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課時訓(xùn)練32　酶的應(yīng)用 1.酶經(jīng)過固定化后,不僅能提高酶的穩(wěn)定性,而且容易與產(chǎn)物分開,具有可反復(fù)使用等優(yōu)點。如圖1為利用枯草桿菌生產(chǎn)α-淀粉酶及酶固定化實驗流程圖,請回答下列問題。 圖1 (1)篩選高表達菌株的最簡便方法之一是　　　　　　　　　　法。一般通過　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　實現(xiàn)。篩選出的菌株在發(fā)酵生產(chǎn)之前還需利用　　　　培養(yǎng)基進行擴大培養(yǎng)。 (2)利用物理或化學的方法將α-淀粉酶固定在　　　　　　　的介質(zhì)上成為固定化酶。 (3)如圖2是實驗室中α-淀粉酶的固定化裝置示意圖。實驗過程涉及兩次蒸餾水洗滌反應(yīng)柱的操作,所用的蒸餾水體積為裝填體積的　　　　,第二次洗滌的目的是除去　　　　　　　　　　　。 圖2 (4)若圖2中的液體X為淀粉溶液,從反應(yīng)柱下端接取少量流出液進行KI-I2顏色測試,結(jié)果未呈現(xiàn)紅色。下列有關(guān)此現(xiàn)象的解釋錯誤的是(　　) A.反應(yīng)柱中沒有α-淀粉酶被固定 B.流速過快淀粉未被水解 C.接取的流出液是蒸餾水 D.流速過慢淀粉被水解成葡萄糖 答案(1)單菌落分離　劃線分離法　(稀釋)涂布分離法　液體 (2)非水溶性　(3)10倍　殘留的淀粉溶液　(4)D 解析(1)篩選高表達菌株的最簡便方法之一就是單菌落分離法,常用的菌落分離方法是劃線分離法和涂布分離法;用于擴大培養(yǎng)的培養(yǎng)基通常是液體培養(yǎng)基。(2)固定化酶就是利用物理或化學的方法將α-淀粉酶固定在非水溶性的介質(zhì)上。(3)實驗中用10倍體積的蒸餾水洗滌層析柱以除去未吸附的游離的淀粉酶。第二次蒸餾水洗滌的目的是除去殘留的淀粉溶液。(4)淀粉在α-淀粉酶的作用下,不會被水解成葡萄糖。 2.為了提高果膠酶的利用率,科學家進行了固定化果膠酶的相關(guān)研究。 (1)果膠酶的固定化:取磁性殼聚糖微球固體顆粒,加入果膠酶溶液,30 ℃條件下振蕩1 h,裝入圖甲反應(yīng)柱中,用蒸餾水洗去　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,放置在4 ℃冰箱中保存。上述固定化果膠酶的方法屬于　　　。 A.包埋法　　　　　　B.吸附法 C.共價偶聯(lián)法 D.交聯(lián)法 (2)果膠酶活力測定方法:以果膠酶在單位時間內(nèi)催化產(chǎn)生的主要產(chǎn)物　　　　　　　　的量計算酶的活力。已知3,5-二硝基水楊酸與果膠水解的主要產(chǎn)物共熱能產(chǎn)生棕紅色的氨基化合物,在一定范圍內(nèi)產(chǎn)物的量和反應(yīng)液顏色深淺成正比,可用　　　　　　　　法測定產(chǎn)物的量。此方法需要制作標準曲線,如圖乙所示,其中縱坐標一般為　　　　　　　　。 (3)下圖是固定化果膠酶的部分研究結(jié)果,據(jù)圖可知用上述方法制備的固定化果膠酶與游離酶相比最適溫度　　　　(填“升高”或“降低”),最適pH　　　　(填“升高”或“降低”)。 (4)在果汁生產(chǎn)中使用固定化果膠酶具有很多優(yōu)點,以下說法中不屬于其優(yōu)點的是　　　。 A.