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

1、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31.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

2、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 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

3、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30 min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

4、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 ）配制CaCb溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 酵母细胞的活化 固定化酵母细胞C.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O4.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

5、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。&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4HI7/ / /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

6、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、低污染等既能与反应物接 触，又能与产物分提高了产品质*;可重复使用, 降低了成本成本更低，操作更 容易缺点实例对环境条件非常易失活;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

7、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：C2.如图为固定化酶的反应柱示意图，请据

8、图回答问题:果糖IA.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

9、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:1 g十酵母+10 mL蒸憾水f 50 mL： 酵僚细胞的活化烧杯中，搅拌均匀f放置1 h左右，使I1其活化 1配制0. 05 mol/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 CaC

10、lz 0. 83 g+150 mL 蒸熾I I水-200 mL烧杯中，充分溶解 0. 7 g海藻酸钠+10 mL水50 mL 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30 min冲洗凝胶珠用蒸他水冲洗2II去表面的CaCl2溶液I发酵3次，除将150 mL质量分数为10%的葡萄糖|I 溶液转移到200 mL的锥形瓶中，再加I入固定好的酵母细胞

11、，置于25 C下发酵24 h2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。CaCb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30 min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

12、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C6Hi2O62C2H5OH+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.

13、(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

14、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30 min左右，目的是让凝 胶珠形成稳定的结构。（3）凝胶珠颜色过浅，

15、呈白色，说明海 藻酸钠浓度过低。答案：（1）海藻酸钠溶解应用小火或间断加热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，

16、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

17、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：C4.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。

18、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

19、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：BD7.在20世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到T 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，固定化细胞技术固定的是(2)制备固定化酵母细

20、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。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。图示为化学结合法，为吸附法，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“课时跟踪检测”见肆课时跟踪检测（十一）”