酶的研究与应用
1.随着生物科学技术的发展,酶已经走出实验室,走进了人们的生产和生活。结合所学知识回答下列问题:
(1)在果汁生产中,果胶酶能提高出汁率并使果汁澄清,其原因是____________________________________。在用果胶酶处理果泥时,为了使果胶酶能够充分地催化反应,可采取的操作是______________。在探究果胶酶的最适温度、最适pH和最适用量三个实验中,虽然各个实验的变量不同，但_________________________的思想方法是不变的。
(2)在加酶洗衣粉中的酶制剂中，应用最广泛、效果最明显的是___________________________；酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的,遇水后包裹层很快溶解,释放出来的酶迅速发挥催化作用,请说明这是否运用了酶的固定化技术?________________。用加酶洗衣粉替代含磷洗衣粉,有利于保护环境,这是因为________________________________________________________________________。
(3)如图是固定化酶的反应柱示意图,据图说出反应柱的作用原理___________________________________。在用图示反-分布着小孔的筛板应柱催化反应时,需要控制反应物溶液流速不能过快，其目的是_______________________________________。
答案
(1)果胶酶能分解果胶,瓦解植物的细胞壁及胞间层；充分搅拌；通过设置梯度来确定最适值
(2)碱性蛋白酶和碱性脂肪酶；未运用；加酶洗衣粉中的酶木身无毒、含量少、能被微生物完全降解,对环境无污染(合理即可)
(3)反应物溶液从反应柱上端注入，使得反应物溶液通过反应柱，与固定化酶接触,得到的产物从反应柱下端流出(合理即可)；使反应物溶液与酶充分接触(充分反应)
2.请回答下列有关酶应用的问题：
(1)制作果汁时，榨取的果汁常常较浑浊、黏度高，容易发生沉淀，因此人们利用果胶酶来解决上述问题，果胶酶的作用是___________________________________，使榨取果汁变得更容易，也使浑浊的果汁变得澄清。果汁中的酶很难回收，不能被再次利用，生产成本较高；同时，反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。而利用________技术可以做到酶的反复使用。酶是由细胞产生的，于是，人们设想把合成酶的细胞直接固定用于生产，该技术的优点是____________。
(2)如图一表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图中的X溶液为____________，其作用是________________________________。在制备海藻酸钠与酵母细胞的混合液时，应将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，才能加入已活化的酵母细胞，目的是防止____________________________。
(3)为了探究某加酶洗衣粉中碱性蛋白酶含量与洗涤效果的关系，某同学通过实验获得如图二所示的结果。由图可知，加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量是________%，本实验的自变量是________。
答案(1)分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层 固定化酶 成本低、操作简单
(2)CaCl2溶液 使海藻酸钠形成凝胶珠 高温杀死酵母细胞
(3)0.6 碱性蛋白酶的含量
利用柑橘可制作果酒、果醋，以及提取胡萝卜素和精油，根据所学知识回答下列问题：(1)在过程②中，压榨前可加_______________酶______________酶和来提高出汁率和果汁的清澈度。由过程③到过程④，环境条件的变化是____________________________________。(2)制备果酒使用的菌种是____________，代谢类型为_____________，果酒发酵过程中我们可以使用_________________来检测酒精是否产生；为提高过程④制备的果醋品质，可通过选择培养基筛选得到纯净的菌种，该菌种常用的接种方法有___________________和___________________。在微生物的实验室培养中，获得纯净培养物的关键是_____________________________________，对培养基常用____________________法进行灭菌，如果要检测培养基灭菌是否彻底，可以釆用_____________________________________________________________的方法。(3)过程⑤中常用的方法是_____________，需要在柑橘皮干燥去水后用______________浸泡时间为_____________以上，橘皮浸泡透，这样压榨时不会_________，出油率高。过程⑥用____________法提取胡萝卜素，该提取过程应该采用__________加热，还要安装________________装置，提取的胡萝卜素粗品可用_______________进行鉴定。
答案：
4.生物技术的广泛应用，给社会带来了较大的经济效益，受到社会广泛重视。请回答下列有关问题：
(1)制作泡菜需要测定亚硝酸盐含量，其方法是________；其原理是在盐酸酸化的条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生________反应后，与N1萘基乙二胺盐酸盐结合形成________，将显色反应后的样品与已知浓度的标准液进行目测比较，可以大致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量。
(2)年，美国科学家Mullis因发明了PCR技术获得了诺贝尔化学奖。PCR和生物体内DNA的复制都必需的条件包括DNA聚合酶、模板DNA、能量、游离脱氧核苷酸和________；在生物体内DNA复制所必需的，而在PCR技术中不需要的成分是________。
