2022版高考生物一轮复习课时作业三十六酶应用和生物技术其他方面应用含解析新人教版

　酶的应用和生物技术在其他方面的应用

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　1.(14 分)(2021·南宁模拟)(1)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的。我们可以选用猪、牛、羊等哺乳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: ①实验前取新鲜的血液,要切记在采血容器中预先加入 __________以防止血液凝固,取血回来,马上进行离心,收集血红蛋白溶液。此过程是样品处理,在获取红细胞内的血红蛋白时,较简便的办法是 ________________,然后再分离血红蛋白溶液。

　②收集到的血红蛋白溶液在透析袋中透析,透析的目的是_______________。

　③透析结束后,需将得到的样品通过 __________法进一步纯化,最后可经 __________凝胶电泳法进行纯度鉴定。

　(2)在固定化酵母细胞时,通常采用 __________法,加热溶解海藻酸钠时需注意 __________加热,溶化好的海藻酸钠溶液应冷却至室温后再与已活化的酵母细胞充分混合。

　【解析】(1)①采取血液时要在采血容器中预先加入柠檬酸钠以防止血液凝固。在获取红细胞内的血红蛋白时,较简便的办法是将红细胞置于蒸馏水中,利用渗透原理使红细胞吸水涨破,然后再分离血红蛋白溶液。

　②收集到的血红蛋白溶液在透析袋中透析,由于透析的原理是透析袋能使小分子自由进出,而大分子则保留在袋内,所以透析的目的是去除相对分子质量较小的杂质。

　③样品的纯化是通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去。最后可经 SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳法进行纯度鉴定。

　(2)酵母细胞个大,难以被吸附或结合,所以在固定化酵母细胞时,通常采用包埋法。加热溶解海藻酸钠时需注意小火间断加热,溶化好的海藻酸钠溶液应冷却至室温后再与已活化的酵母细胞充分混合。

　答案:(1)①柠檬酸钠(或抗凝剂)

　红细胞吸水涨破 ②去除相对分子质量较小的杂质

　③凝胶色谱 SDS—聚丙烯酰胺

　(2)包埋

　小火间断 2.(14 分)(2021·太原模拟)葡萄糖异构酶经固定化后,可用于工业化生产高果糖浆。请回答下列问题。

　(1)戊二醛是一种交联剂,能与葡萄糖异构酶通过化学键交联。将酶液、 戊二醛溶液先后加入到海藻酸钠溶液中搅拌均匀, 用注射器将混合液注入 __________溶液中可得到凝胶珠粒,此过程所用的固定化酶方法为 ____________________________________。

　(2)海藻酸钠的浓度会影响到凝胶珠粒的形状,若珠粒呈“蝌蚪”状,有明显的拖尾现象,说明________________,此珠粒中固定化酶活力较低,原因是__。

　(3)1 个葡萄糖异构酶活力单位常定义为每分钟产生 1 μmol ____________所需的酶量。如图是温度对葡萄糖异构酶的固定化酶和游离酶活力的影响曲线,该曲线表明_ _____________________________ __。

　 (4)在用葡萄糖异构酶凝胶反应柱生产高果糖浆时,若糖液在 1 次流经反应柱后果糖的浓度低于产品标准,对此你提出的改进方案是 ___________________

　(答出 2 点即可)。

　【解析】(1)戊二醛是一种交联剂,能与葡萄糖异构酶通过化学键交联。将酶液、戊二醛溶液先后加入到海藻酸钠溶液中搅拌均匀,用注射器将混合液注入CaCl 2 溶液中可得到凝胶珠粒,此过程所用的固定化酶方法为 CaCl 2 包埋法、化学结合法。

　(2)海藻酸钠的浓度会影响到凝胶珠粒的形状,若珠粒呈“蝌蚪”状,有明显的拖尾现象,说明海藻酸钠的浓度过高。此珠粒中固定化酶活力较低的原因是:交联后的葡萄糖异构酶易从海藻酸钠中漏出,影响酶与底物的结合。

　(3)高果糖浆生产需要的酶是葡萄糖异构酶,1 个葡萄糖异构酶活力单位常定义为每分钟产生 1 μmol 果糖所需的酶量。通过分析温度对相对酶活力影响的曲线图可知,固定化酶和游离酶的最适温度相同,均对应横坐标上的同一点,低于或高于最适温度时,固定化酶的酶活力都高于游离酶。

　(4)固定化酶与游离酶的酶促反应相比,固定化酶的不足之处是与底物接触面积减小;产物不易扩散;单位时间内反应速率相对低或酶的活力降低等。改进方案主要有增加葡萄糖异构酶凝胶的装载量;降低糖液流速;将流出液再次加入反应柱;更换直径更细的柱筒等。

