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1、第第2节节 酶在工业生产中的应用酶在工业生产中的应用课课程程标标准准举举例例说说明明酶酶在工在工业业生生产产中的中的应应用。用。课标课标解解读读1说说出出酶酶家族的概况及家族的概况及酶酶制制剂剂的生的生产产方法。方法。2举举例例说说明明酶酶在工在工业业生生产产中的中的应应用。用。3尝试尝试分析和收集有关分析和收集有关酶酶的的专专利文献利文献资资料。料。4认认同解决同解决现实现实生活中的生活中的许许多多问题问题离不开科学技离不开科学技术术，以，以 及科学技及科学技术术是一个不断是一个不断发发展的展的过过程。程。酶酶的种的种类类(1)根据存在部位分根据存在部位分为为：胞内：胞内酶酶和和_酶酶。(2
2、)根据根据酶酶催化的反催化的反应应和所起的作用分和所起的作用分为为：氧化：氧化还还原原酶酶、_酶酶、裂解、裂解酶酶、连连接接酶酶、转转移移酶酶和和_酶酶六大六大类类。酶酶的的优优点点比无机催化比无机催化剂剂_、反、反应应条件条件_等等优优点。点。酶的家族与酶制剂的生产酶的家族与酶制剂的生产12胞外胞外水解水解催化效率高催化效率高温和温和异构异构酶酶的生的生产产(1)微生物微生物发发酵生酵生产产：大量：大量_都是利用微生物都是利用微生物发发酵酵生生产产。(2)基因工程菌基因工程菌发发酵生酵生产产：一些：一些_是通是通过过基因工程基因工程菌菌发发酵生酵生产产。固定化固定化酶酶技技术术(1)方法：采
3、用多种方法：采用多种办办法将法将酶酶固定在一定的固定在一定的_上，制上，制备备成成_的固体的固体颗颗粒，称粒，称为为固定化固定化酶酶。(2)固定化固定化酶酶的的优优点：避免了点：避免了_产产物，又可以物，又可以_使用，使用，从而有助于从而有助于实现实现反反应应的的_化和自化和自动动化。化。34应应用的用的酶酶重要的重要的酶酶载载体体不溶于水不溶于水污污染染反复反复连续连续 酶酶与一般无机催化与一般无机催化剂剂的共性是什么？的共性是什么？提示提示反反应应前后前后质质量和性量和性质质不改不改变变，不改，不改变变化学平衡点。化学平衡点。思维激活思维激活1直接使用直接使用酶酶和固定化和固定化酶酶催化反
4、催化反应应的的优优缺点比缺点比较较1类类型型优优点点不足不足直接使用直接使用酶酶催化效率高，低催化效率高，低耗能，低耗能，低污污染等染等对环对环境条件非常敏感，容境条件非常敏感，容易失活；溶液中易失活；溶液中酶酶很很难难回回收，不能被再次利用，反收，不能被再次利用，反应应后后酶酶会混合在会混合在产产物中，物中，可能影响可能影响产产品品质质量量固定化固定化酶酶酶酶既能与反既能与反应应物物接触，又能与接触，又能与产产物分离，同物分离，同时时，固定在固定在载载体上的体上的酶酶还还可以被反复可以被反复利用利用一种一种酶酶只能催化一种化学只能催化一种化学反反应应，而在生，而在生产实产实践中，践中，很多很
5、多产产物都是通物都是通过过一系列一系列的的酶酶促反促反应应才能得到的才能得到的酶酶的固定化方法的固定化方法(1)常用的制常用的制备备固定化固定化酶酶的主要方法有吸附法、交的主要方法有吸附法、交联联法、包法、包埋法等埋法等(如如图图所示所示)。2.(2)各种制各种制备备固定化固定化酶酶方法的比方法的比较较(如下表如下表)酶酶的固的固定方法定方法原理原理固定固定载载体体优优点点吸附法吸附法离子离子键键作用、作用、物理吸附物理吸附纤维纤维素、素、琼琼脂糖等多糖脂糖等多糖类类或或多孔玻璃、离子交多孔玻璃、离子交换树换树脂等脂等载载体体工工艺简艺简便便且条件温且条件温和，在生和，在生产产上上应应用用广泛