固定化果膠酶可以重復(fù)回收,多次利用 B.固定化果膠酶可以提高酶的穩(wěn)定性和果汁的質(zhì)量 C.便于果汁加工工藝操作的連續(xù)化、自動化 D.用于處理破碎果實,可以提高出汁率,促進澄清 答案(1)未固定的游離果膠酶　B　(2)半乳糖醛酸　光電比色 光密度值(OD值)　(3)升高　降低　(4)D 3.生產(chǎn)果汁時,用果膠酶處理果泥可提高果汁的出汁率?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題。 (1)某同學用三種不同的果膠酶進行三組實驗,各組實驗除酶的來源不同外,其他條件都相同,測定各組的出汁量,據(jù)此計算各組果膠酶的活性的平均值并進行比較。這一實驗的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)現(xiàn)有一種新分離出來的果膠酶,為探究其最適溫度,某同學設(shè)計了如下實驗:取試管16支,分別加入等量的果泥、果膠酶、緩沖液,混勻,平均分為4組,分別置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保溫相同時間,然后,測定各試管中的出汁量并計算各組出汁量平均值。該實驗溫度設(shè)置的不足之處有　　　　　　　　　　　和 　。 (3)某同學取5組試管(A~E)分別加入等量的同種果泥,在A、B、C、D 4個實驗組的試管中分別加入等量的緩沖液和不同量的同種果膠酶,然后,補充蒸餾水使4組試管內(nèi)液體體積相同;E組加入蒸餾水使試管中液體體積與實驗組相同。將5組試管置于適宜溫度下保溫一定時間后,測定各組的出汁量。通過A~D組實驗可比較不同實驗組出汁量的差異。本實驗中,若要檢測加入酶的量等于0而其他條件均與實驗組相同時的出汁量,E組設(shè)計　　　　(填“能”或“不能”)達到目的,其原因是　 　。 答案(1)探究不同(來源)果膠酶的活性　(2)4組的溫度設(shè)置不合適　各組的酶促反應(yīng)受兩個不同溫度影響(每一設(shè)定溫度的酶與反應(yīng)物應(yīng)先達到預(yù)定溫度,然后再混合)(其他答案合理也可)　(3)不能　E組未加入等量緩沖液,違背了單一變量原則 解析(1)根據(jù)題意可知實驗的自變量是果膠酶的來源不同,因變量是果膠酶的活性,所以該實驗?zāi)康氖翘骄坎煌瑏碓垂z酶的活性。(2)根據(jù)實驗設(shè)計可知,該實驗是探究果膠酶的最適溫度,所以自變量是溫度,因變量是果膠酶的活性,用出汁量進行衡量,出汁量越多則果膠酶活性越高。該實驗方案中,應(yīng)該在常溫范圍內(nèi)設(shè)置系列溫度梯度且梯度差值相等,所以4組的溫度應(yīng)分別設(shè)置為15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃;另外探究溫度對酶活性的影響時,應(yīng)保證酶促反應(yīng)只能在設(shè)定的溫度下進行,同一實驗組的反應(yīng)溫度只能是一個,所以實驗操作應(yīng)該是將各組盛有果膠酶的試管與盛有果泥的試管分別在設(shè)定溫度下處理一定時間后再將兩支試管混合,才能保證實驗在設(shè)定的溫度下進行。(3)根據(jù)題意,本實驗的自變量是果膠酶的量,因變量是出汁量,對照實驗的設(shè)計應(yīng)遵循單一變量原則和對照原則,根據(jù)實驗設(shè)置,通過A~D組實驗可比較不同實驗組出汁量的差異。