专题42 酶的研究与应用-3年高考2年模拟1年原创备战2017高考精品系列之生物（解析版）word版含解析[高考必备]

考纲内容考纲解读酶的研究与应用（Ⅰ）了解生物技术在酶方面的应用命题预测纵观近三年高考题，本专题主要考查果胶酶的活性测定、加酶洗衣粉的洗涤效果、酵母细胞的固定化等，预测2017年高考仍将主要以非选择题形式考查以上知识点。知识网络知识讲解一、酶的研究与应用1．果胶酶在果汁生产中的应用（1）果胶酶：由多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶及果胶酯酶等组成，作用主要是瓦解植物的细胞壁及胞间层，使果汁变得澄清，增加出汁率。（2）酶的活性：指酶催化一定化学反应的能力，可用酶催化的化学反应的反应速率表示。（3）影响酶活性的因素：温度、pH和酶的抑制剂等。2．探究温度和pH对酶活性的影响（1）实验原理①果胶酶活性受温度和pH的影响，处于最适温度和最适pH时，酶活性最高。②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈正相关。（2）实验结果 ①果汁体积越多，说明果胶酶的活性越高。②果汁越澄清，说明果胶酶活性越高。3．探究果胶酶的用量（1）实验原理①在一定条件下，随着酶的用量增加，果汁的体积增加。②当酶的用量达到一定值后，再增加酶的用量，果汁的体积不变。（2）实验结果：果汁体积不变的最低酶用量就是酶的最适用量。4．探讨加酶洗衣粉的洗涤效果（1）加酶洗衣粉指含有酶制剂的洗衣粉。（2）影响加酶洗衣粉中酶活性的因素：温度、pH、表面活性剂等。（3）不同类型的加酶洗衣粉的洗涤效果①实验原理：酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。②控制变量a.自变量：加酶洗衣粉的种类。b.无关变量：水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的材质和大小、洗涤方式和时间等。c.设置变量时要考虑生活中的具体情况。5．制备和应用固定化酶（1）固定化酶的应用实例①化学反应：葡萄糖＋葡萄糖异构酶→果糖。②固定化酶反应柱：将酶固定在颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装入反应柱内，反应柱底端装有分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应溶液却能自由出入。③意义：酶既易于催化化学反应，又易于回收，可以重复利用。（2）固定化细胞技术①概念：固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。②常用方法：物理吸附法、化学结合法和包埋法。③实验流程：酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞→冲洗→发酵。考点透析考点1　酶的研究与应用 【典型例题】下列有关用海藻酸铺作为载体固定酵母细胞实验的叙述，正确的是（多选）（　　）A．溶化海藻酸钠应采用酒精灯小火或间断加热B．海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋的细胞过少C．在酵母细胞的活化或配制CaCl2溶液时，可使用自来水D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用不只是作为反应底物【答案】ABD【名师点睛】固定化实验中的易错总结（1）海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响①海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠。②浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。（2）海藻酸钠溶液配制注意事项①海藻酸钠溶化时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。②将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母细胞混合，避免高温杀死酵母细胞。③固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。【变式训练】关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误的是（　　）A．固定化酶生物活性强，可长久使用B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量【解析】固定化酶与普通酶制剂相比，在活性上没有多大差别，固定化酶的成分也是蛋白质，蛋白质经过一定的时间后会变性失活，所以固定化酶一般能使用半年,不可能长久使用，A错误；一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高，B正确；一般酶制剂参加反应后不能重复利用，C正确；固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量，D正确。【答案】A 1．（2016年江苏卷，21）（多选）为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果，在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段（工艺流程见下图）。下列叙述中错误的是（　　）牛仔布仿旧的部分布中深蓝色纱线布中白色纱线蓝色变淡分离的染料纤维素酶浅蓝色背景穿旧效果适当水解再染色A．纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似.Com]B．在上述工艺中，为重复使用纤维素酶，可选用适当的包埋剂固定化酶C．在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅D．