《酵母細胞的固定化》學案

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1、江蘇省睢寧高級中學 高二生物學習單 酵母細胞的固定化 學習目標： 1．說出固定化酶和固定化細胞的作用、原理和方法。 2 ．嘗試制備固定化酵母細胞， 并利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵。 學習重點：制備固定化酵母細胞。 學習難點： 制備固定化酵母細胞。 學講過程 一、固定化酶的應(yīng)用實例（ P49） 1、高果糖漿是指 。 2、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 ，而 卻可以自由出入。生產(chǎn)過程

2、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。 二、固定化細胞技術(shù)（ P50） 1、固定化酶和固定化細胞是利用 或 方法將酶或細胞固定在一 定空間內(nèi)的技術(shù)，包括 、 和 法。 2、一般來說，酶更適合采用 和 法固定，而細胞多采用 法固定化。這是因為細胞個大，而酶分子很?。粋€大的難以被 或 ，而個小的酶容易從 中漏出。 3、包埋法法固定化細胞即將微生物細胞 包埋在不溶于水的 中。 常用的載體有 、 、

3、、 和 等。 【質(zhì)疑拓展】 〖思考 1〗對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？ 〖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)，應(yīng)當固 定（ ）；若將蛋白質(zhì)變成氨基酸， 應(yīng)當固定（ ）。 【合作探究】 三、實驗操作 ( 一) 制備固定化酵母細胞（ P50） 制備固定化酵母細胞需要的材料是 、 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 Cacl 2 溶液 3. 配制海藻酸鈉溶液

4、1 江蘇省睢寧高級中學 高二生物學習單 加熱溶化海藻酸鈉時要注意： 4. 海藻酸鈉溶液與酵母菌細胞混合 5. 固定化酵母細胞 以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的 溶液中， 并浸泡 ( 時間)。 ( 二) 用固定化酵母細胞（凝膠珠）發(fā)酵 1. 將固定好的酵母細胞用 沖洗 2-3 次。 2. 發(fā)酵時的溫度就為 ，時間 。 【質(zhì)疑拓展】 〖思考 3〗加熱溶化海藻酸鈉時微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？ 〖思考 4〗為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？ 〖思考 5〗發(fā)酵過程中錐形瓶

5、為什么要密封？ 〖思考 6〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？ 〖思考 7〗在利用固定化酶或固定化細胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？ 四、結(jié)果分析與評價 1. 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，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少； 如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。 2. 觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液 利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多 ，同時會 聞到 。 鞏固練習 1、使用固定化細胞的優(yōu)點是 ( )

6、 A. 能催化大分子物質(zhì)的水解 B．可催化一系列化學反應(yīng) C. 與反應(yīng)物易接近 D ．有利于酶在細胞外發(fā)揮作用 2、酶的固定方法不包括 ( ) A. 將酶吸附在固體表面上 B ．將酶相互連接起來 C ．將酶包埋在細微網(wǎng)格里 D. 將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶 3、下列關(guān)于酶制劑的敘述錯誤的是 ( ) A ．酶制劑是包含酶的制品 B ．包內(nèi)酶和包外酶均可用于制成酶制品 2 江蘇省睢寧高級中學 高二生物學習單 C ．酶制品的生產(chǎn)包括酶的生產(chǎn)、提取、分離純化和固定化等 D ．固定化細胞不屬于酶制劑

7、 4、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 ．使用化學方法結(jié)合的酶 C ．使用固定化細胞 D ．使用物理吸附法固定的酶 5. 下列關(guān)于酶和細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，易采用化學結(jié)合或物理吸附法固定的酶 C ．細胞個大，難被吸附或結(jié)合 D ．細胞易采用包埋法固定 6、關(guān)于固定化酶的敘述不正確的是 ( ) A ． 既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離 B ．固定在載體上的酶可被反復(fù)利用 C ．可催化一系列反應(yīng) D ．酶的活