6、广泛交交联联法法酶酶和多功能和多功能试试剂剂之之间间形成共形成共价价键键利用多功能利用多功能试剂试剂在在酶酶与与酶酶、酶酶与与载载体之体之间进间进行交行交联联，从，从而形成三而形成三维维的交的交联联网架网架结结构构包埋法包埋法将将酶酶包埋在能包埋在能固化的固化的载载体中体中将将酶酶包裹在聚丙包裹在聚丙烯酰烯酰胺凝胶胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在等高分子凝胶中，或包裹在硝酸硝酸纤维纤维素等半透性高分子素等半透性高分子膜中，前者包埋成格子形，膜中，前者包埋成格子形，后者包埋成微胶囊形后者包埋成微胶囊形知识拓展知识拓展 固定化固定化细细胞技胞技术术通通过过各种方法将各种方法将细细胞与一定的胞与一定的
7、载载体体结结合，使合，使细细胞仍保持原胞仍保持原有的生物活性，有的生物活性，这这一一过过程称程称为细为细胞固定化。固定化胞固定化。固定化细细胞仍胞仍能能进进行正常的生行正常的生长长、繁殖和代、繁殖和代谢谢，可以像游离的，可以像游离的细细胞一胞一样样应应用于用于发发酵生酵生产产。固定化。固定化细细胞技胞技术术免去了破碎免去了破碎细细胞提取胞提取酶酶等步等步骤骤，能充分利用，能充分利用细细胞内的胞内的酶酶，因而固定化，因而固定化细细胞内的胞内的酶酶活性基本没有改活性基本没有改变变。由于保留了。由于保留了细细胞内原有的多胞内原有的多酶酶系系统统，这样对这样对于催化多步的于催化多步的连续连续反反应优势
8、应优势就更加明就更加明显显。固定化。固定化细细胞的方法也有多种，常用的方法胞的方法也有多种，常用的方法(见见下表下表)：固定方固定方法法载体载体吸附法吸附法将动物细胞吸附于容器壁、微载体和中空纤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维等载体上；将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上中空纤维的外壁上包埋法包埋法将细胞包埋在多孔载体的内部，凝胶包埋法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，适用于各是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物
9、细胞的固定化。凝胶种微生物、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。备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。固定化固定化酶酶的的优优点是点是 (
10、)。A有利于增加有利于增加酶酶的活性的活性B有利于有利于产产物的物的纯纯化化C有利于提高反有利于提高反应应速率速率D有利于有利于酶酶发挥发挥作用作用解析解析固定化固定化酶酶制制剂剂的目的是降低生的目的是降低生产产成本。一是能成本。一是能够顺够顺利利地从地从发发酵酵产产物中把物中把酶酶分离出来；二是能分离出来；二是能够够使使酶酶反复使用。反复使用。酶酶的固定化，的固定化，对对酶酶的活性、的活性、酶酶作用的作用的发挥发挥、反、反应应速率的提高，速率的提高，并没有多少作用。并没有多少作用。酶酶的活性、的活性、酶酶作用的作用的发挥发挥与与环环境条件密切境条件密切相关，如温度、相关，如温度、pH等。反等
