酶在环境保护中的应用

酶在环境保护中的应用（精选6篇）

篇1：酶在环境保护中的应用

新疆农业大学

专业文献综述

题

目:

果胶酶在果蔬汁中的应用

姓

名:

韦奇才

学

院:

食品科学与药学院

专

业:

食品科学与工程

班

级:

082班

学

号:

084031266

2010年 12 月 28 日 新 疆 农 业 大 学

摘要:果胶酶普遍存在于细菌、真菌和植物中是分解果胶类物质的酶的总称,在果蔬加工、纺织和造纸工业中应用非常广泛，果胶酶在果蔬饮料中的应用也非常广泛。本文综合介绍了果胶的组成和结构论述了果胶酶的分类、作用机制及酶活性测定方法，讨论了果胶酶在果蔬汁的出汁率、澄清、超滤等方面的应用，并对果胶酶在果蔬饮料加工中的应用等方面进行综述。

关键词:果胶酶 果蔬汁 出汁率 澄清 超滤 营养成分

前言

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，果品成了人类健康不可缺少的营养物质。虽然我国有丰富的果品资源，然而因果品本身营养丰富含水量高，很容易受微生物污染故保存期比较短。为了充分利用资源优势提高我国农产品在国际市场上的竞争能力，必须大力发展果品加工业。但是目前果品加工中存在着不少难题例如果汁和果酒的澄清果实的脱皮、加工过程中香气成分和营养物质的损耗等。解决这些难题仅仅靠改进加工工艺或增加设备投资是很难实现的。而目前有许多难题已经通过酶工程的应用得到了很好的解决。

近年来酶工程在果品加工中的应用非常广泛,所用的酶种类越来越多,数量也越来越大,人类已开发出应用于果蔬汁中的酶类如果胶酶、果胶酯酶、纤维素酶、鼠李糖苷酶、中性蛋白酶、半乳甘露聚糖酶、液化葡萄糖苷酶等,其中使用最多的是果胶酶。1 果胶酶

国外对果胶酶的研究始于20世纪30年待至50年代已工业化生产，而国内的研究则始于80年代末才开始工业化生产。随着我国水果种植和水果加工业的发展，对果胶酶的开发和应用也迅速发展。在果汁生产过程中果胶酶可以快速彻底地脱除果胶，降低果汁黏度利于果汁过滤澄清滤液且澄清度稳定;减少化学澄清剂的用量改善果汁质量;果胶酶利于压榨可以有效地提高水果的出汁率，在沉降、过滤、离心分离过程中改善果汁的过滤效率，利于沉淀分离，加速和增强果汁的澄清作用。经果胶酶处理的果汁稳定性好，可防止存放过程中产生浑浊，沉淀和絮凝现象。1.1 果胶酶的定义

果胶酶是指能够分解果胶物质的酶的总称，是果汁生产中最重要的酶制剂之一，已被广泛应用于果汁的提取和澄清、改善果汁的质量以及植物组织的浸渍和提取。

1.2 果胶酶的分类及作用机制

果胶酶可以分为3类:原果胶酶、解聚酶和果胶酯酶(PE)。原果胶酶将不溶性的原果胶水解为水溶性果胶，根据其作用方式不同又可分为外切酶和内切酶。一般用苯酚-硫酸法测定溶液中由原果胶释放出果胶物质的量，来确定原果胶酶的活力。

聚半乳糖醛酸酶(PG)分为外切酶和内切酶。PG内切酶广泛存在于真菌、细菌和很多酵母中高等植物中也发现有内切酶的存在。内切酶作用于聚半乳糖醛酸时随机水解其中的半乳糖醛酸单位可使其溶液的粘度下降但还原力增加不大。聚半乳糖醛酸酶的活力可以通过测定反应中还原能力的增加或者底物溶液粘度的降低来确定。聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL)和聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)分别通过反式消去作用切断果胶酸分子和果胶分子的α-14糖苷键，生成β-45不饱和半乳糖醛酸。这两种裂解酶都分为外切酶和内切酶两种，一些植物软腐病菌、食品腐败菌以及霉菌均能产生外切聚半乳糖醛酸酶。裂解酶的活力可以通过测定其释放的不饱和糖醛酸数量来计算。2 果胶酶在果蔬饮料生产中的应用

果胶酶作为果蔬汁生产中最重要的酶制剂之一，已被广泛应用于果蔬汁的提取和澄清、改善果蔬汁的可过滤性以及植物组织的浸渍和提取。

目前大部分原果汁、浓缩果汁的生产过程中都在使用果胶酶，但由于各种水果中果胶含量差别较大，而且果胶质的成分也有差异，因此应根据水果的不同品种、不同加工目的来确定合适组成的果胶酶。2.1 果汁的提取

目前果汁的提取方法主要是加压榨出和过滤果汁，加工时首先将植物细胞壁破坏。大多数植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶物质等组成细胞壁的结构较紧密，单纯依靠机械或化学方法难以将其充分破碎。另外果胶随成熟度的增加酯化程度较高，也是影响出汁率的主要因素之一。

用果胶酶处理可以破坏果实细胞的网状结构，提高果实的破碎程度，有效降低其黏度改善压榨性能，提高出汁率和可溶性固形物含量，从而就能在压榨时达到提高出汁效率并缩短压榨时间的目的，同时把大分子的果胶物质降解后有利于后续的澄清、过滤和浓缩工序。例如在苹果汁生产中苹果要先经机械压榨然后离心获得果汁但果汁中仍然含有较多的不溶性果胶而呈浑浊状。直接将果胶酶加到苹果汁中处理后经加热杀菌、灭酶、过滤得到澄清的果汁。2.2 果胶酶能提高果蔬汁的出汁率

果胶酶是应用于果蔬饮料生产中最主要的酶类，它能较大幅度地提高果蔬饮料的出汁率，改善其过滤速度和保证产品贮存稳定性等。若添加果胶酶制剂则可降低葡萄汁液的黏稠度，提高出汁率，缩短加工时间，获得色泽清亮、汁液清澈的葡萄汁。

在苹果浓缩汁生产中为了避免液化技术的缺点，很多厂商采用两阶段液化技术或者称为果渣液化技术:首先在果浆中添加果胶酶浸渍后压榨或者不加果胶酶直接压榨;接着将压榨后的果渣加水之后加入果胶酶和纤维素酶进行酶解然后压榨从而大大提高苹果的出汁率。2.3 果胶酶能使果蔬饮料澄清

果胶酶作用于果蔬汁时除降低粘度外还可产生絮凝作用使果蔬汁澄清。澄清机理的实质包括果胶的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。果汁中有很多物质如纤维素、蛋白质、淀粉、果胶物质等，影响澄清且果胶物质是造成果汁混浊的主要因素。在樱桃汁的加工过程中添加果胶酶使果胶水解从而使樱桃汁黏度降低过滤阻力减小，过滤速度加快;同时由于樱桃汁中的悬浮果粒失去高分子果胶的保护，很容易发生沉降而使上层汁液清亮，在以后的澄清过程中明胶澄清剂的加入量便可大大减少。

果胶酶还可以用于苹果汁、甘蔗汁、蟠桃汁、桃杏李果汁等的澄清。添加果胶酶时应使酶与果浆混合均匀根据原料品种控制酶制剂的用量并控制作用的温度和时间。若果胶酶与明胶结合使用效果更佳。有时采用复合酶法澄清如在澄清枣汁时使用果胶酶和α-淀粉酶。2.4 果胶酶能提高超滤时的膜通量

利用超滤技术生产清汁及浓缩清汁在果蔬汁加工业中越来越流行。超滤比传统的过滤速度快、效果好但它的主要缺点是由于果蔬汁中大量糖的存在，在超滤过程中会使超滤系统产生次生覆膜降低了超滤通量。加入分解多糖物质的商品果胶酶可减少次生覆膜的产生，提高超滤通量增加了产量。因此脱胶对于获得较高的膜通量和浓缩比非常关键。除了可以提高膜通量果胶酶还可用于超滤膜的清洗。

与化学方法相比利用果胶酶清洗超滤膜，能100%地进行生物降解而且可以在最佳pH、温度下作用从而可以缩短清洗时间、增加超滤膜的通透量和使用寿命、增加产量、节省能源。因此将超滤技术与酶技术联用对发挥超滤作用至关重要。

