2021高三統(tǒng)考人教生物一輪（經典版）學案：選修1第11單元　第41講　酶的應用和蛋白質的提取和分離-學案下載-教習網

第41講　酶的應用和蛋白質的提取和分離
[考綱明細]　1.酶活力測定的一般原理和方法　2.酶在食品制造和洗滌等方面的應用　3.制備和應用固定化酶　4.蛋白質的提取和分離
知識自主梳理
一　　酶的應用
1．果膠酶在果汁生產中的作用
(1)果膠
①作用：植物細胞壁以及胞間層的主要組成成分之一；在果汁加工中，會影響出汁率并使果汁渾濁。
②成分：是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物。
③特點：不溶于水。
(2)果膠酶
①組成：果膠酶是指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。
②作用：果膠酶能夠瓦解植物細胞的細胞壁及胞間層，把果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，從而使果汁變得澄清，并提高水果的出汁率。
(3)酶的活性及影響酶活性的因素
①酶的活性：指酶催化一定化學反應的能力。
②表示方法：酶的活性可以用在一定條件下，酶所催化的某一化學反應的反應速度來表示。
③酶反應速度：酶反應速度用單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量來表示。
④影響酶活性的因素：溫度、pH和酶的抑制劑等條件都會影響酶的活性。
(4)影響果汁質量的物質和處理方法
①榨取果汁過程中存在的問題：出汁率低，耗時長，果汁混濁，黏度高，易發(fā)生沉淀。
②影響果汁質量的物質：纖維素、果膠。
③處理方法：酶解法。
2．探究影響果膠酶活性因素實驗的分析
(1)實驗原則：單一變量原則、對照性原則。嚴格控制變量，盡量減少無關變量的影響。
(2)實驗原理：果膠酶活性受溫度、pH或酶抑制劑的影響，在最適溫度或pH時，酶的活性最高，果肉的出汁率、果汁的澄清度都與果膠酶的活性大小成正比。
(3)實驗流程
制備果泥
↓
設置一系列具有梯度的pH或溫度
↓
加入果膠酶反應一段時間
↓
過濾果汁
(4)分析：該實驗的自變量是溫度或pH，因變量是酶的活性，檢測因變量是通過測定果汁的體積或比較澄清度來實現(xiàn)的。
(5)無關變量
①探究最適溫度時，pH為無關變量；探究最適pH時，溫度為無關變量。
②探究果膠酶的最適用量時，最適用量是在溫度、pH等適宜條件下測出來的，如果無關變量改變，最適用量也會發(fā)生變化。

1．(選修1 P44旁欄思考)為什么在混合蘋果泥和果膠酶之前，要將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理？
提示　將果泥和果膠酶分裝在不同的試管中恒溫處理，可以保證底物和酶在混合時的溫度是相同的，避免了果泥和果膠酶混合時影響混合物的溫度，從而影響果膠酶活性的問題。
2．(選修1 P44旁欄思考)在探究溫度或pH對酶活性的影響時，是否需要設置對照？如果需要，又應該如何設置？為什么？
提示　需要設置對照實驗，不同的溫度梯度之間或不同的pH梯度之間就可以作為對照，這種對照稱為相互對照。
3．(選修1 P44旁欄思考)想一想，為什么能夠通過測定濾出的蘋果汁的體積大小來判斷果膠酶活性的高低？
提示　果膠酶將果膠分解為小分子物質，小分子物質可以通過濾紙，因此蘋果汁的體積大小反應了果膠酶的催化分解果膠的能力。在不同的溫度和pH下，果膠酶的活性越大，蘋果汁的體積就越大。
4．(選修1 P44旁欄思考)當探究溫度對果膠酶活性的影響時，哪個因素是變量，哪些因素應該保持不變？
提示　溫度是變量，應控制果泥量、果膠酶的濃度和用量、水浴時間和混合物的pH等所有其他條件不變。只有這樣才能保證只有溫度一個變量對果膠酶的活性產生影響。
3．加酶洗衣粉在洗滌中的作用
(1)加酶洗衣粉和酶制劑
加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉，常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶。
(2)加酶洗衣粉的去污機理
種類
洗滌原理
洗滌的物質種類
蛋白酶
蛋白質　小分子肽＋氨基酸
血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質污垢
脂肪酶
脂肪甘油＋脂肪酸
食品的油漬、人體皮脂、口紅
淀粉酶
淀粉麥芽糖＋葡萄糖
來自面條、巧克力等的污垢
纖維素酶
纖維素葡萄糖
棉紡織品