(3)在香料工业提取的“液体黄金”玫瑰精油中，要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是________；玫瑰精油的提取需大量原料，通常采用________技术实现玫瑰的快速繁殖。
(4)为了节约成本可将酶或细胞固定在一定空间内。科研人员采用戊二醛使酶相互连接，该种固定方法为________；而细胞多采用________法进行固定。
答案：(1)比色法重氮化玫瑰红色染料(2)引物DNA解旋酶(3)水蒸气蒸馏法植物组织培养(4)交联法(化学结合法)包埋
5.蛋白质提取、分离在分子生物学研究中具有重要意义。
（1）蛋白质提取和分离的步骤一般分为_____________________________________________________。
（2）提取血红蛋白时，选用猪血，而不选用鸡血。理由是____________________________________。
（3）实验前采取新鲜的猪血，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，目的是_______________。若要从红细胞中提取血红蛋白，则要对获得的红细胞进行________、________________和分离血红蛋白溶液、透析，才能获得含杂质较少的血红蛋白溶液。其中分离血红蛋白溶液时需要用到____(仪器)分出下层红色透明液体。
（4）通过____________法将样品进一步纯化，经____________方法进行纯度鉴定。
（5）在凝胶色谱法制作过程中，装填凝胶柱时，不得有气泡存在，原因是____________。
（6）收集的血红蛋白溶液在透析袋中可以经过透析进行粗分离。
①透析的目的是____________________________________;
②透析的原理是____________________________________________________________。
（7）然后通过凝胶色谱法将样品进一步纯化,最后经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。
①样品纯化的目的是_______________________;
②血红蛋白的特点是___________;这一特点对分离血红蛋白的意义是________________________________
_________________________________________。
答案
（1）样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定
（2）哺乳动物红细胞中没有细胞核，减少干扰。
（3）防止血液凝固洗涤血红蛋白释放分液漏斗
（4）凝胶色谱法SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳
（5）气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果
（6）
(7)通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂蛋白除去呈现红色在用凝胶色谱法分离血红蛋白时，可以通过观察颜色来判断什么时候该收集洗脱液，这使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。
6.在对蛋白质的生产研究中，需要从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质。下图是利用凝胶色谱法分离血红蛋白的示意图，请回答与血红蛋白的提取和分离的有关问题：
(1)血红蛋白提取和分离的程序可分为四大步，分别是：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。首先通过洗涤红细胞、________________、离心等操作收集到血红蛋白溶液，即样品的处理；再经过________去除分子量较小的杂质，即样品的粗分离；然后通过____________法将相对分子质量大的杂质蛋白除去，即样品的纯化；最后经__________________进行纯度鉴定。
(2)上图显示相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶色谱法分离时，试管中收集到的液体最先出现的是__________________，原因是__________________________________________________________________。
答案
(1)血红蛋白的释放(1分) 透析(1分) 凝胶色谱(1分) 聚丙烯酰胺凝胶电泳(1分)(2)相对分子量较大的蛋白质(1分) 蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，因而路程短、移动速度快(2分)
7.制备固定化酵母细胞的实验步骤是：酵母细胞的活化配制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。根据材料回答下列问题：（1）这种固定化酵母细胞的方法属于_____________法，一般固定化酶时不采用这种方法，原因是_______________________________________________。（2）活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复至_______________________状态。（3）加热溶解海藻酸钠时需注意用_____________________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液_____________后，才能和酵母混合均匀。此外海藻酸钠的浓度对本实验结果影响较大，若浓度过高，则______________，刚形成的凝胶珠需要在氯化钙溶液中浸泡一段时间，其目的是____________________
答案
（1）包埋酶分子小，容易从包埋的材料中漏出（2）正常生活（3）小火间断冷却至室温不易形成凝胶珠使凝胶珠形成更稳定的结构
8.某同学进行苹果汁制作实验，工艺如下图所示。回答下列问题：
