学年高中生物 第三章 酶的应用技术实践 第二节 固定化酶的制备和应用知能演练轻巧夺冠 苏教版选修1.docx

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学年高中生物第三章酶的应用技术实践第二节固定化酶的制备和应用知能演练轻巧夺冠苏教版选修1

第二节固定化酶的制备和应用

[随堂检测][学生用书P47]

知识点一　固定化酶技术

1．下列关于固定化酶技术的说法正确的是（　　）

A．固定化酶技术就是固定反应物，让酶依附着载体围绕反应物旋转的技术

B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应

C．固定化酶中的酶无法重复利用

D．固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术

解析：

选D。

固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行反应的酶。

因此，固定化酶技术固定的不是反应物而是酶。

因为被固定的只是一种酶，所以不能催化一系列的酶促反应，但固定的酶可以重复利用。

2．固定化酶与普通酶制剂相比较，主要优点是（　　）

A．可以反复使用，降低成本

B．固定化酶不受酸碱度、温度等的影响

C．酶的制备更简单容易

D．酶能够催化的反应类型大大增加

解析：

选A。

固定化酶与普通酶制剂相比较主要优点是可以反复使用，降低成本，固定化酶仍具有酶的特性。

知识点二　固定化细胞技术

3．下列关于“酵母细胞的固定化技术”实验的叙述，正确的是（　　）

A．活化酵母时，将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状

B．配制CaCl2溶液时，需要边小火加热边搅拌

C．将海藻酸钠溶液滴加到CaCl2溶液时，凝胶珠成形后应即刻取出

D．海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈蝌蚪状

解析：

选A。

将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状，可以活化酵母，A项正确；配制海藻酸钠溶液时需用小火间断加热，配制CaCl2溶液时不需加热，B项错误；凝胶珠成形后应在CaCl2溶液中浸泡30分钟左右，以便形成稳定的结构，C项错误；海藻酸钠溶液浓度过低时固定的酵母细胞数目少，凝胶珠呈白色，过高时凝胶珠易呈蝌蚪状，D项错误。

4．小球藻可用于污水净化，其繁殖能力（生长量）在一定程度上可以反映小球藻细胞消耗N、P等的能力。

科研人员比较游离小球藻和用海藻酸钠固定化后的小球藻生长量变化，结果如图所示。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．本研究中固定化小球藻采用的方法是包埋法

B．实验中可用CaCl2浸泡凝胶珠使其形成稳定结构

C．结果表明固定化小球藻的生长期较短、生长速率低

D．使用固定化小球藻有利于重复使用且可避免水体二次污染

解析：

选C。

固定化小球藻常用的方法为包埋法，实验中凝胶珠加入到CaCl2中主要是为了维持凝胶珠的稳定结构，固定化小球藻可以反复使用而且有利于回收防止造成二次污染，据曲线分析，固定化小球藻生长速率变低、生长期延长。

5．下列在制备固定化酵母细胞的操作中，正确的是（　　）

A．制备好海藻酸钠后，需立即将其与酵母细胞混合以防凝固

B．制备固定化酵母细胞过程应用注射器

C．以恒定的速度把酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液滴入CaSO4溶液内

D．凝胶珠在硼酸—CaCl2溶液中应浸泡10min左右

解析：

选B。

海藻酸钠应先冷却至室温，否则会把酵母细胞杀死。

胶液滴入硼酸—CaCl2溶液中。

凝胶珠应在硼酸—CaCl2溶液中浸泡30min左右。

6．在上个世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。

（1）在实际生产中，固定化酶技术的优点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是________。

（2）制备固定化酵母菌细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[　]________（填出号码及名称）。

（3）制作固定化酵母菌细胞时，充分混合均匀的酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠溶液可在________溶液中形成凝胶珠。

部分同学实验制得的凝胶珠不是球形或椭圆形，其主要原因是____________________。

解析：

（1）固定化酶使酶与反应物易接触，与产物易分离，并且能反复利用，降低了生产成本。

固定化酶固定的是纯净的酶。

固定化细胞能固定一系列酶。

（2）制备固定化酵母菌细胞，由于细胞比酶分子体积大，难以被吸附或结合，多采用包埋法，常用的载体是海藻酸钠等。

（3）酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠溶液能在CaCl2溶液中形成凝胶珠。

若海藻酸钠浓度过高或针筒距离液面过近，得到的凝胶珠可能不是球形或椭圆形。

答案：

（1）酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用　多酶系统（一系列酶、多种酶）　

（2）海藻酸钠　③　包埋法　（3）CaCl2　海藻酸钠浓度过高（或针筒口离液面距离过近，高度不够）

[课时作业][学生用书P85（单独成册）]

