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1、
普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書——生物選修1[人教版]
課題3 酵母細(xì)胞的固定化
★課題目標(biāo)
(一)知識(shí)與技能
2、理解固定化酵母細(xì)胞的制備過程
3、知道固定化酶的實(shí)例
1、固定化細(xì)胞技術(shù)
2、制備固定化酵母細(xì)胞的過程
(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過固定化技術(shù)的發(fā)展過程,培養(yǎng)科學(xué)探究精神,同時(shí)領(lǐng)會(huì)研究的科學(xué)方法
★課題重點(diǎn)
制備固定化酵母細(xì)胞
★課題難點(diǎn)
制備固定化酵母細(xì)胞
★教學(xué)方法
啟發(fā)式教學(xué)
★教學(xué)工具
多媒體課件
★教學(xué)過程
(一)引入新課
在應(yīng)用酶的過程中,人們發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問題:酶通常對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑
2、等條件非常敏感,容易失活;溶液中的酶很難回收,提升了生產(chǎn)成本,也可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。在本課題中,我們將動(dòng)手制備固定化酵母細(xì)胞,體會(huì)固定化酶的作用
(二)實(shí)行新課
1.基礎(chǔ)知識(shí)
1.固定化酶的應(yīng)用實(shí)例――生產(chǎn)高果糖漿
(1)高果糖漿的生產(chǎn)原理:
葡萄糖異構(gòu)酶
果糖
葡萄糖
(2)葡萄糖異構(gòu)酶固定:將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀載體上,裝入反應(yīng)柱中。
(3)高果糖漿的生產(chǎn)操作(識(shí)圖4-5反應(yīng)柱):
從反應(yīng)柱上端注入葡萄糖溶液,從下端流出果糖溶液,一個(gè)反應(yīng)柱可連續(xù)使用半年。
2.固定化技術(shù)的方法(識(shí)圖4-6固定方法):
將酶和細(xì)胞固定化方法有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。
3、【比較】酶和細(xì)胞的固定方法和特點(diǎn)
固定對(duì)象
酶
細(xì)胞
適宜固定法
化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法
包埋法
特 點(diǎn)
體積小,固定一種酶。
包埋法容易丟失
體積大,固定一系列酶。
難以化學(xué)結(jié)合和吸附
〖思考1〗對(duì)固定酶的作用影響較小的固定方法是什么?吸附法。
〖思考2〗將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應(yīng),理應(yīng)固定(酶、細(xì)胞);若將蛋白質(zhì)變成氨基酸,理應(yīng)固定(酶、細(xì)胞)。
3.固定細(xì)胞的材料:
固定細(xì)胞時(shí)理應(yīng)選用不溶于水的多孔性載體材料,如明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.制備固定化酵母細(xì)胞
(1)酵母細(xì)胞的活
4、化:
1g干酵母+10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h,使之活化。
〖思考3〗活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過程。
(2)配制CaCl2溶液:
0.83gCaCl2+150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用。
(3)配制海藻酸鈉溶液:
0.7g海藻酸+10mL水→50mL燒杯→酒精燈微火(或間斷)加熱,并持續(xù)攪拌,使之溶化→蒸餾水定容到10mL。
〖思考4〗微火加熱并持續(xù)攪拌的目的是什么?防止海藻酸南焦糊。
(4)海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合:
將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫,加入活化酵母細(xì)胞液,攪拌后吸入到注射器中。
〖思考5〗為什么要
5、海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞?
防止高溫殺死酵母細(xì)胞。
(5)固定化酵母細(xì)胞:
以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中,形成凝膠珠狀顆粒。
2.固定化酵母細(xì)胞的發(fā)酵
(6)沖洗:將固定的酵母細(xì)胞凝膠珠用蒸餾水沖洗2~3次。
(7)發(fā)酵:150mL10%葡萄糖+固定化酵母細(xì)胞→200mL錘形瓶→密封→25℃發(fā)酵24h。
〖思考6〗發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封?
酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。
〖思考7〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的?酵母菌實(shí)行無氧呼吸產(chǎn)生的。
〖思考8〗在利用固定化酶或固定化細(xì)胞實(shí)行生產(chǎn)的過程中,需要無菌操作碼?
需要。
酵母細(xì)胞
6、的活化
配制CaCl2溶液
配制海藻酸鈉溶液
將海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合
固定化酵母細(xì)胞
沖洗凝膠珠
酒精發(fā)酵
3.發(fā)酵操作
(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
酵
母
細(xì)
胞
固
定
化
酶
固定
化
酶
固定
化
細(xì)胞
固定化技術(shù)
高果糖漿
生產(chǎn)
酵母固定
材料
方法
活化酵母
配置
溶液
溶液混合
固定化酵母
固定酵母發(fā)酵
(四)實(shí)例探究
例1關(guān)于酵母菌的敘述,準(zhǔn)確的是
A.酵母菌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足時(shí)、環(huán)境適宜時(shí),依靠有性生
7、殖實(shí)行繁殖
B.酵母菌的代謝類型是異養(yǎng)厭氧型
C.酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、核膜、各種的細(xì)胞器膜等膜
D.用酵母菌釀酒時(shí),應(yīng)先密封后通氣
解析:酵母菌在環(huán)境適宜時(shí)實(shí)行出芽生殖,環(huán)境不良時(shí)實(shí)行孢子生殖。代謝類型為異養(yǎng)兼性厭氧型。酵母菌細(xì)胞為真核細(xì)胞,所以具有生物膜系統(tǒng)。在釀酒時(shí),理應(yīng)先通氣后密封。
答案:C
例2研究認(rèn)為,用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的,如將大腸桿菌得到的三酯磷酸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,于微生物降解相比,其作用不需要適宜的
A.溫度 B.酸堿度 C.水分 D.營(yíng)養(yǎng)
解析:本題考察酶和細(xì)胞
8、的比較,二者的正?;顒?dòng)都需要一定的條件,如溫度、酸堿度、水份等,但是酶本身是一種大分子物質(zhì),不需要營(yíng)養(yǎng),而細(xì)胞的生活離不開營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
答案:D
☆綜合應(yīng)用
例3.下列相關(guān)固定化技術(shù)的敘述,準(zhǔn)確的是( )
A.固定化酶僅僅在細(xì)胞內(nèi)才能發(fā)揮作用
B.固定化酶能提升酶的利用率
C.酶的固定是酶分離純化的常用方法
D.固定化酶的固定化方式就是吸附在固體表面上。
解析:制成固定化酶的步驟是:酶的生產(chǎn)、提取、酶的分離純化、酶的固定化,制成固定化酶的方法有吸附在固體表面,有將酶相互連接起來.將酶包埋在細(xì)微的網(wǎng)格里等;這樣的固定化酶能重復(fù)利用,從而提高了酶的利用率;而酶在條件適宜時(shí),既可在細(xì)胞
9、內(nèi)起作用,也能在細(xì)胞外起作用,制成的固定化酶,更是主要在細(xì)胞外發(fā)揮作用。
答案選B
(五)鞏固練習(xí)
1.酶的固定化常用的方式不包括
A.吸附 B.包埋 C.連接 D.將酶加工成固體
2.溶解海藻酸鈉,最好采用 加熱的方法
A.小火間斷 B.小火持續(xù) C.大火間斷 D.大火持續(xù)
3.高果糖漿生產(chǎn)需要的酶是
A.葡萄糖異構(gòu)酶 B.蔗糖酶 C.麥芽糖酶 D.果糖酶
4.關(guān)于酵母菌的敘述,正確的是
A.酵母菌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足時(shí)、環(huán)境適宜時(shí),依靠有性生殖進(jìn)行繁殖
B.酵母菌的代謝類型時(shí)異養(yǎng)厭
10、氧型
