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文档介绍
【生物】2020届一轮复习人教版酶的应用及其他生物技术的应用学案
2020届 一轮复习 人教版 酶的应用及其他生物技术的应用 学案 1.酶的应用: (1)酶活力测定的一般原理和方法。 (2)酶在食品制造和洗涤等方面的应用。 (3)制备和应用固相化酶。 2.生物技术在食品加工及其他方面的应用: (1)测定食品加工中可能产生的有害物质。 (2)蛋白质的提取和分离。 考点一 果胶酶在果汁生产中的应用 1.果胶和果胶酶 (1)果胶 (2)果胶酶 2.酶的活性与影响酶活性的因素 (1)酶的活性:是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下,酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。 (2)酶的反应速度:用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。 (3)影响酶活性的因素:主要有温度、pH和酶的抑制剂等。 (4)酶的用量:酶用量过多,会导致酶的浪费;酶用量过少,会限制酶促反应的速度。因此要得到适宜的酶用量,需通过设计实验进行探究。 3.探究温度和pH对果胶酶活性的影响和探究果胶酶的用量 (1)探究温度和pH对果胶酶活性的影响: ①实验原理。 a.果胶酶的活性受温度(或pH)影响,处于最适温度(或pH)时,酶的活性最高。 b.果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。 ②实验流程。 a.处理原料:搅拌器搅拌制苹果泥 ↓ b.分组处理:将分别装有苹果泥和果胶酶的试管在不同温度的恒温水浴中保温(或调节至不同的pH) ↓ c.反应阶段:加入果胶酶反应一段时间 ↓ d.测量记录:过滤果汁,用量筒测量果汁体积并记录 (2)探究果胶酶的用量: ①自变量:果胶酶的用量。 ②无关变量:温度、pH、酶催化反应的时间、苹果泥的用量等。 [归纳整合] 1.影响酶反应速度的因素及其作用实质: 酶反应速度 2.酶相关实验的变量控制 (1)探究温度对酶活性的影响:可以选用10 ℃作为梯度差,设置的具体温度为10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃等,也可以尝试以5 ℃作为梯度差。 (2)探究pH对酶活性的影响:只需将温度梯度改成pH梯度,并选定一个适宜的温度进行水浴加热。从中选出反应速率最快的pH,进一步缩小pH梯度,得出最适pH。反应液的pH可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸溶液进行调节。 (3)探究酶的用量:该实验是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的,此时,研究的变量是酶的用量,其他因素都应保持不变且适宜。 [思维探究] 1.在探究温度或pH对酶活性的影响时,是否需要另外设置对照?若需要该如何设置? 提示:不需要另外设置对照实验,不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。 2.为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低? 提示:果胶酶将果胶分解为小分子物质,小分子物质可以通过滤纸,因此苹果汁的体积大小反应了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下,果胶酶的活性越大,所得苹果汁的体积就越大。 3.设计探究温度对酶活性的影响实验的记录表格? 提示: 实验温度(℃) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 果汁量(mL) 4.描述将实验数据转换成曲线图的方法: (1)以________为横坐标,以________为纵坐标建立直角坐标系。 (2)注明坐标轴的____________________以及曲线名称。 (3)每个坐标轴上的取值单位要________。 (4)将实验数据标到坐标系中,并________________。 提示:(1)自变量 因变量 (2)名称、单位、坐标原点 (3)相等 (4)用相应线连接起来 [教材深挖] 1.(教材选修1P44“旁栏思考”) 为什么在混合苹果泥和果胶酶之前,要将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理? 提示:将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理,可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的,避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度,从而影响果胶酶活性的问题。 2.(教材选修1P44“旁栏思考”)当探究温度对果胶酶活性的影响时,哪个因素是变量,哪些因素应该保持不变? 提示:温度是变量,应控制果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的pH等所有其他条件不变。只有这样才能保证只有温度一个变量对果胶酶的活性产生影响。 命题点一 果胶酶的组成与作用 1.下列关于果胶酶的说法,正确的是( ) A.果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素 B.果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物 C.果胶酶不特指某种酶,而是分解果胶的一类酶的总称 D.