学年高中生物人教版选修1课件专题四课题3酵母细胞的固定化.docx
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学年高中生物人教版选修1课件专题四课题3酵母细胞的固定化
课题3
1.固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。
2.固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又可使酶与产物分离，提高了产品质量。
3.固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度.pH外，还需要有机营养的供应。
4.配制海藻酸钠溶液时应小火加热或间断加热，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵母细胞。
5.配制的海藻酸钠溶液若浓度过高，则难以形成凝胶珠；若浓度过低，则固定的酵毋细胞少，影响实验效果。
、固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产
1•反应原理:
葡萄糖
葡萄糖异构酶
果糖。
2.生产过程
将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上
放入底部有许多小孔的反应柱内（酶颗粒不能通过小孔，反应溶液能通过）
葡萄糖溶液从反应柱上端注入
流经反应柱,与葡萄糖异构酶接触
果糖从反应柱下端流出
二、固定化酶和固定化细胞技术
1.概念：
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。
2・固定方法［连线］
3.常用载体：
包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体,如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和
聚丙烯酰胺等。
4.优点⑴固定化酶既能与反应物一接触,又能与一产物分离,
还可以被一反复利用。
（2）固定化细胞制备成本更低,操作更容易。
三、
定化酵母细胞的实验操作
酵母细胞
的活化
配制CaCl2溶液
配制海藻酸钠溶液
海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
用固定化酵母细胞发酵
定化酵母细胞
1.活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。
2.配制海藻酸钠溶液时，要使用小火或者间断加热,反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。
3.溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。
4.在CaCb溶液中形成的凝胶珠需在CaCb溶液中浸泡30min左右。
I.制备固定化酵母细胞，常用的载体和固定方法依次是（C）
B.氯化钙、物理吸附法
C.海藻酸钠、包埋法
D.氯化钙、化学结合法
解析：
酵母细胞体积大，难以用化学结合法和物理吸附法,
宜采用包埋法固定。
固定化细胞应当选用不溶于水的多孔性
载体材料，常用的是海藻酸钠。
2.
海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解,
解析：
溶解海藻酸钠时需加热，旨在加速其溶解，但是务必要避免温度过高，使其焦糊，应用小火或间断加热。
3.下面制备固定化酵母细胞的正确步骤是（D）
①配制CaCb溶液②配制海藻酸钠溶液③海藻酸钠溶液与
酵母细胞混合④酵母细胞的活化⑤固定化酵母细胞
C.④⑤②①③
解析；制备固定化酵母细胞的正确步骤为酵母细胞的活化一
配制CaCl2溶液f配制海藻酸钠溶液f海藻酸钠溶液与酵母
细胞混合一固定化酵母细胞O
4.目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于酶应用中面
临的实际问题的是
A.酶对有机溶剂不敏感，但对高温、强酸、强碱非常敏感
B.加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污
染环境
C.
固定化酶可以反复利用，但在固定时可能会造成酶的损伤
而影响活性
D.
酶的催化功能很强，但需给予适当的营养物质才能较长时
间维持其作用
解析：
酶对有机溶剂也非常敏感；普通洗衣粉中含有P,更
容易污染环境；酶发挥催化作用时不需要提供营养物质。
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核心要点
（一）
课堂讲练设计，举一能通类题
定化酶和固定化细胞技术
名称
原理
图示
包
将酶或微生物细胞均匀
4
HI
7/////
地包埋在不溶于水的多
7/7//
$絵爲
埋
法
孔性载体中，分为凝胶
包埋法和微囊化法
凝胶包埋法微囊化法
定化酶或固定化细胞的方法
1.固
名称
原理
图示
利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上，分为
子结合法
物理
通过物理吸附作用，把酶
或细胞固定在醋酸纤维素、
吸附法琼脂糖、多孔玻璃或聚丙
烯酰胺等载体上
2.直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较
比较项目直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种类一种或几种一种
一系列酶
制作方法
化学结合固定化、物理吸附固定化
包埋法固定
是否需要
否是
催化反应
单一或多种
单
一系列
反应底物
各种物质（大
各种物质（大分子.
