1、返回目录 酶的研究与应用 专题4 返回目录 课题3 酵母细胞的固定化返回目录 学习要求 1.了解固定化技术的作用和原理。2.掌握制备固定化酵母细胞和利用其进行酒精发酵的方法。返回目录 课前 教材预案课堂 深度拓展课末 随堂演练课后 限时作业目录Contents 返回目录 1固定化酶和固定化细胞技术是利用_和_方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括_、_和_。课前教材预案要点一 固定化酶和固定化细胞技术物理 化学 包埋法 化学结合法 物理吸附法 返回目录 2固定化细胞多采用_固定化，而固定化酶多采用_和_。与固定化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本_，制作_。3用包埋法固定细胞是将微生物细
2、胞均匀地包埋于_中，常用的包埋载体有_、_、_、_和_等。包埋法 化学结合法 物理吸附法 更低 更容易 不溶于水的多孔性载体 明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸纤维素 聚丙烯酰胺 返回目录 4固定化酶的应用实例高果糖浆的生产固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产高果糖浆所需要的酶是_，所使用的反应柱上的孔应满足_不能通过筛板上的小孔，而_却可以自由出入。葡萄糖异构酶 酶颗粒 反应溶液 返回目录 1制备固定化酵母细胞的操作步骤：酵母细胞的_配制物质的量浓度为0.05 mol/L的_溶液配制_溶液_溶液与_混合_酵母细胞。要点二 酵母细胞的固定化技术活化 CaCl2 海藻酸钠 海藻酸钠 酵母细胞
3、固定化 返回目录 2 在 配 制 海 藻 酸 钠 溶 液 时，加 热 时 要 用_，或者_，反复几次，直到海藻酸钠完全_为止。如果加热太快，海藻酸钠会_。3 固 定 化 酵 母 细 胞 需 要 的 材 料 是_、_、_。小火 间断加热 溶化 发生焦糊 干酵母细胞 无水CaCl2 海藻酸钠 返回目录 4用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发酵的_溶液后，发现有_产生，同时有_散发。葡萄糖 气泡 酒味 返回目录 课堂深度拓展考点一 固定化技术及应用实例1固定化技术的优势(1)将酶或细胞固定在不溶于水的载体上，使酶或细胞可以直接与反应物接触，充分发挥其催化功能，同时又能与产物分离，被反复利用。返回
4、目录(2)在一定程度上避免高温、强酸、强碱和有机溶剂对酶活性的影响，以提高催化效率，降低生产成本，提高产品质量。返回目录 2应用实例：生产高果糖浆(1)原料：葡萄糖(由淀粉转化而来)。(2)反应原理：葡萄糖 葡萄糖异构酶果糖。(3)生产过程及示意图(如图所示)返回目录 关于高果糖浆的知识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，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。返回目录【例题1】下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，正确的是()A固定化酶的优势在于它能催化一系列生化反应B固定化细胞技术一次只能固定一种酶C固定化酶和固定化细胞的共同点是所固
5、定的酶可在细胞外起作用D固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性会迅速下降返回目录 思维导引：答案 C 返回目录 解析 固定化酶固定的只是一种酶，不能催化一系列生化反应，能催化一系列生化反应的是固定化细胞，因为固定化细胞固定的是一系列酶。固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但不会出现酶的活性迅速下降的情况。固定化酶是在细胞外发挥作用，固定化细胞中的部分酶可在细胞内发挥作用，也有部分可在细胞外发挥作用，所以固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶可在细胞外起作用。返回目录【变式1】细胞固定化技术与酶固定化技术相比，所具备的特点是()A成本更低、操作更容易、不能连续性生产B成本更高、操作更难、不
6、能连续性生产C成本更低、操作更容易、能连续性生产D成本更低、操作更难、能连续性生产返回目录 答案 C 解析 固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更小，可连续性生产，成本自然更低。返回目录 固定化酶或固定化细胞技术常用的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法，如图所示。考点二 固定化酶或固定化细胞技术的方法返回目录 1包埋法包埋法是指将酶或细胞包裹在多孔的载体中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在醋酸纤维素等半透性高分子膜中。包埋法又分为凝胶包埋法和微囊化包埋法，前者包埋成格子型，后者包埋成微胶囊型。返回目录 2化学结合法化学结合法是指将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂
7、糖、离子交换树脂等载体上的固定方法。工艺简便及条件温和是其显著特点，并且载体选择范围很大，涉及天然或合成的无机、有机高分子材料，结合过程可同时达到纯化和固定化，酶失活后可重新活化，载体可以再生。化学结合法中常见的有交联法、共价结合法、离子结合法等。返回目录 3物理吸附法物理吸附法是指将酶吸附到固定吸附剂表面的方法，固定吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。返回目录 固定化酶与固定化细胞技术(1)酶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。这是因为细胞体积大，而酶分子很小；体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶容易从包埋材料中漏出。返回目录(2)固定化细胞由于保证了细胞的完整性
