1、课题3酵母细胞的固定化课后篇巩固提升基础巩固1.关于固定化酶技术的说法,正确的是()A.固定化酶技术就是固定反应物,将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B.固定化酶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.固定化酶是将酶固定在一定空间中的技术答案D解析固定化酶是指通过物理或化学的方法,将水溶性的酶与不溶性的载体结合,使酶固定在载体上,并在一定的空间范围内进行催化反应。因此,固定化酶技术固定的不是反应物而是酶。被固定的只是一种酶,不能催化一系列的酶促反应。固定化酶可以重复利用。故选D项。2.固定化细胞技术与固定化酶技术相比,所具备的特点是()A.成本更低、操作更容易、不能连
2、续生产B.成本更高、操作更难、不能连续生产C.成本更低、操作更容易、能连续生产D.成本更低、操作更难、能连续生产答案C解析酶是由细胞合成的,酶分子很小,比较难固定,而细胞相对较大,相对容易固定,而且无须再进行酶的提取,同时可以催化一系列反应,因而固定化细胞制备的成本更低,操作更容易,并且能连续生产。3.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是()A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显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体中有机磷农药,需提供适宜的营养条件D.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答案A解析固定化细胞技术最大的优势就
3、是连续催化反应。应用固定化酶时,不需控制溶解氧;利用固定化酶时,不需各种营养条件;发酵时糖类的作用不只是作为反应底物,还是酵母细胞的碳源和能源物质。4.下图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。下列叙述不正确的是()A.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母细胞混合制备混合液B.图1中X溶液为CaCl2溶液,其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠C.图2发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触D.图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中答案A解析刚溶化的海藻酸钠溶液要冷却至室温,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;将混合液
4、加入CaCl2溶液中进行固定化酵母细胞,CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠;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;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。5.酶已广泛地应用在食品、化工、轻纺、医药等领域。在应用酶的过程中,常遇到酶很难回收再利用等实际问题。固定在载体上的酶可以被反复利用。之后,在固定化酶技术的基础上,又发展出了固定化细胞技术。请回答下列问题。(1)一般来说,酶更适合采用的固定化技术有和,而细胞多采用的固定化技术是。(2)称取干酵母,放入盛有蒸馏水的小烧杯中搅拌至混合均匀,并放置1 h左右。其目的
5、是。(3)配制海藻酸钠溶液时,用酒精灯加热时,要注意,反复几次。(4)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至,再加入已活化的酵母细胞,充分搅拌至混合均匀。(5)将酵母细胞与海藻酸钠溶液混合物用注射器以恒定的速度缓慢地滴加到配好的溶液中,形成,完成对酵母细胞的固定化。答案(1)化学结合法物理吸附法包埋法(2)使酵母细胞活化(3)用小火或间断加热(4)室温(5)CaCl2凝胶珠解析(1)固定化技术包括化学结合法、物理吸附法和包埋法。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。(2)酵母菌在干燥时,处于休眠状态,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
6、慢。所以要对酵母菌进行活化,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。(3)由于海藻酸钠是多糖类物质,加热时容易发生焦糊,所以在配制海藻酸钠溶液时,需用酒精灯加热溶化,要注意用小火或间断加热。(4)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,否则过高的温度会杀死酵母菌。(5)将酵母细胞与海藻酸钠溶液的混合物用注射器以恒定的速度缓慢地滴加到配好的CaCl2溶液中,CaCl2的作用是使海藻酸钠发生聚沉,形成凝胶珠。能力提升6.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