1．(選修1 P46旁欄思考)查閱資料，看看普通洗衣粉中包含哪些化學成分？
提示　普通洗衣粉中通常包含有：表面活性劑、水軟化劑、堿劑、漂白劑等成分，有的洗衣粉中還含有增白劑、香精和色素，以及填充劑等。
2．(選修1 P48課后習題)比較普通洗衣粉和加酶洗衣粉去污原理的異同？
提示　

普通洗衣粉
加酶洗衣粉
相同點
表面活性劑可以產生泡沫，可以將油脂分子分散開；水軟化劑可以分散污垢；等等。
不同點
酶可以將大分子有機物分解為小分子有機物，小分子有機物易于溶于水，從而與纖維分開。
4．酵母細胞的固定化
(1)固定化酶的應用實例：高果糖漿的生產
①反應機理：葡萄糖果糖。
②固定化酶的反應柱示意圖

③生產過程
將葡萄糖異構酶固定在顆粒狀載體上
↓

↓
葡萄糖溶液從反應柱上端注入
↓
流經反應柱，與葡萄糖異構酶接觸
↓
果糖從反應柱下端流出
④固定化酶技術的特點：使生產成本大大降低，同時提高了果糖的產量和質量。
(2)固定化細胞技術
①概念：利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術，叫作固定化酶和固定化細胞技術。
②方法
名稱
原理
圖示
包埋法
將酶或微生物細胞均勻地包埋在細微網格中

化學結合法
利用共價鍵、離子鍵將酶分子或細胞相互連接起來

物理吸附法
通過物理吸附作用，把酶或細胞固定在載體表面

(3)制備固定化酵母細胞
①酵母細胞的固定化方法

②實驗注意事項
a．酵母細胞的活化：酵母細胞需要的活化時間一般為1 h，因此需要提前做好準備。此外，酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細胞的活化液溢出容器。
b．海藻酸鈉溶液的濃度：海藻酸鈉溶液濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果其濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數量少，兩種情況都會影響實驗效果。
c．配制海藻酸鈉溶液的注意事項：海藻酸鈉溶化時要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊；將溶化后的海藻酸鈉溶液先冷卻至室溫，再與酵母細胞混合，避免高溫的海藻酸鈉溶液殺死酵母細胞；固定化酵母細胞時，應將海藻酸鈉溶液和酵母細胞的混合液用注射器以恒定的速度緩慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。CaCl2溶液的作用是使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。
d．凝膠珠的顏色和形狀：如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要重新嘗試。
二　　蛋白質的提取和分離
1．蛋白質的分離方法
(1)凝膠色譜法
①概念：是根據相對分子質量的大小分離蛋白質的有效方法。
②原理
a．凝膠
b．分離
項目
內容
蛋白質類型
進入凝膠內部的程度
路程
移動速度
相對分子質量較小
容易
較長
較慢
相對分子質量較大
無法進入
較短
較快
(2)電泳法
①概念：是指帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程。
②原理：在一定的pH下，多肽、核酸等生物大分子的可解離基團會帶上正電或負電，在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極移動。
③作用過程

④方法：常用的電泳方法有瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳。測定蛋白質分子量時通常使用SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。
2．血紅蛋白提取和分離實驗操作程序

3．操作提示
(1)紅細胞的洗滌
洗滌次數、離心速度與離心時間十分重要。洗滌次數過少，無法除去血漿蛋白；離心速度過高和時間過長會使白細胞等一同沉淀，達不到分離的效果。
(2)色譜柱填料的處理
商品凝膠是干燥的顆粒，使用前需直接放在洗脫液中膨脹。為了加速膨脹，可以將加入洗脫液的濕凝膠用沸水浴加熱，逐漸升溫至接近沸騰，通常只需1～2 h。這種方法不但節(jié)約時間，而且可以除去凝膠中可能帶有的微生物，排除膠粒內的空氣。
(3)凝膠色譜柱的裝填
在色譜柱中裝填凝膠的時候要盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。在裝填凝膠柱時，不得有氣泡存在。氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質的洗脫次序，降低分離效果。在凝膠色譜操作過程中，不能發(fā)生洗脫液流干，露出凝膠顆粒的現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種情況，凝膠色譜柱需要重新裝填。
(4)蛋白質的分離
在蛋白質分離過程中，仔細觀察紅色區(qū)帶在洗脫過程中的移動情況。如果紅色區(qū)帶均勻一致地移動，說明色譜柱制作成功。
考點題型突破
考點1　　酶的應用
題型一果膠酶在果汁生產中的應用的實驗分析
1．(2015·海南高考)生產果汁時，用果膠酶處理果泥可提高果汁的出汁量。回答下列相關問題：
(1)某同學用三種來源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，據此計算各組果膠酶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組設計________(填“能”或“不能”)達到目的，其原因是________________________。
答案　(1)比較不同來源果膠酶的活性
(2)溫度范圍設置不合理　溫度梯度設置不合理
(3)不能　未加入緩沖液
解析　(1)利用不同來源的果膠酶處理果泥，檢測各組出汁量，據此可以比較不同來源的果膠酶的活性大小。
(2)探究果膠酶的最適溫度時，一般在20～70 ℃范圍內，設置等濃度梯度。顯然題中溫度設置過低，溫度梯度設置不合理。
(3)本實驗的目的是檢測不同量的同種果膠酶下的出汁量的差異，為保證單一變量，A～E組都應加入等量緩沖溶液。
2．我國水果生產發(fā)展迅速，但由于收獲的季節(jié)性強，易造成積壓、腐爛變質，為了解決上述問題且滿足不同人群的需求，可以將水果加工制作成果汁、果酒、果醋等。在果汁生產中要用到果膠酶，某生物研究小組為了探究溫度對果膠酶活性的影響，進行了如圖所示實驗。

