高中生物 专题4课题3 酵母细胞的固定化练习 新人教版选修1.docx

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高中生物专题4课题3酵母细胞的固定化练习新人教版选修1

课题3　酵母细胞的固定化

[随堂巩固]

1．如图所示的固定化方式中，适宜固定化酶的方法是

A．①②③　　　　　　　　B．①②

C．②③D．①③

解析　据图分析，①表示化学结合法，将酶互相连接起来；②表示包埋法，将酶包埋在细微网格内；③表示物理吸附法，将酶吸附在载体表面，由于酶分子较小，不适用包埋法，适用化学结合法和物理吸附法。

答案　D

2．下列有关说法中不正确的是

A．可用包埋法制备固定化酵母细胞

B．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要营养物质的供应

C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用

D．固定化酶和固定化细胞都能被反复利用，但酶的活性可能下降

解析　固定化技术包括包埋法、物理吸附法和化学结合法（交联法），由于细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法，A正确；由于活细胞需要生活在适宜的温度、PH和一定的营养环境中，所以固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要营养物质的供应，B正确；固定化酶所固定的酶都在细胞外起作用，固定化细胞所固定的酶有的在细胞外起作用，有的在细胞内起作用，C错误；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但是因酶所处的环境条件的改变，可能会导致酶的活性下降，D正确。

答案　C

3．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、过氧化氢酶和无色化合物，不可以反复使用

D．固定化酶的应用中要控制好温度、pH和溶解氧

解析　吸附法是利用离子键作用、物理吸附等方法，将酶固定在载体上，而化学结合法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，从而得到三维的交联网架结构，后者有可能影响酶活性部位，A项正确；消化酶是在消化道中起作用的，因此蛋白酶制剂以口服方式给药，B项正确；尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶、过氧化氢酶和无色的化合物，主要是利用原子氧将某种无色化合物氧化成有色化合物，所以不可以反复使用，C项正确；固定化酶活性的维持需要一定的温度、pH，但由于酶不是生物体，其活性的维持不需要溶解氧，D项错误。

答案　D

4．下列不属于酶的固定方式的是

A．将酶包埋在细微网格中

B．将酶相互连接起来

C．将酶吸附在载体表面

D．将酶加上糖衣做成胶囊

解析　将酶包埋在细微网格中即酶固定方式中的包埋法，故A正确；将酶相互连接起来即酶固定方式中的化学结合法，故B正确；将酶吸附在载体表面即酶固定方式中的物理吸附法，故C正确；将酶加上糖衣只不过是为了防止胃液里的胃蛋白酶消化酶制剂的方法，并不是酶固定的方法，故D错误。

答案　D

5．下图是人体内某化学反应的图解，其中英文字母代表物质，数字表示反应前、中、后过程。

请据图回答：

（1）图中代表酶的是____________，作出判断的依据是__________________。

（2）从图①和图②可以反映出酶具有________性，作出判断的依据是____________________________________________________________________。

（3）如果D代表麦芽糖，那么E和F则是____________和____________，A是____________。

（4）酶固定化的方法很多，目前采用的固定化技术大致可分为三类：

化学结合法、物理吸附法和包埋法。

上述几种方法也可并用，称为混合法。

在选择固定化方法及固定的材料上，主要考虑的因素是_____________________________。

解析　

（1）从上图可看出，反应前后分子结构不变的是A，说明A是酶。

（2）图①过程中反应物有B、C、D三种，从图②过程来看，酶只与物质D结合，催化其进行化学反应，因此，说明酶的催化作用具有专一性。

（3）麦芽糖是二糖，即是由2分子葡萄糖组成的，所以麦芽糖在麦芽糖酶的作用下，水解成葡萄糖。

（4）固定化的结果往往引起酶性质的改变。

主要原因是：

一方面是酶本身的变化，主要由于活性中心的氨基酸残基、空间结构和电荷状态发生了改变；另一方面是载体的理化性质的影响，常常会引起底物特异性、最适pH、最适温度的改变等。

因此，在酶固定方法及材料的选择上，主要考虑的因素是对酶活性的影响。

答案　

（1）A　A反应前后本身没有变化

（2）专一　在B、C、D存在时，只催化D物质

（3）葡萄糖　葡萄糖　麦芽糖酶　（4）对酶活性的影响

[限时检测]

[时间45分钟，满分80分]