2.5 果胶酶能改善果蔬饮料的营养成分

利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率而且保留了果蔬汁中的营养成分。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明显提高，而这些可溶性固形物由可溶性蛋白质和多糖类物质等营养成分组成。果蔬汁中的胡萝卜素的保存率也明显提高。

对果胶酶处理果汁的研究表明酶处理后的果汁的葡萄糖、山梨糖和果糖含量显著提高，蔗糖含量下降总糖含量上升。此外由于果胶的脱酯化和半乳糖醛酸的大量生成，造成果汁的可滴定酸度上升pH下降。芳香物质含量也有明显提高，经果胶酶处理后的葡萄汁各种酯类、萜类、醇类和挥发性酚类含量提高葡萄汁的风味更佳。由于细胞壁的破裂，类胡萝卜素、华色苷等大量色素溶出大大提高了果蔬汁的外观品质。K、Na、Ca、Zn 等矿物质元素含量也有较大提高。2.6 果胶酶能改善浓缩果汁品质

果汁浓缩后不仅流动性差而且稳定性也差，因此果汁的浓缩也需先澄清和脱果胶，以避免浓缩时产生胶凝。果汁经酶处理去除果胶后，再浓缩所得浓缩汁有较好的流动性并且重新稀释后仍是稳定的。尤其适用于柑橘类浓缩汁的生产。

目前果胶酶在果品加工中的应用还有脱苦和去除异味等，不同活性比例的果胶酶制剂已在许多国家成为标准加工作业。随着酶技术本身的发展，果胶酶在食品工业尤其在果品加工业中的应用前景会更加广阔。2.7 果胶酶还可用于果实脱皮——脱除及净化果皮

含有纤维素和半纤维素的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层使之细胞分离、结构破坏而脱落。如柑桔囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后可以很快地脱落。此外果胶酶对杏仁也有一定的脱皮作用。

目前不同活性比例的果胶酶制剂已是降解果蔬细胞壁改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率和提高营养成分不可省略的部分。在许多国家添加果胶酶已是制造澄清或者浓缩的草莓汁、葡萄汁、苹果汁及梨汁的标准加工作业。随着酶技术本身的发展果胶酶在果蔬汁中的应用前景会更加光明。

小结

目前在果蔬汁加工业中已广泛采用果胶酶降解果蔬细胞壁以改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率和提高营养成分。在食品加工中酶的一个重要用途是使原料更易于处理，增加产品的得率。使用果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶可促进细胞分离细胞壁变软，这特别适于水果和蔬菜。果胶酶作用于果胶质中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键使高分子的聚半乳糖醛酸降为小分子物质。因此它在食品工业有重要的应用价值。果胶酶是应用于果蔬汁生产中且主要的酶类它可以较大幅度地提高果蔬品种的出汁率，改善其过滤速度和保证产品贮存稳定性。随着软饮料行业的快速发展果胶酶的需求和应用前景将极为广泛。

我国对果胶酶的工业化应用还处于相对滞后的状态，为提高果胶酶的使用率简化产品提纯工艺并达到连续化生产的目的，将果胶酶固定于廉价载体上已成为国际上研究的一项重要课题。

参考文献

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篇2：酶在环境保护中的应用

许广帅

（化工学院 化工一班）

摘要：由于有机溶剂易使酶蛋白变性、失活或抑制其反应，因此，长期以来，形成 了一个概念：酶反应需在水溶液中进行。尽量避免使用有机溶剂。随着酶学研究的进展。经 过近十年的大量研究，人们发现。只要条件合适，酶在有机溶剂中是完全能够起催化反应的。1985年欧洲生物技术联合会召开了“生物催化剂在有机合成中的应用，随后又组织了“有机相中的酶催化讨论会，引起了与会科学工作者扳太的兴趣。近年来。有机合成化学领域的一个重大进展就是应用微生物或酶进行催化反应。由于酶催化反应具有高度的专一性，使得 这种合成与转化在合成化学领域中具有很大的理论价值和应用潜力。

关键词：酶、有机溶剂、生物催化剂、催化反应

Abstract: Because the organic solvent is easy to make enzyme protein denaturation and inactivation or inhibit the reaction, therefore, for a long time, form a concept: enzyme reaction should be carried out in aqueous solution.Try to avoid using organic solvent.With the progress of the enzymology.After nearly 10 years of research, people found.As long as conditions are right, enzymes in organic solvents is fully capable of catalytic reaction.In 1985 European biotechnology federation held a “the application of biological catalyst in organic synthesis, and then organized” seminar on enzyme catalysis in the organic phase, aroused the interest of the scientific workers pull too.In recent years.A significant progress in the field of organic synthesis chemistry is the application of microorganism or enzyme catalytic reaction.Because the enzyme catalytic reaction are highly specific, makes the synthesis and transformation in the field of synthetic chemistry has great theory value and application potential.Key words:Enzyme, organic solvents, catalysts, catalytic reaction 1 前言

酶除作用于天然底物外，还可作用于与其底物结构相似的物质发生非自然催化，从而构戚了一个特殊的化学合成新锈域。通过酶催化可以完成各种各样的化学反应，如：氧化、脱氢、还原、脱氨、羟基化、甲基化、环氧化、脂化、酰胺化、磷酸化、开环反应、异构化、侧链 切除、缩合以及卤代等反应。由于酶催化较化学法催化具有区域选择性、立体选择性、条件 温和、反应速度快等优点，因此形成了生物学与化学边缘领域中十分引人注意的，研究非常活跃的重要课题，并已出现许多科研成果。实际上，酶催化已经应用于制药、精细化工、食品添加剂以及日用化合物等的合成。酶在有机合成中的应用

多肽合成、脂类合成、抗生素的修饰、有机酸、光学活性氨基酸的制备、日用化合物生产。

2.1卤过氧化物酶

2.1.1卤化反应

氯是目前地球上含量最多的卤素，其次是溴和碘。卤素被有机体用来产生卤素代谢产物，从哺乳动物体内的甲状腺激素到某些植物产生的有毒的氟化脂肪酸。藻类，特别是海藻是目前最丰富的卤素代谢产物的来源1221。海藻在卤过氧化物酶的帮助下合成了卤化合物。这些化合物包括吲哚、萜、酚类、挥发性的卤代烃等。卤化酶所产代谢物大都具有生物学的抗真菌、抗细菌、抗病毒和抗炎的活性，例如卤代的吲哚，具有抗炎和抗癌的活性。卤化反应可以被亚铁血红素卤过氧化物酶以及钒卤过氧化物酶和细菌卤过氧化物酶所催化。早在1961 年，Hager等∞l就报道了CPO能和B一酮酸发生卤化反应。卤化作用的代表是氯过氧化物酶催化的卡尔里霉素的生物合成1241。近年来，由于具有可以卤化一系列有机化合物的力，卤过氧化物酶引起了商业和药学界的浓厚兴趣。由卤过氧化物酶催化的卤化反应缺乏立体特异性，这与无酶卤化反应是一致的，具体的细节仍有争论闭，但某些糖烯的区域选择性溴化反应例外倒。糖烯在氯过氧化物酶、HX(卤化氢)和H：O：存在下反应生成相应的2一脱氧一2一溴糖，且具有高的区域和立体选择性。该化合物是非常有用的生物活性糖类和合成纤维，此方法对于卤代糖类的合成是一种新的方法。2.1.2氧化反应

炔在各种化合物的合成中是一个非常重要的中间体。已经研究了很多炔上三键的氧化反应。然而，对于氧化炔丙基的例子并不多。手性丙炔醇是对应选择性合成复杂分子(特别是生物学活性物质)的重要标准部件。Hager等[271报道了CPO在H20：或TBHP(叔丁基氢过氧化物)的存在下，催化氧化2一炔到醛的反应。从炔到醛的炔丙基氧化过程中，不对称的炔丙醇作为一个中间体。在H：0：和CPO的水溶液中，醇完全、快速地转化成了醛(92％～95％)。在己烷(或乙酸乙酯)和缓冲溶液(pH=5．0)的两相体系里，CPO可以催化一系列伯醇生成相应的醛阎。CPO也可以不对称地催化前手性的l，3一环己二烯，反应有高的对应选择性，且有很高的产率。2.1.3环氧化作用