(1)請將圖中所示的操作進行排序：________。
(2)對照組與實驗組進行了相同時間的實驗，結果如圖中曲線所示：

①圖中自變量是溫度，除此之外還可以是________。
A．酶的濃度 B．蘋果泥的量
C．水的加入量 D．pH
②圖中的縱坐標還可用________來表示。
③實驗組改變實驗條件后重復做實驗，得到曲線乙，兩次實驗中蘋果汁的體積的最高點對應的橫坐標是同一位置的原因是__________________________________________________________。
④步驟c中，將兩者分裝在不同試管中進行恒溫處理的目的是____________________________________。
(3)如表所示是某實驗小組的詳細實驗結果：
溫度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
蘋果汁的產量/mL
8
13
15
25
15
12
11
10
根據上述實驗結果可知，當溫度為________時蘋果汁的產量最多，能不能確定該溫度就是果膠酶的最適溫度？如果不能，請設計出進一步探究果膠酶的最適溫度的實驗方案。
答案　(1)acdb
(2)①D?、谔O果汁的澄清度?、弁环N酶的最適溫度是一定的，不會因酶的濃度、底物量不同而改變
④保證底物和酶在混合時的溫度是相同的
(3)40 ℃　不能，再設置多套裝置，以40 ℃為中心，以更小的溫差(如0.5 ℃)測量更小溫度范圍內的果汁的產量，果汁的產量最高的溫度更接近酶的最適溫度。
解析　(1)實驗順序是準備蘋果泥和配制果膠酶、蘋果泥和果膠酶分別水浴保溫、蘋果泥和果膠酶混合保溫、過濾果汁后用量筒計量。
(2)果膠酶的活性受溫度、pH等條件的影響，而與底物的量、酶的濃度和水的加入量沒有關系；每一種酶都有一個最適溫度和最適pH，且這兩個值恒定。衡量實驗結果的指標有兩個：一是果汁的量，另一個是果汁的澄清度。為了保證實驗在相應溫度下進行，必須使酶和底物分別保溫達到要求后再混合。在相同溫度條件下，pH、酶的濃度和底物濃度也會改變反應速率。
(3)根據表格中數據可看出，在40 ℃時產生的果汁量最多。要將溫度確定得更加精確，需要以40 ℃為中心，以更小的溫差(如0.5 ℃)設置自變量。
3．食品種類多，酸堿度范圍廣。某生物興趣小組擬探究在食品生產中應用范圍較廣的蛋白酶，查閱相關文獻，得知：

(1)pH對不同蛋白酶的活力影響有差異。據圖可知，________________更適宜作為食品添加劑，理由是__________________。蛋白酶的活力可用__________________________來表示。
(2)該蛋白酶的提取工藝流程如下：

興趣小組分別對酶保護劑濃度、提取液pH進行了探究實驗。結果顯示，酶保護劑濃度在0.02～0.06 mol/L范圍內，酶活力較高；提取液pH在6.0～8.0范圍內，酶活力較高。他們認為，要進一步提高粗酶制劑的酶活力，以達到最佳提取效果，還需對酶保護劑濃度和提取液pH進行優(yōu)化，并確定以此為探究課題進行探究。請分析回答：
①本實驗的課題是________________________________________________________________________。
②本實驗的自變量為____________________________，因變量為______________________________________。
答案　(1)木瓜蛋白酶　木瓜蛋白酶的活力基本不受pH的影響　單位時間內底物的消耗量或產物的生成量
(2)①探究酶保護劑的最適濃度和提取液的最適pH
②酶保護劑的濃度和提取液的pH　粗酶制劑的活力
解析　(1)結合圖形和文字可知，在題目中已經提供了信息“食品種類多，酸堿度范圍廣”，所以選擇的食品添加劑應該有較廣的酸堿適應范圍，從圖中可以看出木瓜蛋白酶的適應范圍最廣，所以可以選作食品添加劑。酶的活力一般用單位時間內底物消耗量或者產物的生成量來表示。
(2)實驗設計時應該明確實驗目的，這里的實驗目的是探究酶保護劑的最適濃度和提取液的最適pH，所以我們可以將酶保護劑的濃度和提取液的pH作為自變量，因變量為粗酶制劑的活力。