纤维素酶催化葡萄糖残基间磷酸二酯键的水解分解纤维素【解析】在仿旧和去污中，纤维素均作用于衣物，二者作用相似，A正确；由于纤维素酶较小，不能用包埋法固定化酶，B错误；改变温度、酸碱度和处理时间会影响酶作用的结果，控制仿旧颜色的深浅，C正确；纤维素酶催化葡萄糖残基之间的糖苷键水解分解纤维素，D错误。【答案】BD2．（2015年江苏卷，11）下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是（　　）A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合【答案】B3．（2015年江苏卷，20）下图为制备人工种子部分流程示意图，下列叙述正确的是（）A．胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织B．该过程以海藻酸钠作为营养成分，以CaCl2溶液作为凝固剂 C．可在海藻酸钠溶液中添加蔗糖，为胚状体提供碳源D．包埋胚状体的凝胶珠能够隔绝空气，有利于人工种子的储藏【解析】胚状体是外植体经脱分化和再分化形成的结构，A错误；该过程中海藻酸钠是包埋剂，CaCl2溶液是凝固剂，B错误；在海藻酸钠溶液中添加蔗糖，为胚状体提供碳源和能源，C正确；包埋胚状体的凝胶珠可与空气相通，D错误。【答案】C4．（2014年江苏卷，18）下列关于加酶洗衣粉的叙述，正确的是（　　）A．高温易使酶失活，因此冷水洗涤去污效果应该比温水好B．洗衣粉中表面活性剂对碱性蛋白酶活性有一定的促进作用C．在pH低于7．0的自来水中，碱性蛋白酶依然能起作用D．洗衣粉中酶主要是通过快速分解溶在水里的污渍发挥作用【答案】C5．（2016年海南卷，30）回答下列问题：（1）蛋白酶甲、乙、丙三者的活性随pH的变化如图所示。通常，用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，不应该使用开水，原因是_________________。若要去除衣服上的血渍，应选择含有____________（填“蛋白酶甲”、“蛋白酶乙”或“蛋白酶丙”）的碱性洗衣粉，理由是___________________。（2）某同学为了洗去衣服上的油渍，洗衣时在市售的蛋白酶洗衣液中添加脂肪酶，该同学的做法___________（填“合理”或“不合理”），理由是_________________________。（3）已知溶液的pH可以影响酶的活性，请推测pH影响某种蛋白酶活性的原因可能是其影响了酶和底物分子中_____________（填“羧基和氨基”、“氨基和甲基”、“羧基和甲基”或“甲基和甲基”）等基团的解离状态。【解析】（1）用清水洗涤衣服上的新鲜血迹时，如果使用开水，会使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗。使用碱性洗衣粉去除衣服上的血渍，碱性条件下只有蛋白酶丙有活性，应选择含有 蛋白酶丙的碱性洗衣粉。（2）脂肪酶的化学成分为蛋白质，会被蛋白酶水解。（3）蛋白酶和和其作用的蛋白质类污渍的氨基和羧基均会发生解离，pH会影响其解离状态。【答案】（1）开水使血中的蛋白质变性而沉淀，难以清洗　　蛋白酶丙　碱性条件下只有蛋白酶丙有活性（2）不合理　　蛋白酶会降解脂肪酶（3）羧基和氨基6．（2016年江苏卷，29）为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2+污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下。请回答下列问题：（1）实验中的海藻酸钠作用是＿＿＿＿＿＿，CaCl2的作用是＿＿＿＿＿＿。（2）为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用＿＿＿洗涤。图1中1．0%海藻酸钠组培养24h后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是______________________。（3）为探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用，应选用浓度为＿＿＿海藻酸钠制备凝胶球。（4）图2中空白凝胶球组Zn2+浓度下降的原因是＿＿＿＿＿＿＿。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24~48h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；72~96h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有＿＿＿＿＿＿。 【答案】（1）包埋绿球藻（包埋剂）与海藻酸钠反应形成凝胶球（凝固剂）（2）培养液（生理盐水）海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）（3）2．0%（4）凝胶球吸附Zn2+绿球藻生长（增殖）速度快绿球藻生长（增殖）速度减慢，溶液中Zn2+浓度较低1．（2015－2016学年四川资阳市高三上期末质量检测生物试卷）下列有关纤维素酶的叙述，正确的是（　　）A．纤维素酶的化学本质是氨基酸B．纤维素酶包括C1酶、C2酶和葡萄糖苷酶等C．纤维素酶能与刚果红结合成红色复合物D．纤维素酶将纤维素最终分解成葡萄糖【答案】D2．（2015－2016学年四川成都七中新高三零诊模拟生物试卷）下列关于果胶酶在果汁生产实验中作用的操作，错误的是（　　）A．用橙子做本课题实验，应去掉橙皮B．用体积分数为0.1%的NaOH溶液和盐酸进行pH调节C．为了使果胶酶能够充分地催化反应，应用玻璃棒不时地搅拌反应混合物D．制作苹果泥时，可先将苹果切成小块放入榨汁机中【解析】在用橙子制作果汁时，不必去除橙皮，这样可以增加果汁的口味和颜色；调节pH用体积分数为0.1%的NaOH或HCl溶液；玻璃棒搅拌可使混合物均匀；制作苹果泥时，为方便榨汁，可先将苹果切成小块，再放入榨汁机中。【答案】A3．（2015－2016学年河北定州中学高三上期末考试生物试卷）下图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菌混合制备混合液B．