环氧化合物是非常重要的有机合成中间体。通过官能团转化反应，可以从环氧化合物制备一系列不同结构的手性化合物。目前，工业应用的烯烃环氧化合成环氧化合物的方法主要有氯醇法和Halcon法。在氯醇法中，合成反应会产生大 量含CaCl：及各种有机氯化物的废水，造成严重的环境污染，而且设备腐蚀严重；Halcon法工艺流程太长，投资大，对原料质量要求较高，操作条件严格，且联产品多，故这两种生产方法均不能满足可持续发展的要求。随着人们对环保的日益重视及对环氧化产品需求的不断增加，发展工艺简单、污染小的绿色环氧化合物合成新工艺显得更为迫切1291。应用于烯烃环氧化的酶主要有氯过氧化物酶(chloroperoxidase)和单加氧酶(monooxygenase)。自从发现CPO能作为一种环氧化反应的催化剂以来，这个反应的选择性和产率一直是人们关注的问题。研究发现，CPO能催化各种烯烃的不对称环氧化，且有很高的产率和对映选择率。另外，CPO还可以催化茚，经过茚二醇中间体。直接衍生出手性环氧化物[30l]。

总结：卤过氧化物酶能催化多种反应，且催化的多数反应以立体特异性的方式实现。此外，催化反应条件温和，无环境污染，应用前景广阔。但是，当H20：氧化剂浓度高时，容易失活；且大多底物水溶性差。近年来，已经开发了一些方法来改善这些不利因素，例如：C矿、M矿等多种离子可以提高无辅基卤过氧化物酶的稳定性、耐热性和耐有机溶剂的能力例；利用抗氧化剂来提高氯过氧化物酶的操作稳定性I拥。因此，对卤过氧化物酶进行修饰、改进将是今后发展的重要方向。随着研究的不断深入，相信在不久的将来，卤过氧化物酶必将成为现代合成化学和医药工业中重要的手性催化剂。

2.2氰基水解酶

2.2.1氰基水解酶简介

早在三十年代，为了 解释一些化学合成的氰基衍生物对植物生长的 促进作用，就有人提出 某些植物器官能将氰化物转化成酸。哈佛 大学的 Thimann和 Mahadeven认为这是一个酶促反应，并于1964年从大麦叶子中正式分离到这个酶，定名为氰基水解酶。目前的研究表明，腈化物的酶水解通过两种途径： 一是通过氰基水解酶将氰基直接转化成羧酸，二是先通过氰基水合酶；将氰基转化成酰胺，再通过酰胺酶的作用转化成羧酸。通常所说的广义的氰基水解酶即包括这两种途径所涉及的三种酶。本文除特别指出外，均指广义的氰基水解酶。2.2.2氰基水解酶在有机合成中的应用

在有机合成中，常常需要水解氰基时不伤害其它可水解基团，如酰基、缩醛、醚键等。Faber小组在对固定化酶SP409的研究中发现，这种复合酶对乙酯，磷酸酯类底物显示出了化学选择性，而对甲酯及酰基取代的底物则不具有选择性（Figure4），酯键也水解了，这可能是由于SP409不纯，含有能使甲酯和乙酰基水解的酯酶。

氰基水解酶的工业应用氰基水解酶的温和高效特点使之在工业生产上有很重要的应用价值。当今最主要的工程应用是日本Nitto公司的丙烯酰胺工程(Figure20)，年产已达30000吨。在这项工程中，酶催化与传统的酸水解相比具有绝对优势,不仅能有效地将反应中止在第一步,不致生成丙烯酸，而且产率可达100% ,远远高于传统酸水解的65%，同时可以避免在中和强酸时生成的副产物硫酸铵。

2.3微生物环氧化合物水解酶

2.3.1催化机理

环氧化合物水解酶是一种a/B-折叠型水解酶，遵循两步催化机理：(1)酶的天冬氨酸残基亲核进攻环氧乙烷中的一个碳原子，形成一个共价结合的酯中间体；(2)在酶的作用下，一个水分子被激活，将酯中间体水解成产物。Rink等的研究发现，细菌A．radiobacter幻妇灯环氧化合物水解酶的Aspl07(亲核进攻作用)、Asp246(辅助组氨酸残基发挥作用)和His275(活化水分子)3个氨基酸残基组成了该酶三位一体的催化功能。2.3.2有机合成上的应用

随着被发现的微生物环氧化合物水解酶种类的增多，其应用方面的研究也不断深入。许多实验研究已经扩大到生物反应器中，光学活性环氧化合物的制备规模已经达到几十克的水平。在这些拆分反应中，不仅使用了生物反应器，而且采用了高底物浓度、两相体系，甚至用自来水代替缓冲液等多种新的方法，展现了良好的应用前景。WeUem等““报道了在水一有机溶剂两相体系中，利用酵母细胞硒。出n ck咖“出环氧化合物水解酶进行了大规模的拆分反应，获得了高浓度(0.9ml，L)、高光学纯度(98％ee)的(s)一1，2一环氧己烷(6.5g，30％收率)。在级联的中空纤维膜生物反应器中进行连续转化时，比产率为3.8g/L/H，运行12d，获得了38g高光学纯度(98％ee))的-1，2-环氧已烷。

在药物合成方面，利用环氧化合物水解酶制备光学活性的环氧化合物，解决了许多重要的生物活性物质合成途径上的限制性环节。Faber等“23利用冷冻干燥细胞对底物进行不对称水解开环，得到了一种合成松树甲虫信息素的重要中间体——(s)-Frontalin。Furstoss的研究小组利用黑曲霉选择性水解环氧苎烯底物，获得了光学纯的6，7-双羟基香叶醇和(4s，8s)-防风根醇，后者是护肤品、洗涤剂和多种软膏的重要成分。在拆分(±)一a一甲基-异丁基苯基环氧乙烷的反应中，他们还采用了化学．酶法。首先通过黑曲霉催化的不对称水解获得r s-构型环氧化合物，然后将生成的R-二醇采用化学的方法环化为消旋的环氧化合物继续进行拆分。(s)-a-甲基一异丁基苯基环氧乙烷在开环后可以转化成重要的生物活性药物——s-布洛酚。同时，他们利用该环氧化合物水解酶拆分330moL/L的对-硝基苯基环氧乙烷(54g/L)，经过6h的水解反应得到了光学纯度高达99％的S-构型环氧化合物，然后在酸性条件下对产物进行水解及重结晶获得了光学纯度为98％的R-二醇，最后加氨合成了肛阻断剂类手性药物尼芬尔醇。这种化学酶法在拆分外消旋环氧底物获得光学活性环氧中间体以制备药物(R)-3，5-二羟-3-甲基戊酸内酯的合成中得到了应用。此外，Furstoss等还报道了利用两种选择性互补的微生物A.niger和S.tuberosum环氧化合物水解酶，共同催化对-氯苯基环氧乙烷的不对称水解反应，得到了神经保护药物Eliprodil的关键性手性合成子——光学活性的R-二醇，其对映体过剩值高达96％，转化率达93％。利用真菌S．tuberosum环氧化台物水解酶水解茚环类环氧化台物，他们还获得了抗爱滋病药物齐夫尔定(Indina-vir)的重要前体物质：光学纯度为98％的(1R，2S)——环氧化合物(收率20％)和光学纯度为69％的(1R，2R)——二醇(收率48％)。

生物酶在有机合成中的应用是20世纪80年代发展起来的生化技术。由于它有许多优点，如反应条件温和（常温、近中温），具有高度的区域选择性、立体选择性和对映体选择性，可避免敏感官能团发生变化，可产生许多光化学活性物质，尚可完成一些用传统的化学反应；另外还有产品纯、无三废、无环境污染等优点，因此越来越受到有机化学研究者的青睐，实验表明在有机溶剂中进行酶催化反应具有以下优点：增加非极性底物的浓度，很多不溶于水或在水中不稳定的产物能在有机溶剂中用酶来催化生成；有机溶剂能保护酶免受有毒反应物和反应条件的损坏，提高酶的耐温性等。酶催化反应的类型包括氧化还原、酶合成、酯交换、脱氧、酰胺化、甲基化、羟化、磷酸化、脱氨、异构化、环氧化、开环聚合、侧链切除、聚合及卤代等。

酶在有机合成中的应用以逐渐被人们所认识，并且近年来已取得了较大进展，利用酶催化的不对称可以合成许多手性分子，随着酶技术的发展，已经克服了酶催化反应中存在的一些问题（如：对有机介质的敏感性、对底物变化的适应性以及醇的不稳定性等）。近年来有关酶技术的进展主要体现在以下几个方面：

