選修1導(dǎo)學(xué)提綱（六）課題3 酵母細(xì)胞的固定化

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1、高二生物選修1導(dǎo)學(xué)提綱（六） 專題4 酶的研究與應(yīng)用 課題3 酵母細(xì)胞的固定化 執(zhí)筆人：侍東升 ??? 一、課題目標(biāo) 1．說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。 2．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。 二、課題重點和難點 1．課題重點：制備固定化酵母細(xì)胞。 2．課題難點：制備固定化酵母細(xì)胞。 三、學(xué)習(xí)過程 （一）基礎(chǔ)知識 知識點 思考與討論 歸納與總結(jié) 一、課題背景 仔細(xì)閱讀課題背景，想一想，我們?nèi)绾文軐崿F(xiàn)酶的固定化和細(xì)胞的固定化？ 酶：優(yōu)點：催化效率高，低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個領(lǐng)域。

2、 實際問題：對環(huán)境條件敏感，易失活；溶液中的酶很難回收，不能再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后的酶會混合在產(chǎn)物中，如不除去，會影響產(chǎn)品質(zhì)量。 設(shè)想： 固定化酶：優(yōu)點 實際問題：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成 都是通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的 設(shè)想：

3、 固定化細(xì)胞：優(yōu)點 二、固定化酶的 應(yīng)用實例 仔細(xì)閱讀課文，舉例說明固定化酶技術(shù)是如何實現(xiàn)的？ 與一般的酶反應(yīng)相比，意義在哪里？ 高果糖漿是指 能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的酶是 。使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定在一種 上， 再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的 。酶顆粒無法通過篩板的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由

4、出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與 接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。 三、固定化細(xì)胞技術(shù) 閱讀課文，試說明固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)有哪些異同？ 固定化酶和固定化細(xì)胞是利用 或 方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括 、 和 法。一般來說，酶更適合采用 和 法固定，而細(xì)胞多采用 法固定化。這是因為細(xì)胞個大，而

5、酶分子很??；個大的細(xì)胞難以被 或 ，而個小的酶容易從 中漏出。 包埋法法固定化細(xì)胞即將微生物細(xì)胞 包埋在不溶于水的 中。常用的載體有 、 、 、 和 等。 四、實驗操作 實驗操作中，制備固定化酵母細(xì)胞的操作可以分為哪幾步？ 應(yīng)該注意哪些問題？ (一)制備固定化酵母細(xì)胞 制備固定化酵母細(xì)胞需要的材料是 、 、 、 、 、 、

6、 、 、 和 1.酵母菌的活化 活化就是處于 狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。 2.配制物質(zhì)的量嘗試為0.05mol/L的CaCl2溶液 3.配制海藻酸鈉溶液 加熱溶化海藻酸鈉時要注意： 4.海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合 5.固定化酵母細(xì)胞 以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配

7、制好的 溶液中，并浸泡 (時間)。 (二)用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 1.將固定好的酵母細(xì)胞用 沖洗2-3次。 2.發(fā)酵時的溫度就為 ，時間 。 五、結(jié)果分析與評價 結(jié)果分析中，如何通過凝膠珠的特點來判斷細(xì)胞固定化是否成功？ （一）觀察凝膠珠的顏色和形狀 如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明 ；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明 ，制作失敗，需要再作嘗試。 （二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液 利

8、用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多 ，同時會聞到 六、課題延伸 工廠化生產(chǎn)是在什么條件下進(jìn)行的？ 工業(yè)生產(chǎn)中，細(xì)胞的固定化技術(shù)是在 條件下進(jìn)行的。 （二）基礎(chǔ)知識 四、課堂練習(xí) 1．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 2．下列關(guān)于固定化酶中用到的反應(yīng)柱的理解中。 正確的是 ( ) A．反應(yīng)物和酶均可自由通過反應(yīng)柱 B．反應(yīng)物和酶均不能通過反應(yīng)柱 C．反應(yīng)物能通過，酶不能通過

9、 D．反應(yīng)物不能通過，酶能夠通過 3.如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，采用那種方法 催化受限制( )。 A．直接使用酶 B．使用化學(xué)方法結(jié)合的酶 C．使用固定化細(xì)胞 D．使用物理吸附法固定的酶 4．固定化細(xì)胞常用包埋法固定，原因是 ( ) A．包埋法固定操作最簡便 B．包埋法對酶活性的影響最小 C．包埋法固定具有普遍性 D．細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合 5．下列不屬于固定化酶在利用時的特點 的是 ( ) A．一種固定化酶一般不能催化一系列酶促反應(yīng) B．有利于酶與產(chǎn)物分離，提

10、高產(chǎn)物品質(zhì) C．能自由出入依附的載體 D．酶是催化劑，但固定化酶也不可永遠(yuǎn)利用 6、下列關(guān)于固定化酶技術(shù)說法中，正確的是 ( ) A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，讓酶圍繞 反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù) B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．固定化酶中的酶無法重復(fù)利用 D．固定化酶是將酶固定在一定空間的技術(shù) 7、目前，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，下列屬于應(yīng)用中所面臨的實際問題的是 ( ) A．酶通常對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫非常敏感，但對有機(jī)溶劑不敏感 B．酶的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，所以催化功能很高 C．酶用于生產(chǎn)時可能會混在產(chǎn)物中，影響

11、產(chǎn)品質(zhì)量 D．直接用于生產(chǎn)中的酶可以多次利用 8.固定化細(xì)胞對酶的活性影響最小，根本原因是( )。 A．避免了細(xì)胞破碎、酶的提取純化過程 B．固定化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮作用 C．促化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用 D．細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)中有效的發(fā)揮作用 9.關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說法，不正確的是( )。 A．酵母細(xì)胞活化就是由無氧呼吸變成有氧呼吸 B．酵母細(xì)胞活化所需要的時間較短 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)胞活化后體積增大 10．下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑

12、在應(yīng)用效果上的說法中，錯誤的是 ( ) A．固定化酶生物活性強(qiáng)，可長久使用 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利用 D．固定化酶可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和和質(zhì)量 11、 使用固定化酶的優(yōu)點是 ( ) A．有利于增加酶的活性 B．有利于產(chǎn)物的純化 C．有利于提高反應(yīng)速度 D．有利于酶發(fā)揮作用 12.酶的固定方式不包括( )。 A.將酶吸附在載體表面上 B．將酶相互連接起來 C．將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里 D．將酶加工成固體 13.使用固定化細(xì)胞的優(yōu)點是( )。 A.能催化

13、大分子物質(zhì)的水解 B．可催化一系列化學(xué)反應(yīng) C．與反應(yīng)物易接近 D．有利于酶在細(xì)胞外發(fā)揮作用 14.下列關(guān)于酶和細(xì)胞的固定敘述不正確的是( )。 A． 酶分子很小，易采用包埋法 B．酶分子很小，易采用化學(xué)結(jié)合或物理吸附法固定的酶 C．細(xì)胞個大，難被吸附或結(jié)合 D．細(xì)胞易采用包埋法固定 15．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，與微生物降解相比，

14、其作用不需要適宜的 ( ) A．溫度 B．酸堿度 C．水分 D．營養(yǎng) 16．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 17．下列關(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、操作簡單，但反應(yīng)效率可能很低 18．溶解海藻酸鈉，最好采用下列哪種加

15、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) 19.對配制海藻酸鈉溶液的敘述不準(zhǔn)確的是( )。 A．加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán) B.海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量 C．海藻酸鈉的濃度過高，易形成凝膠珠 D．海藻酸鈉的濃度過低，形成凝膠珠內(nèi)包埋細(xì)胞過少 20、下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟正確的是 ( ) A．應(yīng)使干酵母與自來水混合并攪拌，以利于酵母菌活化 B．配制海藻酸鈉溶液時要用小火間斷加熱的方法 C．向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，

16、充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆? D．將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液注人CaCl2溶液中，會觀察到CaCl2溶液中有球形或橢球形的凝膠珠形成 21．下列關(guān)于酵母菌的敘述，正確的是 ( ) A．酵母菌在營養(yǎng)物質(zhì)充足、環(huán)境適宜時，依靠有性生殖進(jìn)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、各種細(xì)胞器膜等 D．用酵母菌釀酒時，應(yīng)先密封后通氣 22．在制備固定化酵母細(xì)胞的實驗中，CaCl2溶液的作用是 ( ) A．調(diào)節(jié)溶液pH B．進(jìn)行離子交換 C．膠體聚沉

17、 D．為酵母菌提供鈣離子 23.下圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請據(jù)圖回答： (1)請請在橫線上填出各標(biāo)號名稱.①________ ②_________ ③_________。 (2) 與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點 是_____________________________________ 和______________________ 固定化細(xì)胞的優(yōu)點是___________________________________。 (3)③的作用是_______________________________________

18、____________________。 （4）制作固定葡萄糖異構(gòu)酶所用的方式有___________________或_________________________。 （5）據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理 。 23、答案：（1）反應(yīng)柱； 固定化酶； 分布著小孔的篩板 （2）既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離；

19、 能被反復(fù)利用； 成本更低，操作更容易 （3）酶顆粒無法通過篩板上的小孔，反應(yīng)溶液可自由出入。（4）將酶相互連接起來；將酶吸附在載體表面上 （5）反應(yīng)物溶液從反應(yīng)柱上端注入，使反應(yīng)物溶液流過反應(yīng)柱，與固定化酶接觸，得到產(chǎn)物，從反應(yīng)柱下端流出。 24.下圖是制備固定化酵母細(xì)胞實驗步驟圖解，請據(jù)圖回答： 酵母細(xì)胞活化→配制CaCl2溶液→配置海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞 (1) 在_______________狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物恢復(fù)_________狀態(tài)?；罨皯?yīng)選擇足夠大的容器，因為酵母細(xì)胞活化時_________。

20、(2) 影響實驗成敗的關(guān)鍵步驟是_______________ 。 (3) 如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目______。 （4）觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明 如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明 。 （5）制備固定化酶不宜用包埋法，為什么？ 24、答案：（1）缺水； 正常生活狀態(tài)； 體積增大（2）配制海藻酸鈉溶液； (3)少 （4）固定化酵母細(xì)胞數(shù)目較少； 海藻酸鈉

21、濃度偏高，制作失敗 （5）因為酶分子很小，容易從包埋材料中露出 知識拓展： 在具體的操作過程中，還應(yīng)該注意下列問題。 （一）酵母細(xì)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(fù)正常的生活狀態(tài)。酵母細(xì)胞所需要的活化時間較短，一般需要0.5～1 h，教師需要提前做好準(zhǔn)備。此外，酵母細(xì)胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容器外。 （二）加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實驗的成敗，教師一定要提醒學(xué)生按照教材的提示進(jìn)行操作。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝

22、膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實驗效果。 （三）剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗?zāi)z珠的質(zhì)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?jǐn)D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。 直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化的優(yōu)缺點如下表所示。 類型 優(yōu)點 不足 直接使用酶 催化效率高，低耗能、低污染等。 對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。 固定化酶 酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。 一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。 固定化細(xì)胞 成本低，操作更容易。 固定后的酶或細(xì)胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降等。