图1中X溶液为CaCl2，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菌充分接触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【解析】溶化的海藻酸钠应冷却至室温后与活化的酵母菌混合，A错误；海藻酸钠与酵母菌混合液应滴入CaCl2溶液中，以制备凝胶珠，B正确；凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次后，再转移到发酵装置中；搅拌可使酵母菌与培养液充分接触，有利于发酵的顺利进行，C、D正确。【答案】A4．（2015－2016学年辽宁省实验中学分校高三上期中考试生物卷）某兴趣小组准备开展“不同种类的加酶洗衣粉对同一污物的洗涤效果”的探究活动。对下列说法，你认为不正确的是（　　）A．该实验的原理是酶的专一性B．自变量是不同种类的加酶洗衣粉C．水质、水量、pH均可看作无关变量D．洗涤过程中只要水温保持相同即可【答案】D5．（2016届宁夏平罗中学高三上学期第二次月考生物试卷）下列关于酶的叙述，正确的是（　　）A．人的血液pH微偏碱，故人体的各种酶在微碱性时活性最大B．从细菌细胞中获取目的基因时必须有纤维素酶或果胶酶进行处理C．用一种限制酶处理某DNA分子可能会有多个DNA片断产生D．酶催化最适宜的温度是37℃ 【解析】不同的酶所适宜的pH值不同，A错误。从细菌细胞中获取目的基因时必须有限制酶对DNA进行处理，B错误。DNA分子可能会有多个限制酶识别位点，C正确。不同的酶所适宜的温度不一样，D错误。【答案】C6．（2017届江西赣州市厚德外国语学校高三上第一次月考生物试卷）果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要成分之一。果胶酶能够分解果胶，瓦解植物的细胞壁和胞间层。在果汁生产中应用果胶酶可以提高出汁率和澄清度。请你帮助完成以下有关果胶酶和果汁生产的实验课题。实验用具和材料：磨浆机、烧杯、试管、量筒、刀片、玻璃棒、漏斗、纱布等；苹果、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水等。实验方法及步骤：①将苹果洗净去皮，用磨浆机制成苹果泥，加入适量蒸馏水备用。②取7个洁净烧杯和7支试管并分别编号。③烧杯中注入等量的苹果泥，试管中注入等量的2%的果胶酶溶液，之后进行下面两种操作：方法一：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥相混合，再把混合液的pH分别调至4、5、6、…10。方法二：将试管中的果胶酶溶液和烧杯中的苹果泥的pH分别调至4、5、6、…10，再把pH相等的果胶酶溶液和苹果泥相混合。（1）请问上述哪一种方法更科学？________，理由是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（2）该实验步骤中也有玻璃棒搅拌的操作，其目的是使_____________，以减少实验误差。（3）如果用曲线图的方式记录实验结果，在现有的条件下，以横坐标表示pH，纵坐标表示________（填“果汁体积”或“试管体积”），实验操作和记录是比较切实可行的。根据你对酶特性的了解，在下图中选择一个最可能是实验结果的曲线图________。【解析】（1）分析两种方法可知方法二比较科学，因为其操作能确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH。（2）玻璃棒搅拌的操作目的是酶和反应物（果胶）充分地接触。（3）如果用曲线图的方式记录实验结果，以横坐标表示pH，纵坐标表示果汁体积，果胶酶发挥最最大作用有适的pH，故应为甲图。 【答案】（1）方法二方法二的操作能够确保酶的反应环境从一开始便达到实验预设的pH（2）酶和反应物充分地接触（3）果汁体积甲【答案】A1．某学生进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的课题研究。他的实验设计如下：①设置2组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉②2组实验的洗衣粉用量、被洗涤的衣物量、衣物质地、污染物性质和量、被污染的时间、洗涤时间、洗涤方式等全部设置相同③根据污渍去除程度得出结果对这个实验的评价，正确的是（　　）A．未设置对照实验B．无关变量设置太多C．无关变量无法控制D．因变量不能描述【解析】设置2组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉，没有空白对照，A正确；无关变量不是设置的，B错误；无关变量应该保持相同且适宜，是可以人为控制的，C错误；因变量为污渍根据消失程度能描述，D错误。【答案】A2．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．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B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药C．从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌【答案】A3．如下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线不能说明的是（　　） A．在B点之前，果胶酶的活性和温度呈正相关；之后，呈负相关B．当温度达到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强C．A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升D．C点时，果胶酶的活性很低，当温度降低时，酶的活性可以恢复上升【解析】从图中可以看出，在B点之前，随着温度的上升，果胶酶的活性逐渐升高，达到B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强，A、B正确；A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但A点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的升高，果胶酶活性会升高。