8、，因而酶的环境改变小，所以对酶的活性影响小。(3)固定化细胞使用的都是活细胞，因此，为了保证细胞的生活需要，应该为其提供一定的营养物质。返回目录【例题2】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的返回目录 思维导引：答案 B 解析 酶发挥催化作用时不需要消耗氧气，溶解氧交换受阻不是固定化酶应用的限制因素。返回目录【变式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(
9、)A包埋法 B物理吸附法C化学结合法 D高温冷却法答案 A 返回目录 解析 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。返回目录 1制备固定化酵母细胞的步骤考点三 固定化酵母细胞的制备及发酵过程操作(1)酵母细胞的活化在缺水状态下，微生物处于休眠状态，活化是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。1 g干酵母10 mL蒸馏水50 mL烧杯搅拌成糊状，放置1 h返回目录 过程操作(2)配制0.05 mol/L的CaCl2溶液0.83 g无水CaCl2150 mL蒸馏水200 mL烧杯 溶解备用(3)配制海藻酸钠溶液0.7 g海
10、藻酸钠10 mL水50 mL小烧杯酒精灯小火(或间断)加热，并不断搅拌，使之溶化蒸馏水定容至10 mL返回目录 过程操作(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合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，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中(5)固定化酵母细胞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，形成凝胶珠，并浸泡30 min左右返回目录 2注意事项(1)CaCl2要称量准确，不能用自来水配制溶液；CaCl2溶液作为海藻酸钠形成凝胶珠的电解质，需使凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡约30 min。(2)溶解海藻酸钠时，需要用小火或间断加热。加入活化酵母细胞时，
11、海藻酸钠必须冷却至室温，以免温度过高而杀死酵母菌。返回目录 3)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。返回目录 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，需要再做尝试。返回目录(2)利用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液：酵母菌发酵的反应式为 C6H12O6酶2C2H5OH2CO2，如果实验成功，应该有气泡产生，并可闻到酒味，而不含酵母菌的凝胶
12、珠所做的对照实验，则无此现象。返回目录【例题3】根据下面制备固定化酵母细胞实验的流程回答问题：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固定化酵母细胞(1)在_的状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物恢复_状态。活化应选用足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。返回目录(2)决定实验成败的关键步骤是_。(3)如果海藻酸钠溶液浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目_。(4)观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明_；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_。(5)制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？_。返回目录 思维导引：返回目录 解析(
13、1)酵母菌在缺水的状态处于休眠状态，需加水活化，否则制成的固定化酵母细胞在发酵时酶活性较低且酵母菌增殖缓慢。(2)该实验的关键操作是海藻酸钠溶液的配制。(3)如果海藻酸钠溶液的浓度过低，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。返回目录(4)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；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。(5)由于酵母菌细胞个体较大，不易从包埋材料中漏出，故细胞的固定化一般采用包埋法。因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，所以制备固定化酶不宜用包埋法。返回目录 答案(1)缺水 正常的生活 体积增大(2
14、)配制海藻酸钠溶液(3)少(4)海藻酸钠溶液浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少 海藻酸钠溶液浓度偏高，制作失败(5)因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出返回目录【变式3】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)制备固定化酵母细胞常用_法。返回目录(2)制备固定化酵母细胞的过程：将干酵母与_混合并搅拌，使酵母菌活化；将无水CaCl2溶液溶解在蒸馏水中，配成CaCl2溶液；用酒精灯加热，配制海藻酸钠溶液；海藻酸钠溶液冷却至常温再加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀；返回目录 用注射器将_的混合物缓慢滴入CaCl2溶液中。(3)该实验小组用如图所