1.探究果膠酶的最適用量
(1)實驗流程

(2)實驗結果分析
如果隨著酶濃度的增加，過濾到的果汁體積也增加，說明酶的用量不足；當酶的濃度增加到某個值后，再增加酶的用量，過濾到的果汁的體積不再改變，說明酶的用量已經足夠，這個值就是酶的最適用量。
2．三個實驗的變量分析
實驗名稱(目的)
自變量
因變量
注意事項
探究溫度對果膠酶活性的影響
溫度
果汁量(澄清度)
①底物和酶混合時的溫度是相同的；②溫度梯度越小，實驗結果越精確；③蘋果泥和果膠酶用量在各個試管中應相同；④pH應為最適pH
探究pH對果膠酶活性的影響
pH
①溫度應為最適溫度；②pH梯度可用NaOH溶液和鹽酸調節(jié)；③用玻璃棒攪拌使反應充分進行
探究果膠酶的最適用量
果膠酶的用量
①制備蘋果泥后迅速加熱，使蘋果泥中的果膠酶變性；②溫度、pH應為最適且保持不變
題型二探究加酶洗衣粉的洗滌效果的實驗分析
4．(2018·江蘇高考)(多選)下列關于加酶洗衣粉的敘述，錯誤的是(　　)
A．洗衣粉中添加的酶通常是由微生物發(fā)酵生產而來
B．洗衣粉中的蛋白酶通常會將添加的其他酶迅速分解
C．在50 ℃熱水中用加酶洗衣粉洗衣時，其中的酶會迅速失活
D．加酶洗衣粉受潮后重新晾干保存，不會影響其中酶的活性
答案　BCD
解析　加酶洗衣粉中加入的酶多是微生物發(fā)酵產生的，其本質與生物體內的酶無明顯差異，A正確；洗衣粉中的蛋白酶通常不會將添加的其他酶迅速分解，這是因為加酶洗衣粉中的酶經過了特殊的化學物質的包裹，使之與其他成分隔離，這些酶在遇水后，包裹層分解，酶才能發(fā)揮作用，B錯誤；在水溫45～60 ℃時，加酶洗衣粉能充分發(fā)揮洗滌作用，因此在50 ℃熱水中用加酶洗衣粉洗衣時，其中的酶不會失活，C錯誤；加酶洗衣粉受潮后重新晾干保存，會導致其中酶的活性降低，D錯誤。
5．為探究洗衣粉加酶后的洗滌效果，將一種無酶洗衣粉分成3等份，進行3組實驗。甲、乙組在洗衣粉中加入1種或2種酶，丙組不加酶，在不同溫度下清洗同種化纖布上的2種污漬，其他實驗條件均相同，下表為實驗記錄。請回答下列問題。
水溫/℃
10
20
30
40
50
組別
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
清除血漬時間/min
67
66
88
52
51
83
36
34
77
11
12
68
9
11
67
清除油漬時間/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________________。甲組在洗衣粉中加入了________________。乙組在洗衣粉中加入了________________。
(2)甲、乙組洗滌效果的差異，說明酶的作用具有________。
(3)如果甲、乙和丙3組均在水溫為80 ℃時洗滌同一種污漬，請比較這3組洗滌效果之間的差異并說明理由：______________________________________________。
(4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化學物質包裹的，遇水后包裹層很快溶解，釋放出來的酶迅速發(fā)揮催化作用。請說明這是否運用了酶的固定化技術及其理由：__________________________________________________________________。
答案　(1)加酶和適當提高溫度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶
(2)專一性　(3)沒有差異，因為高溫使酶失活
(4)未運用酶的固定化技術，因為酶未固定在載體上，也不能重復利用
解析　(1)由表格數據可知，提高洗衣粉去污能力的方法有加酶和適當提高溫度。
(2)血漬的主要成分是蛋白質，甲組去除血漬所用的時間相對較短，說明甲組洗衣粉中加入了蛋白酶；乙組去除血漬和油漬的時間都相對較短，說明乙組洗衣粉中加入了蛋白酶和脂肪酶。甲、乙組洗滌效果的差異，主要原因是其中酶種類不同，說明酶具有專一性。
(3)酶的作用條件溫和，高溫(80 ℃)會使酶變性失活，因此三組之間沒有差異。
(4)固定化酶是利用物理或化學的方法將酶固定在某種載體上，可以重復利用，加酶洗衣粉未運用酶的固定化技術。