而C点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶变性失活，所以在C点条件下降低温度，酶的活性不会恢复上升，故C正确，D错误。【答案】D4．下列说法不正确的是（　　）A．在探究温度、pH和果胶酶用量的实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的B．植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶C．通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法来判断果胶酶活性的高低D．人们可以使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁面临的出汁率低、浑浊等问题【解析】探究温度、pH和果胶酶用量，均需通过设置梯度来确定最适值，A正确；植物细胞壁的成分为纤维素和果胶，霉菌、酵母菌和细菌均可以植物组织作为营养源，所以均含有果胶酶，B正确；通过测定滤出的苹果汁的体积大小可以判断果胶酶活性的高低，C错误，D正确。【答案】C5．探究温度对果胶酶活性影响的实验中，得到如下实验结果。据此分析不正确的是（　　）A．实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合B．为了实验结果的科学性，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同C．应在50-55℃之间设置更细温度梯度进行实验探究果胶酶的最适温度D．该实验结果表明高温能使果胶酶失活，但高温也可能促进果胶分解 【解析】实验过程中应先将苹果泥和果胶酶分别调节到对应温度后再混合，A正确；为了实验结果的科学性和控制单一变量，各组混合处理时间和过滤果汁时间均应相同，B正确；实验中的温度梯度跨度较大，要想确定最适温度，需要设置更细温度梯度进行实验，分析数据，应该在45～55℃之间设置更细温度梯度进行实验探究果胶酶的最适温度，C错误；高温可以使酶失活，由表格数据可以看出，高温也可能促进果胶分解，D正确。【答案】C6．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述错误的是（　　）A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合【答案】B7．下列关于加酶洗衣粉的说法中，正确的是（　　）①加酶洗衣粉的效果总比普通洗衣粉的效果好②加酶洗衣粉效果的好坏受很多因素影响③加酶洗衣粉中目前常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶④加酶洗衣粉相对普通洗衣粉来讲有利于保护环境A．②③④B．①②③C．①②D．①③④【答案】A8．某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比 较。请回答下列问题：产酒酒精度的比较　　　　　　　（1）制作凝胶珠的实验步骤是：酵母细胞的活化→_________→配制海藻酸钠溶液→________→固定化酵母细胞。（2）影响实验成败的关键步骤是_____________。（3）图中钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸盐起______的作用。（4）该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。①实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是＿＿＿＿＿＿，要求条件相同是为了确保________。②由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要________。【解析】（1）制作固定化酵母细胞的实验步骤：酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液海藻酸钠溶液→配制海藻酸钠溶液→与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。（2）影响实验成败的关键步骤是配制海藻酸钠溶液。（3）实验中钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸钠起包埋酵母细胞（或载体）的作用。 【答案】（1）配制物质的量浓度为0．05mol/L的CaCl2溶液　　海藻酸钠溶液与酵母细胞混合（2）配制海藻酸钠溶液（3）包埋酵母细胞（或载体）（4）①适宜的温度、pH等单一变量　　②短9．请阅读下列材料并回答有关问题：猪饲料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中，猪由于缺乏有关酶，造成磷源浪费，而且植酸随粪便排出后易造成环境有机磷污染。下图为对植酸酶进行不同处理时其活性与温度的关系。（1）生产中从土壤中筛选出产酶菌株，土壤悬液首先经80℃处理15分钟，其目的是筛选出______。（2）在产酶菌株的筛选过程中，固体培养基中的添加不溶于水的植酸钙，植酸钙被植酸酶分解后可以培养上产生透明圈，可根据透明圈的____________选择目的菌株。（3）所得菌株还需要进一步测定植酸酶的活性，活性的测定可以用______________________作为底物，活性可用_____________表示。（4）在生产中____________________（填“未固定”或“固定化”）植酸酶更适于添加到猪饲料中，使用的最适温度为___________℃。 （3）因为酶具有专一性，要测定植酸酶的活性可以以植酸钙为底物，可以用单位时间内植酸钙的消耗量或单位时间内产物的生成量来表示酶的活性。（4）由图可知固定化酶的活性较高，所以可以在生产中采用固定化植酸酶添加到猪饲料中，且其在60度时活性最高，说明最适温度在60度。【答案】（1）耐高温的菌株（2）大小（直径）（3）植酸钙单位时间内植酸钙的消耗量（单位时间内底物的消耗量或单位时间内产物的生成量）（4）固定化60