高中生物選修2課件：32酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、第2節(jié)酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.說出酶家族的概況及酶制劑的生產(chǎn)方法。2.舉例說明酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。3.嘗試分析和收集有關(guān)酶的專利文獻(xiàn)資料。4.認(rèn)同解決現(xiàn)實生活中的許多問題離不開科學(xué)技術(shù),以及科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的。一二一、酶的家族與酶制劑的生產(chǎn)1.酶的種類(1)根據(jù)存在部位分為:胞內(nèi)酶和胞外酶。(2)根據(jù)酶催化的反應(yīng)和所起的作用分為:氧化還原酶、水解酶、裂解酶、連接酶、轉(zhuǎn)移酶和異構(gòu)酶六大類。2.酶的優(yōu)點與無機(jī)催化劑相比,酶具有催化效率高、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點。3.酶的生產(chǎn)(1)微生物發(fā)酵生產(chǎn):大量應(yīng)用的酶都是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的。(2)基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn):一些重要的酶已經(jīng)采用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn),

2、使酶的產(chǎn)量大幅度提高。一二4.固定化酶技術(shù)(1)方法:采用多種辦法將酶固定在一定的載體上,制備成不溶于水的固體顆粒,稱為固定化酶。(2)固定化酶的優(yōu)點:避免了污染產(chǎn)物,又可以反復(fù)使用,從而有助于實現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)化和自動化。一二二、酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.酶相比無機(jī)催化劑的優(yōu)越性(1)反應(yīng)能在常溫、常壓和中性pH條件下進(jìn)行,可以節(jié)省大量的能源和設(shè)備投資。(2)生產(chǎn)過程中不會造成嚴(yán)重的污染,符合環(huán)境保護(hù)的要求。(3)生產(chǎn)過程簡單、效率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,生產(chǎn)成本低。2.應(yīng)用(1)已成功用于食品工業(yè)、改進(jìn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味、延長儲存期、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量等方面。(2)在輕工業(yè)和化工工

3、業(yè)方面有著廣泛的應(yīng)用。(3)在醫(yī)藥工業(yè)方面,可利用酶的催化反應(yīng)生產(chǎn)藥物。一二三一、酶催化反應(yīng)的優(yōu)缺點1.酶催化反應(yīng)的優(yōu)點(1)酶催化的反應(yīng)類型十分廣泛。六大酶類催化的反應(yīng)基本上涵蓋了各種化學(xué)反應(yīng)類型,因此,酶具有極其廣泛的應(yīng)用范圍。(2)酶催化的反應(yīng)具有極高的選擇性,包括對底物的種類,底物中的區(qū)域、位點等的選擇性,因此,一種酶只能夠催化一種底物或一類底物的一種反應(yīng),酶催化的反應(yīng)可以在一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行,而且?guī)缀鯖]有副反應(yīng),反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率高。這在臨床檢驗、化學(xué)分析和特定產(chǎn)品的生產(chǎn)上要比化學(xué)方法具有更大的優(yōu)勢。(3)酶催化的反應(yīng)速度快。酶催化的反應(yīng)速度大約是化學(xué)催化劑催化的反應(yīng)速度的10

4、10倍,因此,酶催化的反應(yīng)時間短,設(shè)備利用率高,生產(chǎn)效率高。一二三(4)酶催化的反應(yīng)條件溫和,一般是在常溫、常壓和中性pH條件下進(jìn)行,因此,能耗低,設(shè)備要求低,使用時間長,反應(yīng)成本和操作成本低。即使近期開發(fā)出來的極端酶類,如耐高溫酶和嗜酸堿酶等,催化反應(yīng)的條件也遠(yuǎn)比化學(xué)催化劑催化的反應(yīng)條件低得多:最高溫度在100 左右,最適pH為211,不必在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下進(jìn)行。一二三2.酶催化反應(yīng)的缺點(1)大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),在不適宜的條件下容易發(fā)生變性失活,因此,在使用和保存酶時要十分小心,要盡可能保持適宜的條件。為了維持酶的穩(wěn)定和催化效率,在酶催化反應(yīng)和保存時要使用緩沖液系統(tǒng);一般的酶不能夠耐受高溫,

5、可以在低溫下保存,但是也有的酶在低溫下也會失活,甚至更不穩(wěn)定。有些酶對金屬離子十分敏感,為保持這些酶的穩(wěn)定性和催化反應(yīng)的活性,還需要一些特定的金屬離子;大多數(shù)酶對有機(jī)溶劑比較敏感,在這些有機(jī)溶劑中易失活。因此,必須根據(jù)具體的酶的性質(zhì)采取相應(yīng)的措施。酶對溫度、pH和有機(jī)溶劑敏感,穩(wěn)定性差,因此在某些應(yīng)用上會受到限制。一二三(2)絕大多數(shù)酶溶于水,催化反應(yīng)結(jié)束后,多數(shù)酶還有活性,因而直接從反應(yīng)液中將酶與產(chǎn)物分離回收十分困難。為了不讓酶污染產(chǎn)物,往往通過加熱或其他方法使酶變性失活,從反應(yīng)系統(tǒng)中除去。這樣,花了很大力氣生產(chǎn)的酶只使用了一次,就不得不使其變性失活,這是很大的浪費(fèi)。當(dāng)然,現(xiàn)在發(fā)展的酶的固定