分子.小分子）小分子）
小分子物质
比较项目
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
倚占催化效率高，低耗优原能、低污染等
①既能与反应物接触，又能与产物分
提高了产品质
*;②可重复使用,降低了成本
成本更低，操作更容易
缺点
实例
①对环境条件非常
易失活;
②酶难回收，成本
不利于催化一系列的酶促反应
影响产品质量
固定化葡萄糖异构
反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降
固定化酵母细胞
［题组冲关］
1.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.固定化酶更适合用化学结合法和物理吸附法制备
C.由于细胞个体大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理
吸附法固定
D.反应物是大分子物质应釆用固定化酶
解析：
在酶和细胞的固定化技术中，通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
由于酶分子小，又多带电荷，易从多孔性物质中漏出，因此多使用化学结合法与物理吸附法制备，而细胞个体大，难以被多孔性物质吸附或结合，因而多采用包埋法制备。
答案：
C
2.
如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答问题:
果糖I
A.能被重复利用
B.降低生产成本，操作容易
C.有利于提高酶活性
D.有利于产物的纯化
（4）制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有
（5）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三磷酸酯酶固定到尼龙膜上制成酶制
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.酸碱度C.水分D.营养
to
解析:
与一般的酶制剂相比，固定化酶不仅能与反应物充分接触,还能与产物分离，并且可以反复利用，反应成本低，操作更容易。
使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板，而反应液却可以自由流出。
制作固定化葡萄糖异构酶的方法有化学结合法和物理吸附法。
酶和微生物细胞相比较，二者的正常活动都需要一定的条件，如温度、酸碱度、水分等，但是酶本身是一种大分子物质，不需要营养,而细胞的生活离不开营养物质。
答案：
（1）反应柱固定化酶多孔筛板
（2）ABD
（3）使酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由流出
（4）化学结合法物理吸附法（5）D
核心要点
（二）固定化酵母细胞的实验操作
1.实验操作流程
:
1g十酵母+10mL蒸憾水f50mL：
酵僚细胞的活化烧杯中，搅拌均匀f放置1h左右，使I
1其活化1
配制0.05mol/L的
CaCb溶液
匚—配制海藻酸钠溶液
海藻酸钠溶液与
酵母细胞混合
［无水CaClz0.83g+150mL蒸熾
II
］水-200mL烧杯中，充分溶解］
0.7g海藻酸钠+10mL水〜50mL烧杯中f小火或间断加热，完全溶化二加蒸饵水定容至［0匹蒋谆花茹爾注薫就踊蔣祓菸菊至］潼温后，再加入已活化的酵母细I］胞，充分搅拌使其混合均匀，然后I］转移至注射器中1
固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢地将注射器®的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液］
I
中，形成凝胶珠，使凝胶珠在CaC12
溶液中浸泡约30min
冲洗
［凝胶珠用蒸他水冲洗2
I
I去表面的CaCl2溶液
I
发酵
〜3次，除
将150mL质量分数为10%的葡萄糖|
I溶液转移到200mL的锥形瓶中，再加［
I
入固定好的酵母细胞，置于25°C下发
酵24h
2・注意事项
（1）酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出。
⑵CaCb要称量准确，不能用自来水配制溶液；CaCb溶
液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠，因此需将凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右,以便形成稳定的结构。
（3）海藻酸钠溶液的浓度关系到固定化细胞的质量。
如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
（4）溶解海藻酸钠时，要用小火或间断加热，并不断搅
拌，防止海藻酸钠发生焦糊。
（5）溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因
温度过高而导致酵母菌死亡0
（6）用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。
（7）在工业生产中，需反复使用固定化细胞，因此必须
保证在固定化细胞的制备.应用及提取再利用过程中，严
格按照无菌操作要求，避免其他微生物污染。
3.结果分析与评价
（1）观察凝胶珠的颜色和形状：
如果制作的凝胶珠颜色过浅,
少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。
（2）酵母菌发酵的反应式为C6Hi2O6—^2C2H5OH+2CO2
+能量。
如果实验成功，应该有气泡产生，并具有酒味；而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验，则无此现象。
［题组冲关］
3.下列对配制海藻酸钠溶液的叙述，不正确的是
A.