11、。反应应速率与底物的速率与底物的浓浓度、温度、度、温度、pH等条件有关系。在底物等条件有关系。在底物浓浓度升高度升高时时，反，反应应速率将提高；温度、速率将提高；温度、pH适宜适宜时时，反，反应应速率最快。速率最快。答案答案B【巩固巩固1】酶酶相比无机催化相比无机催化剂剂的的优优越性越性(1)反反应应能在能在_、常、常压压和和_条件下条件下进进行，可以行，可以节节省大省大量的能源和量的能源和设备设备投投资资。(2)生生产过产过程中不会造成程中不会造成_，符合，符合环环境保境保护护的要求。的要求。(3)生生产过产过程程简单简单，_，产产品品质质量好，生量好，生产产成本低。成本低。酶在工业生产中的
12、应用酶在工业生产中的应用1常温常温中性中性PH严严重的重的污污染染效率高效率高应应用用(1)已成功用于已成功用于_工工业业，不，不仅仅用于食品的直接生用于食品的直接生产产，还还用于改用于改进进工工艺艺、简简化生化生产过产过程、改善程、改善产产品的品品的品质质和和风风味、味、延延长储长储存期、提高存期、提高产产品品产产量和量和质质量等方面。量等方面。(2)在在_和化工工和化工工业业方面有着广泛的方面有着广泛的应应用。用。(3)在医在医药药工工业业方面，可利用方面，可利用酶酶的催化反的催化反应应生生产产_。试试画出画出pH、T、底物、底物浓浓度、度、酶酶浓浓度度对对酶酶活性的活性的影响的曲影响的曲
13、线图线图。提示提示思维激活思维激活22食品食品轻轻工工业业药药物物工工业业上常用的上常用的酶酶及及应应用用应应用用领领域域使用的使用的酶酶种种类类用途用途洗洗涤剂涤剂工工业业细细菌蛋白菌蛋白酶酶用于用于污渍污渍的去除的去除淀粉淀粉酶酶可作可作为为洗碗机的洗洗碗机的洗涤剂涤剂，用于去，用于去除除难难溶的淀粉残迹等溶的淀粉残迹等烘烤食烘烤食品工品工业业真菌真菌产产生的生的淀淀粉粉酶酶催化淀粉降解成可被酵母菌利用催化淀粉降解成可被酵母菌利用的糖的糖类类蛋白蛋白酶酶在在饼饼干制作干制作过过程中，用于降低面程中，用于降低面粉中的蛋白粉中的蛋白质质含量等含量等酿酿酒工酒工业业麦芽麦芽产产生的淀粉生的淀粉酶
14、酶、蛋白、蛋白酶酶、葡、葡聚糖聚糖酶酶将淀粉和蛋白将淀粉和蛋白质质降解成能被酵母降解成能被酵母菌使用的菌使用的单单糖、氨基酸和多糖、氨基酸和多肽肽，从而提高乙醇的从而提高乙醇的产产量量葡聚糖葡聚糖酶酶改改进进啤酒的啤酒的过滤过滤性能性能淀粉葡萄糖苷淀粉葡萄糖苷酶酶用于生用于生产产低糖啤酒低糖啤酒木瓜蛋白木瓜蛋白酶酶去除啤酒去除啤酒储储存存过过程中生成的混程中生成的混浊浊乳制品乳制品工工业业胰凝乳胰凝乳酶酶在奶酪的制作在奶酪的制作过过程中用程中用于分解蛋白于分解蛋白质质乳糖乳糖酶酶降解乳糖降解乳糖为为葡萄糖及各葡萄糖及各类类糖糖浆浆糖工糖工业业淀粉淀粉酶酶、淀粉葡萄、淀粉葡萄糖苷糖苷酶酶将淀粉将
15、淀粉转转化化为为葡萄糖及葡萄糖及各各类类糖糖浆浆葡萄糖异构葡萄糖异构酶酶用于将葡萄糖用于将葡萄糖转转化化为为果果糖，生糖，生产产高果糖高果糖浆浆纺织纺织工工业业淀粉淀粉酶酶广泛地广泛地应应用于用于纺织纺织品的品的褪褪浆浆制革工制革工业业胰蛋白胰蛋白酶酶用于毛皮中特定蛋白用于毛皮中特定蛋白质质的去除或皮革脱毛的去除或皮革脱毛医医疗疗和制和制药药工工业业胰蛋白胰蛋白酶酶用于用于伤伤口愈合和溶解血凝口愈合和溶解血凝块块，抑制微生物的生，抑制微生物的生长长L天冬天冬酰酰胺胺酶酶用于治用于治疗疗癌症，使癌癌症，使癌细细胞胞无法无法获获得生得生长长所需的所需的营营养养胃蛋白胃蛋白酶酶用于治用于治疗疗消化不