一、选择题（每小题5分，共50分）

1．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或间断加热，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　干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化，A正确；配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊，B正确；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，C正确；凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，影响发酵效果，D错误。

答案　D

2．酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域，下列有关叙述错误的是

A．90℃高温会使Taq酶失去催化活性

B．制备固定化酶的方法主要有包埋法、交联法和吸附法

C．固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性

D．固定化细胞可以催化一系列酶促反应

解析　TaqDNA聚合酶是从一种水生栖热菌株中分离提取的，具有耐高温的特性，在90℃仍具有酶活性，A错误；固定化酶和固定化细胞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，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，B正确；某些反应产物可能与酶结合，致使酶的结构产生变化，从而改变酶的催化活性，C正确；固定化细胞在多步酶促反应中发挥连续催化作用，但如果反应底物是大分子物质，则难以自由通过细胞膜，从而限制固定化细胞的催化反应，D正确。

答案　A

3．（2019·黄冈检测）某兴趣小组欲利用固定化酶进行酶解淀粉的实验，分组如表所示，下列有关说法错误的是

组别

固定化酶柱

长度（cm）

淀粉溶液的流速（mL·min－1）

甲

10

0.3

乙

10

0.5

丙

15

0.3

丁

15

0.5

A.固定化酶柱长度和淀粉溶液的流速决定了酶柱中酶的含量

B．淀粉溶液的流速过快会导致流出液中含有淀粉

C．各组实验所用的淀粉溶液浓度应相同

D．淀粉溶液的pH对实验结果有影响

解析　固定化酶柱长度决定了酶柱中酶的含量，A项错误；淀粉溶液流速过快，酶来不及催化反应发生，会导致流出液中含有淀粉，B项正确；实验要遵循等量原则，C项正确；pH影响酶的活性，D项正确。

答案　A

4．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是

A．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物

B．固定化酶的应用中，要控制好PH、温度和溶解氧

C．利用固定化酶降解水中有机磷农药，需要提供适宜的营养条件

D．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显

解析　利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类除了作为反应底物外，还为酵母菌提供碳源，A错误；固定化酶的应用中，要控制pH、温度，但与溶解氧无关，B错误；利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，是酶促反应，没有细胞参与，所以不需提供营养条件，C错误；固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显，D正确。

答案　D

5．下列关于酶制剂和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，正确的是（多选）

A．从酶的固定方式看，吸附法比交联法对酶活性影响大

B．可以用包埋法将各种消化酶固定化形成多酶片，并口服使用

C．探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，洗涤方式、水温、浸泡时间等都属无关变量

D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2

解析　酶的固定方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法，物理吸附的过程是利用吸附剂本身的表面张力，对附近的分子产生吸附，吸附剂不会与被吸附物质发生化学反应而使其发生性质改变，交联法可能引起酶分子结构发生改变而改变酶的活性，所以吸附法比交联法对酶活性影响小，A项错误；消化酶在消化道中起作用，蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药，B项错误；探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，洗涤方式、水温、浸泡时间等都属无关变量，C项正确；制备固定化酵母细胞时，将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞充分搅拌混合均匀后移至注射器中，然后以恒定速度缓慢将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中而形成凝胶珠，再用无菌水冲洗2～3次，所以用无菌水冲洗的目的是洗去CaCl2，D项正确。

答案　CD

6．下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是

A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶

B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物的进入

C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出

D．固定化酶技术复杂，成本较高

解析　高果糖浆需要使用葡萄糖异构酶，分布有筛板的目的是防止酶分子的通过，选C。

答案　C

7．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CaCl2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、洗涤和干燥后就可得到颗粒状固定化脂肪酶。

兴趣小组对固定化脂肪酶的性质和最佳固定条件进行了探究。

下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脂肪酶具有的缺点是稳定性较低

B．这种固定化脂肪酶使用的是物理吸附法、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　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。

答案　C

8．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述错误的是

A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用

B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素

C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物

D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合

解析　固定化酶实质上是将相应酶固定在不溶于水的载体上，实现酶的反复利用，A项正确；酶的催化作用不需要氧气，故固定化酶的应用不需要氧气，与溶解氧交换受阻无关，B项错误；固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物，如分泌蛋白等，C项正确；凝胶与被包埋细胞之间没有化学键，不通过共价键结合，D项正确。