8、性和穩(wěn)定性受到限制 7、固定化細胞對酶的活性影響最小，根本原因是 ( ) A ．避免了細胞破碎、酶的提取純化過程 B ．固定化細胞在多種酶促反應(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 ．細胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細胞內(nèi)化學反應(yīng)中有效的發(fā)揮作用 8、關(guān)于酵母細胞活化的說法，不正確的是 ( ) A ．酵母細胞活化就是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(fù)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 9、下列關(guān)于酶的敘述中正確的是 ( ) A ．酶都提取于動

9、植物細胞 B ．酶制劑能夠重復(fù)利用 C ．果酒和果汁能夠用酶制劑澄清 D ．酶固定后稱為酶制劑 10、對配制海藻酸鈉溶液的敘述不準確的是 ( ) 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)包埋細胞過少 11、目前，日用化工廠大量生產(chǎn)的酶制劑，其中的酶大都來自 （ ） A ．化學合成 B. 動物體內(nèi) C. 植物體內(nèi) D. 微生物體 3 江蘇省睢寧高級中學 高二生物學習單

10、 12. 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 固定化細胞的優(yōu)點是 (3) ③的作用是  ① ② ③ (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 13. 下圖是制備固定化酵母細胞實驗步驟

11、圖解，請據(jù)圖回答： 酵母細胞活化→配制 CaCl2 溶液→配置海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞 (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 胞活化 。 (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

12、，為什么？ 4 江蘇省睢寧高級中學 高二生物學習單 參考答案 （一）能否有一種方法使酶發(fā)揮它的優(yōu)點，而沒有這些缺點？ 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。 細胞中有多種酶，能否用固定化酶類似的技術(shù)來處理細胞？ 成本低，操作更容易 （二）果糖含量為 42%的糖漿 葡萄糖異構(gòu)酶 顆粒狀的載體上 篩板

13、 葡萄糖異構(gòu)酶 （三）物理 化學 包埋 化學結(jié)合法 物理吸附法 化學結(jié)合法、 物理吸附法 包埋法 難以化學結(jié)合 吸附 包埋料中 均勻 多孔性載體 明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素 和聚丙烯酰胺等 （四）干酵母 CaCl 2 海藻酸鈉溶液 休眠 微火加熱并不斷攪拌，防止海藻酸南焦糊 CaCl 2 30 分鐘 25 ℃ 24h 。 思考 1 吸附法 思考2 細胞酶 思考 3 防止海藻酸南焦糊 思考 4 防止高溫殺死酵母細胞 思考 5 酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件 思考 6 酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。

14、 思考 7 需要。 BDDCA CDACC D 12、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； 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。 13、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）固定化酵母細胞數(shù)目較少； 海藻

15、酸鈉濃度偏高，制作失敗 （5）因為酶分子很小，容易從包埋材料中露出 5 江蘇省睢寧高級中學 高二生物學習單 參考答案 （五）能否有一種方法使酶發(fā)揮它的優(yōu)點，而沒有這些缺點？ 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。 細胞中有多種酶，能否用固定化酶類似的技術(shù)來處理細胞？ 成本低，操作更容易 （六）果糖含量為 42%的糖漿 葡萄糖異構(gòu)酶 顆粒狀的載體上 篩板 葡萄糖異構(gòu)酶 （七）物理 化學 包埋 化學結(jié)合法 物理吸附法 化學結(jié)合法、 物理吸附法 包埋法 難以化

16、學結(jié)合 吸附 包埋料中 均勻 多孔性載體 明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素 和聚丙烯酰胺等 （八）干酵母 CaCl 2 海藻酸鈉溶液 休眠 微火加熱并不斷攪拌，防止海藻酸南焦糊 CaCl 2 30 分鐘 25 ℃ 24h 。 思考 1 吸附法 思考2 細胞酶 思考 3 防止海藻酸南焦糊 思考 4 防止高溫殺死酵母細胞 思考 5 酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件 思考 6 酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。 思考 7 需要。 BDDCA CDACC D 14、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； 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。 15、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）固定化酵母細胞數(shù)目較少； 海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗 （5）因為酶分子很小，容易從包埋材料中露出 6