一、选择题

1．下列不属于固定化酶在利用时的特点的是（　　）

A．有利于酶与产物分离

B．可以被反复利用

C．能自由出入依附的载体

D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应

解析：

选C。

固定化酶由于酶被固定在不溶于水的载体上，很容易与产品分离，同时酶也能反复使用，这是固定化酶的主要优点。

但酶已被固定在载体上，不能自由出入。

通常固定化酶的种类单一，所以不能催化一系列酶促反应。

2．固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，其中适合细胞固定化的方法是（　　）

A．包埋法　　　　　B．物理吸附法

C．化学结合法D．高温冷却法

解析：

选A。

固定化酶常用物理吸附法和化学结合法，因为酶分子较小；而固定化细胞常用包埋法，因为细胞较大，难以被吸附或结合。

3．关于固定化酶中的酶，说法正确的是（　　）

A．酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应

B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用

C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去

D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点

解析：

选B。

固定化酶不能催化一系列的酶促反应，因此A错误；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，可以重复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活性会逐渐降低，故B正确、C错误；固定化酶虽被固定在载体上，但仍有高效性和专一性的特点，故D错误。

4．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。

如将从大肠杆菌中得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药。

与微生物降解相比，其作用不需要适宜的（　　）

A．温度　　　　　　B．pH

C．水分D．营养

解析：

选D。

酶与微生物相比较，它的活性发挥不需要营养。

5．下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误的是（　　）

A．固定化酶可长久使用

B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高

C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用

D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量

解析：

选A。

固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与底物接触，又能与产物分离；同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用，降低成本，产物中也不含酶，提高了产品的纯度。

固定化酶虽可以多次利用，但不可长久使用。

6．下列有关酵母细胞固定化实验操作目的及结果分析，错误的是（　　）

A．干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化

B．配制海藻酸钠溶液时需要小火间断加热，以防海藻酸钠焦糊

C．若海藻酸钠的浓度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少

D．凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，不影响发酵效果

解析：

选D。

凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，会影响酶的活性，所以会影响发酵效果，D错。

7．在用包埋法固定细胞时，下列哪一项不是常用的载体（　　）

A．明胶B．琼脂

C．海藻酸钠凝胶D．纤维素

解析：

选D。

纤维素不能用于细胞的包埋。

8．下列关于固定化酶的说法，不正确的是（　　）

A．固定化酶需要适宜的反应条件

B．固定化酶可再次利用

C．固定后的酶既能与反应物接触，又能与反应物和产物分离

D．固定化酶易溶于水

解析：

选D。

酶制剂本身不够稳定，价格昂贵且不能回收以反复利用，从而限制了酶制剂的进一步发展；固定化酶解决了普通酶制剂的缺点，既能与反应物接触，又能与反应物和产物分离，能重复利用；固定化酶不溶于水。

9．制备固定化酵母菌细胞的正确步骤是（　　）

①用无菌水洗涤凝胶珠　②制备固定化细胞　③制备麦芽汁　④活化酵母菌细胞　⑤发酵麦芽汁　⑥配制CaCl2溶液

A．①②③④⑤⑥B．③④⑥②①⑤

C．②③④⑥①⑤D．⑥④③①②⑤

解析：

选B。

制备固定化酵母菌细胞的基本步骤是：

③制备麦芽汁→④活化酵母菌细胞→⑥配制CaCl2溶液→②制备固定化细胞→①用无菌水洗涤凝胶珠→⑤发酵麦芽汁。

10．下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是（　　）

A．从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小

B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药

C．尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用

D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌

解析：

选C。

化学结合法可能影响酶的活性部位而影响反应效果，而吸附法是物理方法不影响酶的分子结构，故A正确；消化酶在消化道内起作用，则蛋白酶制剂以口服方式给药，故B正确；尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开，而不能再次使用，故C错误；固定化酵母细胞在凝胶珠中，用无菌水冲洗可洗去CaCl2和表面的杂菌，故D正确。

