高中生物 專題4 酶的研究與應用 課題3 酵母細胞的固定化課件 新人教版選修11

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1、 目標導航預習導引 目標導航預習導引一二一、固定化酶的應用實例和固定化細胞技術1.課題背景(1)酶應用時存在的實際問題對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感,易失活。溶液中的酶很難回收,不能被再次利用,提高了生產成本。反應后的酶會混在產物中,如不除去,會影響產品質量。(2)固定化酶的優(yōu)點:酶既能與反應物接觸,又能與產物分離,還可以被反復利用。(3)固定化細胞的優(yōu)點:與固定化酶技術相比,固定化細胞制備的成本更低,操作更容易。 目標導航預習導引一二2.固定化細胞技術(1)固定化技術的類型:包埋法、化學結合法和物理吸附法。(2)包埋法包埋法固定化細胞即將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體

2、中。常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。任何一項新技術有利,也必有弊。固定化酶是將酶固定在不溶于水的載體上的一項新技術,由該特點你是否想到了固定化酶的不足?提示：將酶固定在不溶于水的載體上,限制了酶分子與底物分子(或離子)的接觸,減少了酶與底物的接觸面積,降低了化學反應的速 度。 目標導航預習導引一二二、實驗操作1.制備固定化酵母細胞酵母細胞的活化:向干酵母中加入蒸餾水,使其活化配制CaCl2溶液配制海藻酸鈉溶液:在加熱時要用玻璃棒攪拌,并用小火或間斷加熱海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合固定化酵母細胞 目標導航預習導引一二2.用固定化酵母細胞發(fā)酵(1)將固定好的酵母細胞用蒸

3、餾水沖洗23次。(2)發(fā)酵時的溫度為25 ,時間為24 h。用接種環(huán)對微生物進行接種操作時,需要使灼燒滅菌的接種環(huán)先冷卻再使用,由該操作你能設想一下何時向海藻酸鈉溶液中加入酵母細胞嗎?請給予適當?shù)慕忉尅Ｌ崾荆簯鹊胶Ｔ逅徕c溶液冷卻至室溫后才能向其內加入酵母細胞,因為溫度過高的海藻酸鈉溶液和溫度過高的接種環(huán)一樣,都可能殺死菌種。 知識精要典題例解遷移應用知識架構一二一、固定化酶的應用和固定化細胞技術1.固定化酶的應用(1)固定化技術的概念固定化酶和固定化細胞技術是利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術。(2)固定化技術的優(yōu)勢將酶或細胞固定在不溶于水的載體上,使酶或細胞可以直接與反應物

4、接觸,充分發(fā)揮其催化功能,同時又能與產物分離,被反復利用。在一定程度上避免高溫、強酸、強堿和有機溶劑對酶活性的影響,以提高催化效率,降低生產成本,提高產品質量。 知識精要典題例解遷移應用知識架構一二(3)應用實例:生產高果糖漿原料: 葡萄糖(由淀粉轉化而來)反應原理:葡萄糖 果糖。生產過程及示意圖(如圖所示)將葡萄糖異構酶固定在顆粒狀的載體上 知識精要典題例解遷移應用知識架構一二放入底部有許多小孔的反應柱內(酶顆粒不能通過篩板上的小孔,反應溶液能通過)葡萄糖溶液從反應柱上端注入流經反應柱與固定化葡萄糖異構酶接觸并進行反應果糖溶液從反應柱下端流出 知識精要典題例解遷移應用知識架構一二2.固定化酶

5、或固定化細胞技術的方法固定化酶或固定化細胞技術常用的方法有包埋法、化學結合法和物理吸附法,如圖所示。包埋法包埋法是指將酶或細胞包裹在多孔的載體中,如將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中,或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中。包埋法又分為凝膠包埋法和微囊化法,前者包埋成格子型, 后者包埋成微膠囊型。 知識精要典題例解遷移應用知識架構一二化學結合法化學結合法是指將酶分子或細胞相互結合,或將其結合到纖維素、瓊脂糖、離子交換樹脂等載體上的固定方法。工藝簡便及條件溫和是其顯著特點,其載體選擇范圍很大,涉及天然或合成的無機、有機高分子材料,其過程可同時達到純化和固定化,酶失活后可重新活化,載體可以再生。

