1、第1页课题3 酵母细胞的固定化 第2页目标定位 重点突破 1.阅读教材 P49“课题背景”,了解在应用酶的过程中,存在的实际问题及解决办法 2.通过阅读教材 P49“(一)固定化酶的应用实例”,了解高果糖浆及生产高果糖浆的固定化酶技术 3.阅读教材 P50“(二)”固定化细胞技术,掌握固定化技术的方法及适合不同固定方法的材料 4.阅读教材 P50“实验操作”,掌握固定化酵母细胞的实验操作过程,并能够进行实际操作 1.掌握固定化酶和固定化细胞的作用和原理 2.尝试制备固定化酵母细胞,并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵 第3页自 主 学 习 第4页一、固定化酶的应用实例高果糖浆的生产 1.反应原理：
2、葡萄糖 _酶果糖 2.生产过程：第5页二、固定化酶和固定化细胞技术 1.概念：利用_或_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)第6页3.常用载体 包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的_载体,如明胶、_、海藻酸钠、_和聚丙烯酰胺等。4.优点(1)固定化酶既能与_接触,又能与_分离,还可以被_。(2)与固定化酶技术相比,固定化细胞制备成本_,操作_。第7页三、制备固定化酵母细胞的实验操作 1.活化就是让处于_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_或者_加热,反复几次,直到海藻酸钠溶化为止。第8页3.溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至_,再加入已活化的酵母
3、细胞。4.在 CaCl2 溶液中形成的凝胶珠需在 CaCl2 溶液中浸泡_min 左右。第9页自 我 校 对 一、1.葡萄糖异构 2.颗粒状载体 反应柱 上端 葡萄糖异构酶 下端 二、1.物理 化学 2.c b a 3.多孔性 琼脂糖 醋酸纤维素 4.(1)反应物 产物 反复利用(2)更低 更容易 三、活化 海藻酸钠溶液 发酵 1.休眠 2.小火 间断 3.室温 4.30 第10页课 堂 探 究 第11页考点一 固定化酶和固定化细胞技术 1.固定化酶和固定化细胞技术的概念 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,包括包埋法、化学结合法(将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上)和
4、物理吸附法。第12页2.固定化酶的应用实例(1)固定化酶的装置：将酶固定在一种颗粒状的载体(如图中)上,再将这些酶颗粒装到一个反应柱(如图中)内,柱子底端装上分布着许多小孔的筛板(如图中)。酶颗粒无法通过筛板上 的小孔,而反应溶液却可以自由出入。第13页(2)高果糖浆的生产：装置中固定的酶为葡萄糖异构酶,从反应柱的甲端注入葡萄糖溶液,使葡萄糖溶液流过反应柱,与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成果糖,从反应柱的下端流出。(3)固定化酶技术的优点：与一般酶制剂相比,固定化酶既能与反应物接触,又能与产物分离,同时还可以被反复利用。第14页小贴士 高果糖浆是指果糖含量为 42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品
5、,高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人类的健康更有益。第15页3.固定化酶和固定化细胞技术(1)常用的几种固定方式：是包埋法,能将酶或者细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。是化学结合法,能将酶或者细胞相互结合或者将其结合到载体上。是物理吸附法,能将酶或者细胞吸附到载体表面。第16页(2)固定化酶和固定化细胞的比较：项目 固定化酶 固定化细胞 固定对象 酶 细胞 适宜固定法 化学结合法、物理吸附法 包埋法 特点 体积小,固定一种酶。使用包埋法容易从包埋材料中漏出 体积大,固定一系列酶。难以用化学结合法和物理吸附法固定 第17页(3)固定化细胞常用的载体：明胶、琼脂糖、海藻酸
6、钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。它们都是不溶于水的多孔性物质。第18页 直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较：项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞 酶的种数 一种或几种 一种 一系列酶 常用载体 高岭土、皂土、硅胶、凝胶 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺 制作方法 化学结合法固定化、物理吸附法固定化 包埋法 固定化 是否需要 营养物质 否 否 是 反应 底物 各 种 物 质(大 分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质 第19页催化反应 单一或多种 单一 一系列 缺点 对 环 境 条 件非常敏感,易失活；难回收,成本高,影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物
