《酵母細(xì)胞的固定化》教案盛黎春

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1、 專題四 課題 3 酵母細(xì)胞的固定化 【考試要求 】 制備和應(yīng)用固相化酶 (A) ①說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。 ②說出制備固定化酶、固定化細(xì)胞的一般方法。 ③嘗試制備固定化酵母細(xì)胞，并利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。 ④酵母細(xì)胞的固定化技術(shù) (b) 。 學(xué)習(xí)重難點(diǎn)： 制備固定化酵母細(xì)胞。 【創(chuàng)設(shè)情境 】 酶具有催化效率高，低耗能、低污染等優(yōu)點(diǎn)，被大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些問題。 下列屬于酶應(yīng)用中面臨的實(shí)際問題的是①酶對(duì)有機(jī)溶劑、對(duì)高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿非常敏感

2、②加酶洗衣粉因?yàn)轭~外添加了酶制劑，比普通洗衣粉更易污染環(huán)境③酶的催化功能很強(qiáng)，但需給以適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)才能較長時(shí)間維持其作用④溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本⑤反應(yīng)后會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量⑥酶能提供反應(yīng)所需的活化能，所以具低耗能的優(yōu)點(diǎn) 【教學(xué)活動(dòng)】 活動(dòng)一、認(rèn)識(shí)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù) [ 問題思考一 ] 問題 1：右圖是固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，圖中所放置的篩板上的孔應(yīng)滿足什么要求？ 在圖中補(bǔ)全原料和產(chǎn)物的位置。 問題 2：固定酶和固定細(xì)胞采用的方法有何不同？為什么？ 問題 3

3、：包埋法固定細(xì)胞常用的載體有哪些？ 問題 4：從操作角度來考慮，你認(rèn)為固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)哪一種方法更容易、成本更低？哪一種方法對(duì)酶活性的影響更?。? 問題 5：如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？ 問題 6：如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該選擇哪種方法？ ［典例引路一］ 例 1. 下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是 A．固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度和溶解氧 B．利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件 C．利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作

4、用只是作為反應(yīng)底物 D．固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢(shì)明顯 例 2. （多選）下列關(guān)于生物技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)的敘述正確的是 A. 在果酒和果醋的制作中，發(fā)酵原料一定不同 B. 固定化酶固定時(shí)可能會(huì)造成酶的損失而影響活性 C. 若酵母菌培養(yǎng)液濃度過低，酵母菌會(huì)吸水脹破而死亡 D. 制作腐乳時(shí)，加鹽腌制可使豆腐塊變硬且能抵制雜菌生長 [ 變式訓(xùn)練一 ] 1. 隨著生物技術(shù)的發(fā)展，酶在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越廣泛。下列說法錯(cuò)誤的是 A. 利用酶生產(chǎn)某些化工產(chǎn)品，能顯著降低能耗、減少污染、節(jié)約成本 B．參與蛋白酶合成分泌的膜性細(xì)胞器有核

5、糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體 C. 用于治療消化不良癥的腸溶多酶片含有多種消化酶，但嚼服后會(huì)失去療效 D. 要較長時(shí)間保持酶活性，各種酶制劑都應(yīng)保存在低溫的條件下 2. 如圖是應(yīng)用固定化酵母進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵的裝置， 下列說法中不正確的是A．為使固定化酵母可以反復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)過程一定要在無菌條件下進(jìn)行 B．加入反應(yīng)液后應(yīng)保持活塞 1 始終打開，活塞 2 則必須關(guān)閉 C．裝置的長導(dǎo)管主要是為了釋放 CO2并防止雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱 D．加入反應(yīng)液的濃度不能過高以免酵母細(xì)胞因失水過多而死亡 活動(dòng)二、說出固定酵母細(xì)胞中的操作要點(diǎn) [ 問題思考二 ] 觀看實(shí)驗(yàn)錄像，