若要檢測加入酶的量等于0而其他條件均與實驗組相同時的出汁量,則E組應(yīng)加入等量的緩沖液并補充蒸餾水,使試管中液體體積與實驗組相同,才符合實驗設(shè)計應(yīng)遵循的單一變量原則。 4.某工廠為了生產(chǎn)耐高溫植酸酶飼料添加劑,開展了產(chǎn)該酶菌株的篩選、酶的固定化及其特性分析研究,其流程如下圖所示。 土樣中的菌種篩選→菌株鑒定→優(yōu)良菌株擴大培養(yǎng)→植酸酶提純→植酸酶固定化→植酸酶特性分析 請回答下列問題。 (1)土壤懸液首先經(jīng)80 ℃處理15 min,其目的是篩選出　　　　　　　　　。 (2)在無菌條件下,將經(jīng)過處理的土壤懸液　　　　,然后涂布于含有植酸鈉的固體培養(yǎng)基上。培養(yǎng)后觀察到　　　　　　,其周圍出現(xiàn)透明水解圈,圈的直徑大小與　　　　　　　　　強弱相關(guān)。 (3)篩選獲得的菌株經(jīng)鑒定后,將優(yōu)良菌株進行液體擴大培養(yǎng)。培養(yǎng)時需要振蕩,其主要目的是　　　　。液體培養(yǎng)基與固體培養(yǎng)基相比,不含有的成分是　　　　　　。 (4)在合適條件下,將提純的植酸酶與海藻酸鈉混合后,滴加到一定濃度的鈣離子溶液中,使液滴形成凝膠固體小球。該過程是對酶進行　　　。(填選項) A.吸附　　　　　B.包埋 C.裝柱 D.洗滌 (5)溫度與植酸酶相對酶活性的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯誤的是　　　。(填選項) A.測試溫度中,固定化與非固定化植酸酶的最適溫度分別為60 ℃和45 ℃ B.測試溫度范圍內(nèi),固定化植酸酶的相對酶活性波動低于非固定化植酸酶 C.與非固定化植酸酶相比,固定化植酸酶相對酶活性在80%以上時的溫度范圍較寬 D.65 ℃時固定化與非固定化植酸酶的相對酶活性因蛋白質(zhì)變性而位于最低點 答案(1)耐高溫菌株　(2)稀釋　單菌落　植酸酶的活性　(3)供氧　瓊脂(凝固劑)　(4)B　(5)D 解析(1)土壤懸液經(jīng)80 ℃處理15 min,土壤中不耐高溫的微生物不能生存,以此篩選出耐高溫菌株。(2)采用涂布分離法分離菌種時,需要先在無菌條件下對土壤懸液進行稀釋操作,再進行涂布操作。稀釋涂布后可以在平板上發(fā)現(xiàn)單菌落,若某單菌落周圍出現(xiàn)透明圈,說明該菌種能利用植酸鈉,透明圈的直徑大小與植酸酶的活性強弱相關(guān)。(3)擴大培養(yǎng)一般用液體培養(yǎng)基,并采用振蕩培養(yǎng),以提供菌種生長所需氧氣,液體培養(yǎng)基中不含凝固劑(瓊脂)。(4)將植酸酶與海藻酸鈉混合,制成凝膠固體小球,是采用包埋法對植酸酶進行固定化的方法。(5)分析溫度與植酸酶相對酶活性的關(guān)系圖不難發(fā)現(xiàn),固定化植酸酶的相對酶活性在65 ℃時仍然很高,說明固定化植酸酶的耐高溫能力很強,并沒有發(fā)生蛋白質(zhì)變性。 5.下圖是酵母菌的固定化及其應(yīng)用的相關(guān)圖解,請據(jù)圖回答下列問題。 (1)某實驗小組利用海藻酸鈉固定酵母菌,如圖甲所示,該方法稱為　　　　　,而固定化酶不宜采用此方法,是因為酶分子　　　　,固定效果不佳。 (2)某實驗小組采用乙裝置進行葡萄糖的酒精發(fā)酵,圖中a是　　　　　　　　　,該實驗中的酵母細胞可以反復(fù)利用,實驗過程一定要在　　　　　　條件下進行,長導(dǎo)管的作用是　　　　　　　　　　　　。 (3)實驗前用10倍柱體積的蒸餾水洗滌此柱,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　,在發(fā)酵過程中葡萄糖濃度不能過高,否則　　　　　　　　　　　　　　　。 答案(1)包埋法　小 (2)固定化酵母　無氧　排出CO2 (3)洗去未固定的酵母菌　酵母菌失水過多而死亡 解析(1)分析圖示可知,酵母菌被固定在網(wǎng)格中,屬于包埋法。對于酶分子而言,較少使用該方法,原因是酶分子體積相對較小,難以被包埋固定。 (2)圖乙是葡萄糖發(fā)酵的裝置,分析圖示可知,a表示固定化的酵母菌,固定化酵母菌與固定化酶相似,可以重復(fù)利用。酒精發(fā)酵需要在無氧的環(huán)境下進行,圖示中長導(dǎo)管的作用是排出酵母菌厭氧呼吸所產(chǎn)生的CO2。 (3)實驗前用10倍柱體積的蒸餾水洗滌固定化柱,目的是洗去未吸附的游離的酵母菌。進行發(fā)酵時,需要控制葡萄糖溶液的濃度,否則葡萄糖濃度過高會造成酵母菌滲透失水死亡。 6.圖1為利用蘋果制備果汁、果酒、果醋的流程圖。 圖1 圖2 (1)果膠酶可以通過蘋果青霉來生產(chǎn),　　　　　　　　　　　　是篩選高表達菌株的最簡便方法之一。篩選出的菌株在發(fā)酵生產(chǎn)之前還需利用　　　　　　培養(yǎng)基進行擴大培養(yǎng)。 (2)酶在水溶液中很不穩(wěn)定,不利于工業(yè)化使用,常用固定化技術(shù)使之成為　　　　　　　　　　而又有酶活性的制劑。圖2是澄清蘋果汁生產(chǎn)實驗示意圖,下列相關(guān)敘述正確的是　　　　　　。 A.實驗中所用的固定化果膠酶吸附后可永久使用 B.為防止雜菌污染,圖示裝置制作完畢后需瞬間高溫滅菌 C.通過控制閥調(diào)節(jié)蘋果汁流出的速率,保證反應(yīng)充分進行 D.固定化果膠酶不可重復(fù)使用,每次生產(chǎn)前需重新裝填反應(yīng)柱 (3)圖1中①過程也可利用附著在蘋果皮上的　　　　　　　　　　作為菌種。為獲得高純度、糖含量高的蘋果酒,需向果汁中添加　　　　　　。 (4)由圖1中①轉(zhuǎn)變?yōu)棰?除改變溫度、調(diào)節(jié)pH外,還需調(diào)整的發(fā)酵條件是　　　　　　　　　　　　　。 答案(1)單菌落的分離　液體 (2)不溶于水　C (3)野生酵母菌　蔗糖 (4)通入無菌空氣 解析(1)單菌落的分離是篩選高表達菌株的最簡便方法之一。篩選出的菌株在發(fā)酵生產(chǎn)之前還需利用液體培養(yǎng)基進行擴大培養(yǎng)。 (2)酶在水溶液中很不穩(wěn)定,不利于工業(yè)化使用,常用固定化技術(shù)使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。實驗中所用的固定化果膠酶吸附后可重復(fù)使用,但酶活性也受影響,不能永久使用,A項錯誤。酶的活性受溫度的影響,圖示裝置制作完畢后瞬間高溫滅菌會使酶失去活性,B項錯誤。通過控制閥調(diào)節(jié)蘋果汁流出的速率,保證反應(yīng)充分進行,C項正確。固定化果膠酶可重復(fù)使用,D項錯誤。 (3)圖1中①過程可利用附著在蘋果皮上的野生酵母菌作為菌種。為獲得高純度、糖含量高的蘋果酒,需向果汁中添加蔗糖。 (4)由圖1中①(果酒制作)轉(zhuǎn)變?yōu)棰?果醋制作),除改變溫度、調(diào)節(jié)pH外,還需調(diào)整的發(fā)酵條件是通入無菌空氣,因為醋化醋桿菌是好氧性細菌。