11．下列有关制备固定化酵母细胞的叙述，错误的是（　　）

A．在向溶化好的海藻酸钠溶液中加入的必须是已活化的酵母细胞

B．溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，才能加入细胞

C．溶解海藻酸钠，最好采用小火，或者持续加热的方法

D．在固定化酵母细胞的过程中，要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中

解析：

选C。

向溶化的海藻酸钠溶液中加入的是活化的酵母细胞，故A正确。

溶化好的海藻酸钠溶液需要冷却到室温才能加入细胞，否则细胞可能失去活性，故B正确。

溶解海藻酸钠需用小火，或者间断加热，故C错误。

固定化酵母细胞过程中，需要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，故D正确。

12．固定化脂肪酶的方法一般是：

将酶液和一定浓度的海藻酸钠溶液混合后，用注射器滴到一定浓度的硼酸—氯化钙溶液中，25℃静置固定化2h，过滤、洗涤，再加入到戊二醛溶液中，25℃化学结合2h，过滤、洗涤、干燥后就可得到颗粒状固定化脂肪酶。

某兴趣小组对固定化酶的性质和其最佳固定化条件进行了探究，如图显示的是部分研究结果（注：

纵坐标为酶活力包括酶活性和酶的数量，a为游离酶，b为固定化脂肪酶），下列分析中正确的是（　　）

A．在温度或pH变化时，与游离酶相比，固定化酶具有的缺点是稳定性较低

B．这种固定化脂肪酶使用的方法是物理吸附法、包埋法和化学结合法三种方法的结合

C．氯化钙的量太少时，酶活力较低的原因可能是包埋不完全，包埋在内部的部分酶会流失

D．海藻酸钠浓度较高时，酶活力较低的原因可能是形成的凝胶孔径较大，影响酶与底物的结合

解析：

选C。

在温度或pH变化时，与游离酶相比，固定化酶的优点是稳定性比较高；此酶采用了包埋法和交联法两种方法相结合，并未用物理吸附法；氯化钙的作用是使凝胶珠稳固聚沉，如果含量太少，可能会使部分酶流失；海藻酸钠浓度较高时，形成的凝胶孔径比较小。

二、非选择题

13．如图1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答：

（1）图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液____________，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。

（2）图1中X溶液为______，其作用是______。

（3）

某同学在图1步骤结束后得到右图所示的实验结果，出现此结果的可能原因有海藻酸钠浓度过______（填“高”或“低”）或注射器中的混合液推进速度过______（填“快”或“慢”）。

（4）图1中制备的凝胶珠用____________后再转移到图2装置中，发酵过程中搅拌的目的是____________。

解析：

（1）刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合制备混合液，以免高温使酵母细胞失活。

（2）将注射器中的海藻酸钠与酵母菌混合液滴加到CaCl2溶液中进行固定化酵母细胞，故图1中X溶液为CaCl2溶液，CaCl2的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。

（3）图3中所示的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高或注射器中的混合液推进速度过快。

（4）制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤（去除残留的CaCl2）后再转移到图2装置中进行发酵，发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行。

答案：

（1）冷却至室温

（2）CaCl2溶液　使海藻酸钠形成凝胶珠

（3）高　快

（4）蒸馏水洗涤　为了使培养液与酵母菌充分接触

14．酶和细胞的固定化技术在生产实践中已得到广泛的应用。

请根据材料回答问题：

Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂（使酶相互连接），海藻酸钠作载体来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。

下图显示的是部分研究结果。

（注：

酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量）

（1）从图1可以看出：

固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更__________。

（2）从图2可以看出：

海藻酸钠浓度为__________时的小麦酯酶活力最强。

当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是__________。

Ⅱ.某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：

①活化酵母细胞：

称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；

②配制饱和氯化钙溶液：

将氯化钙溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的饱和氯化钙溶液；

③配制海藻酸钠溶液：

在定量的海藻酸钠中加入定量的蒸馏水，用大火加热，使其迅速溶解，配制成溶液；

④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：

将活化的酵母细胞迅速加入到刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀；

⑤固定化酵母细胞：

用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的饱和氯化钙溶液中，观察凝胶珠形成。

（1）请你改正其中两处错误的操作：

第一处是____________________________；第二是__________________________________。

（2）刚形成的凝胶珠要在饱和氯化钙溶液中浸泡30min左右，目的是________________。

（3）如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度__________（过低/过高）。

解析：

Ⅰ.

（1）通过分析图1可知，固定化酶与游离酶相比，对温度变化的适应性更强且应用范围较广。

（2）图2曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，此时酶活力最高。

当海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足，因此酶活力较低。

Ⅱ.

（1）③配制海藻酸钠溶液应在定量海藻酸钠中加入定量蒸馏水并适当小火间断加热至完全溶化，加热时注意防止焦糊；④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：

刚配制成的海藻酸钠液需冷却至室温后再加入活化的酵母细胞，否则温度过高会使酵母菌失去活性。

（2）刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右，目的是让凝胶珠形成稳定的结构。

（3）如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度过低。

答案：

Ⅰ.