6、思考以下列出的問題。問題 1：什么是活化？酵母細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)如何變化？ 問題 2：配制的海藻酸鈉溶液在加熱的過程中的注意點(diǎn)是什么？ 問題 3：剛?cè)诨玫暮Ｔ逅徕c溶液能直接和酵母細(xì)胞混合嗎？為什么？ 問題 4：若注射器離 CaCl2 溶液液面的距離過近，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 問題 5：將固定的酵母細(xì)胞凝膠珠用蒸餾水沖洗 2～ 3 次的目的是什么？ 問題 6：用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵時(shí)為什么選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10％葡萄糖溶液？發(fā)酵溫度 為何控制在 25℃？發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？

7、 疑難點(diǎn)撥 圖 2 是利用固定化酵 , 固定化酵母細(xì)胞的 1. 海藻酸鈉膠體在 CaCl2 這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 2. 如何檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格？ ①可以采用以下方法：一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手 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(shí)驗(yàn)桌上用力 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。 ②觀察凝膠珠的顏色和形狀  擠壓 ，如果凝膠 摔打 凝膠 如果制作的凝膠珠顏色過淺，呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝

8、膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高。 3. 利用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵，溶液中會(huì)看到有氣泡產(chǎn)生，能聞到酒味凝膠珠在發(fā)酵過程中會(huì)上浮。 ［典例引路二］ 例 1. (2010 江蘇生物 ) 下圖 1 表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作， 母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述正確的是 ( 多選 ) A．剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B．圖 1 中 X 溶液為 CaCl2 溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C．圖 2 發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母

9、菌充分接觸 D．圖 1 中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖 2 裝置中 例 2. 右圖為某同學(xué)利用海藻酸鈉固定酵母菌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果， 出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因不包 括 A．海藻酸鈉濃度過高 B．酵母細(xì)胞已經(jīng)死亡 C．注射器中的溶液推進(jìn)速度過快 D．注射器距離 CaCl2 溶液液面太近 [ 變式訓(xùn)練二 ] 1. 下列關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說法，不正確的是 A. 酵母細(xì)胞活化 后呼吸作用增強(qiáng)，線粒體中分解掉的葡萄糖增加 B. 酵母細(xì)胞活化所需要的時(shí)間較短 C. 活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞恢復(fù)生活狀態(tài) D. 酵母細(xì)胞

10、活化后體積增大 2. ( 多選 ) 某小組為研究固定化酵母細(xì)胞在不同條件下的呼吸方式和強(qiáng)度 , 進(jìn)行了甲、乙兩 組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的敘述中，錯(cuò)誤的是 A. 該實(shí)驗(yàn)中，葡萄糖的作用只是作為反應(yīng)的底物 B. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，甲、乙兩組燒杯中石灰水渾濁程度相同 C. 若因未攪拌而導(dǎo)致溶氧不足，裝置甲的錐形瓶中也可能出現(xiàn)少量酒精 D. 同等條件下，固定化酵母細(xì)胞呼吸方式與游離的細(xì)胞相同 3．(2011 南京二模 ) 根據(jù)材料回答下列有關(guān)問題： Ⅰ

11、. 某大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑 ( 使酶相互連接 ) ，海藻酸鈉來包埋小麥酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對(duì)其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的 是部分研究結(jié)果。 ( 注：酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率，包括酶的活性和酶的數(shù)量 ) (1) 從圖 1 可以看出： 固定化小麥酯酶比游離的小麥酯酶對(duì)溫度變化的適應(yīng)性更 ________。 (2) 從圖 2 可以看出：海藻酸鈉濃度為 ________時(shí)的小麥酯酶活力最強(qiáng)。當(dāng)海藻酸鈉濃度 較低時(shí)，酶活力較低的原因是： __

12、______________________________ 。 (3) 根據(jù)介紹，科研人員所采用的固定化技術(shù)可用下圖中的 ______ 表示。 Ⅱ . 某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)制備固定化酵母細(xì)胞的過程如下： ①活化酵母細(xì)胞：稱取定量干酵母與定量蒸餾水混合并攪拌，使酵母細(xì)胞活化； ②配制 CaCl2 溶液：將無水 CaCl 2 溶解在定量蒸餾水中， 配制成一定濃度的 CaCl2 溶液； ③配制海藻酸鈉溶液：用定量的海藻酸鈉直接溶解在定量的蒸餾水液；  / 無菌水中，配制成溶 ④海藻酸鈉溶液和酵母細(xì)胞混