7、有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶,可以反复使用D.将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗,目的是洗去CaCl2和杂菌答案C解析尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开,因此不能再次使用。7.固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员采用双重固定法(即以戊二醛作交联剂使酶相互连接,以海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶)以研究固定化酶的相关性质,并对其最佳固定条件进行了探究。下图甲、乙、丙为部分研究结果。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率,包括酶活性和酶的数量。下列有关叙述,错误的是()A.由图甲可知,固定化小麦酯酶比游离小麦酯酶对温度变化的适应性弱B.由图乙可知,浓度为3%的海藻酸钠包埋效果
8、最好C.由图丙可知,固定化小麦酯酶一般可重复使用3次,之后若继续使用则酶活力明显下降D.固定化小麦酯酶采用双重固定法固定的原因是酶分子很小,很容易从包埋材料中漏出答案A解析由图甲可知,温度变化时,固定化小麦酯酶比游离小麦酯酶酶活力变化幅度小,固定化酶对温度变化适应性强,A项错误;由图乙可知,随海藻酸钠浓度的增加,固定化酶活力先升高后降低,浓度为3%时酶活力最高,B项正确;据图丙可知,固定化酶使用3次后,酶活力明显降低,C项正确;小麦酯酶分子很小,很容易从包埋材料中漏出,因此需要采用双重固定法避免其从包埋材料中漏出,D项正确。8.下列说法不正确的是()A.固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法
9、、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.由于细胞体积大,而酶分子很小,因此细胞多采用物理吸附法固定D.如果被催化的反应是一系列反应,则应使用固定化细胞答案C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,其中由于酶分子小,又多带有电荷,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,而细胞体积大,难以被多孔性物质吸附或结合,因而更适合采用包埋法。9.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答下列问题。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)在状态下,微生物处于休眠状态。活化就是让处于
10、休眠状态的微生物重新恢复状态。活化前应选择足够大的容器,因为酵母细胞活化时。(2)影响实验成败的关键步骤是。(3)观察形成的凝胶珠的颜色和形状,如果颜色过浅、呈白色,说明;如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明。(4)固定化细胞一般采用包埋法固定,原因是。答案(1)缺水正常的生活体积会增大(2)配制海藻酸钠溶液(3)海藻酸钠的浓度偏低,固定的酵母细胞数目较少海藻酸钠浓度偏高,制作失败(4)细胞体积相对较大,不易从包埋材料中漏出10.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
11、时应注意:配制CaCl2溶液时应用蒸馏水;海藻酸钠溶液应用加热;海藻酸钠溶液必须才能加入酵母细胞;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。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。加入反应液后的操作是关闭。装置的长导管的作用是。答案(1)包埋法(2)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,减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染解析(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
12、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。11.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。制备固定化绿球藻凝胶珠清洗23次培养液中培养用柠檬
13、酸钠溶液溶解凝胶珠,测定藻数量图1图2(1)实验中的海藻酸钠作用是,CaCl2的作用是。(2)为洗去凝胶珠上残余的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24 h后,移去凝胶珠,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,应选用浓度为的海藻酸钠制备凝胶珠。(4)图2中空白凝胶珠组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2448 h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是;7296 h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有。答案(1)包埋绿球藻(包埋剂)使海藻酸钠聚沉,形成凝胶珠(凝固剂)(2)培养液(生理盐水)海
14、藻酸钠浓度过低(凝胶珠孔径过大),导致部分绿球藻进入溶液(3)2.0%(4)凝胶吸附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+浓度较低解析(1)实验中海藻酸钠的作用是作为包埋剂,包埋绿球藻。CaCl2的作用是与海藻酸钠反应形成凝胶珠。(2)要洗去凝胶珠上残余的CaCl2和其他污染物并保持绿球藻活性,需采用生理盐水或培养液洗涤。海藻酸钠浓度过低导致凝胶珠孔径过大,部分绿球藻进入溶液,所以溶液呈绿色。(3)从图1可以看出,海藻酸钠浓度为2.0%时,绿球藻数量最多,所以应选用2.0%浓度的海藻酸钠制备凝胶珠。(4)空白凝胶珠组Zn2+浓度下降的原因可能是凝胶吸附Zn2