C.酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、核膜、各種的細(xì)胞器膜等膜
D.用酵母菌釀酒時(shí),應(yīng)先密封后通氣
5.研究認(rèn)為,用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的,如將大腸桿菌得到的三酯磷酸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,于微生物降解相比,其作用不需要適宜的
A.溫度 B.酸堿度 C.水分 D.營(yíng)養(yǎng)
6.將酵母菌的培養(yǎng)液由富氧狀態(tài)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài),下面加快的一項(xiàng)是
A.CO2的釋放 B.丙酮酸的氧化 C.葡萄糖的利用 D.ATP的形成
7.固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是
A.有利于增加酶的活性 B.有利于產(chǎn)物的純化
C.有利于提高
11、反應(yīng)速度 D.有利于酶發(fā)揮作用
8.下列不是用于包埋法固定化細(xì)胞的載體是
A.瓊脂糖 B.醋酸纖維素 C.聚丙烯酰胺 D.聚乙烯樹脂
9.關(guān)于固定化細(xì)胞的敘述,正確的是
A.催化效率高,低耗能、低污染
B.對(duì)環(huán)境的條件非常敏感,容易失活
C.既能與反應(yīng)物充分接觸,又能與產(chǎn)物分離
D.成本低、操作簡(jiǎn)單,但反應(yīng)效果可能很低
10.固定化細(xì)胞技術(shù)不包括
A.包埋法 B.化學(xué)結(jié)合化 C.物理法 D.生物法
答案:
1.D 2.A 3.A 4.B 5.D 6.C 7.B 8.D 9.C 10.D
12、
★課余作業(yè)
1.什么是細(xì)胞的活化。
2.如何檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格。
★教學(xué)體會(huì)
固定化酶的技術(shù)要求比較高,因此在教學(xué)過程中重點(diǎn)介紹固定化酵母細(xì)胞的操作。對(duì)于固定化酶的作用、原理及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用,主要是讓學(xué)生通過生產(chǎn)實(shí)例來了解。教師在教學(xué)時(shí)可以采用讓學(xué)生能夠閱讀自學(xué)的方式。例如,在葡萄糖的異構(gòu)反應(yīng)中,如果不將葡萄糖異構(gòu)酶固定化,而是直接使用葡萄糖異構(gòu)酶,會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生哪些影響?
★資料袋
固定化細(xì)胞的載體
固定化細(xì)胞技術(shù)所采用載體的物理化學(xué)性質(zhì)直接影響所固定細(xì)胞的生物活性和體系傳質(zhì)性能。理想的載體材料應(yīng)具有對(duì)微生物無毒性、傳質(zhì)性能好、性質(zhì)穩(wěn)定。壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等特性。它可分
13、為有機(jī)高分子載體、無機(jī)載體和復(fù)合載體三大類。
有機(jī)高分子載體又分為天然高分子凝膠載體和合成有機(jī)高分子凝膠載體。天然高分子凝膠一般對(duì)生物無毒,傳質(zhì)性能較好,但強(qiáng)度較低,在厭氧條件下易被生物分解。有機(jī)合成高分子凝膠載體一般強(qiáng)度較大,但傳質(zhì)性能較差,在進(jìn)行細(xì)胞固定時(shí)對(duì)細(xì)胞活性有影響,易造成細(xì)胞失活。
無機(jī)載體大多具有多孔結(jié)構(gòu),在與微生物接觸時(shí),利用吸附作用和電荷效應(yīng),從而把微生物固定。它的操作方法是把載體放人含有一定微生物濃度的溶液中,固定一段時(shí)間(24h左右)即可。
由有機(jī)載體和無機(jī)載體材料組成的復(fù)合載體材料,可以改進(jìn)載體材料的性能。Lin等將粉末活性炭和Phanerochaete chrysosporium聯(lián)合包埋固定,結(jié)果表明了復(fù)合固定化體系能更加有效地用于降解五氮酚,顯示出復(fù)合載體材料的優(yōu)越性。