7、不易与固定后的细胞接触,尤其是大分子物质,反应速率下降 优点 催化效率高,低耗能、低污染 既能与反应 物 接 触,又能与产物分离；可以反复利用 成本低、操作容易,能产生一系列酶,催化一系列酶促反应 第20页 1.从操作角度考虑,固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？【提示】固定化细胞由于保证了细胞的完整性,酶的环境改变小,所以对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化一系列反应,故固定的是一系列酶,如固定化酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。第21页2.如果反应物是大分子物质,应该采用哪种方法固定化？【提示】应采用固定化酶技
8、术。大分子物质难以自由通过细胞膜进入细胞内,因此固定化细胞不能使反应物充分反应。第22页的利用率(如图)。图中果胶酶的固定化适合采用哪种方法？果汁的生产需要果胶酶,用酶固定法可以提高果胶酶 第23页【答案】酶分子较小,易从包埋材料中漏出,故不适合采用包埋法固定化,可采用化学结合法和物理吸附法固定化。第24页固定化酶与固定化细胞技术已经大规模地应用于各个生产领域。请回答相关问题：(1)在实际生产中,固定化酶技术能节约成本的原因是 _。与固定化酶技术相比,固定化细胞固定的是_。第25页(2)填写下列三种固定化酶的方法：是_,是_,是_。(3)制备固定化酵母细胞时,常用的包埋材料是_,该载体的特点是
9、_。第26页【解析】(1)将酶固定化后,既能与反应物接触,又能与产物分离,可实现反复利用；将细胞固定化后,即可将一种细胞内的多种酶同时进行固定。(2)图示将酶相互连接起来,是化学结合法；将酶吸附在载体表面上,是物理吸附法；将酶包埋在细微网格里,是包埋法。(3)海藻酸钠不溶于水,容易与发酵液分离,加热易溶化,温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒,是包埋酵母细胞的好材料。第27页【答案】(1)固定化酶能被反复利用 多酶系统(或一系列酶或多种酶)(2)化学结合法 物理吸附法 包埋法(3)海藻酸钠 不溶于水、多孔 第28页【变式训练 1】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
10、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的 第29页【解析】固定化酶技术是指将酶固定在不溶于水的载体上,使酶既能与反应物接触,又能与产物分离,可实现重复利用。固定化酶发挥作用不需要供氧,溶解氧交换受阻不会成为其应用的限制因素。固定化细胞能用于生产分泌到细胞外的产物,否则无法获得需要的产物。用凝胶包埋细胞利用的是物理方法。【答案】B 第30页考点二 制备固定化酵母细胞并发酵)1.实验操作流程 第31页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,
11、以避免酵母细胞的活化液溢出。(2)CaCl2要称量准确,不能用自来水配制溶液；CaCl2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。第32页(3)海藻酸钠溶液的浓度与固定化细胞的质量有关。如果海藻酸钠溶液浓度过高,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。第33页(6)用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠,作为对照。(7)制
12、备固定化细胞及其重复利用时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,避免其他微生物污染。第34页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,呈白色,说明海藻酸钠溶液的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少；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。(2)酵母菌发酵的反应式为 C6H12O6酶2C2H5OH2CO2能量。如果实验成功,应该有气泡产生,并具有酒香味；而不含酵母菌的凝胶珠的对照实验,则无此现象。第35页 1.酵母细胞固定前要活化的原因是什么？【提示】在缺水状态下,酵母细胞处于休眠状态。活化就是让处于休
13、眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态。第36页2.利用固定的酵母细胞发酵产生酒精时,当观察到哪些现象时,则可以说明实验获得成功？【提示】如果看到产生很多气泡,同时闻到酒香味,则证明实验获得成功。第37页某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：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；配制 CaCl2溶液：将无水 CaCl2溶解在定量蒸馏水中,配制成一定浓度的 CaCl2溶液；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馏水中,配制成溶液；第38页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；固定化酵母细
14、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 CaCl2 溶液中,观察凝胶珠的形成。(1)请你改正其中两处错误的操作：第一处_；第二处_ _。第39页(2)刚形成的凝胶珠要在 CaCl2溶液中浸泡 30 min 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”)。第40页【解析】(1)海藻酸钠的溶解应用小火或间断加热至完全溶化。海藻酸钠溶化冷却至室温后再加入酵母细胞,否则高温会杀死酵母细胞。(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,呈白色,