6、化學結合法中常見的有交聯(lián)法、共價結合法、離子結合法等。物理吸附法物理吸附法是指將酶吸附到固定吸附劑表面的方法,固定吸附劑多為活性炭、多孔玻璃等。 知識精要典題例解遷移應用知識架構一二 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構【例1】 下列有關固定化酶和固定化細胞的敘述,正確的是()A.可用包埋法制備固定化酵母細胞B.反應產物對固定化酶的活性沒有影響C.葡萄糖異構酶固定前后專一性不同D.固定化細胞可以催化各種反應底物的一系列反應解析：固定化酵母細胞適合采用包埋法,固定化酶適合采用化學結合法和物理吸附法,A項正確。酶促反應的產物積累如導致pH變化,會影響酶的活性,B項錯誤。酶固定前后專一性不變,C項錯

7、誤。固定化細胞固定的是一系列酶,可以催化一系列反應,但不能催化各種反應底物的反應,D項錯誤。答案：A 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構下列關于固定化細胞技術的說法,正確的是()A.物理吸附法的優(yōu)點是操作簡單,吸附牢固B.包埋法的優(yōu)點是操作復雜,條件溫和,對細胞無毒性C.物理吸附法容易對酶的活性產生影響D.凝膠包埋常用的凝膠種類有瓊脂、海藻酸鈉(鈣)、明膠和聚丙烯酰胺凝膠等 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構解析：固定化細胞的主要方法有物理吸附法和包埋法等。它們各有利弊,物理吸附法的主要優(yōu)點是酶活性不受影響,但吸附

8、過程相當復雜,這一過程與微生物細胞的性質、載體的性質以及兩者之間的相互作用等有關,且吸附力較弱,吸附不牢固,細胞容易脫落。而包埋法操作簡單,條件溫和,對細胞無毒性,適合于生長細胞的固定,但凝膠的結構要保持穩(wěn)定需要適當?shù)臈l件控制。凝膠包埋常用的凝膠種類有瓊脂、海藻酸鈉(鈣)、明膠和聚丙烯酰胺凝膠等。答案：D 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構二、固定化酵母細胞的實驗操作 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構發(fā)酵(將150 mL質量分數(shù)為10%的葡萄糖溶液轉移到200 mL的錐形瓶中,加入固定好的酵母細胞,25 下發(fā)酵24 h) 一二知識精要典題例解遷移應用

9、知識架構 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構【例2】 下列關于酵母細胞活化的說法,不正確的是 ()A.酵母細胞活化就是使酵母細胞由無氧呼吸變成有氧呼吸B.活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細胞恢復正常的生活狀態(tài)C.酵母細胞活化所需要的時間較短D.酵母細胞活化后體積增大解析：在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復到正常的生活狀態(tài)。酵母細胞所需要的活化時間較短,一般需要1 h左右。答案：A 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構下列關于酶的敘述,正確的是()A.活細胞內合成酶的原料一定是氨基酸B

10、.固定在載體上的酶可以被反復利用是固定化酶技術的優(yōu)點之一C.固定化酶活性的發(fā)揮需要提供一定的營養(yǎng)物質D.加酶洗衣粉是將酶直接添加到洗衣粉中解析：合成酶的原料是氨基酸或核糖核苷酸;固定化酶技術是將酶固定在不溶于水的載體上,既能與反應物接觸又能與產物分離,能夠反復利用;固定化酶不是生物體,其活性的維持不需要提供特定的營養(yǎng)物質;加酶洗衣粉是指添加了酶制劑的洗衣粉,而不是直接添加酶。答案：B 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構制備固定化酵母細胞的注意事項(1)酵母細胞的活化:在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復正常的生活狀態(tài)。酵母細胞所需要的活化時間較短,一般