果胶酶的化学本质是RNA C [因为酶具有专一性,因此果胶酶只能分解果胶而不能分解纤维素,A项错误;半乳糖醛酸是果胶的组成单位,而不是果胶酶的组成单位,B项错误;果胶酶是能够分解果胶的一类酶的总称,其化学本质是蛋白质,基本组成单位是氨基酸,C项正确,D项错误。] 命题点二 探究温度和pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶的最适用量 2.(2015·海南卷)生产果汁时,用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。回答下列相关问题: (1)某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验,各组实验除酶的来源不同外,其他条件都相同,测定各组的出汁量,据此计算各组果胶酶活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是________________________________________________________________________。 (2)现有一种新分离出来的果胶酶,为探究其最适温度,某同学设计了如下实验:取试管16支,分别加入等量的果泥、果胶酶、缓冲液,混匀,平均分为4组,分别置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保温相同时间,然后测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。该实验温度设置的不足之处有________________和________________。 (3)某同学取5组试管(A~E)分别加入等量的同种果泥,在A、B、C、D 4个实验组的试管中分别加入等量的缓冲液和不同量的同种果胶酶,然后,补充蒸馏水使4组试管内液体体积相同;E组加入蒸馏水使试管中液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保温一定时间后,测定各组的出汁量。通过A~D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中,若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量,E组设计________(填“能”或“不能”)达到目的,其原因是________________________________________________________________________。 解析 (1)根据题意,设计的各组实验中除酶的来源不同外,其他条件都相同,然后测定各组的出汁量,据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较,可见实验的自变量是果胶酶的来源,因变量是果胶酶的活性(可用出汁量的多少来反映),所以该实验的目的是比较不同来源果胶酶的活性。 (2)根据实验设计可知,该实验是探究果胶酶的最适温度,所以自变量是温度,因变量是果胶酶的活性(用出汁量表示,出汁量越多则果胶酶活性越高)。该实验方案中,应该在低温、适温、高温范围内设置系列温度梯度的实验组进行实验,且梯度差要相等。 (3)根据题意,本实验的自变量是果胶酶的量,因变量是出汁量,对照实验的设计应遵循单一变量原则、等量原则和对照原则,根据实验设置,通过A~D组实验可比较不同实验组出汁量的差异。若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量,则E组应加入与实验组等量的缓冲液才符合实验设计的单一变量和等量原则,因此E组设计不能达到目的。 答案 (1)比较不同来源果胶酶的活性 (2)温度范围设置不合理 温度梯度设置不合理 (3)不能 未加入缓冲液 考点二 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 1.加酶洗衣粉的洗涤原理 (1)加酶洗衣粉:是指含有酶制剂的洗衣粉。 (2)加酶洗衣粉去污原理: 种类 洗涤原理 蛋白酶 蛋白质小分子的肽或氨基酸 脂肪酶 脂肪甘油+脂肪酸 淀粉酶 淀粉麦芽糖 纤维素酶 使纤维的结构变得蓬松,从而使渗入纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触,达到更好的去污效果 (3)影响酶活性的因素:温度、酸碱度和表面活性剂等。 2.探究加酶洗衣粉的洗涤效果 (1)遵循原则:单一变量原则、对照原则和等量原则。 (2)探究问题: ①普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果的区别。 a.单一变量:洗衣粉的类型。 b.对照实验 ②加酶洗衣粉的最适温度。 a.单一变量:温度。 b.对照实验:不同温度梯度的实验组之间形成相互对照。 ③添加不同种类的酶的洗衣粉洗涤效果的区别。 a.单一变量:加酶洗衣粉的种类。 b.对照实验 [归纳整合] 1.探究加酶洗衣粉的洗涤效果的变量分析 (1)影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素:水温、水量、水质、洗衣粉的用量和种类,衣物的材料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。 (2)分析自变量与因变量: ①在探究用加酶洗衣粉洗涤的最佳温度条件实验中,水温是要研究的对象,实验自变量是水温; ②在探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的实验中,实验自变量为洗衣粉的种类; ③在探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的实验中,实验自变量为加酶洗衣粉的种类,污渍应该是完全相同的,其他条件均一致。 2.使用加酶洗衣粉时的注意事项 (1)碱性蛋白酶能使蛋白质水解,因此,蛋白质类纤维(羊毛、蚕丝等)织物就不能用加蛋白酶的洗衣粉来洗涤,以免使纤维受到破坏。 (2)使用加酶洗衣粉时,必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在35~50 ℃时活性最强,在70 ℃以上就会失效。 (3)加酶洗衣粉也不宜长期存放,存放时间过长会导致酶活性损失。 (4)加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存,否则酶的活性将会丧失。 (5)添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质,而使人患过敏性皮炎、湿疹等,因此,应避免与这类洗衣粉长时间接触。 [思维探究] 1.在探究加酶洗衣粉的最适温度时,如何设置温度梯度? 提示:根据当地一年中的实际气温变化来确定,如冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃的水温,不同季节对应不同水温设置梯度。 2.若测出在40 ℃时洗涤效果比其他条件下好,应如何设置温度梯度探究最适温度? 提示:可设置温度梯度差更小的实验变量,如35 ℃、36 ℃、37 ℃、38 ℃、39 ℃、40 ℃、41 ℃、42 ℃、43 ℃、44 ℃、45 ℃,进行重复实验,直至测出具体的最适温度。 3.说出判断洗涤效果的方法和标准: (1)相同时间内比较____________________。 (2)相同污渍时比较___________________________________________________。 提示:(1)污渍的洗涤状况 (2)彻底清除所需时间的长短 [教材深挖] 1.(教材选修1P46“旁栏信息”)为什么说加酶洗衣粉能减少对环境的污染? 提示:加酶洗衣粉可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量,使洗涤剂朝低磷无磷的方向发展。 2.(教材选修1P47“旁栏思考”)洗涤材料应做怎样的选择? 提示:选用布料作为实验材料比较可行。在设置对照实验时,可以控制布料的大小、颜色及污物的量,使其相同;同时,也便于洗涤效果的比较。 命题点一 加酶洗衣粉的洗涤原理 1.加酶洗衣粉的酶制剂中含有蛋白酶,不含有肽酶的原因是( ) A.肽酶制备成本太高 B.肽酶会影响蛋白酶活性 C.衣物上的大分子蛋白质变为多肽后已很容易脱落 D.蛋白酶把蛋白质全部水解成可溶性氨基酸 C [考虑衣物的实际洗涤情况,当加酶洗衣粉中的蛋白酶将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成小分子多肽或可溶性氨基酸后,已经很容易从衣物上脱落了,无需再加肽酶。] 命题点二 加酶洗衣粉洗涤效果的探究 2.某生物学兴趣小组进行了“某加酶洗衣粉最适温度的测定”实验,下表是他们记录的不同温度除去不同污渍所需时间对照表,请依据表中数据作答。 水温/℃ 时间/min 污渍 5 20 30 40 50 60 70 80 植物油 48 39 30 20 17 11 12 20 蓝墨水 93 86 80 72 68 67 81 105 奶渍 48 43 28 12 6 4 12 17 (1)要达到最佳洗涤效果,使用该加酶洗衣粉的最适温度范围是________。 (2)在适宜温度范围内,该加酶洗衣粉对衣物上的________的洗涤效果最佳,对________的洗涤效果最差,其原因是_________________________________________ ____________________________________________________________________。 (3)羊毛、蚕丝等织物________(填“能”或“不能” )用该加酶洗衣粉洗涤,因为___________________________________________________________________________。 解析 由题表中数据可知,该加酶洗衣粉在50~70 ℃条件下洗涤效果最好;该加酶洗衣粉对奶渍有较强的去污力,说明该加酶洗衣粉中有蛋白酶,而羊毛和蚕丝等织物的主要成分是蛋白质,如果使用该加酶洗衣粉洗涤,会对织物造成破坏。 答案 (1)50~70 ℃ (2)奶渍 蓝墨水 奶渍的主要成分是蛋白质和脂肪,该加酶洗衣粉中含有碱性蛋白酶和碱性脂肪酶,能使蛋白质和脂肪等有机物水解,而很难使蓝墨水的成分水解。 (3)不能 羊毛、蚕丝等织物的主要成分是蛋白质,该加酶洗衣粉中的蛋白酶能使蛋白质水解,从而使织物受到破坏。 考点三 酶母细胞的固定化 1.固定化酶和固定化细胞技术 (1)固定化酶的应用实例——生产高果糖浆: ①反应原理 葡萄糖果糖 ②生产过程 将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上 ↓ 放入底端装有分布着许多小孔的筛板的反应柱内 (酶颗粒不能通过,反应液能通过) ↓ 葡萄糖溶液从反应柱的上端注入 ↓ 流过反应柱 ↓ 与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成果糖 ↓ 果糖从反应柱的下端流出 (2)固定化酶和固定化细胞技术: ①概念: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方法及适用范围。 2.固定化酵母细胞的制备及发酵 (1)实验操作流程: 酵母细胞的活化:称取干酵母放入小烧杯中,加入蒸馏水使其活化。 ↓ 配制CaCl2溶液:称取无水CaCl2放入烧杯中,加入蒸馏水,使其充分溶解。 ↓ 配制海藻酸钠溶液:要用小火间断加热的方法。 ↓ 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合:先将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,再加入已活化的酵母细胞。 ↓ 固定化酵母细胞:用注射器将混合物滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠。 ↓ 发酵:先用蒸馏水冲洗2~3次,然后加入葡萄糖溶液中,再置于25 ℃下发酵24 h。 (2)实验结果: ①凝胶珠的颜色和形状:浅黄色的圆形或椭圆形。 ②发酵现象 [归纳整合] 1.制备固定化酶和固定化细胞常用方法的比较 固定化方法 定义 图示 包埋法 将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中,常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 化学结合法 将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到纤维素、琼脂糖、离子交换树脂等载体上的固定方法。工艺简便、条件温和是其最显著的特点。化学结合法中常见的有交联法、共价结合法、离子结合法等 物理吸附法 将酶或细胞吸附到固体吸附剂表面的方法,固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等 2.直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的特点比较 类型 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞 酶的种类数 一种或几种酶 一种酶 一系列酶 常用固定方法 无 化学结合法、物理吸附法 包埋法 营养物质 不需要 不需要 需要 催化反应 一种或多种 一种 一系列 反应底物 各种物质(大分子、小分子) 各种物质(大分 子、小分子) 小分子物质 优点 催化效率高、耗能低、污染低 ①既能与反应物接触,又能与产物分离;②可以反复利用 成本低、 操作容易 缺点 ①对环境条件非常敏感,易失活;②很难回收,不能被再次利用,成本高;③酶会混在产物中,可能影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物与酶不容易接近,尤其大分子物质难以自由通过细胞膜,可能导致反应效率低 [思维探究] 1.一种酶只能催化一种或一类化学反应,而在生产实际中很多产物的形成都需要通过一系列的酶促反应才能进行,怎样解决这一问题? 提示:可采用固定化细胞技术。因为固定化细胞固定的是活细胞,而细胞中有多种酶,因此可以催化一系列反应。 2.用于固定酵母细胞的载体是海藻酸钠。探讨海藻酸钠的浓度对固定效果的影响: (1)海藻酸钠浓度过高不易形成凝胶珠; (2)海藻酸钠浓度过低形成的凝胶珠内包埋的细胞过少。 3.制备固定化酵母细胞实验结果分析 (1)合格的凝胶珠呈淡黄色,圆形或椭圆形,分析凝胶珠形态异常的表现和原因。 ①表现:颜色过浅呈白色。原因是:海藻酸钠溶液浓度过低,固定的酵母细胞数目较少。 ②表现:凝胶珠形状不规则。原因是:海藻酸钠的浓度偏高。 (2)分析固定化酵母细胞发酵产生酒精的标志是观察到产生许多气泡,同时闻到酒味。 [教材深挖] 1.(教材选修1P49“旁栏信息”)什么叫高果糖浆?对人类健康有什么好处? 提示:高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品,高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病,对人类健康更有益。 2.(教材选修1P50“旁栏信息”)什么叫做微生物的活化? 提示:在缺水状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。 命题点一 固定化酶和固定化细胞技术 1.下列关于固定化酶技术的说法,正确的是( ) A.固定化酶技术就是固定反应物,将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术 B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应 C.固定化酶中的酶无法重复利用 D.固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术 D [固定化酶技术就是固定酶,将酶依附着载体使其能被反复利用的技术,A项错误;固定化细胞的优势在于能催化一系列的酶促反应,一种酶只能催化一种或一类反应,B项错误;固定化酶中的酶可以重复利用,C项错误;固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术,D项正确。] 命题点二 固定化酵母细胞的制备 2.(2016·江苏卷)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: →→ 图1 图2 (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24 h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24~48 h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是________________________________;72~96 h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有________________________________。 解析 (1)实验中的海藻酸钠是包埋剂,作用是包埋绿球藻,而CaCl2是凝固剂,作用是与海藻酸钠反应形成凝胶球。 (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,宜采用培养液(或生理盐水)来洗涤,因为培养液(或生理盐水)的浓度与绿球藻的细胞液浓度相接近。