16、良消化不良其他多种其他多种酶酶作作为诊为诊断断试剂试剂 现现在生在生产产的的许许多多饮饮料和糖果中的甜味料和糖果中的甜味剂剂不是蔗糖而不是蔗糖而是高果糖是高果糖浆浆，高果糖，高果糖浆浆是淀粉通是淀粉通过过一系列的催化作用一系列的催化作用转转化化而来的，在而来的，在这这一一过过程中不需要的程中不需要的酶酶是是 ()。A淀粉淀粉酶酶 B糖化糖化酶酶C葡萄糖异构葡萄糖异构酶酶 D纤维纤维素素酶酶解析解析此此题题中中酶酶的作用不是除去果肉的作用不是除去果肉细细胞的胞的细细胞壁，而是胞壁，而是将淀粉通将淀粉通过过一系列的催化作用一系列的催化作用转转化化为为高果糖高果糖浆浆。答案答案D【巩固巩固2】肝肝脏
17、脏中的乙醇脱中的乙醇脱氢氢酶酶可催化乙醇氧化可催化乙醇氧化为为乙乙醛醛，从而消，从而消除人的乙醇中毒，下列除人的乙醇中毒，下列选项选项中能表示其中能表示其过过程的是程的是()。【例例1】示例示例一一酶的种类酶的种类思维导图：思维导图：深度剖析深度剖析 由题意由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题项符合题意。意。答案答案B归纳总结归纳总结酶酶的分的分类类（1）根据存）根据存在的部位在的部位胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。如细胞内
18、有氧呼吸酶等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。如胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如 消化酶等消化酶等 如下如下图图所示是所示是酶酶的几种固定方式示意的几种固定方式示意图图，其所采用的，其所采用的固定方法依次是固定方法依次是 ()。【例例2】示例二示例二固定化酶技术固定化酶技术A载载体体结结合法，交合法，交联联法，包埋法法，包埋法B交交联联法，法，载载体体结结合法，包埋法合法，包埋法C包埋法，包埋法，载载体体结结合法，交合法，交联联法法D包埋法，交包埋法，交联联法，法，载载体体结结合法合法思维导图：思维导图：深度剖析深度剖析 题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；题图
19、表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，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；应属交联法；图表示固定在一定的支持物上，可用物理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。吸附法、离子结合法和共价结合法固定。答案答案D反思感悟反思感悟 固定化固定化酶酶的的优优点点酶酶被固定化后，大多数被固定化后，大多数酶酶稳稳定性增加，因而可以通定性增加，因而可以通过过滤过过滤等等简单简单的方法将的方法将酶酶从反从反应应系系统统中取出，中取出，这样这样做既避免了做既避免了污污染染产产物，又可以反复利用，从而有助于物