　答案:(1)CaCl 2

　 CaCl 2 包埋法、 化学结合法 (2)海藻酸钠浓度过高 (交联后的)葡萄糖异构酶易从海藻酸钠中漏出 (3)果糖

　固定化酶和游离酶的最适温度相同,低于或高于最适温度时, 固定化酶的酶活力都高于游离酶 (4)增加葡萄糖异构酶凝胶的装载量(或凝胶柱高); 降低糖液流速;将流出液再次加入反应柱;更换直径更细的柱筒等(答出 2 点即可) 【方法技巧】固定化酶和固定化细胞的比较

　固定化酶 固定化细胞 酶 一种酶 一系列酶 载体 高岭土、皂土、硅胶、凝胶 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺 固定方法 化学结合法、 物理吸附法 包埋法 营养物质 不需要 需要 催化反应 单一 一系列(或多种) 反应底物 大分子、小分子 小分子物质 缺点 不利于催化一系列酶促反应 反应物不易与酶接近,尤其是大分子物质,反应效率下降 优点 ①既能与反应物接触,又能与产物分离; ②可以重复利用 成本低、操作容易 3.(15 分)青蒿素:无色针状晶体,易溶于有机溶剂,不溶于水,不易挥发。获取途径主要是从黄花蒿中直接提取得到。根据生物相关知识,回答下列问题: (1)使用水蒸气蒸馏法________(填“适用”或“不适用”)提取青蒿素,原因是__ ________________________________________。

　(2)从黄花蒿中提取青蒿素时,应采用________法,并且通常在提取前将黄花蒿茎叶进行________和干燥,以提高效率;干燥过程应控制好________和________,以防止青蒿素分解。

　(3)提取过程中宜采用________加热以防止燃烧、爆炸;所得液体浓缩前需进行________。

　(4)最后需要对所提取物质进行________,以确定是否提取到青蒿素。

　【解析】(1)水蒸气蒸馏法适用于蒸馏挥发性物质,而青蒿素不易挥发。

　(2)青蒿素易溶于有机溶剂,适合用萃取法进行分离,提取前将原料进行粉碎和干燥,以提高效率。干燥的温度和时间要控制好,以防止萃取物分解。

　(3)水浴加热可以防止因受热不均引起的燃烧和爆炸,萃取后需要先过滤,再浓缩。

　(4)必须经过鉴定才能确定所得提取物是青蒿素。

　答案:(1)不适用 水蒸气蒸馏法适用于蒸馏挥发性物质,而青蒿素为非挥发性物质,不能随水蒸气蒸馏出 (2)萃取 粉碎 温度 时间 (3)水浴 过滤 (4)鉴定 4.(8 分)(2021·通辽模拟)纳豆是一种大豆经纳豆杆菌发酵而成的健康食品,纳豆杆菌能分泌纳豆激酶等。回答下列问题: (1)纳豆激酶能够水解血栓中水不溶性的纤维蛋白,所以具有溶解血栓的作用。提纯纳豆激酶可用于制备药物。为提取纯化纳豆激酶,可进行下列实验: ①接种具有高纤溶活性的菌落到液体发酵培养基。37 ℃,摇床振荡,发酵 3 天。

　②收集发酵液,离心,分层,取 ________(填“上清液”或“沉淀物”)作为提取纳豆激酶的材料。

　③透析法分离:将上述离心所得样品装入透析袋,置于 20 mmol/L 磷酸盐缓冲液中透析,以便达到 __________的目的。

　④ ____________法纯化:将透析液进行柱层析,用 __________进行洗脱,试管连续收集。用此法分离蛋白质时,相对分子质量 ____________的蛋白质先从层析柱中洗脱出来。

　⑤SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定纯度:此过程中分子的迁移速度取决于 ______________。

　(2)如果用固定化技术固定纳豆激酶,适合使用 __________________法,酶固定化后要检测酶的活性,酶的活性可以用一定条件下酶促反应速率即 __________________________来表示。

　【解析】(1)纳豆激酶能够水解血栓中水不溶性的纤维蛋白,所以具有溶解血栓的作用。提纯纳豆激酶可用于制备药物。为提取纯化纳豆激酶,可进行下列实验: ①接种具有高纤溶活性的菌落到液体发酵培养基。37 ℃,摇床振荡,发酵 3 天,获得更多的纳豆激酶。②收集发酵液,离心,分层,取上清液作为提取纳豆激酶的材料,根据题意,纳豆激酶应该存在于上清液中。③透析法分离:将上述离心所得样品装入透析袋,置于 20 mmol/L 磷酸盐缓冲液中透析,透析的目的是去除相对分子质量较小的杂质。④用凝胶色谱法纯化的操作方法:将透析液进行柱层析,用(20 mmol/L)磷酸(盐)缓冲液(洗脱液)进行洗脱,试管连续收集。用此法分离蛋白质时,相对分子质量大的蛋白质因为在色谱柱中运动的距离短,所以先从层析柱中洗脱出来,而相对分子质量较小的蛋白质因为要进入凝胶颗粒的内部,运动的距离长,所以后