（1）固定化酶：将酶固定在固定支持物上，或通过酶分子之间的交联而得以固定，通过固定后可以更方便、更有效地利用酶，提高酶催化作用的效率；

（2）酶在低水有机介质中催化反应：多数酶是在水溶液中催化化学反应的，近年来酶低水介质中催化有机反应取得了明显的进展，从而拓宽了酶应用的领域，到了酶反应只能在水溶液中进行的传统观念；

（3）抗体酶：抗体酶是近年来才出现的新概念，是专一作用于抗原分子的有催化活性的、有特殊生物学功能的蛋白质。抗体酶兼备免疫反应的专一性和酶催化反应的活性，因此有可能通过人工制备来获取高选择性的催化剂以应用于化学、生物和医药学；

（4）模拟酶：通过人工合成制备模拟酶的识别和催化性能的分子，已经越来越引起化学家的注意。合成酶也能像天然酶一样加速某些化学反应，并显示出较强的立体选择性。虽然合成酶的研究刚刚起步，但已显示出了巨大的诱惑力；

（5）Ribozyme：Ribozyme的功能主要是切断RNA，有阻断基因表达和产生抗病毒作用的应用前景，其底物都是RNA分子。

参考文献：

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边侠玲 《安徽化工》 《卤过氧化物酶在有机合成中的应用研究进展》第36卷，第4期

沈鸿雁，田佳珍，叶蕴华《非水介质中酶催化研究新进展》，2003，23（3）； 王乃兴，刘薇，王林《酶催化反应研究进展》，2004,2（2）

篇3：酶在植物活性成分提取中的应用

1 酶法提取的特点

通常, 植物活性成分被包含在植物材料 (如细胞壁、果胶等) 中, 酶能使植物材料降解形成疏散结构, 有时甚至能完全液化植物材料, 提取时间短, 提取率高。与超声波和微波辅助提取比较, 酶法提取无需投入昂贵新设备, 投资成本和能耗较低, 具有成本低廉、性价比高的优势。由于酶法提取可以在常温和非有机溶剂下进行, 所以得到的产物纯度、稳定性及活性都较高, 无污染。另外, 酶在提取的同时, 还可以对某些活性成分进行改性和转化, 生成产物具有更强的生物活性。

2 酶在膳食纤维提取中的应用

膳食纤维是指不被人体消化吸收的以多糖类为主体的高分子物质的总称, 包括可溶性膳食纤维 (SDF) 和不可溶性膳食纤维 (IDF) 。目前产业化的膳食纤维制备主要采用碱提技术, 环境污染大, 并且该法所得纤维的主要生理活性物质损失很大, 因为强烈的溶剂处理造成几乎100%水溶性纤维、50%~60%半纤维素以及10%~30%纤维素损失, 而膳食纤维中具有重要生理功能的是可溶性纤维和半纤维素。

2.1 纤维素酶的应用

纤维素酶能够使部分纤维素糖苷键断裂, 转变成小分子成分, 使部分不溶性成分转变成可溶性成分。因此, 纤维素酶用于SDF的提取时, 其实质是改性, 即使IDF转变为SDF从而提高膳食纤维的含量和生理活性。

近年来很多学者一直致力于膳食纤维提取和改性研究。乐胜峰等人通过正交试验优化, 发现当纤维素酶的添加量为4%、温度为50℃、料液比为1∶15和酶解时间为6h的条件下, 苹果渣中的可溶性膳食纤维的得率可达142.34%。王文侠等人研究发现:在复合纤维素酶添加量为2%、底物浓度为40g/L、酶解温度为55℃、pH值为4.0和酶解11h的条件下, 玉米皮SDF得率可达10.37%。

纤维素酶法提取的同时可以改变膳食纤维的特性。纤维素酶可以促进β-1, 4-糖苷键的裂解, 破坏纤维的细胞壁, 使得纤维结构变得膨松、溶胀, 大量的极性和非极性基团暴露, 与此同时形成更多的毛细管, 显著地改善纤维与水的相互作用, 从而提高了膨胀力和持水力。有学者以甜菜干粕为原料, 用乙醇和过氧化氢提取膳食纤维, 然后采用纤维素酶对其进行改性, 结果表明:甜菜膳食纤维的持水力和膨胀力大大得到改善, 使得改性后的膳食纤维功能更强。

2.2 蜗牛酶的应用

蜗牛酶是一种以复合纤维素酶和β-半乳糖苷酶为主要成分的水解酶。采用蜗牛酶水解胡萝卜皮渣, 在pH值5, 50°C和1%底物浓度水解96h后, SDF得率可以达到77.3%。

3 酶在多糖提取中的应用

多糖具有多种药理作用, 能提高机体免疫力, 抑制肿瘤生长, 增强机体耐缺氧能力, 清除自由基, 降低血糖, 治疗高血压, 促进冠脉血流量等, 是目前医药及功能性食品开发的研究热点。目前, 提取多糖的方法主要包括水浸提法、渗透法、回流法、超声波法、微波法和酶法等。水浸提法是传统的提取方法, 操作烦琐而且提取率低, 超声波法和微波法则成本相对较高, 而酶法作用条件温和, 操作相对简单又能保证较高的提取率。

3.1 纤维素酶的应用

于翠芳等人通过正交试验确定在料液比1∶30、纤维素酶浓度0.7%、提取温度50℃和冷冻时间30h的条件下南瓜多糖的提取率可达12.146%, 纯度为36.942%。费玉婷等人采用正交试验, 优选并确立纤维素酶法提取山药多糖的最佳工艺, 大大提高了山药多糖的提取率。靳挺等人采用纤维素酶法, 利用正交试验研究出最佳分离提取富硒灵芝菌丝体多糖的工艺条件, 提高了菌丝体多糖的得率。

果胶是一种天然的多糖类物质, 因其安全性高, 被广泛应用于罐头、果酱、糖果和果汁等的增稠剂、稳定剂和乳化剂。张娜等人经过探讨得出在提取温度45℃、纤维素酶添加量3.0mg/g、提取液pH值4.0、料液比1∶35和提取时间2h的最佳工艺条件下, 柿皮果胶的提取率可达8.87%。耿敬章以橘皮为原料, 研究了纤维素酶辅助提取橘皮中果胶的最佳工艺, 提取率可达17.31%。

3.2 果胶酶的应用

由于果胶物质主要存在于植物初生壁和细胞中间, 而果胶酶能够除去细胞壁中的果胶质, 从而可以有效地破除细胞壁, 使细胞中的多糖溶解出来。刘伟等人研究了果胶酶法提取黑穗醋栗果实中活性多糖的最佳提取工艺, 结果表明:当果胶酶添加量为2.0%时, 60℃酶解15min, 多糖的提取率为8.23%。李玲等人采用果胶酶提取川芎多糖, 发现提取川芎多糖的最佳工艺条件是果胶酶用量为1%、pH值3.5、反应时间150min和反应温度60℃, 多糖的平均得率为11.3%。范会平等人探讨了红枣中性多糖的超声辅助果胶酶法提取最佳工艺条件, 认为由于果胶是一种酸性多糖, 在最适的pH值范围内, 果胶酶能将粗多糖充分水解, 使得中性多糖在粗多糖含量中的占比最高, 在最佳工艺条件下所提取的红枣中性多糖在粗多糖中的比例达到64.13%。

4 酶在多酚化合物提取中的应用

多酚类物质广泛存在于水果和蔬菜中, 具有清除自由基、抗脂质氧化、延缓机体衰老、预防心血管疾病、防癌、抗辐射、抗菌以及抗肿瘤等多种生理功能。多酚类化合物的提取分离方法主要是有机溶剂提取法, 这种提取方法不需要特殊的仪器, 应用较为普遍, 但存在着产品安全性低、耗时长及提取率低等缺点。生物酶解提取技术是根据酶反应具有高度专一性的特点, 选择相应的酶, 水解或降解细胞壁组成成分:纤维素、半纤维素和果胶, 从而破坏细胞壁结构, 使细胞内的成分溶解、混悬或胶溶于溶剂中, 达到提取目的。

4.1 纤维素酶的应用

范凤玲等人以干燥的菠萝果渣为原料, 利用BoxBenhnken中心组合试验和响应面分析法优化确定了纤维素酶处理菠萝果渣提取多酚类物质的最佳工艺条件。裴海闰等人通过研究发现利用纤维素酶处理苹果渣提取多酚的比率比传统水提取法高27%, 为苹果渣的综合利用和加工开辟了新的途径。张涛等人通过研究确定了纤维素酶法辅助提取葡萄籽中花青素的最佳工艺条件, 而且相比较传统提取方法, 具有提取时间短和得率高的特点。