11、需要1 h左右,要提前作好準備。此外,酵母細胞活化時體積會變大,因此活化前應該選擇體積足夠大的容器,以避免酵母細胞的活化液溢出容器。(2)加熱:加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一個環(huán)節(jié),影響到實驗的成敗。如果海藻酸鈉濃度過高,將很難形成凝膠珠;如果濃度過低,形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)目少,影響實驗效 果。 一二知識精要典題例解遷移應用知識架構(3)凝膠珠的檢測:剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間,以便形成穩(wěn)定的結構。檢驗凝膠珠的質量是否合格可以使用下列方法:一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓,如果凝膠珠不容易破裂,沒有液體流出,就表明凝膠珠的制作成功。二是在實驗桌

12、上用力摔打凝膠珠,如果凝膠珠很容易彈起,也能表明制備的凝膠珠是成功的。 知識架構一二 1.制作固定化葡萄糖異構酶時不能采用包埋法,由于酶分子小,包埋時容易從包埋材料中漏出。而細胞體積大難以被吸附或結合,所以固定化細胞常用包埋法。【例1】 如圖為制備固定化酵母細胞用于葡萄酒生產的流程圖,請回答下列問題。 (導學號52260015)酵母細胞活化配制CaCl2溶液配制海藻酸鈉溶液海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合固定化酵母細胞發(fā)酵葡萄汁葡萄酒葡萄醋(1)本實驗采用了包埋法,而制備固定化酶則不宜用此方法,原因是。實驗過程中用CaCl 2溶液處理的目的是 。 (2)在利用葡萄酒制作葡萄醋時,除控制好溫度等條件外

13、,還要注意控制氣體條件,因為醋酸菌是(填“好氧”“厭氧”或“兼性厭氧”)型細菌。 (3)為篩選出能高效利用淀粉的轉基因釀酒酵母菌,將該工程菌接種在的固體平板培養(yǎng)基上,培養(yǎng)一定時間后,加入碘液,選擇的菌落進一步純化培養(yǎng)。 解析：(1)固定化酵母細胞采用包埋法,酶分子很小,容易從包埋材料中漏出,不宜用此方法;CaCl2溶液處理讓Ca2+與海藻酸鈉反應形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠。(2)制備果醋的菌種是醋酸菌,屬于好氧型細菌,需要持續(xù)通入無菌空氣。(3)將該工程菌接種在含淀粉的固體平板培養(yǎng)基上,該工程菌可產生淀粉酶分泌到培養(yǎng)基中,水解淀粉后的區(qū)域,遇到碘液不變藍,會產生透明圈,這樣也可以鑒定淀粉酶基因

14、是否插入釀酒酵母菌。答案：(1)酶分子很小,容易從包埋材料中漏出Ca2+與海藻酸鈉反應形成不溶于水的海藻酸鈣凝膠(2)好氧(3)以淀粉作為唯一碳源透明圈大 2.與固定化細胞相比,固定化酶能充分和反應物接觸,充分發(fā)揮其催化作用,并且可以回收和反復利用。固定化細胞更易催化一系列生化反應,而固定化酶只能催化一種或一類生化反應,因此固定化細胞成本更低,操作更容易,通常可將單一的酶促反應變?yōu)檫B續(xù)的酶促反應過程。但固定化細胞活性的維持需要滿足細胞生命活動的營養(yǎng)物質等條件。 【例2】 下列有關固定化酶和固定化細胞的說法,正確的是()A.固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列生化反應B.固定化細胞技術一次只能固定一種酶C.固定化酶和固定化細胞的共同點是所固定的酶都可反復使用D.固定化酶和固定化細胞都能反復使用,但酶的活性迅速下降解析：酶具有專一性,一種酶固定后不可能催化一系列生化反應;固定化細胞技術固定的是一系列酶;固定化酶和固定化細胞都能反復使用,若條件適宜,一般不會出現(xiàn)酶的活性迅速下降問題。答案：C