　从色谱柱中出来。⑤SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定纯度:由于 SDS 缓冲了蛋白质分子中的电荷,故此过程中分子的迁移速度只取决于分子的大小。

　(2)如果用固定化技术固定纳豆激酶,因为酶相对分子质量小,容易从包埋材料中漏出,故适合使用化学结合法或物理吸附法,酶固定化后要检测酶的活性,酶的活性可以用一定条件下酶促反应速率即单位时间、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。

　答案:(1)上清液

　去除相对分子质量较小的杂质

　凝胶色谱 (20 mmol/L)磷酸(盐)缓冲液

　大

　分子大小 (2)化学结合法或物理吸附

　单位时间、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量 5.(14 分)( ( 创新性·人源 γ- - 分泌酶结合淀粉样前体蛋白 (APP) 的结构和应用) )(2021·深圳模拟)《科学》上报道了人源 γ-分泌酶结合淀粉样前体蛋白(APP)的高分辨率冷冻电镜结构,揭示了结合底物后 γ-分泌酶发生的构象变化,并对这些构象变化的功能进行了生化研究,从而为研究与癌症以及阿尔兹海默症相关的特异性药物设计提供了重要的结构信息。回答下列问题: (1)酶大规模应用于食品、医药等领域,于是出现了固定化酶和固定化细胞技术。固定化酶和固定化细胞技术是利用_ ___________________________,

　包括 ______________和物理吸附法。

　(2)γ-分泌酶由 4 个跨膜蛋白亚基组成。若对 γ-分泌酶 4 个跨膜蛋白亚基进行分离、纯化及分子量测定,需采用 __________及电泳技术。前者是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法,相对分子质量较大的跨膜蛋白移动速度 __________(填“较快” “较慢”或“无差异”)。

　(3)电泳是指 ____________在电场的作用下发生迁移的过程。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 ____________,从而实现样品中各种分子的分离。

　(4)对 γ-分泌酶的 4 个跨膜蛋白亚基进行分子量测定时,通常采用 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法,SDS 能使蛋白质完全变性,并解聚成单条肽链,SDS 所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量,因而掩盖了不同蛋白质间的电荷差别,使该电泳迁移率完全取决于______________________。

　【解析】(1)固定化酶和固定化细胞技术是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,包括包埋法、化学结合法(将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上)和物理吸附法。

　(2)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。相对分子质量较大的蛋白质只能在凝胶外部移动,路程较短,移动速度较快。

　(3)电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。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。

　(4)蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移速率取决于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素,为了消除静电荷对迁移速率的影响,可在凝胶中加入 SDS,SDS 能与各种蛋白质形成蛋白质-SDS 复合物,SDS 所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量,因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别,使电泳迁移率完全取决于相对分子质量的大小。

　答案:(1)物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术 包埋法、化学结合法 (2)凝胶色谱法 较快 (3)带电粒子 迁移速度 (4)相对分子质量的大小 6.(9 分)(2021·贵阳模拟)在制作果汁时,为了增加出汁率和澄清度(用果汁透光率表示),常常加入果胶酶。

　某研究小组的研究结果如表(注:果胶含量程度“+”越多,表示果胶含量越高)。回答下列问题:

　酶剂量/ mL·L-1

　0.05 0.08 0.10 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25 果胶含 量程度 ++ ++ + + - - - - - - 透光 率/% 80 84 88 92 95 95 95 95 92 87 (1)根据表中数据分析,在果汁生产中,果胶酶的使用剂量为 __________ mL·L-1 比较适宜,原因是 __________。当果胶酶剂量超过 0.21 mL·L-1 时,透光率反而下降,这时使果汁变浑浊的物质是 __________。

　 (2)在工业生产中还可以将果胶酶进行固定化处理。一般来说,酶更适合采用物理吸附法和__________法进行固定,而细胞多采用 __________法进行固定,这是因为 ____________________________________________。与一般酶制剂相比,

　固定化酶的突出优点是________________________________。

　【解析】(1)根据表中数据分析,在果汁生产中,果胶酶的使用剂量为 0.15 mL·L-1 比较适宜,原因是此时在果胶酶的作用下果胶完全分解,果汁澄清度高,且酶用量相对少。当果胶酶剂量超过 0.21 mL·L-1 时,透光率反而下降,这时使果汁变浑浊的物质是果胶酶。

　(2)在工业生产中还可以将果胶酶进行固定化处理...