15、示的装置来进行葡萄糖发酵，a是固定化酵母，b是反应柱。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是_。返回目录 要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是_活塞1和_活塞2。(填“打开”或“关闭”)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_条件下进行。装置中的长导管起的作用是_。返回目录 解析(1)固定酵母细胞常用的方法是包埋法。(2)将干酵母与蒸馏水混合，使其活化。(3)加入反应液的浓度不能过高，否则酵母细胞会因失水过多而死亡。因酵母菌无氧呼吸产生酒精，故要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是关闭活塞1和活塞2。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
16、一定要在无菌条件下进行。装置中的长导管起到释放CO2、防止外界空气中的杂菌进入反应柱的作用。返回目录 答案(1)包埋(2)蒸馏水 海藻酸钠和酵母细胞(3)葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡 关闭 关闭 无菌 排出CO2，防止空气中的杂菌进入反应柱返回目录 1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课末随堂演练返回目录 C酶由于被固定在载体上，所以丧失了高效性和专一性D被固定化的酶的活性部位完整，所以不受高温、强碱、强酸等条件影响答案 A 返回目录 解析 固定化酶可以被反复利用，但
17、并非能永远利用下去，B项错误；固定化酶技术是将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功能，不会使酶丧失高效性和专一性，C项错误；固定化酶的活性仍受温度、pH等环境条件的影响，D项错误。返回目录 2下列有关固定化酶和固定化细胞的说法中，不正确的是()A固定化酶活性的发挥需要适宜的温度和pHB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C固定化酶和固定化细胞都既能与反应物接触，又能与产物分离D固定化酶和固定化细胞相比，可以催化多步连续反应返回目录 答案 D 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，并提高酶的稳定性，酶的各项特性(如高效性、专一性等
18、)依然保持，而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，固定化细胞技术优势明显。返回目录 3下面是制备固定化酵母细胞的步骤，其中排列顺序正确的是()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 酵母细胞的活化 固定化酵母细胞A BC D答案 D返回目录 4下列有关配制海藻酸钠溶液的叙述，不正确的是()A加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环B海藻酸钠溶液的浓度关系到固定化细胞的质量C海藻酸钠溶液可在水中迅速溶解，无须再加热D海藻酸钠溶液的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋的细胞就过少返回目录 答案 C 解析 海藻酸钠在水中溶解较慢，需要通过加热促进其溶解，最好用
19、小火或间断加热的方法。如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。返回目录 5下列与酶相关生物技术应用的叙述，正确的是()A从固定方式看，包埋法比化学结合法对酶活性影响小B作为消化酶使用时，蛋白酶制剂只能以注射的方式给药C尿糖试纸含有固定的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复利用返回目录 D将海藻酸钠凝胶珠用自来水冲洗，可洗去多余的CaCl2和杂菌答案 A 解析 化学结合法可能引起酶分子结构发生改变而改变酶的活性，包埋法对酶的活性影响较小，A项正确；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；返回目录 试纸法检测尿糖的原理是利用试纸上的葡萄糖氧化酶将葡萄糖分解成葡萄糖酸
20、和过氧化氢，过氧化氢又与试纸上生物苯酚等无色物质反应形成红色物质，将其与标准比色卡对比，即可测定尿样中葡萄糖的含量，因此尿糖试纸不能反复利用，C项错误；用无菌水冲洗海藻酸钠凝胶珠，可洗去多余的CaCl2和杂菌，D项错误。返回目录 6如图甲为人工种子生产过程示意图，图乙为图甲中过程的相关操作。请据图回答问题：返回目录(1)图 甲 中，过 程 分 别 称 为 _、_。(2)图乙中，包埋形成人工种子过程中，先适当加热使 海 藻 酸 钠 溶 化，然 后 将 溶 化 的 海 藻 酸 钠 溶 液_，再加入_充分搅拌混合均匀。返回目录(3)若用图乙的方法“制备固定化酵母细胞”，海藻酸钠溶液的浓度对实验结果影响较大，若浓度过高，则_，通常评价该实验结果主要是观察凝胶珠的_。返回目录 解析 题图是利用植物组织培养技术生产人工种子及用海藻酸钠包埋人工种子的过程。(1)过程分别称为脱分化、再分化。(3)海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞制备过程的关键，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量少。答案(1)脱分化 再分化(2)冷却至室温 胚状体(3)不易形成凝胶珠 颜色和形状返回目录 课后限时作业