图1中1.0%海藻酸钠组培养24 h后,移去凝胶球,由于海藻酸钠浓度过低,使形成的凝胶球孔径过大,固定下来的绿球藻数量少,结果使溶液呈绿色。 (3)分析图1可知,当海藻酸钠浓度为2.0%的时候,绿球藻数量比其他浓度时要多,所以要探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用,宜选用浓度为2.0%的海藻酸钠制备凝胶球。 (4)分析图2可知,随着培养时间延长,空白凝胶球组Zn2+浓度下降,Zn2+浓度下降的原因是凝胶吸附Zn2+;图1中海藻酸钠浓度为2.0%时,24~48 h间绿球藻生长(增殖)速度快,使固定化藻的实验组在24~48 h间Zn2+浓度下降速度较快;当海藻酸钠浓度为2.0%时,72~96 h间绿球藻生长(增殖)速度减慢,再加上培养液中Zn2+浓度较低,导致72~96 h间Zn2+浓度下降速度较慢。 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 考点四 亚硝酸盐含量的测定 1.亚硝酸盐 物理性质 白色粉末,易溶于水 应用 在食品生产中常用作食品添加剂 分布 分布广泛,存在于蔬菜、咸菜和豆粉等食品中 危害 人体摄入总量达到0.3~0.5_g时会引起中毒;摄入总量达到3_g时会导致死亡 我国卫 肉制品中不得超过30_mg/kg,酱腌菜中不超过20 mg/ 生标准 kg,婴儿奶粉中不得超过2_mg/kg 代谢 绝大多数随尿排出,但在特定条件下,即适宜的pH、温度和一定的微生物作用下,会转变为致癌物—亚硝胺 2.亚硝酸盐含量的测定 (1)测定原理 (2)方法:比色法。 (3)测定流程图 →→→→ [归纳整合] 1.实验中所用试剂、药品的作用 试剂、药品 作用 对氨基苯磺酸溶液 与亚硝酸盐发生重氮化反应 盐酸 营造酸性环境 N-1-萘基乙二胺盐酸盐溶液 与重氮化反应的产物结合,形成玫瑰红色染料,作为测定亚硝酸盐含量的指示剂 氢氧化钠溶液 中和过多的酸,制造弱碱性环境 氯化镉、氯化钡 作为提取剂,可使蛋白质沉淀析出,利于对泡菜中亚硝酸盐的提取 氢氧化铝乳液 吸附样品滤液中的色素和杂质,使泡菜汁无色透明,以便使后续的显色反应更明显 亚硝酸钠 制备标准显色液 2.亚硝酸盐含量测定的误差 (1)测定的亚硝酸盐含量误差较大,原因包括两方面: ①配制的标准显色液亚硝酸盐含量的梯度差较大。 ②目测的颜色不够精确。 (2)减小误差的方法。 ①增加标准显色液的组数,减小亚硝酸盐含量的梯度差。 ②利用分光光度计精确测量颜色深浅。 [思维探究] 为测定泡菜内的亚硝酸盐含量,某同学用此法进行了实验,他在制备标准显色液时做了如下操作: (1)用刻度移液管量取一系列不同体积的亚硝酸钠溶液,分别置于50 mL比色管中; (2)在各比色管中分别加入2.0 mL对氨基苯磺酸溶液,紧接着再分别加入2.0 mL N-1-萘基乙二胺盐酸盐溶液; (3)观察各比色管中溶液颜色的梯度变化。 请指出该同学操作的失误之处: ____________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示:步骤(1)中还应再添加一支比色管作为空白对照;步骤(2)中在各比色管中分别加入2.0 mL对氨基苯磺酸溶液,混匀后应静置3~5 min,再分别加入1.0 mL N-1-萘基乙二胺盐酸盐溶液,然后再添加蒸馏水,使各比色管中溶液的体积达到50 mL。 [教材深挖] (教材选修1P12中“结果分析与评价”)(1)如果样品液显色后,目测比色时发现与标准液的浓度不吻合怎么办? 提示:在已知浓度范围内,改变浓度梯度,进一步配制标准显色液。 (2)对实验结果是否进行了及时细致的观察与记录? 提示:在实验进行过程中,应及时对泡菜中亚硝酸盐含量进行鉴定,比较不同时期亚硝酸盐含量的变化及其对泡菜质量的影响。 命题点一 亚硝酸盐测定的原理 1.下列关于测定亚硝酸盐含量原理的叙述,不正确的是( ) A.亚硝酸盐经一定方式显色反应后呈玫瑰红色 B.显色反应后亚硝酸盐的理化性质没有发生改变 C.不同浓度的亚硝酸盐显色深浅不同 D.可用样品液与已知浓度的标准液比色估算样品液中亚硝酸盐的含量 B [测定亚硝酸盐含量的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重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料,A正确;由亚硝酸盐检测原理可知,显色是发生化学反应的过程,因此显色反应后亚硝酸盐的理化性质发生改变,B错误;不同浓度的亚硝酸盐显色深浅不同,亚硝酸盐浓度越大,呈现的颜色越深,C正确;测定亚硝酸盐含量的方法是比色法,将显色后的样品与已知浓度的标准液比色,可大致估算出样品液中亚硝酸盐的含量,D正确。] 命题点二 亚硝酸盐测定的实验分析 2.某研究小组就泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量的变化开展了研究,操作如下:选取1、2、3号三个相同的泡菜坛,在每个坛中加入洗净的新鲜莲花菜0.6 kg,再分别倒入相同量的煮沸并冷却的20%的盐水,将坛密封,置于同一环境中。封坛前进行第一次取样测定亚硝酸盐含量,后来定时测定,结果如下图。请问: (1)制作泡菜需要测定亚硝酸盐的含量,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N-1-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显色液目测比较,可以大致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量。 (2)该小组对实验数据的处理方法是否合理?__________。说明理由:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)实验中三个坛中产生的亚硝酸盐含量存在差异,最可能的原因是____________________________________________________________________。 