15、说明海藻酸钠浓度过低。第41页【答案】(1)海藻酸钠溶解应用小火或间断加热 溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后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 第42页【变式训练 2】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 第43页【解析】凝胶珠在 CaCl2溶液中需浸泡 30 min 左右,目的是让凝胶珠形成稳定的结构,否则会影响发酵效果
16、。【答案】D 第44页随 堂 训 练 第45页1.下列关于固定化技术的说法,错误的是()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.细胞多采用物理吸附法固定 D.反应物是大分子物质应采用固定化酶技术 第46页答案 C 解析 在酶和细胞的固定化技术中,通常包括包埋法、化学结合法和物理吸附法,其中由于酶分子小,又多带电荷,易从多孔性物质中漏出,因此多采用化学结合法与物理吸附法进行固定,而细胞个体大,难以被多孔性物质吸附或结合,因而多采用包埋法进行固定。第47页2.下列关于固定化酶的说法,正确的是()A.酶被固定在不溶于水的载体
17、上,可以被反复利用 B.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 C.酶被固定在载体上,丧失了高效性和专一性 D.固定化酶的活性部位完整,所以不受高温、强酸、强碱等条件影响 第48页答案 A 解析 固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在不溶于水的载体上,固定在载体上的酶可以被反复利用,但由于酶受多种因素的影响,并非能永远利用下去；将酶固定在载体上对酶活性和功能的影响较小,不会使酶丧失高效性和专一性；固定化酶的活性仍受温度、pH 等环境条件的影响。第49页3.关于固定化酵母细胞制备过程的叙述,正确的是()A.制备固定化酵母细胞过程中酵母细胞不需要活化 B.用小火或间断加热可防
18、止海藻酸钠发生焦糊 C.向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞,充分搅拌并混合均匀 D.将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液迅速倒入 CaCl2溶液中,会观察到 CaCl2溶液中有球形或椭圆形的凝胶珠形成 第50页答案 B 解析 由于在缺水状态下,微生物处于休眠状态,所以在制备固定化酵母细胞过程中应将干酵母与蒸馏水混合后用玻璃棒充分搅拌加速其活化；为避免海藻酸钠发生焦糊,溶化时要用小火或间断加热；如果将刚溶化好的海藻酸钠与已活化的酵母细胞混合,有可能会杀死酵母细胞；应将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液用注射器缓慢滴加到 CaCl2溶液中,而不是迅速倒入。第51页4.某校学生尝试用琼脂作载体,用包
19、埋法固定 淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。实验结果如下表所示(假设加入试管中的固定化 淀粉酶量与普通 淀粉酶量相同)。实验表明1 号试管中淀粉未被水解,最可能的原因是()比较项目 1 号试管 2 号试管 固定化 淀粉酶 普通 淀粉酶 淀粉溶液 60 保温 5 min,取出冷却至室温,滴加碘液 现象 变蓝 不变蓝 第52页A.实验中的温度过高,导致固定化 淀粉酶失去活性 B.淀粉是大分子物质,难以通过琼脂与淀粉酶接触 C.水浴保温时间过短,固定化 淀粉酶未将淀粉水解 D.实验程序出现错误,试管中应先加入碘液后保温 第53页答案 B 解析 1 号试管中加入的是固定化 淀粉酶,由于淀粉分子是大分子物
20、质,难以通过琼脂扩散与淀粉酶接触,因而导致反应无法进行,所以加碘液后变蓝。第54页5.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)固定酵母细胞的方法是_。(2)请完善该实验小组同学在制备固定化酵母细胞过程中各步骤的操作要点：向干酵母中加蒸馏水,使其_。第55页配制 CaCl2溶液时应用_。配制海藻酸钠溶液应用_加热。配制的海藻酸钠溶液必须_才能加入已活化的酵母细胞。注 射 器 中 的 海 藻 酸 钠 和 酵 母 细 胞 的 混 合 物 应 滴 入_中形成_。第56页(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵产酒精的实验。为使该实验中所用到
21、的固定化酵母细胞可以反复使用,细胞固定过程中,一定要在_条件下进行。加入反应液后的操作是关闭_。装置中的长导管的作用是_ _。第57页答案(1)包埋法(2)活化 蒸馏水 小火或间断 冷却至室温 CaCl2溶液 凝胶珠(3)无菌 活塞 1 和活塞 2 释放 CO2以减小反应柱内压力并可以防止其他微生物污染 第58页解析(1)由于细胞体积较大,难以被吸附或结合,因此多采用包埋法进行固定。(2)操作过程中,必须等海藻酸钠溶液冷却至室温后才能将其与已活化的酵母细胞混合,否则酵母细胞在高温下可能会死亡。(3)酵母菌利用葡萄糖发酵的过程中会产生 CO2,故装置中的长导管起到释放 CO2,减少反应柱内压力并且可防止其他微生物污染的作用。第59页 请做：限时规范训练十一