1.加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法
(1)判斷加酶洗衣粉洗滌效果的方法：可在洗滌后比較污物殘留狀況，如已消失、顏色變淺、面積縮小等。
(2)加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法：實驗設計遵循的原則是對照原則和單一變量原則，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對衣物污漬的洗滌效果有何不同時，以洗衣粉的種類為自變量，其他條件完全一致；同時，普通洗衣粉處理污物與加酶洗衣粉處理污物形成對照。
(3)變量分析
實驗
自變量
因變量
無關變量
探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果
洗衣粉的種類(普通和加酶)
洗滌效果
水的用量，污物的量，實驗用布的質地與大小，不同洗衣粉的用量，攪拌、洗滌時間等
探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果
加酶洗衣粉中酶的種類
探究不同溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響
溫度
2.使用加酶洗衣粉要注意的問題
(1)對于絲綢等主要成分為蛋白質的面料，若使用含有堿性蛋白酶的洗衣粉，衣物會受到損傷，因此蛋白質類絲織物不能用含蛋白酶的洗衣粉來洗滌。
(2)使用加酶洗衣粉要注意洗滌用水的溫度。堿性蛋白酶在35～50 ℃的范圍內活性最高，在低溫或60 ℃以上時就會失效。
(3)衣服的洗滌，不僅要考慮洗滌效果，還要考慮衣物的承受能力、洗滌成本等因素。
(4)人體皮膚細胞有蛋白質，使用加酶洗衣粉后如不徹底清洗雙手，就會使手的皮膚受到腐蝕，而使人患過敏性皮炎、濕疹等。
(5)酶制劑中的蛋白酶、淀粉酶等并非是單一酶，而是復合酶，如蛋白酶制劑實際包括蛋白酶和某些肽酶，可將蛋白質水解成小分子肽和氨基酸。
(6)酶作為一種生物催化劑，有一定的壽命，不能放置太久。
題型三固定化酶和固定化細胞的比較
6．下列關于制備固定化酵母細胞的操作，正確的是(　　)
A．制備好海藻酸鈉溶液后，要立即將其與酵母細胞混合以防凝固
B．制備固定化酵母細胞的過程中需用到注射器
C．以恒定的速度把混合液注射到CaSO4溶液中
D．凝膠珠在CaCl2溶液中應浸泡10 min左右
答案　B
解析　應將海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，再加入已活化的酵母細胞，否則會把酵母細胞殺死，A錯誤；應以恒定的速度把混合液滴加到CaCl2溶液中，而不是CaSO4溶液中，C錯誤；凝膠珠在CaCl2溶液中應浸泡30 min左右，D錯誤。
7．下列有關固定化酶技術和固定化細胞技術的敘述，不正確的是(　　)
A．固定化酶和固定化細胞的方法包括包埋法、化學結合法和物理吸附法
B．因為酶分子比較大，所以固定化酶技術更適合采用包埋法
C．與固定化酶技術相比，固定化細胞制備的成本低，操作更容易
D．凝膠包埋常用的凝膠種類有瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、明膠和聚丙烯酰胺等
答案　B
解析　一般來說，酶更適合采用化學結合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化，這是因為細胞體積大，而酶分子很小，體積大的難以被吸附或結合，而體積小的酶容易從包埋材料中漏出，B錯誤。
8．(2016·江蘇高考)為了探索海藻酸鈉固定化對綠球藻生長的影響，以及固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進行實驗，流程及結果如下。請回答下列問題：
→→