解析 (1)测定亚硝酸盐含量的方法是比色法,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重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料,将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液目测比较,可以大致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量。 (2)为了减少误差,避免实验的偶然性,每次实验要记录取平均值。 (3)三个坛中产生的亚硝酸盐含量存在差异,可能的原因是不同的微生物进入坛内,引起误差。 答案 (1)比色法 重氮化 玫瑰红色染料 (2)不合理 应将三个坛中每次测定的亚硝酸盐的含量分别记录,求出平均值,然后以时间为横坐标,亚硝酸盐的含量为纵坐标画出一条曲线,实验组越多,数据越真实。 (3)各坛中微生物的种类和数量可能存在差异(其他合理答案也可) 考点五 血红蛋白的提取和分离 1.蛋白质的分离原理及方法 (1)分离原理: 根据蛋白质各种特性的差异分离不同种类的蛋白质,如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等。 (2)凝胶色谱法: ①概念:也称做分配色谱法,是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。 ②凝胶 ③分离原理。 分离物质 通道 路程 速度 相对分子质量较大 凝胶外部 较短 较快 相对分子质量较小 凝胶内部 较长 较慢 (3)缓冲溶液: ①组成:通常由1~2种缓冲剂溶解于水中配制而成。 ②作用:抵制外界的酸和碱对溶液pH的影响而保持其稳定。 (4)电泳: ①概念:指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。 ②原理:电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同,使带电分子产生不同的迁移速度,从而实现样品中各种分子的分离。 ③两种常用方法:琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。 2.血红蛋白的提取与分离实验操作 (1)血红蛋白的提取与分离实验流程: 样品处理:红细胞的洗涤→血红蛋白的释放→分离血红蛋白溶液 ↓ 粗分离:用透析法除去血红蛋白溶液中相对分子质量较小的杂质 ↓ 纯化:用凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质 ↓ 纯度鉴定:一般用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳方法来测定蛋白质的纯度 (2)凝胶色谱操作: ①凝胶色谱柱的制作。 准备材料→加工橡皮塞→安装玻璃管。 ②凝胶色谱柱的装填。 材料:本实验使用的是交联葡聚糖凝胶。 方法:凝胶用蒸馏水充分溶胀后,配成凝胶悬浮液,一次性缓慢倒入色谱柱内。 注意事项: a.商品凝胶使用前需直接放在洗脱液中膨胀; b.装填时可轻轻敲动色谱柱,使凝胶装填均匀; c.不能有气泡存在,防止其搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序,降低分离效果; d.不能发生洗脱液流干,露出凝胶颗粒的现象。 检验:如果红色区带均匀一致地移动,说明色谱柱制作成功。 ③样品的加入与洗脱。 调整缓冲液面:与凝胶面平齐 ↓ 滴加透析样品:用吸管将1 mL透析后的样品加到色谱柱的顶端 ↓ 样品渗入凝胶床:打开下端出口,使样品渗入凝胶床内 ↓ 洗脱:打开下端出口,用磷酸缓冲液洗脱 ↓ 收集:待红色的蛋白质接近色谱柱底端时,用试管收集流出液,每5 mL收集一管,连续收集 [归纳整合] 1.对凝胶色谱法和电泳法的分析 (1)蛋白质分子在凝胶中的运动情况分析 相对分 子质量 直径大小 运动方式 运动 速度 运动 路程 洗脱 次序 大 大于凝胶颗粒空隙直径,被排阻在外面 垂直向下移动 较快 较短 先从凝 胶柱洗 脱出来 小 小于凝胶颗粒空隙直径,可以进入颗粒内部 垂直向下移动,无规则扩散进入凝胶颗粒 较慢 较长 后从凝 胶柱洗 脱出来 (2)蛋白质电泳的常用方法比较 电泳方法 琼脂糖凝胶电泳 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳 原理 由于琼脂糖本身不带电荷,各种分子在电场中的迁移速率决定于其所带电荷性质及分子的大小、形状 在凝胶中加入SDS,使蛋白质解聚成单条肽链,SDS与各种蛋白质形成蛋白质——SDS复合物,使其迁移率完全取决于分子的大小 特点 ①琼脂糖凝胶电泳操作简单,电泳速度快、样品不需要事先处理 ② 电泳后区带易染色,样品极易洗脱,便于定量测定 测定蛋白质的相对分子质量常用SDS——聚丙烯酰胺凝胶电泳,这是因为在一定浓度范围内,聚丙烯酰胺热稳定性强,可以用检测仪直接测定 2.提取和分离血红蛋白的过程及目的 过程 目的 红细胞洗涤 去除杂质,如血浆蛋白 血红蛋白释放 使红细胞破裂,释放血红蛋白 分离血红蛋白溶液 经过离心使血红蛋白与其他杂质分离开 透析 除去样品中相对分子质量较小的杂质 纯化 除去相对分子质量较大的杂质蛋白 [思维探究] 凝胶色谱法可测定蛋白质的相对分子质量,现有A、B两种蛋白质,请运用凝胶色谱法完成下列实验,确定A、B两种蛋白质相对分子质量的大小。 (1)凝胶色谱法的原理是__________________________________ ______________________________________。 (2)材料用具:玻璃管,橡皮塞,打孔器,移液管,尼龙网,螺旋夹,凝胶,缓冲液。 (3)实验步骤: ①凝胶色谱柱的制作:注意底塞中插入的玻璃管的上部不得超出橡皮塞的________,否则难以铺实________,还会导致液体残留,蛋白质分离不彻底。 ②凝胶色谱柱的装填:装填时轻轻敲动色谱柱的原因是: ________________________________________________________________________。 ③样品的加入和洗脱: _____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)预期结果及结论: ____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示:(1)根据相对分子质量的大小分离蛋白质 (3)①凹穴底面 尼龙网 ②使凝胶装填均匀 ③将A、B两种蛋白质的混合液加到凝胶色谱柱的上端,用缓冲液进行洗脱,检测它们洗脱的先后顺序 (4)若A先于B洗脱出来,则A的相对分子质量大于B;若B先洗脱出来,则B的相对分子质量大于A [教材深挖] 1.(教材选修1P67“旁栏信息”)在采血容器中要预先加入柠檬酸钠的目的是什么? 提示:柠檬酸钠是抗凝血剂,防止血液凝固。 2.(教材选修1P67“旁栏信息”)透析袋具有怎样的特点和作用? 提示:透析袋能使小分子自由进出,而将大分子保留在袋内。透析可以去除样品中分子量较小的杂质,或用于更换样品的缓冲液。 命题点一 蛋白质分离的原理与方法 1.利用凝胶色谱法分离蛋白质时,蛋白质洗脱出来的顺序是( ) ①相对分子质量最大的 ②相对分子质量最小的 ③相对分子质量适中的 A.①②③ B.③②① C.①③② D.②①③ C [相对分子质量最大的,不能进入凝胶内的任何孔隙,洗脱出来的时间最短;相对分子质量适中的,是能进入凝胶内孔隙中孔径大小相应部分的蛋白质,洗脱出来的时间次之;相对分子质量最小的,是能进入分子筛全部孔隙内的蛋白质,洗脱出来的时间最长。] 2.SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳法中加入SDS的作用是( ) A.增大蛋白质的相对分子质量 B.改变蛋白质的形状 C.掩盖不同种蛋白质间的电荷差别 D.减少蛋白质的相对分子质量 C [SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳法中加入SDS的作用是掩盖不同种蛋白质间的电荷差别,使蛋白质的迁移速率只取决于其分子大小,C正确。] 命题点二 血红蛋白的提取与分离实验操作 3.如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置,请回答下列问题: (1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分,其在红细胞中的作用体现了蛋白质具有________功能。我们通常选用猪、牛、羊等动物的血液进行实验,实验前取新鲜的血液时,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。加入柠檬酸钠的目的是______________________________________________ __________________________。 (2)甲装置中,B是血红蛋白溶液,则A是__________________________________ ______________________________________; 乙装置中,C溶液的作用是______________。 (3)甲装置用于________,目的是_______________________________________ _______________________________________________________。用乙装置分离蛋白质的方法叫________________________________________________________________________,是根据__________________分离蛋白质的有效方法。在操作中加样(下图)的正确顺序是____________。 (4)最后经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行________。 解析 (1)血红蛋白能携带氧气,体现了蛋白质具有运输功能。实验前取新鲜的血液时,要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠,柠檬酸钠具有防止血液凝固的作用。 (2)甲装置中,B是血红蛋白溶液,则A是磷酸缓冲液;乙装置中,C溶液的作用是洗脱血红蛋白。 (3)甲装置用于透析(粗分离),目的是去除样品中相对分子质量较小的杂质。用乙装置分离蛋白质的方法叫凝胶色谱法,是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。 (4)经SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。 答案 (1)运输 防止血液凝固 (2)磷酸缓冲液 洗脱血红蛋白 (3)透析(粗分离) 去除样品中相对分子质量较小的杂质 凝胶色谱法 相对分子质量的大小 ④、①、②、③ (4)纯度鉴定 ◎ 1.果胶酶是由半乳糖醛酸组成的高分子化合物。(×) 2.探究果胶酶的用量时,温度和pH不影响实验结果。(×) 3.碱性蛋白酶与碱性脂肪酶是最常用的酶制剂,主要是因为难以清洗的污渍中蛋白质和脂类物质较多。(√) 4.探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗涤效果时温度和pH都应相同且适宜。(√) 5.固定化细胞操作容易,对酶活性的影响较小,且能催化一系列的反应。(√) 6.将干酵母细胞加入蒸馏水中的目的是溶解酵母细胞。(×) 7.用蒸馏水冲洗凝胶珠的目的是洗去多余的海藻酸钠溶液。(×) 8.