黄酮类化合物属于多酚, 是功能性食品中一类较为重要的功效成分, 具有良好的抗氧化性能以及抗肿瘤、保护心血管和抗突变的作用, 对于高血压和高血脂等有较好的疗效。陈佳等人采用中心组合试验设计研究出纤维素酶法辅助提取洋葱皮中总黄酮的最佳工艺条件, 并对洋葱皮中的抗氧化活性进行了测定。李丹等人通过研究发现纤维素酶对于不同种类的异黄酮糖苷具有不同的水解专一性、基团专一性和键专一性, 能完全水解大豆苷和染料木苷为大豆素和染料木素, 而不能水解丙二酰基染料木苷、丙二酰基大豆苷和葛根素。

4.2 果胶酶的应用

在苹果渣中, 具有多种生理活性的多酚类物质主要以聚合体的形态存在, 通过果胶酶的水解反应, 将与果胶质紧密结合在一起的多聚体形态的多酚类物质释放, 使之转变成具有活性的单聚体物质, 可以提高单聚体物质的提取效果, 并从中进一步分离出绿原酸、咖啡酸、香豆酸、阿魏酸、杨梅素、槲皮素及根皮素等更具有活性的单聚体物质。

采用酶法提取葡萄皮渣中的多酚类物质时, 果胶酶可以更多地将多酚提取出来, 并能将儿茶素的没食子酸结合态转变为游离态, 提高其抗氧化活性, 而纤维素酶并不能显著提高提取物中的多酚含量和抗氧化活性。与此类似, Fu等人对木豆研究时也发现, 虽然果胶酶、纤维素酶和β-葡萄糖苷酶都可以提取其中的黄酮类物质, 但是果胶酶提取比纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的得率高。然而, Chen等人对银杏叶的研究认为, 纤维素酶比果胶酶提取更有效, 这是由于纤维素酶不但可以破坏细胞壁, 还因为其糖苷化活性高于果胶酶, 可以将黄酮类物质糖基化而提高溶解度, 使其提取率增大。

5 酶在其他植物活性成分提取中的应用

白藜芦醇具有抗癌、保护心血管、抗氧化、抗自由基、抗突变、抗菌消炎及辐射防护等多方面的作用。钱时权等人优化了纤维素酶提取葡萄中白藜芦醇的工艺条件, 结果表明:当酶浓度为1.5mg/g时, 在pH值4.0、酶解温度55℃酶解1.5h, 白藜芦醇的提取率最高。

以番茄组织为材料提取番茄红素, 采用果胶酶和纤维素酶混合使用比单一酶的提取效率高, 且果胶酶的提取效果比纤维素酶要好。Lavecchia等人应用果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等处理, 在40℃酶解1h, 然后加入有机溶剂 (丙酮、乙醇、乙酸乙酯和环己烷) 提取3h, 提取率达到77%~98%, 而对照只有3%~30%。

此外, 果胶酶在绞股蓝皂甙, 纤维素酶在盾叶薯蓣中薯蓣皂苷、温莪术挥发油、慈竹叶挥发油、开环异落叶松树脂酚和类胡萝卜素的提取中也得到了应用。

6 酶法提取发展前景

篇4：酶在环境保护中的应用

【关键词】 血凝酶；手术后；局部应用

巴曲亭—注射用血凝酶系从巴西矛头蝮蛇蛇毒中提取和精制而成的酶性止血剂，可用于各种出血病症，能缩短病人出血时间，减少出血量。本科于2010年7月至2011年6月1年间对该药在普通外科术后创面渗血止血中的临床作用进行观察分析，现将结果报道如下。

1 临床材料

1.1 一般资料病人平均年龄49岁〔37 ~ 78岁），男6例，女4例。所有病例术前检查肝、肾功能及凝血功能基本正常，无严重心、肺及脑合并症。

1.2 手术类型肝胆手术(肝癌切除术、胆囊切除术、胆道探査术等)4例，胃肠手术（胃癌根治切除术、大肠癌根治切除术等）4例，阑尾切除术2例，将以上患者均分为2组。

1.3 上述患者术后发现引流管引出血性液较多，说明出现术后创面出血（渗血）。用药方法实验组于手术后发现渗血后自引流管内注入注射用巴曲亭2 单位+生理盐水20ml。对照组经引流管注入冰肾盐水。

1.4 观察方法：对止血效果、使用次数、止血时间、用后渗血量的比较；手术前后血生化、血尿常规及生命体征的观察比较；手术后并发症和不良反应的观察。

2 方法

2.1 以上患者术后24小时内发现引流管内引出液为血性且每小时量均为50ML左右,持续3小时，此过程中患者生命体征平稳，同时以上患者术前术后静脉用止血药物相同。两组病人按病种平均分组。说明此两组病人具有可比性。

2.2 在发现腹腔引流管引流引出血性液较多后，分别于实验组自引流管内注入注射用巴曲亭2 单位+冰生理盐水20ml。对照组经引流管注入冰肾盐水20ml。都同时夹管40分钟。注射过程中患者均有腹部隐痛不适表现，注射完后自行缓解消失，同时静脉加用相同止血药物。通过观察发现实验组病人使用1次后腹腔内均再无明显出血表现。对照组有1例使用1次后腹腔内均再无明显出血表现，其余4例均需再次使用冰肾盐水1次，有1例患者使用冰肾盐水2次后引流管仍有明显血性液引出，改用注射用巴曲亭2 单位+冰生理盐水20ml1次后腹腔内再无明显出血表现。10例患者均未剖腹手术止血。

2.3 以上患者术后均恢复良好，按期拆线，目前无明显并发症发生，使用后复查肝、肾功能，血常规及凝血功能基本正常无明显变化。

3 讨论

巴曲亭—注射用血凝酶的主要成分为矛头蝮蛇巴曲酶和磷脂依赖性凝血因子Ｘ激活物（FＸa）。前者可水解FbgAa并释放出FPA1~16，使其成可溶性纤维蛋白单体，从而促使血小板聚集并加强凝血酶活化的效应，再水解其Bβ使之释放出FPB1~14，激活因子ⅩⅢ完成纤维蛋白网的形成从而达到止血目的。后一成分FXa能将浓集与磷脂反应表面的凝血因子Ⅹ激活成Xa，促进凝血酶形成。血凝酶在治疗出血性疾病或出血状态时，能使血液的纤维蛋白单体转化，从而加速血液凝固，并在出血部位迅速形成血凝块，引起血小板聚集，起到止血作用。经我们临床观察巴曲亭对腹腔手术后渗血止血效果良好，止血迅速。动物实验表明，进口血凝酶的急性毒性少，对血栓形成無促进作用，亦未发现其引起血管内凝血或其它组织病理改变，对血中纤维蛋白原含量无明显影响。迄今为止，在巴曲亭经腹腔引流管注入局部应用过程中未发现局部及全身性并发症，使用前后肝、肾功能，血常规及凝血功能基本正常，这充分证明血凝酶使用方法是安全的。

需要指出的是，对血中缺乏血小板及凝血因子的患者治疗作用微弱，因此宜在凝血指标正常或经补充血小板及缺乏的凝血因子后使用。另外不应因有该药的使用而忽视手术中彻底止血和术前术后静脉止血药物的应用。

参考文献

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[2]Millikan KW，Cummings B，DollasA.A prospective study mesh-plug hernioplasty。Am Surg 2001;67:285-289

[3]陈亚光，冯平。术中与术后胆道出血的诊断与处理。湖南医学，1999；16（3）：184

[4]黄志强.吴孟超.黎介寿,普外科手术学.第二版

[5]巴曲亭-蛇毒血凝酶在普外科手术中应用研究，血栓与止血，2003，VOL9.NO，118-20

[6]蛇毒血凝酶在腹部手术中止血作用以及对凝血功能的影响，中华外科杂志 2002,40:8 581-584

作者简介：

焦伟，男，（1980.8-）枣庄矿业集团中心医院普外科，住院医师

篇5：果胶酶在果汁生产中的应用教案

A.果胶酶可以分解细胞壁的主要纤维素

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.果胶酶不特指某酶，而是分解果胶的一类酶的总称 D.果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA

2.下列不是果胶酶成分的是( )

A.纤维素酶 B.果胶分解酶 C.多聚半乳糖醛酸酶 D.果胶酯酶

3.下列关于果胶酶作用的叙述错误的是( )