(1)實驗中的海藻酸鈉作用是________，CaCl2的作用是__________________________________。
(2)為洗去凝膠球上殘余的CaCl2和其他污染物，并保持綠球藻活性，宜采用________洗滌。圖1中1.0%海藻酸鈉組培養(yǎng)24 h后，移去凝膠球，溶液呈綠色，原因是____________________。
(3)為探索固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，應選用濃度為________海藻酸鈉制備凝膠球。
(4)圖2中空白凝膠球組Zn2＋濃度下降的原因是____________。結合圖1和圖2分析，固定化藻的實驗組24～48 h間Zn2＋濃度下降速度較快的主要原因是________________；72～96 h間Zn2＋濃度下降速度較慢的原因有____________________________________________。
答案　(1)包埋綠球藻(包埋劑)　與海藻酸鈉反應形成凝膠球(凝固劑)
(2)培養(yǎng)液(生理鹽水)　海藻酸鈉濃度過低(凝膠球孔徑過大)
(3)2.0%
(4)凝膠吸附Zn2＋　綠球藻生長(繁殖)速度快　綠球藻生長(增殖)速度減慢
解析　(1)海藻酸鈉在固定化綠球藻的過程中作為包埋劑。CaCl2可與海藻酸鈉反應，促使海藻酸鈉形成凝膠球。
(2)利用培養(yǎng)液或生理鹽水等洗滌凝膠球不至于造成綠球藻過量吸水或失水，從而保持正常的活性狀態(tài)。1.0%海藻酸鈉組移去凝膠球，溶液呈綠色，說明綠球藻逸出了凝膠球，原因是制備凝膠球時，使用的海藻酸鈉濃度過低，導致凝膠球孔徑過大。
(3)圖1顯示，在不同濃度的海藻酸鈉的作用下，當海藻酸鈉濃度為2.0%時，固定化的綠球藻數量最多，故探索固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，應選用濃度為2.0%的海藻酸鈉制備凝膠球。
(4)空白凝膠球中無綠球藻，故該組Zn2＋濃度下降是空白凝膠的吸附作用所致。圖1顯示，固定化藻的實驗組24～48 h間綠球藻數量增加快，而72～96 h間綠球藻數量基本不變，這是導致兩個時間段Zn2＋濃度下降速度不同的原因。

直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較

直接使用酶
固定化酶
固定化細胞
酶的種數
一種或幾種酶
一種酶
一系列酶
常用載體
無
高嶺土、皂土、硅膠、凝膠
明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺
固定方法
—
化學結合法、物理吸附法
包埋法
是否需要營養(yǎng)物質
否
否
是
催化反應
單一或多種
單一
一系列(或多種)
反應底物
各種物質(大分子、小分子)
各種物質(大分子、小分子)
小分子物質
缺點
①對環(huán)境條件非常敏感，易失活；
②難回收，成本高；
③酶會混在產物中，可能影響產品質量
不利于催化一系列酶促反應
反應物不易與酶接近，尤其是大分子物質，反應效率下降
優(yōu)點
催化效率高、耗能低、低污染
①既能與反應物接觸，又能與產物分離；
②可以重復利用
成本低、操作容易
考點2　　蛋白質的提取和分離
題型蛋白質的提取和分離
1．已知某樣品中存在甲、乙、丙、丁、戊五種蛋白質分子，其分子大小、電荷的性質和數量情況如圖所示，下列有關蛋白質分離的敘述正確的是(　　)

A．若將樣品以2000 r/min的速度離心10 min，分子戊存在于沉淀中，則分子甲也存在于沉淀中
B．若用凝膠色譜柱分離樣品中的蛋白質，則分子甲移動速度最快
C．將樣品裝入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋內，則分子丙也保留在袋內
D．若用SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳分離樣品中的蛋白質分子，則分子甲和分子戊形成的電泳帶相距最遠
答案　C
解析　由題圖知分子量的大小依次為丙>丁>乙>戊>甲，分子甲的分子量小于分子戊，故分子戊存在于沉淀中，分子甲不一定存在于沉淀中，A錯誤；甲的分子量最小，其在凝膠色譜柱中移動時會進入凝膠內部通道，移動速度最慢，B錯誤；透析利用半透膜的半透性可除去分子量較小的雜質，分子乙的分子量小于分子丙，若分子乙保留在透析袋內，則分子丙也一定保留在袋內，C正確；SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳時，其電泳遷移率完全取決于分子的大小，分子量相差越大，形成的電泳帶相距越遠，則分子甲與分子丙形成的電泳帶相距最遠，D錯誤。
2．凝膠色譜技術是一種快速而又簡單的分離技術，對高分子物質有很好的分離效果，目前已經被多個領域廣泛應用，不但應用于科學實驗研究，而且已經大規(guī)模地用于工業(yè)生產。據圖回答問題：