(1)图中用KMnO4溶液浸泡苹果的目的是_____________。黑曲霉提取液中含有的____________可水解果胶，从而使果汁澄清。固定化柱中的石英砂通过___________方式将酶固定化，酶被固定后用蒸馏水洗涤固定化柱是为了除去_________________。
(2)实验中，操作流程A和B的先后次序为______。在苹果汁澄清过程中，应关闭的流速调节阀是__________。要测定从固定化柱流出的苹果汁中是否还有果胶，可取一定量的果汁与等量的____________混合，如果出现____________现象，说明果胶还没有被完全水解。
(3)固定化酶的优点之一是被固定的酶可以____________使用。
答案:(1)消毒 果胶酶 吸附 未被固定的酶等 (2)AB 阀1 乙醇 混浊(沉淀) 慢 (3)重复
解析:(1)苹果汁的制作需要果胶酶,该酶来自图中的黑曲霉。果胶酶将果胶催化水解,提高了果汁的澄清度;酶固定常用吸附法。(2)先提取果胶酶再进行果汁的制作,防止苹果汁时间过久变质。澄清过程应关闭阀1,避免提取液进入固定化柱中降低了果汁质量,如果果胶未完全分解,可降低流速,延长反应时间。
9.乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，具有重要应用价值。乳糖酶的制备及固定化步骤如下：
（1）筛选产乳糖酶的微生物L时，宜用_____________作为培养基中的唯一碳源。培养基中琼脂的作用是_________。从功能上讲，这种培养基属于_________。
（2）培养微生物L前，宜采用___________方法对接种环进行灭菌。
（3）纯化后的乳糖酶可用电泳法检测其分子量大小。在相同条件下，带电荷相同的蛋白质电泳速度越快，说明其分子量越_______。
（4）乳糖酶宜采用化学结合法（共价键结合法）进行固定化，可通过检测固定化乳糖酶的_____________确定其应用价值。除化学结合法外，酶的固定化方法还包括______________、_____________、离子吸附法及交联法等。
（1）乳糖凝固剂选择培养基（2）灼烧（3）小（4）（酶）活性包埋法物理吸附法（注：两空可颠倒）
10.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___________℃。
（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
（11.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。
（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
12.（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＿＿＿＿＿＿。
（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）蒸馏水固定的绿球藻数量少，因为海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）
（3）2．0%（4）空白凝胶球吸附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
13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________。
（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
14.（年山东卷，39）玉米是重要的粮食作物，经深加工可生产酒精、玉米胚芽油和果糖等。流程如下：
（1）玉米秸秆中的纤维素经充分水解后的产物可被酵母菌利用发酵生产酒精。培养酵母菌时，该水解产物为酵母菌的生长提供________。发酵过程中检测酵母菌数量可采用_______法或稀释涂布平板法计数。
（2）玉米胚芽油不易挥发，宜选用_______法或________法从玉米胚芽中提取。
（3）玉米淀粉经酶解形成的葡萄糖可在葡萄糖异构酶的作用下转化成果糖。利用___________________技术可使葡萄糖异构酶重复利用，从而降低生产成本。
（4）利用PCR技术扩增葡萄糖异构酶基因时，需用耐高温的_______催化。PCR一般要经历三十次以上的循环，每次循环包括变性、_______和_______三步。
（1）碳源显微镜直接计数（2）压榨萃取（3）固定化酶
（4）DNA聚合酶（低温）复性（或退火）（中温）延伸
15.酵母菌是生物科学研究中一种重要的生物材料，回答下列问题：
(1)与醋酸菌相比，酵母菌在细胞结构上的最大特点是有_________________________________，在固定化酵母细胞技术中最关键的步骤是______________。
(2)在利用酵母菌制作葡萄酒的过程中，假设某同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶瓶塞被冲开，该错误操作是__________________。为验证酵母菌进行无氧呼吸过程中有酒精产生，在装有2mL无氧呼吸发酵液的试管中滴加0.5mL重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻振荡，观察溶液是否变________色。
(3)为研究发酵罐中酿酒酵母菌的生长情况，常要取样统计分析，并测定pH值。若某研究人员将样品的次序搞乱了，那么判断取样顺序的主要依据是______________________________________________。用稀释涂布平板法统计样本中酵母菌数量时，统计的菌落数往往比活菌的实际数目________；如要连续7天测定恒定体积和浓度的培养液中酵母菌种群数量的变化，需要用7支试管来培养并持续分别测定的原因是__________________________________________________________________________________。
答案(1)成形的细胞核 海藻酸钠溶液的配制(2)未及时排气 灰绿(3)pH越小取样时间越靠后 少 避免前一次吸取酵母菌培养液对以后测定酵母菌数量产生影响
16.葡萄收获的季节性较强,并且不易运输,易腐烂变质.为了解决上述问题且满足不同人群的需求,可以将其加工制作成果汁、果酒、果醋等.下面是简单的生产流程.请回答下列问题:
(1)果胶酶能够提高葡萄的出汁率并使浑浊的果汁变澄清,其原因是_____________________________.生产果汁时,为了使果胶酶得到充分的利用,节约成本,在控制好温度和pH值的基础上还需要控制好___________．(2)果酒的制作离不开酵母菌.在葡萄酒的自然发酵过程中,起主要作用的是来自于____________________的酵母菌.若从含有酵母菌、醋酸菌、青霉菌的土壤中分离出较纯的酵母菌,最简便的方法是在_________条件下选择培养,若想对初步筛选得到的酵母菌进行纯化并计数.可采用的接种方法是____________________.温度是酵母菌生长和发酵的重要条件,在酵母菌的酒精发酵过程中,一般将温度控制在__________________.果汁发酵后是否有酒精产生,可以用___________________来检验,在酸性条件下,该物质与酒精反应呈现
___________色．(3)果醋的制作需要醋酸菌.醋酸菌是一种好氧细菌,只有当氧气充足时,才能进行旺盛的生理活动.当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄汁中的_____________分解成醋酸;当缺少糖源时,醋酸菌将乙醇变为________,再进一步转变为醋酸.(4)某同学用葡萄制作的葡萄酒带有明显的酸味.最可能的原因是______________________．
答案
果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁以及胞间层酶的用量(2)附着葡萄皮上的野生型无氧稀释涂布平板法18-25°C,重铬酸钾灰绿色(3)糖乙醛(4)密封不严,醋酸菌进行有氧呼吸将果酒转变成果醋
17.红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完成，血红蛋白的主要功能是携带O2或CO2，我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验，来提取和分离血红蛋白。请回答下列有关问题：
⑴血红蛋白的提取和分离一般可分为四步：样品处理、____________、_____________和____________。
⑵实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。
①加入柠檬酸钠的目的是___________________________________________。
②以上所述的过程即是样品处理，它包括_______________、________________、______________、透析。其中透析技术的原理是_____________________________________。
⑶通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，经SDS一聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。样品纯化的目的是_________________________
答案详解（15分）（前三空各1分，其他2分）
⑴粗分离纯化纯度鉴定
⑵①防止血液凝固
②红细胞的洗涤血红蛋白的释放分离血红蛋白溶液
小分子可以自由进出透析袋(半透膜)，而大分子不能通过
⑶通过"凝胶色谱法将相对分子质量大的蛋白质除去
解析:
血红蛋白的提取和分离一般可分为四步：样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。在取新鲜的血液时，为了防止血液凝固，要在采血容器中预先加入柠檬酸钠。样品处理包括四个步骤，即红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液和透析。用透析袋进行透析，是由于小分子可以自由进出透析袋，而大分子不能通过，这样就能去掉小分子杂质。样品纯化的目的是通过凝胶色谱法将相对分子质量大的蛋白质除去。
18.科学工作者按如下实验计划分离土壤中能分泌淀粉酶的枯草芽孢杆菌，请根据相关生物学原理和方法答下列问题：
（1）选择培养基的成分包括：水、牛肉膏、蛋白胨、NaCl、________________。该培养基中，能分泌淀粉酶的枯草芽孢杆菌____________，使不能分泌淀粉酶的微生物生长受到抑制。（6分）
（2）取少许选择培养的菌液进行梯度稀释，以____________的方法接种于鉴别培养基上，37°C恒温培养24h。（3分）
（3）选择合适的平板，加入碘液，选周围出现较明显____________的菌落纯化留种。（3分）
（4）能大量分泌淀粉酶的枯草芽抱杆菌，通过____________技术制作成商品重复使用。（3分）
答案详解
（1）淀粉；竞争中处于优势
（2）稀释涂布平板
（3）透明圈
（4）固定化酶（或固定化细胞）的技术
解析:
（1）因为该选择培养基是为了筛选能分泌淀粉酶的枯草芽孢杆菌，所以该培养基应该以淀粉为唯一碳源。该培养基中，枯草芽孢杆菌能够分泌淀粉酶，所以其能够利用淀粉，在竞争中处于优势。
（2）稀释涂布平板法可以使细菌足够分散，每个细菌形成一个菌落，便于鉴别细菌。
（3）淀粉遇碘会变蓝，枯草芽孢杆菌能够分泌淀粉酶，在枯草芽孢杆菌菌落周围淀粉会被分解，所以在其周围会出现透明圈，这样的菌落可以纯化留种。
（4）通过固定化酶（或固定化细胞）技术，能够使酶得到重复利用，大大节约成本。所以能大量分泌淀粉酶的枯草芽孢杆菌，可以通过固定化酶技术（或固定化细胞）技术来制作成商品重复使用。
19.泡菜的制作是中国传统发酵技术之一，泡菜的制作离不开乳酸菌，某研究人员用泡菜滤液为材料分离纯化乳酸菌。已知培养基中添加碳酸钙显乳白色而不透明，乳酸能溶解碳酸钙。请回答下列问题：
（1）在配制以上培养基时常用________________法进行灭菌，在纯化分离时应该挑选出有____________的菌落为候选菌。
（2）若要测定滤液中菌体数可在显微镜下用_________________直接计数。若要测定其活菌数量，可选用________________法进行计数，使用该计数方法时研究人员分别在6和培养基平板上接种稀释倍数为的滤液各0.1ml，培养一段时间后，平板上长出菌落数分别为19、、、、、，则该泡菜滤液每1ml样品中活菌数为______________个。
（3）随着新型环保材料聚乳酸（PLA）的开发应用，乳酸的生产再次受到