6、化技術(shù),可以提高酶的穩(wěn)定性,還可以解決酶催化反應(yīng)后從反應(yīng)體系中分離重復(fù)使用的問題。一二三(3)有些酶,如氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、某些裂解酶,在催化相應(yīng)反應(yīng)時,需要特殊的輔助因子,如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP,以及金屬離子等。因此,在酶催化反應(yīng)時,需在反應(yīng)系統(tǒng)中添加相關(guān)的輔助因子。而這些輔酶參加反應(yīng)后,如果沒有輔酶再生系統(tǒng)使之再生,一旦輔酶完全被消耗,酶反應(yīng)就會停止;輔酶一般十分昂貴,在酶催化的反應(yīng)中不可能大量使用。為解決這個問題,人們可以采用兩種辦法:一是使用含有酶的微生物細(xì)胞,通過提供適當(dāng)?shù)妮o酶再生的底物,如葡萄糖,利用細(xì)胞的輔酶再生系統(tǒng),使輔酶再生循環(huán)使

7、用;另一種辦法是建立輔酶再生的酶反應(yīng)系統(tǒng)與主要的酶反應(yīng)耦聯(lián),使輔酶可以再生循環(huán)使用。一二三二、使用酶和固定化酶催化反應(yīng)的優(yōu)缺點比較 一二三三、酶制劑的主要品種酶制劑有多種。從形態(tài)上分,有固體酶制劑和液體酶制劑,例如,在制糖工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)上,經(jīng)常使用的、用于制備葡萄糖的葡萄糖淀粉酶,就有固體和液體兩種。固體酶制劑體積小,容易運(yùn)輸、保存,比較穩(wěn)定,所以大多數(shù)酶制劑以固體形式生產(chǎn)、銷售。固體酶制劑的主要缺點是雜質(zhì)含量高,酶活性較低,生產(chǎn)過程中需要沉淀和干燥,酶活性損失較大。相對于固體酶制劑,液體酶制劑的生產(chǎn)比較簡單,成本較低,使用方便。液體酶制劑的生產(chǎn)關(guān)鍵是解決酶制劑的穩(wěn)定性問題,為此,液體酶制劑中

8、大多需要加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑和保護(hù)劑。另外,液體酶制劑的運(yùn)輸和保存也較固體酶制劑難度大些。一二三按酶制劑在應(yīng)用領(lǐng)域上的分類,有用于工業(yè)生產(chǎn)上作為催化劑的工業(yè)酶制劑(如-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶、青霉素酰化酶、天冬氨酸酶等等),有用于食品生產(chǎn)加工的酶制劑(又稱為食品酶制劑),還有用于臨床檢測的診斷酶制劑,用于化學(xué)分析的分析酶制劑,用作藥物的藥物酶制劑和用于洗滌劑的洗滌酶制劑等。按酶的來源不同,還可將酶制劑分為植物酶制劑、動物酶制劑和微生物酶制劑。針對應(yīng)用的需要,按酶生產(chǎn)加工方法的不同,又可將其分為游離酶制劑、固定化酶制劑、酶試紙、酶電極等。題型一題型二題型三題型一 酶的功能【例1】 下列敘

9、述屬于酶的功能的是()A.酶的催化作用受溫度的影響B(tài).酶對酸堿度的變化很敏感C.酶大多是蛋白質(zhì)D.酶是生物催化劑解析:分析各選項,A、B兩項敘述的是影響酶功能的因素,C項敘述的是酶的性質(zhì),只有D項敘述的是酶的功能。答案:D題型一題型二題型三題型二 固定化酶技術(shù)的應(yīng)用【例2】 下列不是酶的常見固定方式的是()解析:A、B、C三項分別為將酶吸附在載體表面、將酶相互連接起來、將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里。答案:D反思領(lǐng)悟固定化酶通常采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法,而細(xì)胞多采用包埋法固定化。題型一題型二題型三題型三 固定化酶技術(shù)的特點【例3】 下列不屬于固定化酶在利用時的特點的是 ()A.有利于酶與產(chǎn)物分離B.可

10、以被反復(fù)利用C.能自由出入依附的載體D.一種固定化酶一般情況下不能催化一系列酶促反應(yīng)解析:固定化酶是采用包埋法、化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法將酶固定在一定載體上,所以固定化酶不能自由出入依附的載體。答案:C1 2 3 41根據(jù)酶在生物體內(nèi)存在的部位,可分為胞內(nèi)酶和胞外酶,下列酶中屬于胞外酶的是()A.呼吸酶B.光合酶C.消化酶D.解旋酶解析:胞內(nèi)酶是存活在活細(xì)胞內(nèi)的酶,胞外酶是指分泌到細(xì)胞外的酶,呼吸酶、光合酶、解旋酶都在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮催化作用,消化酶由消化腺分泌到消化道起消化作用。答案:C1 2 3 42在果汁生產(chǎn)中加入果膠酶的目的是()A.分解纖維素B.增加果汁的營養(yǎng)成分C.增加果汁的黏稠度D.使榨取果汁變得更容易,并使果汁澄清答案:D1 2 3 43右圖曲線表示的是溫度和果膠酶活性之間的關(guān)系,此曲線不能說明的是()A.在B點之前,果膠酶的活性和溫度呈正相關(guān);之后,呈負(fù)相關(guān)B.當(dāng)溫度升高到B點時,果膠酶的活性最高,酶的催化效率最高C.A點時,果膠酶的活性很低,但隨著溫度升高,果膠酶的活性可以上升D.C點時,果膠酶的活性也很低,當(dāng)溫度降低時,酶的活性也可以上升1 2 3 4解析:從題圖中可以看出隨著溫度升高,果膠酶的活性在上升,等達(dá)到B點時,酶的活性達(dá)到最高;隨后,隨著溫度的繼續(xù)上升,酶的活性迅速下降。A