A.果胶酶是催化剂可改变反应速度

B.果胶酶能分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层 C.在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清 D.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸

4.下列与酶的活性有关的说法不准确的是( )

A.酶的活性是由蛋白质结构决定的，不受外界条件的影响 B.酶的活性是酶催化一定化学反应的能力

C.酶的活性常驻温度PH等因素的影响 D.酶活性高低与反应物浓度无关

5.下列表示酶活性高低的是………………( )

A.单位时间单位体积内反应的总量 B.一段时间后生成物的总量 C.一段时间后,一定体积中消耗的反应物的量

D.单位时间单位体积中反应物的减少量或产物的增加量

6.多酶片中含有蛋白质、淀粉酶和脂肪酶，具有辅助消化的作用。其片剂是糖衣片，这样制作的目的是 ( )

A.补充体内糖类物质的供应 B.防止胃液的消化作用 c.经唾液消化后即可迅速起作用 D.使其中各种酶缓慢地释放

7.能正确说明酶特性的是………………( )

A.酶都是蛋白质

B.酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用

C.酶的活性随着温度升高而不断提高

D.每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应

8.在37℃，pH=6.8时，用过氧化氢酶催化过氧化氢分解，比用等量的FeCl。作催化剂所释放02的量及说明的问题分别是 ……( )

篇6：酶在生物新陈代谢中的作用全教案

教学目标

知识方面

1、使学生理解新陈代谢的概念及其本质

2、使学生了解酶的发现过程;初步理解酶的概念、酶的特性、影响酶活性的因素

3、使学生理解酶在生物新陈代谢中的作用

能力方面

在引导学生分析生物新陈代谢概念，探究酶的特性，探究影响酶活性因素的过程中，初步训练学生的逻辑思维能力，分析实验现象能力及设计实验的能力，。

情感、态度、价值观方面

通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位;通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系;体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值的教育。

教学建议

教材分析

1、酶的发现

教材简单介绍酶的发现历史，从1783年意大利科学家斯巴兰让尼设计的巧妙实验到20世纪80年代科学家发现少数的酶是RNA，使学生对酶的研究历史中的一些重大发现有了一个大致了解。

2、酶的特性

酶的特性主要是通过安排了有关的学生实验，让学生通过实验，发现酶的三个特性，这样的编排方式符合学生由感性到理性的认知规律，有利于引导学生主动参与教学过程，并且有利于培养学生的多种能力。酶的高效性特点，是通过比较《实验五、肝脏内的过氧化氢酶比无机催化剂的催化效率》切入;酶的专一性的特点，是通过比较《实验六、探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用》切入;

3、影响酶活性的因素

本节教材主要讲述酶的催化作用需要适宜的条件，通过《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件(选做)》切入。

本节内容的最后，安排了课外读“造福人类的酶工程”，以开阔学生的视野，同时又有助于加强学生对本节基础知识的理解，使学生体会科学、技术在改变人类生活质量中的作用。

教法建议

1、使学生在理解细胞水平上的新陈代谢概念及其本质是本节的重点与难点

新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称，这是在细胞水平上对新陈代谢的描述。其实学生已不是第一次接触新陈代谢的概念，在初中生物课和高中生物课绪论中，学习已接触到诸如同化作用、异化作用及其关系等与新陈代谢有关的知识，但那是在生物个体水平对新陈代谢下的定义。本章的新陈代谢内容是对以往知识的深化和展开，教学教师要有意识地从细胞和分子水平引导学生分析出生物体是如何自我更新的，合成与分解是如何进行的，及其二者的关系，从而使学生更深刻地理解什么是生命。

例如，为使学生理解新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称这句话，教师可结合前一章细胞的物质基础与结构基础的相关知识，引导学生分析活细胞中发生的各种化学反应，如发生在线粒体内的糖的氧化放能的化学过程;发生在叶绿体中的水和二氧化碳合成为有机物的化学过程;发生在核糖体上的氨基酸缩合成多肽链的化学过程等，使学生对新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称这句话有一个感性认识。

2、使学生理解酶的概念是本节的重点。在本节教学中如何组织学生完成酶具有专一性的实验并实施有效的讨论是本节的难点。

生命体随时随刻发生着数量巨大的生物化学反应，同时又是一个稳定的，开放的系统。细胞中发生的各种化学反应不可能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行，而必须在常温、常压、水溶液环境下能快速、有序地进行的，这就要尽可能地降低化学反应能阈，这是新陈代谢为什么离不开生物催化剂，即酶的原因。

酶的概念和酶的发现可结合一起在让学生讨论，这样可让学生充分体会生产实践和科学实验对科学发展的促进作用。酶的特性这部分内容，可先组织学生依次完成实验，然后再由学生来讨论和总结。

在引导学生分析酶的特性时，引导学生与蛋白质的多样性联系起来，可使学生易于理解酶的催化作用的专一注必定意味着酶的多样性，而且蛋白质分子空间结构的多样性和酶的专一性催化关系密切。

3、使学生理解酶具有高效性、专一性和需要适宜条件是本节的重点，如何组织学生完成影响酶活性因素的选做实验并分析、讨论实验是本节教学的难点。

在组织学生操作、分析、讨论《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件(选做)》基础上，引导学生分析两个坐标曲线图，让学生概括酶的催化作用需要适宜的温度和pH。

教学设计示例

【课题】 第一节 新陈代谢与酶

【教学重点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶的特性、影响酶活性的因素、酶在生物新陈代谢中的作用

【教学难点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶在生物新陈代谢中的作用

【课时安排】1课时

【教学手段】板图、多媒体课件、实验

【教学过程()】

1、引入新陈代谢的概念及本质

(1)学生在初中生物学课本、高中绪论课的学习或通过各种媒体的介绍，对新陈代谢已经有了一定的认识，首先，教师应了解学生对新陈代谢是如何理解的。为此教师可设计一些问题，引导学生以自身为例，剖析生命是如何维持的，以此引入本节的学习，如：

①人体的脑细胞是通过什么途径获得营养?脑细胞中产生的代谢废物又是通过什么途径排出体外的?

②进入脑细胞的营养物质是如何被利用的?

③学生如何理解同化作用、异化作用，物质代谢、能量代谢，它们之间有何关系?

④想一想，人体的身体有哪些系统参与了新陈代谢过程，各是如何参与的等等?

(2)学生一般只能从生物个体、器官或系统水平上，说明生物体与外界环境之间进行物质和能量的交换，在此基础上，教师应把讨论引向微观水平，即细胞和分子水平的代谢过程。如可以设问：

①你吃下的肉类蛋白质，通过什么途径转化成为你自身的蛋白质?

②你吃下的淀粉类食物，通过什么途径为你提供能量?等等

通过分析、讨论，使学生理解：细胞的结构和生命活动的维持，需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，从而在细胞水平理解新陈代谢的本质，即“新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称”。

2、酶的概念、特性及其生理功能

在学生理解新陈代谢的本质后，可以利用学生已有的化学知识，分析出无机化学反应过程中所需的条件一般是很激烈的，再让学生分析出生物体细胞生存的条件是很温和的，可以提问，如：

(1)细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效的进行呢?

(2)在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢?

这样可顺利地引出活细胞产生的生物催化剂，即酶。

3、酶的发现史

这部分的教学，教师可让学生自己阅读，也可发给学生相应的补充资料，尤其是某种酶的研究过程方面的资料，目的是让学生对酶的研究过程、方法有一个较为全面的了解，让学生切身体会到生物学的实验研究对生物学发现的重要作用。

学生阅读后，可提问：酶都是蛋白质吗?并做一定的说明。

酶是活细胞所产生的具有催化能力的一类特殊的蛋白质。酶是细胞中促进化学反应速度的催化剂。现已发现的酶约有3000种以上。它们分别存在于各种细胞中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使生物化学反应在常温、常压、水溶液等温和的条件下就可顺利进行。

很多年来，人们一直认为所有的酶都是蛋白质。然而生物学家的实验证明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh发现原生动物四膜虫的26S rRNA前体在没有蛋白质的情况下进行内含子的自我拼接，最终形成L19RNA。当时因为只是了解它有这种自我催化的活性，没有把它与酶等同看待。

1983年Atman和Pace分别报导了在RNA前体加工过程起催化作用的酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的。如果除去蛋白质部分，并提高镁离子的浓度，则留下的RNA具有与全酶相同的催化活性，这是说明RNA具有酶活性的第一例证。