(1)a、b均為蛋白質分子，其中先從層析柱中洗脫出來的是____________，原因是________________________________________________________________________。
(2)自己制作凝膠色譜柱時，在色譜柱底部d位置相當于多孔板的結構可由______________替代。
(3)裝填凝膠色譜柱時，色譜柱內不能有氣泡存在，原因是________________________________________________________________________。
(4)洗脫用的液體應盡量與浸泡凝膠所用的液體________(填“相同”或“不同”)，洗脫時，對洗脫液的流速要求是____________。
(5)若選用Sephadex G－75，則“G”表示____________________，75表示______________________。
答案　(1)a　a相對分子質量較大，無法進入凝膠內部的通道，只能在凝膠間隙移動，路程較短，移動速度較快
(2)尼龍網和尼龍紗
(3)氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質的洗脫次序，降低分離效果
(4)相同　保持穩(wěn)定
(5)凝膠的交聯(lián)程度，膨脹程度及分離范圍　凝膠得水值，即每克凝膠膨脹時吸水7.5 g
解析　(1)用凝膠色譜技術分離各種不同蛋白質時，大分子物質由于直徑較大，只能分布于顆粒之間，所以向下移動的速度較快。小分子物質除了可在凝膠顆粒間隙中擴散外，還可以進入凝膠顆粒的微孔，在向下移動的過程中，從一個凝膠顆粒內擴散到顆粒間隙后再進入另一凝膠顆粒內，如此不斷地進入和擴散，小分子物質的下移速度落后于大分子物質，所以大分子物質先洗脫出來。
(2)自己制作凝膠色譜柱時，在色譜柱底部d位置相當于多孔板的結構可由尼龍網和尼龍紗替代。
(3)在色譜柱中裝填凝膠的時候要盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。一是在裝填凝膠柱時，不得有氣泡存在，因為氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質的洗脫次序，降低分離效果。二是凝膠色譜操作過程中，不能發(fā)生洗脫液流干、露出凝膠顆粒的現(xiàn)象。一旦發(fā)生上述兩種情況，凝膠色譜柱需要重新裝填。
(4)洗脫液應與浸泡凝膠所用液體相同，且洗脫液流速要穩(wěn)定，以免干擾洗脫結果。
3．紅細胞含有大量血紅蛋白，紅細胞的機能主要是由血紅蛋白完成的，血紅蛋白的主要功能是攜帶O2和CO2，我們可以選用豬、牛、羊或其他脊椎動物的血液進行實驗，來提取和分離血紅蛋白。請回答下列有關問題：
(1)血紅蛋白的提取和分離一般可分為四步：________、粗分離、________和________。
(2)實驗前取新鮮的血液，要切記在采血容器中預先加入檸檬酸鈉，取血回來，馬上進行離心，收集血紅蛋白溶液。
①加入檸檬酸鈉的目的是________________________________________________________________________。
②以上所述的過程即是樣品處理，它包括紅細胞的洗滌、________、分離血紅蛋白溶液。
(3)收集的血紅蛋白溶液要進行粗分離，其方法是______________。
(4)然后通過________法將樣品純化，樣品純化的目的是____________________。最后經____________________進行純度鑒定。
(5)電泳利用了待分離樣品中各種分子帶電性質的差異以及分子的________、形狀的不同，使帶電分子產生不同的遷移速率，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分離。
答案　(1)樣品處理　純化　純度鑒定
(2)①防止血液凝固?、谘t蛋白的釋放
(3)透析
(4)凝膠色譜　去除大分子雜質蛋白　SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳
(5)大小
解析　(1)血紅蛋白提取和分離一般分為四步：樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定。
(2)①采取血液時要在采血容器中預先加入檸檬酸鈉，以防止血液凝固。②樣品處理包括紅細胞的洗滌、血紅蛋白的釋放、分離血紅蛋白溶液。
(3)將收集的血紅蛋白溶液在透析袋中透析進行樣品的粗分離。
(4)通過凝膠色譜法將樣品純化，純化的目的是去除大分子雜質蛋白，最后經SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳進行純度鑒定。
(5)電泳利用了待分離樣品中各種分子帶電性質的差異以及分子的大小、形狀的不同，使帶電分子產生不同的遷移速率，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分離。

比較瓊脂糖凝膠電泳和SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳
(1)從載體上看，利用瓊脂糖凝膠作為載體的是瓊脂糖凝膠電泳，利用SDS－聚丙烯酰胺凝膠作為載體的是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。
(2)從依據上看，利用了分子帶電性質差異和分子大小的是瓊脂糖凝膠電泳，僅利用了分子大小的是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。
(3)從優(yōu)點上看，瓊脂糖凝膠電泳操作簡單，電泳速度快，樣品不需處理，電泳圖譜清晰，分辨率高，重復性好；SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳消除了凈電荷對遷移率的影響，使電泳遷移率完全取決于分子的大小。
方向真題體驗
1．(2018·江蘇高考)下列關于酵母細胞固定化實驗的敘述，正確的是(　　)
A．用溫水使海藻酸鈉迅速溶解，待其冷卻到室溫后用于包埋細胞
B．進行包埋時，用于懸浮細胞的CaCl2溶液濃度要適宜
C．注射器(或滴管)出口應盡量貼近液面以保證凝膠珠成為球狀
D．包埋酵母細胞的凝膠珠為淡黃色半透明狀，并具有一定的彈性
答案　D
解析　在酵母細胞固定化實驗中，應該用小火、間斷加熱的方式使海藻酸鈉緩慢溶解，A錯誤；將混合液用注射器緩慢滴加到CaCl2溶液進行固定化酵母細胞，CaCl2的作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠，B錯誤；注射器(或滴管)出口應與液面保持適當的距離，以保證凝膠珠成為球狀，C錯誤；包埋酵母細胞的凝膠珠為淡黃色半透明狀，并具有一定的彈性，D正確。
2．(2016·江蘇高考)(多選)為了使牛仔褲呈現(xiàn)“穿舊”效果，在工業(yè)洗衣機中用酶洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浮石擦洗，是目前重要的生產手段(工藝流程見下圖)。下列敘述中錯誤的是(　　)