生产高果糖浆时葡萄糖溶液流过反应柱后,其中的葡萄糖全部转化为果糖,从下部流出。(×) 9.测定亚硝酸盐含量时需要配制亚硝酸盐标准样液。(√) 10.凝胶色谱法分离蛋白质时利用了蛋白质相对分子质量大小和形状的不同。(×) 11.电泳时带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。(√) ◎ 1.以“3次过滤”为分界线看亚硝酸盐测定中“制备样品处理液” 2.固定化酵母细胞的两个注意事项 (1)溶解海藻酸钠:应采用小火间断加热,并不断搅拌直至海藻酸钠完全溶化,以防加热过快,导致海藻酸钠焦糊。 (2)制备固定化酵母细胞:要等海藻酸钠溶液冷却后加入酵母细胞,防止高温杀死酵母细胞。同时加入酵母细胞的海藻酸钠溶液不能直接“注入”而应缓慢“滴入”CaCl2溶液中,使刚形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡一段时间,以便形成稳定的结构。 1.(2016·海南卷)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 本题主要考查加酶洗衣粉的洗涤原理与酶活性的影响因素。 (1)新鲜血迹中含有蛋白质,开水使血中的蛋白质变性而沉淀,难以清洗;若要去除衣服上的血渍,应选择含有蛋白酶丙的碱性洗衣粉,因为碱性条件下只有蛋白酶丙具有活性。 (2)因为洗衣液中含有的蛋白酶会降解脂肪酶,所以添加脂肪酶无效。 (3)只有羧基和氨基可解离,pH通过影响酶和底物分子羧基和氨基的解离状态而影响酶的活性。 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 2.(2014·海南卷)已知泡菜中亚硝酸盐含量与泡制时间有关。为了测定不同泡制天数泡菜中亚硝酸盐的含量,某同学设计了一个实验,实验材料、试剂及用具包括:刻度移液管、比色管、不同浓度的亚硝酸钠标准溶液、亚硝酸盐的显色剂、不同泡制天数的泡菜滤液等。回答相关问题: (1)请完善下列实验步骤。 ①标准管的制备:用________________________和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管。 ②样品管的制备:用刻度移液管分别吸取一定量的______________________,加到不同的比色管中,然后在各个比色管中加入等量的显色剂进行显色,得到样品管。 ③将每个________分别与系列标准管进行比较,找出与样品管颜色深浅________的标准管,该管中亚硝酸钠含量即代表样品管中的亚硝酸盐含量,记录各样品管亚硝酸盐的含量。 (2)如图表示的是泡菜中____________________________趋势。 (3)泡菜制作过程中产酸的细菌主要是________(填“醋酸杆菌”或“乳酸菌”)。 解析 (1)在亚硝酸盐含量的测定中,用不同浓度的亚硝酸钠标准溶液和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管;用刻度移液管分别吸取一定量的不同泡制天数的泡菜滤液,加到不同的比色管中,然后再在各个比色管中加入等量的显色剂进行显色,得到样品管,并观察其颜色变化;将每个样品管分别与系列标准管进行比较,找出与样品管颜色深浅最相近的标准管,该标准管中亚硝酸钠的含量即代表样品管中的亚硝酸盐含量。(2)分析题图,自变量为泡制时间,因变量为亚硝酸盐含量,故图中表示的是泡菜中亚硝酸盐含量随时间的变化趋势。(3)泡菜制作过程中产酸的细菌主要是乳酸菌。 答案 (1)①不同浓度的亚硝酸钠标准溶液 ②不同泡制天数的泡菜滤液 ③样品管 最相近 (2)亚硝酸盐含量随泡制时间的变化 (3)乳酸菌 3.(新题速递)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分,负责血液中O2和部分CO2的运输。请根据血红蛋白的提取和分离回答问题: (1)凝胶色谱法的基本原理是根据________________分离蛋白质的有效方法。 (2)洗涤红细胞的目的是去除________,洗涤次数过少,无法除去________;离心速度过高和时间过长会使________等一同沉淀,达不到分离的效果。洗涤干净的标志是________________________________。释放血红蛋白的过程中起作用的是________________。 (3)在洗脱过程中加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是________________________________________________________________________,如果红色区带_____________________________________________________,说明色谱 柱制作成功。 解析 (1)凝胶色谱法是根据蛋白质的相对分子质量大小分离蛋白质的有效方法。 (2)洗涤红细胞的目的是去除血浆蛋白等杂蛋白,如果洗涤次数过少,无法除去血浆蛋白;离心速度过高和时间过长会使白细胞等一同沉淀,达不到分离的效果。洗涤干净的标志是离心后的上清液不再呈现黄色。释放血红蛋白的过程中起作用的是蒸馏水和甲苯,其中蒸馏水的作用是使红细胞吸水破裂,甲苯可溶解细胞膜,加入甲苯能加速红细胞破裂并释放血红蛋白。 (3)在洗脱过程中加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的目的是准确模拟生物体内的生理环境,保持体外的pH和体内的一致,进而保持蛋白质的正常形态结构;洗脱时,血红蛋白的颜色可以指示血红蛋白的位置,因此当红色区带均匀一致地移动时,说明色谱柱制作成功。 答案 (1)相对分子质量的大小 (2)杂蛋白(血浆蛋白) 血浆蛋白 白细胞 离心后的上清液不再呈现黄色 蒸馏水和甲苯 (3)准确模拟生物体内的生理环境,保持体外的pH和体内的一致 均匀一致地移动查看更多