13、合： 將活化的酵母細(xì)胞迅速加入到剛配制成的海藻酸鈉溶液 中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍? ⑤固定化酵母細(xì)胞：用注射器以恒定的速率緩慢地將海藻酸鈉和酵母細(xì)胞混合液滴加到配 制好的 CaCl2 溶液中，觀察凝膠珠形成。 (1) 請(qǐng)你改正其中兩處錯(cuò)誤的操作： 第一處： ___ _ ； 第二處： 。 (2) 剛形成的凝膠珠要在 CaCl2 溶液中浸泡 30 min 左右，目的是 ___________ ___ 。 (3) 如果制作的凝膠珠顏色過淺，呈白色，則說明海藻酸鈉濃 ______( 過低 / 過高 ) 。

14、[ 課堂反饋 ] 1．研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸二酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機(jī)磷農(nóng)藥，與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的 A．溫度 B． pH C ．水分 D ．營養(yǎng) 2. 下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法中，錯(cuò)誤的是 A. 固定化酶的生物活性強(qiáng)，可永久使用 B. 一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高 C. 一般酶制劑只能一次性使用 D. 固定化酶可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量 3. 下列說法不正確的是 A．固定化酶和固定化細(xì)胞的技術(shù)方法包

15、括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法 B．固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法 C．由于細(xì)胞個(gè)大，而酶分子很小，因此細(xì)胞多采用物理吸附法固定 D．反應(yīng)物是大分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶 4. 下列不屬于酶的固定方式的是 A．將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格中B．將酶相互連接起來 C．將酶吸附在載體表面 D ．將酶加上糖衣 5. 下列關(guān)于生物技術(shù)的敘述中，錯(cuò)誤的是 A．腐乳制作過程中加入的香辛料也有殺菌作用 B．固定化細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．醋酸菌在氧氣、糖充足的條件下可將葡萄汁中的糖分分解成醋酸D．參與果醋發(fā)酵的微生物是需氧型的，其含有

16、線粒體 6．酵母細(xì)胞固定化的實(shí)驗(yàn)中，下列實(shí)驗(yàn)操作與目的不相符的是 A．干酵母加入蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝?，放置一段時(shí)間，使酵母細(xì)胞活化 B．采用小火間斷加熱的方法，防止海藻酸鈉發(fā)生焦糊 C．將活化的酵母細(xì)胞加入海藻酸鈉溶液，輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡 D．用注射器滴加溶液時(shí)要接近 CaCl2 溶液的液面，防止凝膠珠出現(xiàn)“尾巴” 7. 用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵葡萄糖溶液時(shí)，為了能產(chǎn)生酒精，下列措施錯(cuò)誤的是 A．向瓶內(nèi)泵入氧氣 B ．應(yīng)將裝置放于適宜的條件下進(jìn)行 C．瓶內(nèi)應(yīng)富含葡萄糖等底物 D ．應(yīng)將瓶口密封，效果更好 8. 下列關(guān)于酵母菌發(fā)酵的有關(guān)說法正確的是 A. 酵母菌產(chǎn)生酒精的條件與醋酸菌發(fā)酵產(chǎn)生醋酸的條件相同 B. 利用酵母菌生產(chǎn)酒精的過程中，固定化酶比固定化酵母細(xì)胞更好 C. 培養(yǎng)液中是否產(chǎn)生酒精可用溴麝香草酚藍(lán)檢驗(yàn) D. 若培養(yǎng)液中酵母菌在進(jìn)行酒精發(fā)酵，則培養(yǎng)液中葡萄糖在變少、培養(yǎng)液的pH在變小 【總結(jié)歸納】 3．Ⅰ .(1)強(qiáng) (2)3% 酶的數(shù)量不足 BC Ⅱ .(1)③海藻酸鈉溶解應(yīng)適當(dāng)加熱至完全溶化 ④海藻酸鈉溶液冷卻至常溫再加入酵母細(xì) 胞 (2) 讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) (3)過低