A．纖維素酶在仿舊中的作用機理與其在洗衣粉中去污的機理相似
B．在上述工藝中，為重復使用纖維素酶，可選用適當的包埋劑固定化酶
C．在上述工藝中，通過調節(jié)溫度、酸堿度、處理時間可控制仿舊顏色的深淺
D．纖維素酶催化葡萄糖殘基間磷酸二酯鍵的水解分解纖維素
答案　BD
解析　纖維素酶在仿舊中的作用機理是適當分解布料中的纖維素成分，洗衣粉中添加纖維素酶的作用機理是適當分解布料中的纖維素成分使織物膨松，有利于去污，兩者作用機理相似，A正確；酶分子較小，容易從包埋材料中漏出，一般采用化學結合法或物理吸附法固定化酶，B錯誤；溫度、酸堿度會影響酶的活性，處理時間會影響酶的作用效果，故通過調節(jié)溫度、酸堿度和處理時間可控制仿舊顏色的深淺，C正確；纖維素分子中不含磷酸二酯鍵，D錯誤。
3．(2015·江蘇高考)下列關于酶的敘述，正確的是(　　)
A．發(fā)燒時，食欲減退是因為唾液淀粉酶失去了活性
B．口服多酶片中的胰蛋白酶可在小腸中發(fā)揮作用
C．用果膠酶澄清果汁時，溫度越低澄清速度越快
D．洗衣時，加少許白醋能增強加酶洗衣粉中酶的活性
答案　B
解析　發(fā)燒時食欲減退是因為體溫升高抑制了消化酶的活性，但還沒引起唾液淀粉酶失去活性，A錯誤；口服的多酶片中胰蛋白酶往往在內層，可到達小腸中發(fā)揮作用，B正確；低溫會使果膠酶的活性受到抑制，只有在最適溫度時酶的活性最高，果汁澄清的速度才最快，C錯誤；加酶洗衣粉中含有堿性蛋白酶和堿性脂肪酶等，白醋呈酸性，會使pH降低，更加偏離酶的最適pH，因此，加白醋會降低酶的活性，D錯誤。
4．(2015·山東高考)乳糖酶能夠催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，具有重要應用價值。乳糖酶的制備及固定化步驟如下：
―→―→―→
(1)篩選產乳糖酶的微生物L時，宜用________作為培養(yǎng)基中的唯一碳源。培養(yǎng)基中瓊脂的作用是________。從功能上講，這種培養(yǎng)基屬于________。
(2)培養(yǎng)微生物L前，宜采用________方法對接種環(huán)進行滅菌。
(3)純化后的乳糖酶可用電泳法檢測其分子量大小。在相同條件下，帶電荷相同的蛋白質電泳速度越快，說明其分子量越________。
(4)乳糖酶宜采用化學結合法(共價鍵結合法)進行固定化，可通過檢測固定化乳糖酶的________確定其應用價值。除化學結合法外，酶的固定化方法還包括________、________、離子吸附法及交聯(lián)法等。
答案　(1)乳糖　凝固劑　選擇培養(yǎng)基
(2)灼燒　(3)小
(4)(酶)活性[或：(酶)活力]　包埋法　物理吸附法(注：兩空可顛倒)
解析　(1)該培養(yǎng)基中的唯一碳源應為乳糖，只有能利用乳糖的微生物能在該培養(yǎng)基上生存，而其他微生物將因缺乏碳源而無法生存，利用這個原理可以篩選產乳糖酶的微生物L；固體培養(yǎng)基中瓊脂是很好的凝固劑；從功能上講這種培養(yǎng)基屬于選擇培養(yǎng)基。
(2)接種環(huán)的滅菌宜采用灼燒法。
(3)電泳過程中若蛋白質所帶電荷相同，則電泳速度只與蛋白質的分子量大小有關，蛋白質分子量越小，電泳速度越快。
(4)固定化酶常要通過測定其活性來確定其應用價值；酶的固定化方法包括包埋法、化學結合法、物理吸附法等。