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3.2 酶在工业生产中的应用 精品课件(人教版选修2)


第2节 酶在工业生产中的应用

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举例说明酶在工业生产中的应用。 1.说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。 2.举例说明酶在工业生产中的应用。 3.尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。 4.认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术,以

/>及科学技术是一个不断发展的过程。

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酶的家族与酶制剂的生产

1. 酶的种类
胞外 酶。 (1)根据存在部位分为:胞内酶和_____ (2)根据酶催化的反应和所起的作用分为:氧化还原酶、 ______ 水解 酶、裂解酶、连接酶、转移酶和_____ 异构 酶六大类。 2. 酶的优点 温和 等优点。 比无机催化剂___________ 催化效率高 、反应条件_____
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3.酶的生产 应用的酶 都是利用微生物发酵 (1)微生物发酵生产:大量_________ 生产。 重要的酶 是通过基因工程 (2)基因工程菌发酵生产:一些_________ 菌发酵生产。

4.固定化酶技术 (1)方法:采用多种办法将酶固定在一定的_____ 载体 上,制备
成_________ 不溶于水 的固体颗粒,称为固定化酶。 (2)固定化酶的优点:避免了_____ 污染 产物,又可以_____ 反复 使

连续 化和自动化。 用,从而有助于实现反应的_____
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[思维激活1]

酶与一般无机催化剂的共性是什么?

提示

反应前后质量和性质不改变,不改变化学平衡点。

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1. 直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较 类型 优点 不足 对环境条件非常敏感,容 易失活;溶液中酶很难回 收,不能被再次利用,反 应后酶会混合在产物中, 可能影响产品质量 一种酶只能催化一种化学 反应,而在生产实践中, 很多产物都是通过一系列 的酶促反应才能得到的

催化效率高,低 直接使用酶 耗能,低污染等 酶既能与反应物 接触,又能与产 物分离,同时, 固定化酶 固定在载体上的 酶还可以被反复 利用

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2. 酶的固定化方法 (1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、 包埋法等(如图所示)。

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(2)各种制备固定化酶方法的比较(如下表) 酶的固 定方法

原理

固定载体
纤维素、琼脂糖等多糖类或 多孔玻璃、离子交换树脂等 载体 利用多功能试剂在酶与酶、 酶与载体之间进行交联,从 而形成三维的交联网架结构 将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶 等高分子凝胶中,或包裹在 硝酸纤维素等半透性高分子 膜中,前者包埋成格子形, 后者包埋成微胶囊形
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优点

离子键作用、 吸附法 物理吸附 酶和多功能试 交联法 剂之间形成共 价键 将酶包埋在能 固化的载体中

工艺简便 且条件温 和,在生 产上应用 广泛

包埋法

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知识拓展 固定化细胞技术 通过各种方法将细胞与一定的载体结合,使细胞仍保持原 有的生物活性,这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍

能进行正常的生长、繁殖和代谢,可以像游离的细胞一样
应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶 等步骤,能充分利用细胞内的酶,因而固定化细胞内的酶

活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统,
这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细 胞的方法也有多种,常用的方法(见下表):

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固定方 法

载体

将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤 维等载体上;将植物细胞吸附在泡沫塑料的 吸附法 大孔隙或裂缝之中,也可将植物细胞吸附在 中空纤维的外壁上 将细胞包埋在多孔载体的内部,凝胶包埋法 是应用最广泛的细胞固定化方法,适用于各 包埋法 种微生物、动物和植物细胞的固定化。凝胶 包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠 凝胶、角叉菜胶、明胶等 海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便,条件温 和,对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝 胶的孔径,适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制 备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。
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【巩固1】 固定化酶的优点是 A.有利于增加酶的活性 B.有利于产物的纯化

(

)。

C.有利于提高反应速率
D.有利于酶发挥作用 解析 固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利

地从发酵产物中把酶分离出来;二是能够使酶反复使用。酶
的固定化,对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高, 并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切 相关,如温度、pH等。反应速率与底物的浓度、温度、pH 等条件有关系。在底物浓度升高时,反应速率将提高;温 度、pH适宜时,反应速率最快。 答案 B
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酶在工业生产中的应用

1. 酶相比无机催化剂的优越性

中性PH条件下进行,可以节省大 常温 、常压和_______ (1)反应能在_____
量的能源和设备投资。

严重的污染,符合环境保护的要求。 (2)生产过程中不会造成__________
(3)生产过程简单,效率高 _______,产品质量好,生产成本低。

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2. 应用 食品 工业,不仅用于食品的直接生产,还 (1)已成功用于_____ 用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、 延长储存期、提高产品产量和质量等方面。 (2)在轻工业 _______和化工工业方面有着广泛的应用。 药物 。 (3)在医药工业方面,可利用酶的催化反应生产_____ [思维激活2] 提示 试画出pH、T、底物浓度、酶浓度对酶活性的

影响的曲线图。

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工业上常用的酶及应用 应用领域 洗涤剂 工业 烘烤食 品工业 用途 用于污渍的去除 可作为洗碗机的洗涤剂,用于去 淀粉酶 除难溶的淀粉残迹等 真菌产生的α?淀 催化淀粉降解成可被酵母菌利用 粉酶 的糖类 在饼干制作过程中,用于降低面 蛋白酶 粉中的蛋白质含量等 麦芽产生的淀粉 将淀粉和蛋白质降解成能被酵母 酶、蛋白酶、葡 菌使用的单糖、氨基酸和多肽, 聚糖酶 从而提高乙醇的产量 β?葡聚糖酶 改进啤酒的过滤性能 淀粉葡萄糖苷酶 用于生产低糖啤酒 木瓜蛋白酶 去除啤酒储存过程中生成的混浊
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使用的酶种类 细菌蛋白酶

