、胞间层，将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。,3.果胶酶,果胶酶包括多聚半
9、乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。 来源：植物，酵母菌，细菌，霉菌,想一想，为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？,果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反应了果胶酶的催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大。,3.果胶酶,在使用果胶酶制作果汁时，哪些因素会影响果肉出汁率？,果胶酶的活性、果胶酶的用量,（二）酶的活性与影响酶活性的因素,指酶催化一定化学反应的能力。,1.酶的活性,单位时间内、单位体积中，反应物的减少量或产物的增加量。,2.酶活性的高低,一定条件下，酶催化的某一化学反应的反应速度
10、来表示。,3.果胶酶的活性如何表示：,果汁体积，澄清度,4.影响酶活性的因素,（1）温度对酶活性的影响,酶活性受pH值影响的示意图,在最适温度、最适pH条件下，酶的活性最高。 温度、pH的偏高或偏低，酶的活性会明显降低。,（2）pH 对酶活性的影响,（3）酶的抑制剂：Fe3、Ca2、Zn2等金属离子对果胶酶有抑制作用。,（一）探究温度对果胶酶活性的影响,二、实验设计,（二）探究pH对果胶酶活性的影响,（三）探究果胶酶用量对果汁产量的影响,问题思考,当探究温度对果胶酶活性的影响时，哪个因素是变量，哪些因素应该保持不变？,温度是变量，应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其
11、他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。,1、探究温度对果胶酶活性的影响,(1)实验原理果胶酶处于最适温度时，活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。(2)实验变量自变量是温度，因变量是果汁的澄清度和出汁率。(3)实验流程,1、探究温度对果胶酶活性的影响,可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的 避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度， 避免影响实验结果。,2探究pH对果胶酶活性的影响(1)实验原理果胶酶的活性受pH的影响，处于最适pH时，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。(2)实验变量自变量是pH，因变量是果汁的澄
12、清度和出汁率。(3)实验流程,2.探究pH对果胶酶活性的影响,根据实验数据绘制出的温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图；,结论,温度,3探究果胶酶的用量(1)实验原理随着酶浓度的增加，过滤到的果汁体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。(2)实验变量自变量：果胶酶用量。因变量：果汁澄清度和出汁率。,（3）实验流程：,结论：不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）；,0,注意：探究果胶酶的最适用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。实验时可以配制
13、不同浓度的果胶酶溶液，此时，研究的变量是果胶酶的用量，其他因素都应保持不变，否则将影响实验结果的准确性。,在实际的操作过程中，还需要注意下列事项：,1与其他工业用酶基本相同，果胶酶的适宜温度范围也比较宽泛，因此，可以选用10 作为温度梯度，设置的具体温度为10 、20 、30 、40 、50 和60 等，也可以尝试以5 作为温度梯度。2苹果、橙子和葡萄等水果都可以作为反应物，水果不用去皮。如用苹果为原材料，一般可按每个中等大小的苹果加水100200 mL的比例进行搅拌，获得稀的苹果泥。,3果泥的用量可以采用5 mL左右，果胶酶的用量可采用质量浓度为2%的果胶酶溶液2 mL。4水浴时间可以为20
14、30 min。5过滤果汁时，漏斗中应放置滤纸。6探究pH对果胶酶活性的影响，只须将温度梯度改成pH梯度，并选定一个适宜的温度进行水浴加热。反应液中的pH可以通过体积分数为0.1%的氢氧化钠或盐酸溶液进行调节。,问题思考,1为什么在混合苹果泥和果胶酶之前，要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理？,将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性的问题。,2在探究温度或pH的影响时，是否需要设置对照？如果需要，又应该如何设置？为什么？,需要设置对照实验，不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为
15、对照，这种对照称为相互对照。,3A同学将哪个因素作为变量，控制哪些因素不变？为什么要作这样的处理？B同学呢？,A同学将温度或pH作为变量，控制不变的量有苹果泥的用量、果胶酶的用量、反应的时间和过滤的时间等。只有在实验中保证一个自变量，实验结果才能说明问题。B同学对于变量的处理应该与A同学相同，只是观察因变量的角度不同。,()探究果胶酶的用量,探究果胶酶的用量是建立在探究最适温度和pH对果胶酶活性影响的基础之上的。此时，研究的变量是 ，其他因素都应 。,果胶酶的用量,保持不变,方案：可以配制不同浓度的果胶酶溶液，也可以只配制一种浓度的果胶酶溶液，然后使用不同的体积即可。需要注意的是，反应液的pH必须相同，否则将影响实验结果的准确性。,五、结果分析与评价,根据实验数据绘制出的温度和pH对果胶酶活性影响的曲线图；不同果胶酶用量对出汁量影响的曲线图（在浓度和体积相同的条件下）；果胶酶最适温度、pH以及果胶酶的最适用量。,六、本课题知识小结,