“酶不都是蛋白质”，这一科学事实再一次有力地证明了实验在科学发展中所起到的举足轻重的作用，同时也让我们看到，科学是发展的，探索是无止境的，而真理是相对的，现在的科学事实可能在今后会被修正，甚至推翻。

另外，酶、激素、维生素之间的区别值得一提，学生在以后的学习中容易把这些物质和它们的作用搞混。可就高中生物学水平做一简单比较：

酶

激素

维生素

从化学本质上看

蛋白质

蛋白质(如生长素、胰岛素等)、固醇类脂类物质(如性激素)

多种多样，一般为小分子有机物。 如维生素D是固醇类物质;维生素A是脂类物质(萜类);维生素C是抗坏血酸(葡萄糖的衍生物)等等。

从生理功能看

可提高生物体生物化学反应的速度，是一种生物催化剂。

激素又称“化学信使”，是特定细胞合成的，能使生物体发生一定反应的有机分子。它的作用力很强，很低的浓度就能引起很强的反应，但在细胞中不能积累，很快就会被破坏。

维生素常常与酶结合，是较复杂酶的组成成分之一。天然食物中含量极少，但这些极微小的量对人体的生长和健康是必需的，人体一般不能合成它们或合成量不足，必须从食物中摄取。

可把酶的发现史与酶的`特性这两部分教学内容结合起来，这样可使学生用实验方法探索酶的特性顺理成章。

4、酶的特性

在进行酶的特性教学时，教师可提问：

酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点?

为解决这个问题，教师可演示有关实验，也可安排相应的学生实验，引导学生通过对实验现象的观察，分析得出结论，即酶的高效性、专一性与多样性特性。

(1)酶的高效特性实验，实验前有必要简单介绍两项内容：

一是过氧化氢这种物质，它是动植物在代谢中产生的，对机体有毒害作用。生物体可通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。无机催化剂三价铁离子也可催化这一反应;二是本实验的实验步骤。

实验后，让学生讨论得出过氧化氢酶的催化效率高于铁离子的结论，在此基础上，教师可列举其他实例，概括酶的高效性。教师还应强调正是由于酶的存在及其高效性，所以许多代谢反应在体外很难发生，在体内却可迅速进行。

(2)酶的专一性特性

实验前可提问：“食物中的淀粉和蔗糖同属糖类，唾液淀粉酶能否消化水解这两种物质?”

本实验所涉及的颜色反应要在实验前跟学生说明清楚。淀粉水解成的麦芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的条件下，与斐林试剂反应会有砖红色沉淀物质产生，淀粉和蔗糖与斐林试剂无此反应。因此，斐林试剂可以用来鉴定淀粉和蔗糖溶液中是否有麦芽糖和葡萄糖及果糖，进而推测淀粉和蔗糖是否被水解。

在此基础上，教师通过进一步实例说明酶的专一性是酶普遍具有的特性;

(3)酶的多样性原理，可在学生理解酶的专一性原理基础上，结合蛋白质的多样性让学生分析得出。

5、影响酶活性的因素

有条件的学校，应尽量让学生做《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件》，这对于训练学生分析实验能力，理解对照实验的设计方法等都是很帮助的。

在学生通过实验分析得出影响酶活性的因素后，可适当结合学生的生活实际，引导学生分析、讨论一些与之相关的生活常识。如可提问：“持续高烧不退或严重腹泻有时甚至会危及人的生命，学生知道其中的原因吗?”

人的正常体温是37℃，体温升高到38℃，虽然体温只是升高了1℃，但人已感觉非常没有精神，如果升高到39℃甚至40℃以上，而且持续高烧，就会出现一系列严重的反应，如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命，这是为什么呢?原来，酶作为生物催化剂，其催化活性受到很多因素的影响，如温度、pH值、有机溶剂、重金属离子、酶浓度、酶的激活剂、抑制剂等等，而酶的活性受上述因素的影响是非常敏感的，影响因素发生很小的变化的，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。

霍乱是一种烈性传染病，为霍乱弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍乱弧菌通过人的肠粘膜并大量繁殖，同时产生肠毒素引起剧烈腹泻造成迅速而严重的脱水，血容量明显减少，因而出现微循环衰竭，使细胞得不到钾、钠、钙、氯离子，导致肌肉痉挛;细胞得不到碳酸氢根离子而导致细胞内pH值发生较大的改变，酶活性即相应大大降低

，严重的会出现代谢性酸中毒，最终病人肾功能衰竭，休克、死亡。人体大量出汗、腹泻都要相应地补充水就是这个道理;婴幼儿自身调节能力差，婴幼儿腹泻常常引起严重后果，就是这个道理。

或者问：“当人误食了含有重金属的食物或农药后，有一种应急措施，就是赶紧给病人大量喝牛奶或豆浆，学生知道这是为什么吗?”

酶活性除了与温度、pH有关外，还受有机溶剂、重金属离子等的影响。有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要原因是有机溶剂和重金属离子与酶蛋白上的某些化学基团结合，使酶的活性完全丧失，这也是人误食了有机磷农药、有机氯农药或含重金属离子的食物中毒甚至死亡的原因。

牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质，这些蛋白质可以和重金属或有机物结合，而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后，大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道吸收，从而也就避免了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会，而保护了这些酶的活性。当然，这只是应急措施，还要去医院探究活动

探究pH值对酶活性影响

【探究目的】

了解pH对酶活性的影响、学习测定酶的最适pH的方法

【探究原理】

酶的活性受环境pH的影响极为显著。通常各种酶只有在一定的pH范围内才表现它的活性。一种酶表现其催化活性最高时的pH值称为该酶的最适pH。低于或高于最适pH时，酶的活性逐渐降低。不同酶的最适pH值不同，例如，胃蛋白酶的最适pH为1.5一2.5，胰蛋白酶的最适pH为8等。

应当指出酶的最适pH受反应物性质和缓冲液性质的影响。例如，唾液淀粉酶的最适PH约为6.8，但在磷酸缓冲液中，其最适pH为6.4一6.6，在醋酸缓冲液中则为5.6。

【材料和用具】

1、0.3%氯化钠的0.5%淀粉溶液(新鲜配制)

2、稀释200倍的新鲜唾液。

3、0.1M柠檬酸溶液。

4、0.2M磷酸氢二钠溶液

5、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。

【探究步骤】

取8个50毫升锥形瓶，编号。按下表中的比例，用吸量管添加0.2M磷酸氢二钠溶液和0.lM柠檬酸溶液，制备pH5.0一8.0的8种缓冲溶液。

锥形瓶号

0.2M磷酸氢二钠溶液(ml)

0.lM柠檬酸溶液(ml)

缓冲溶液pH值

1---5.15---4.85---5.0

2---5.80---4.20---5.6

3---6.31---3.69---6.0

4---6.92---3.08---6.4

5---7.72---2.28---6.8

6---8.69---1.33---7.2

7---9.36---0.64---7.6

8---9.72---0.28---8.0

取9支干燥的试管，编号。将8个锥形瓶中不同pH的缓冲液各取3毫升，分别加入相应(l一8号)的试管中。然后，再向每个试管中添加0.5%淀扮溶液2毫升。第9号试管与第5试管的内容物相同。

向第9号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀后放入37℃恒温水浴中保温。每隔1分钟由第9号试管中取出一滴混合液，置于白瓷板上，加一滴碘化钾-碘溶液，检验淀粉的水解度，待结果呈橙黄色时，取出试管，记录保温时间。注意，掌握第9号试管的水解程度是本实验成败的关键之一。

以l分钟的间隔，依次向第l至第8号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀，并以1分钟的间隔依次将8支试管放入37℃恒温水浴中保温。然后，按照第9号试管的保温时间，依次将各管迅速取出，并立即加入碘化钾-碘溶液2滴，充分摇匀。观察各管呈现的颜色，判断在不同pH值下淀粉被水解的程度，可以看出pH对唾液淀粉酶活性的影响，并确定其最适pH。

探究酶的激活剂及抑制剂

【探究目的】

学习检定激活剂和抑制剂影晌酶反应的方法和原理

【探究原理】

酶的活性常受某些物质的影响，有些物质能使酶的活性增加，称为酶的激活剂;有些物质能使酶的活性降低，称为酶的抑制剂。例如，氯化钠为唾液淀粉酶的激活剂，硫酸铜为其抑制剂。