酿酒工业

乳制品 工业

胰凝乳酶
乳糖酶

糖工业

淀粉酶、淀粉葡萄 糖苷酶
葡萄糖异构酶

纺织工业 制革工业

淀粉酶 胰蛋白酶

在奶酪的制作过程中用 于分解蛋白质 降解乳糖为葡萄糖及各 类糖浆 将淀粉转化为葡萄糖及 各类糖浆 用于将葡萄糖转化为果 糖,生产高果糖浆 广泛地应用于纺织品的 褪浆 用于毛皮中特定蛋白质 的去除或皮革脱毛

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胰蛋白酶

用于伤口愈合和溶解血凝 块,抑制微生物的生长

医疗和制 药工业

L天冬酰胺酶 胃蛋白酶 其他多种酶

用于治疗癌症,使癌细胞 无法获得生长所需的营养
用于治疗消化不良 作为诊断试剂

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【巩固2】 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而

是高果糖浆,高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化
而来的,在这一过程中不需要的酶是 A.α?淀粉酶 C.葡萄糖异构酶 解析 答案 B.糖化酶 D.纤维素酶 ( )。

此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁,而是 D

将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。

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示例一

酶的种类

【例1】 肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛,从而消 除人的乙醇中毒,下列选项中能表示其过程的是 ( )。

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思维导图:

深度剖析 由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知 乙醇脱氢酶为氧化还原酶;而分析各选项可知B项符合题

意。
答案 B

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归纳总结

酶的分类 胞内酶:占酶的绝大多数,存在于细胞内。
如细胞内有氧呼吸酶等 胞外酶:占酶的小部分,分泌到细胞外。如 消化酶等

(1)根据存
在的部位

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示例二

固定化酶技术

【例2】 如下图所示是酶的几种固定方式示意图,其所采用的
固定方法依次是 ( )。

A.载体结合法,交联法,包埋法 B.交联法,载体结合法,包埋法 C.包埋法,载体结合法,交联法

D.包埋法,交联法,载体结合法
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思维导图:

深度剖析 ①题图表示酶包埋在细微网格里,应属包埋 法;②图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来,成网状 结构,应属交联法;③图表示固定在一定的支持物上,可 用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。 答案 D

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反思感悟 固定化酶的优点

酶被固定化后,大多数酶稳定性增加,因而可以通过过滤
等简单的方法将酶从反应系统中取出,这样做既避免了污 染产物,又可以反复利用,从而有助于实现反应的连续化

和自动化。

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( )。 1. 下列叙述中,能正确说明酶特性的是 A.酶大多数是蛋白质 B.酶是活细胞产生的,只能在生物体内发挥催化作用 C.酶的活性随温度的升高而不断升高 D.每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应 解析 酶的特性是指酶的高效性、专一性以及受温度、pH等 因素的影响。A项是酶的化学本质,属于酶的概念;酶是活细 胞产生的,但它不仅仅在生物体内发挥作用,离体的酶,只要 在合适的条件下仍可发挥催化作用;在一定的温度范围内,酶 的活性随温度的升高而升高,C项不能正确表述酶与温度的关 系;D项表示了酶的专一性。 答案 D
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2. ATP的消耗利用需要的酶是 A.水解酶 B.合成酶 C.异构酶 D.转移酶 解析 答案

(

)。

ATP水解为ADP和Pi,同时释放能量,需水解酶。 A

3. 下表关于酶与无机催化剂的叙述中,错误的是 A.酶的催化条件是常温、常压和中性条件 B.酶催化反应不会造成严重的污染

(

)。

C.无机催化剂生产过程复杂、成本高
D.酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点 解析 本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均

能催化有关反应,但只有酶具有高效性,而无机催化剂催化
效率低,故D项错误。A、B、C项叙述均正确。 答案 D
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4. 用于皮革工业的脱毛和软化的酶是 A.脂肪酶 解析 答案 B.淀粉酶 C.蛋白酶

(
D.聚合酶

)。

动物皮毛由蛋白质构成,因此可用蛋白酶对皮革脱 C

毛与软化。

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5.下图是固定化酶连接的几种方式,据图回答。

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(1)甲方式叫____________,这种方法使用的载体有_______等。 (2)乙方式叫________,这种方法需要酶和载体都具有_______、 ________或________等官能团。 (3)丙方式叫________,此方法需要使用________,如_________

等水溶性化合物。
(4)酶的固定方法大致可分为三类,即________、________和 ________。图中甲、乙方式属于________。 (5)经固定的酶的特性是___________________________________ ______________________________________________________。

解析

本题考查酶的固定方法及特性,可结合题中的图示及教材

讲解的有关内容确定答案。

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答案

(1)离子结合法
氨基 交联法 交联剂

离子交换树脂
羧基 戊二醛 包埋法 载体结合法 羟基

(2)共价结合法 (3)交联法 (4)载体结合法

(5)不仅仍具有催化性质,而且稳定性提高,反复利用

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课堂小结
酶的家族与酶
酶在工业生产中的应用 制剂的生产

酶的种类

酶制剂的生产 酶在工业生产中的应用

课堂互动探究

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