（C）
加热制备海藻酸钠溶液是操作中最重要的一环
海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少解析：
海藻酸钠的浓度过高，凝胶珠不易形成；海藻酸钠
的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋的细胞过少。
加热制备
海藻酸钠溶液是操作中最重要的一环，因为海藻酸钠的浓
度影响固定化细胞的质量。
4.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馆水混合并搅拌，使酵母细胞活化;
2配制CaCb溶液：
将无水CaCb溶解在定量蒸憎水中，配制成一定浓度的CaCb溶液;
3配制海藻酸钠溶液:
将定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馅水中，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CaCb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
第二处
（2）刚形成的凝胶珠要在CaCl2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
（填“过低”或“过高”）o
解析：
（1）海藻酸钠的溶化应用小火或间断加热至完全溶化。
溶化冷却后再加入酵母细胞，否则会杀死酵母细胞。
（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）凝胶珠颜色过浅，呈白色，说明海藻酸钠浓度过低。
答案：
（1）③海藻酸钠溶解应用小火或间断加热
④海藻酸钠溶液冷却后再加入酵母细胞
（2）让凝胶珠形成稳定的结构
（3）过低
［随堂基础巩固］
1.下列关于酶和细胞固定化的叙述，不正确的是（A）
■
B.酶分子很小，易采用化学结合法或物理吸附法固定
C.
细胞个大，难被吸附或结合
解析：
酶分子很小，易采用化学结合法或物理吸附法固定;
细胞个大，难被吸附或结合，易采用包埋法固定。
2.下列关于固定化酶和一般酶制剂应用效果的说法，错误的是
A.固定化酶生物活性强，可长久使用
B.一般酶制剂应用后和产物混合在一起，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，提高产品质j解析：
固定化酶是因为可回收重新利用而可以较长时间使用的，并不是因为生物活性强而可长久使用。
单纯从生物活性方面分析，固定化酶与一般酶制剂的活性差别不大。
3・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：
生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液却可以自由出入。
生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应
柱，与固定化酶接触，转化成果糖，从反应柱下端流出，反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。
答案：
C
4.下列关于固定化酶技术的说法，正确的是（D）
A.
固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附于载体上，围绕反应物旋转的技术
B.
固定化酶技术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：
固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内
的技术。
其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用；不足之
处是无法同时催化一系列酶促反应。
在固定化过程中，固定的
是酶而不是反应物。
5・下列关于固定化细胞的说法，错误的是
A.
固定化细胞技术是利用物理或化学方法将细胞固定在一定
空间内的技术
D.
包埋法常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠.醋酸纤维
素和聚丙烯酰胺等
解析：
细胞个大，酶分子很小，个大的细胞难以被吸附或结合,
而个小的酶容易从包埋材料中漏出，所以酶更适合采用化学结
合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。
中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段（工
艺流程见下图）。
下列叙述中错误的是（多选）
A•纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理
相似
B.在上述工艺中，为重复使用纤维素酶，可选用适当的包埋剂
固定化酶
C.在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿
D.
旧颜色的深浅
纤维素酶催化葡萄糖残基间磷酸二酯键的水解分解纤维素
解析：
纤维素酶在仿旧中的作用机理是适当分解布料中的纤
维素成分，洗衣粉中添加纤维素酶的作用机理是适当分解布
料中的纤维素成分使织物膨松，有利于去污，两者作用机理
结合法或物理吸附法固定化酶；调节温度、酸碱度可控制纤维素酶的活性，控制处理时间可影响水解程度，进而控制仿旧颜色的深浅；纤维素分子中不含磷酸二酯键。
答案：
BD
7.在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到
T70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，固定化细胞技术固定的是
（2）
制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是,应使用
用此方法，原因是
（3）制作固定化酵母细胞时，混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和溶液中形成凝胶珠。
观察形成的凝胶珠的颜色和形状,如果颜色过浅，说明海藻酸钠溶液浓度,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目o如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明0
解析：
（1）将酶固定化后，能使酶在催化反应之后并不进入产物溶液，可反复使用；将细胞固定化后，可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。
⑵海藻酸钠不能参与化学反应，在高温时容易溶化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。
图示①为化学结合法，②为吸附法，③为包埋法。
固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法；固定化酵母细胞适宜用包埋法。
（3）凝胶珠是用溶化后冷却的海藻酸钠与酵母菌混合后在CaCl2溶液中形成的。
如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠溶液的浓度偏低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数目少，影响实验效果；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再尝试。
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使用多酶系统（或一系列酶、多种酶）
（2）海藻酸钠［③］包埋法酶分子很小，容易从包埋材料中漏岀（3）CaCl2偏低较少海藻酸钠溶液浓度偏高，制作失败
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