答案　B

9．（2018·江苏卷）下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是

A．用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞

B．进行包埋时，用于悬浮细胞的CaCl2溶液浓度要适宜

C．注射器（或滴管）出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状

D．包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性

解析　溶解海藻酸钠时，应先加水，小火间断加热并不断搅拌，完全溶化后用蒸馏水定容，冷却至室温后加入活化的酵母细胞充分搅拌，使其混合均匀，再固定，A错误；进行包埋时，CaCl2溶液的作用是让胶体聚沉，使海藻酸钠形成凝胶珠，不是用于悬浮细胞，B错误；滴加时注射器或滴管不能贴近液面，否则凝胶珠会呈蝌蚪状，C错误；制作成功的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性，D正确。

答案　D

10．下列说法不正确的是

A．固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法

B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法

C．细胞由于个体大，多采用物理吸附法固定

D．固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离

解析　固定化酶和固定化细胞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，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，因此酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，细胞多采用包埋法固定化，AB正确；细胞个大，难被吸附或结合，C错误；固定后的酶既能与反应物接触，又能与反应物分离，D正确。

答案　C

二、非选择题（共3小题，共30分）

11．（10分）下图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步骤结束后得到图3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______（“高”或“低”）或注射器中的混合液推进速度过______（“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）混合液加入CaCl2溶液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形成的。

（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

12．（10分）为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行实验，流程及结果如下。

请回答下列问题：

―→

―→

（1）实验中的海藻酸钠作用是____________________，CaCl2的作用是________________________。

（2）为洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用____________洗涤。

图1中1.0%海藻酸钠组培养24h后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是_______________________________________________________。

（3）为探索固定化藻对含Zn2＋污水的净化作用，应选用浓度为________海藻酸钠制备凝胶球。

（4）图2中空白凝胶球组Zn2＋浓度下降的原因是____________________。

结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24～48h间Zn2＋浓度下降速度较快的主要原因是________________________；72～96h间Zn2＋浓度下降速度较慢的原因有_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

解析　

（1）海藻酸钠溶液在CaCl2溶液中形成凝胶球，包埋绿球藻。

（2）可采用生理盐水洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性。

溶液呈绿色，说明固定化的绿球藻数量少，原因是海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）。

（3）根据图1可知，浓度为2.0%的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的繁殖。

（4）空白凝胶球容易吸附Zn2＋，导致溶液中Zn2＋浓度下降；根据图1和图2分析，固定化藻的实验组24～48h间绿球藻数量增加最快，导致Zn2＋浓度下降速度较快，72～96h间绿球藻数量基本不再增加。

答案　

（1）包埋绿球藻（包埋剂）　与海藻酸钠反应形成凝胶球（凝固剂）

（2）培养液（生理盐水）　海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）

（3）2.0%

（4）凝胶球吸附Zn2＋　绿球藻生长（增殖）速度快　绿球藻生长（增殖）速度减慢，溶液中Zn2＋浓度较低

13．（10分）某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。

（1）酵母细胞的固定采用的方法是__________________________________________________。

（2）该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞时应注意：

①配制CaCl2溶液时应用蒸馏水；

②海藻酸钠溶液应用________________加热；

③海藻酸钠溶液必须________________才能加入酵母细胞；

④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应以恒定速度缓慢地滴入________________中形成________________。

（3）该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。

①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在________________条件下进行。

②加入反应液后的操作是关闭_____________________________________。

③装置的长导管的作用是__________________________________________

_______________________________________________________________。

解析　

（1）制备固定化酵母细胞常用包埋法。

（2）溶化海藻酸钠时，需用小火或间断加热，防止加热过快，海藻酸钠焦糊；溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，才能加入活化的酵母细胞，以免温度过高杀死酵母菌；将海藻酸钠溶液和酵母细胞的混合物缓慢滴入CaCl2溶液中形成凝胶珠。

（3）为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在无菌条件下进行。

酵母菌发酵需要无氧条件，因此，加入反应液后，要想得到较多的酒精，需将活塞1和活塞2都关闭。

装置中的长导管用于释放CO2，减小反应柱内压力，防止空气中的杂菌进入反应柱。

答案　

（1）包埋法

（2）②小火或间断　③冷却至室温　④CaCl2溶液　凝胶珠

（3）①无菌　②活塞1和活塞2　③释放CO2，减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染