很少量的激活剂或抑制剂就会影响酶的活性，而且常有特异性。值得注意的是激活剂和抑制剂不是绝对的，有些物质在低浓度度时为某种酶的激活剂，而在高浓度时则为该酶的抑制剂。例如，氯化钠达到1/3饱和度时就可抑制唾液淀粉酶的活性。

【材料及用具】

1、l%淀粉溶液。

2、1%氯化钠溶液。

3、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。

4、稀释100一200倍的新鲜唾液。

5、0.1%硫酸铜溶液。

【探究步骤】

取3支试管，编号。向第l支试管中加入l%氯化钠溶液l毫升，向第2支试管中加入0.1%的硫酸铜溶液l毫升，向第3支试管中加入蒸馏水l毫升作对照。再向每支试管各加入0.l%淀粉溶液3毫升和稀释的唾液l毫升。摇匀各管内容物，一齐放入37℃恒温水浴中保温，10一15分钟后取出。冷后，各滴入2一3滴碘化钾-碘溶液，混匀。观察比较3支试管颜色的深浅。

如果激活剂或抑制剂的作用不明显，主要原因可能是唾液淀粉酶活性不够高，可以适当延长反应时间或者降低唾液稀释倍数，然后再继续实验。

探究酶的专一性

【探究目的】

本实验以唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用为例，说明酶的特异性。

【材料用具】

1、2%蔗糖溶液：蔗糖是典型的非还原糖，若商品蔗糖中还原糖含量超过一定标准，则呈现还原性，这种蔗糖不能使用。所以，实验前必须进行检查。本实验用的蔗糖至少应是分析纯的试剂。

2、0.3%氯化钠的l%淀粉溶液(新鲜配制)

3、稀释200倍的新鲜唾液。

4、蔗糖酶溶液：取干酵母100克，置于乳钵内，添加适量蒸馏水及少量石英砂。用力研磨提取约l小时，再加蒸馏水，使总体积约为500毫升，过滤。将滤液保存于冰箱内备用。

5、本尼迪克特(Benedict)试剂： 将硫酸铜17.3克溶解于100毫升热蒸馏水中。冷却后，稀释至150毫升。取柠檬酸钠173克及碳酸钠(Na2CO3.H2O)100克，加水600毫升，加热使之溶解，冷后，稀释至850毫升。最后，把硫酸铜溶液缓缓倾入柠檬酸钠-碳酸钠溶液中。混匀后，用细口瓶贮存。此试剂可长时间保存。

【探究步骤】

1、淀粉酶的特异性实验

取2支试管，各加入本尼迪克特(Benedict)试剂2毫升，再分别加入l%淀粉溶液或2%蔗糖溶液各4滴。混合均匀后，放在沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生，纯净的淀粉和蔗糖不呈阳性反应。

再取3支试管，每管各加入稀释200倍的新鲜唾液l毫升。再分别加入l%淀粉溶液或2%蔗糖溶液各3毫升。混匀，放入37℃恒温水浴中保温，15分钟后取出。各加本尼迪克特试剂2毫升，摇匀，放在沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生。

新鲜唾液的稀释倍数，一般为200倍。但是，由于不同人或同一人不同时间采收的唾液内淀粉酶的活性并不相同，有时差别很大，稀释倍数可以是50一300倍，甚至超出此范围。因此，应事先确定稀释倍数。另外，要注意除去唾液里的气泡，避免稀释倍数不准确面影响实验结果。稀释好的新鲜唾液用滤纸过滤后待用。

2、蔗糖酶的特异性实验

取2支试管，各加入蔗糖酶溶液l毫升，再分别加入l%淀粉溶液3毫升或2%蔗糖溶液3毫升。摇匀，放入37℃恒温水浴中保温，10分钟后取出，各加入本尼迪克特试剂2毫升，混匀后放入沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生。

再取l支试管，加入蔗糖酶l毫升和蒸馏水3毫升，混匀，加入本尼迪克特试剂2毫升，摇匀，在沸水浴中煮2一3分钟。可以观察到试管内溶液呈现轻度阳性反应，这是由于蔗糖酶溶液本身含有少量还原性杂质的缘故。因此，用此管作为对照，即可解释上述用淀粉作底物的试管内呈现轻度阳性反应的原因。

探究温度对酶活性的影响

【探究目的】

通过检验不同温度下唾液淀粉酶和脲酶的活性，了解温度对酶活性的影响。

【探究原理】

酶的催化作用受温度的影响很大，一方面与一般化学反应一样，提高温度可以增加酶促反应的速度。通常温度每升高10℃，反应速度加快一倍左右，最后反应速度达到最大值。另一方面酶的化学本质是蛋白质，温度过高可引起蛋白质变性，导致酶的失活。因此，反应速度达到最大值以后，随着温度的升高，反应速度反而逐渐下降，以至完全停止反应。反应速度达到最大值时的温度称为某种酶作用的最适温度。高于或低于最适温度时，反应速度逐渐降低。大多数动物酶的最通温度为37℃一40℃，植物酶的最适温度为50℃一60℃。但是，一种酶的最适温度不是完全固定的，它与作用的时间长短有关，反应时间增长时，最适温度向数值较低的方向移动。通常测定酶的活性时，在酶反应的最适温度下进行。为了维持反应过程中温度的恒定，一般利用恒温水浴等恒温装置。

酶对温度的稳定性与其存在形式有关。已经证明大多数酶在干燥的固体状态下比较稳定，能在室温下保存数月以至一年。溶液中的酶，一般不如固体的酶稳定，而且容易为微生物污染，通常很难长期保存而不夹失其活性，在高温的情况下，更不稳定。

【材料和用具】

1、0.3%氯化钠的0.2%的淀粉溶液。

2、稀释200倍的唾液。

3、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。

4、1%尿素溶液。

5、脲酶提取液：取黄豆粉6克，加30%乙醇250毫升，振荡10分钟，过滤。可保存l一2星期。

6、奈斯勒(Nessler)试剂：称取5克碘化钾，溶于5毫升蒸馏水中，加人饱和氯化汞溶液(100毫升约溶解5.7克氯化汞)，并不断搅拌。直至产生的朱红沉淀不再溶解时，再加40毫升50%氢氧化钠溶液，稀释至100毫升，混匀，静置过夜，倾出清液存于棕色瓶中。

奈斯勒试剂是含有大量汞盐的强碱性溶

液，所以，它是具有腐蚀性的剧毒试剂。实验时必须严格遵守操作规程，谨防中毒。此外，实验时所用的玻璃仪器等一切器皿必须洁净，以除去能抑制酶活性的杂质。因此，用奈斯勒试剂作完实验后，必须将它所污染的试管等一切器皿充分洗干净。

【探究步骤】

1、温度对唾液淀粉酶活性的影响.

唾液淀粉酶可将淀粉逐步水解成各种不同大小分子的糊精及麦芽糖。它们遇碘各呈不同的颜色。直链淀粉(即可溶性淀粉)遇碘呈蓝色;糊精按分子从大到小的顺序，遇碘可呈蓝色、紫色、暗褐色和红色，最小的糊精和麦芽糖遇碘不呈现颜色。由于在不同温度下唾液淀粉酶的活性高低不同，则淀粉被水解的程度不同，所以，可由酶反应混合物遇碘所呈现的颜色来判断。

取3支试管，编号后各加入淀粉溶液2毫升。将第l、2号试管放入37℃恒温水浴中保温，第3号试管放入冰水中冷却，5分钟后，向第l号试管中加人煮沸5一15分钟的稀释唾液l毫升;向第2、3号试管加稀释唾液各l毫升。摇匀，20分钟后取出3支试管，各加碘化钾-碘溶液2滴，混匀，比较各管溶液的颜色。判断淀粉被唾液酶水解的程度，井说明温度对唾液酶活性的影响。

2、温度对脲酶活性的影晌

脲酶能催化尿素水解生成氨和二氧化碳，氨可与奈斯勒试剂作用生成橙红色化合物。由颜色深浅，可断定反应进行的程度。

各取4支试管，编号。向每支试管中，各加人脲酶提取液l毫升。将第l号试管放在冰水里冷却，第2号试管在室温下放置，第3号试管在50℃恒温水浴中保温，第4号试管在沸水浴中。5分钟后向4支试管中各加人l%尿素溶液l毫升。混匀，10分钟后取出4支试管，将第3、4号试管用流动的自来水冷却至室温。然后，向4支试管中各加奈斯勒试剂5滴，摇匀。观察比较各试管颜色深浅，并说明温度对脲酶活性的影响。