（1）强

（2）3%　酶的数量不足

Ⅱ.

（1）③中应用小火间断加热使海藻酸钠溶解　④海藻酸钠溶液冷却至常温再加入已活化的酵母细胞

（2）让凝胶珠形成稳定的结构

（3）过低

15．猪饲料中的磷元素有相当一部分存在于植酸中，猪由于缺乏有关酶，造成磷源浪费，而且植酸随粪便排出后易造成环境有机磷污染。

下图为对植酸酶进行不同处理时其活性与温度的关系。

（1）生产中从土壤中筛选出产酶菌株，土壤悬液首先经80℃处理15分钟，其目的是筛选______。

（2）在产酶菌株的筛选过程中，固体培养基中添加不溶于水的植酸钙，植酸钙被植酸酶分解后可以在培养基上产生透明圈，可根据透明圈的__________选择目的菌株。

（3）所得菌株还需要进一步测定植酸酶的活性，活性的测定可以用__________作为底物，活性可用________________表示。

（4）在生产中_________（填“未固定”或“固定化”）植酸酶更适于添加到猪饲料中，使用的最适温度为_____________℃。

解析：

（1）生产中从土壤中筛选出产酶菌株，经80℃处理15分钟的目的是筛选耐高温的菌株。

（2）在产酶菌株的筛选过程中，固体培养基中添加不溶于水的植酸钙，植酸钙被植酸酶分解后可以在培养基上产生透明圈，可根据透明圈的大小或直径选择目的菌株，透明圈的直径越大说明植酸酶的活性越高。

（3）植酸酶能够催化植酸钙的分解，所以要对所得菌株进一步测定植酸酶的活性，可以用植酸钙作为底物。

活性可用单位时间内植酸钙的消耗量或单位时间内底物的消耗量或单位时间内产物的生成量来表示。

（4）由图中曲线可知，固定化植酸酶发挥活性的温度范围较广，所以在生产中更适于添加到猪饲料中，使用的最适温度为60℃。

答案：

（1）耐高温的菌株　

（2）大小（直径）

（3）植酸钙　单位时间内植酸钙的消耗量（单位时间内底物的消耗量或单位时间内产物的生成量）

（4）固定化　60

16．为了探究啤酒酵母菌固定化的最佳条件，科研人员研究了氯化钙浓度对固定化酵母菌发酵性能的影响，结果如下图。

请回答下列问题：

（1）与利用游离酵母菌生产啤酒相比，利用固定化酵母菌的优点有________________________________________________________________________。

（2）本实验结果表明，随氯化钙浓度的增大，凝胶珠机械强度增大，完整率________。

（3）结合发酵性能分析，制备凝胶珠适宜的氯化钙浓度为________。

当氯化钙浓度过高时，发酵液中的糖度升高，酒精度下降，发酵受到影响，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）用海藻酸钠作载体包埋酵母菌细胞，溶解海藻酸钠时最好采用______________的方法，以防发生焦糊。

溶化好的海藻酸钠溶液应________后，再与已活化的酵母菌细胞充分混合。

若海藻酸钠浓度过低，会导致______________________________，固定效果大大降低。

（5）下图中，与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母菌细胞相似的是________。

解析：

（1）与游离酵母菌发酵相比，利用固定化酵母菌的优点有：

可多次使用、便于与产物分离、提高产品质量等。

（2）氯化钙可使海藻酸钠聚沉，形成多孔的含酵母菌的凝胶珠，随着氯化钙浓度增大，凝胶珠机械强度增大，完整率增加。

（3）制备凝胶珠的适宜氯化钙浓度为2.0mol/L，当氯化钙浓度过高时，凝胶珠机械强度大，通透性降低，影响糖进入颗粒内部。

（4）溶解海藻酸钠时最好采用小火间断加热的方法，避免发生焦糊；融化后的海藻酸钠应冷却至室温后，再与已经活化的酵母细胞充分混合；若海藻酸钠浓度过低，易导致酵母菌细胞从颗粒中漏出，固定效果降低。

（5）制备固定化酵母菌细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中，与D相似。

答案：

（1）可多次使用、便于与产物分离、提高产品质量等

（2）增加

（3）2.0mol/L　凝胶珠机械强度大，通透性降低，影响糖进入颗粒内部

（4）小火间断加热　冷却至室温　酵母菌细胞从颗粒中漏出

（5）D