20、，又可以反复利用，从而有助于实现实现反反应应的的连续连续化化和自和自动动化。化。下列叙述中，能正确下列叙述中，能正确说说明明酶酶特性的是特性的是 ()。A酶酶大多数是蛋白大多数是蛋白质质B酶酶是活是活细细胞胞产产生的，只能在生物体内生的，只能在生物体内发挥发挥催化作用催化作用C酶酶的活性随温度的升高而不断升高的活性随温度的升高而不断升高D每一种每一种酶酶只能催化一种或一只能催化一种或一类类物物质质的化学反的化学反应应解析解析酶酶的特性是指的特性是指酶酶的高效性、的高效性、专专一性以及受温度、一性以及受温度、pH等因等因素的影响。素的影响。A项项是是酶酶的化学本的化学本质质，属于，属于酶酶的概念
21、；的概念；酶酶是活是活细细胞胞产产生的，但它不生的，但它不仅仅仅仅在生物体内在生物体内发挥发挥作用，离体的作用，离体的酶酶，只要在，只要在合适的条件下仍可合适的条件下仍可发挥发挥催化作用；在一定的温度范催化作用；在一定的温度范围围内，内，酶酶的的活性随温度的升高而升高，活性随温度的升高而升高，C项项不能正确表述不能正确表述酶酶与温度的关系；与温度的关系；D项项表示了表示了酶酶的的专专一性。一性。答案答案D1ATP的消耗利用需要的的消耗利用需要的酶酶是是 ()。A水解水解酶酶 B合成合成酶酶 C异构异构酶酶 D转转移移酶酶解析解析ATP水解水解为为ADP和和Pi，同，同时释时释放能量，需水解放能
22、量，需水解酶酶。答案答案A下表关于下表关于酶酶与无机催化与无机催化剂剂的叙述中，的叙述中，错误错误的是的是 ()。A酶酶的催化条件是常温、常的催化条件是常温、常压压和中性条件和中性条件B酶酶催化反催化反应应不会造成不会造成严严重的重的污污染染C无机催化无机催化剂剂生生产过产过程复程复杂杂、成本高、成本高D酶酶和无机催化和无机催化剂剂均具有催化效率高的特点均具有催化效率高的特点解析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，故率低，
23、故D项错误。项错误。A、B、C项叙述均正确。项叙述均正确。答案答案D23用于皮革工用于皮革工业业的脱毛和的脱毛和软软化的化的酶酶是是 ()。A脂肪脂肪酶酶 B淀粉淀粉酶酶 C蛋白蛋白酶酶 D聚合聚合酶酶解析解析动动物皮毛由蛋白物皮毛由蛋白质质构成，因此可用蛋白构成，因此可用蛋白酶酶对对皮革脱皮革脱毛与毛与软软化。化。答案答案C45下下图图是固定化是固定化酶酶连连接的几种方式，据接的几种方式，据图图回答。回答。(1)甲方式叫甲方式叫_，这这种方法使用的种方法使用的载载体有体有_等。等。(2)乙方式叫乙方式叫_，这这种方法需要种方法需要酶酶和和载载体都具有体都具有_、_或或_等官能等官能团团。(3
24、)丙方式叫丙方式叫_，此方法需要使用，此方法需要使用_，如，如_等水溶性化合物。等水溶性化合物。(4)酶酶的固定方法大致可分的固定方法大致可分为为三三类类，即，即_、_和和_。图图中甲、乙方式属于中甲、乙方式属于_。(5)经经固定的固定的酶酶的特性是的特性是_。解析解析本本题题考考查查酶酶的固定方法及特性，可的固定方法及特性，可结结合合题题中的中的图图示及教材示及教材讲讲解的有关内容确定答案。解的有关内容确定答案。答案答案(1)离子离子结结合法离子交合法离子交换树换树脂脂(2)共价共价结结合法氨基合法氨基羧羧基基羟羟基基(3)交交联联法交法交联剂联剂戊二戊二醛醛(4)载载体体结结合法交合法交联联法包埋法法包埋法载载体体结结合法合法(5)不不仅仅仍具有催化性仍具有催化性质质，而且，而且稳稳定性提高，反复利用定性提高，反复利用课堂小结课堂小结酶酶在工在工业业生生产产中的中的应应用用酶酶的种的种类类酶酶制制剂剂的生的生产产酶酶的家族与的家族与酶酶制制剂剂的生的生产产酶酶在工在工业业生生产产中的中的应应用用