15、+。综合图1和图2可以看出,固定化藻的实验组2448h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是绿球藻生长速度快,吸收了Zn2+。7296h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有绿球藻生长速度减慢,Zn2+浓度较低等。12.某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答下列问题。发酵产酒酒精度的比较时间/d游离酵母固定化酵母00021.02.542.14.263.25.083.95.4104.36.0124.66.4(1)制作凝胶珠的实验步骤是:酵母细胞的活化配制海藻酸钠溶液固定化酵母细胞。(2)影响实验成败的关键步骤是。(3)CaCl2溶液中钙离子的作用是
16、使胶体聚沉,海藻酸钠起的作用。(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵,定时记录发酵液中酒精度的变化。实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是,要求条件相同是为了确保。由表可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期的延迟期的时间要。答案(1)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合(2)配制海藻酸钠溶液(3)包埋酵母细胞(或载体)(4)适宜的温度、pH等单一变量短解析制备固定化酵母细胞的实验步骤为: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
17、固定化酵母细胞;该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。酵母菌的酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温度、pH等条件下进行,两组实验的条件相同,才能够确保无关变量相同,且遵循单一变量原则。由表可知,在12d的发酵时间里,固定化酵母发酵产酒酒精度从0度到6.4度,游离酵母发酵产酒酒精度从0度到4.6度,而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第4d即达到4.2度,表明其延迟期短。13.回答与果胶和果胶酶有关的问题。(1)通常从腐烂的水果上分离产果胶酶的微生物,其原因除水果中果胶含量较高外,还因为。(2)为了获得高产果胶酶微生物的单菌落,通常对分离或诱变后的微生物悬液进行。(3)在某种果汁生产中,用果胶酶
18、处理显著增加了产量,其主要原因是果胶酶水解果胶使。果汁生产中的残渣果皮等用于果胶生产,通常将其提取液浓缩后再加入使之形成絮状物,然后通过离心、真空干燥等步骤获得果胶制品。(4)常用固定化果胶酶处理含果胶的污水,其主要优点有和可连续处理等。在建立和优化固定化果胶酶处理工艺时,除考虑果胶酶的活性和用量、酶反应的温度、pH、作用时间等环境因素外,还需考虑的因素有和。答案(1)腐烂的水果中含产果胶酶的微生物较多(2)涂布分离(或划线分离)(3)水果组织软化疏松及细胞受损体积分数为95%的乙醇(4)提高果胶酶的稳定性固定化的方法固定化所用的介质解析(1)腐烂的水果,果胶含量高,能够产果胶酶的微生物多。(
19、2)微生物培养,获得单菌落的方法是对微生物悬液进行涂布分离(或划线分离)。(3)果胶酶能够水解细胞壁的主要构成成分果胶,使水果组织软化及细胞受损,增加果汁产量。果胶在乙醇中的溶解度低,故通常向提取液中加入体积分数为95%的乙醇,使果胶形成絮状物便于分离。(4)固定化果胶酶技术的主要优点是提高酶的稳定性和酶作用的连续性,操作时需要注意影响酶活性的因素以及酶固定的方法和介质。14.纤维素酶在生产、生活中应用十分广泛,请回答下列问题。(1)一般认为纤维素酶至少包括三种组分即。(2)可以利用分解纤维素的微生物提取纤维素酶,鉴别这类微生物可用染色法,在长出菌落的培养基上,染色后需加入溶液洗去浮色。(3)
20、棉麻织物的主要成分是纤维素,实验发现含纤维素酶的洗衣粉仍可洗涤棉麻织物,但是在洗涤过程中要特别注意控制。(4)为提高纤维素酶的利用率,科研人员将纤维素酶与海藻酸钠混合后,滴加到一定浓度的CaCl2溶液中,使液滴形成凝胶珠,该固定方法称为法。其中CaCl2的作用是。若凝胶珠颜色较浅,原因可能是海藻酸钠浓度过。(5)该科研人员进一步探究纤维素酶固定化后的热稳定性变化。将固定化酶和游离酶置于60 水浴中,每20 min测定其活力一次。结果如图所示。据图分析,纤维素酶固定后热稳定性提高,依据是。答案(1)C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶(2)刚果红NaCl(3)洗涤时长(酶的使用量)(4)包埋法使海藻酸钠聚
21、沉,形成稳定的凝胶珠低(5)固定化酶活力下降速率小于游离酶解析(1)纤维素酶至少包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶三种组分。(2)刚果红可以与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,故鉴别纤维素分解菌可以用刚果红染色法。使用一定浓度的NaCl溶液既可确保微生物的活性,又能洗去多余的刚果红染液。(3)棉麻织物的主要成分是纤维素,但纤维素酶能使棉麻织物的结构变得蓬松,从而使渗入到深处的污垢能够与洗衣粉充分接触,达到很好的去污效果,所以含纤维素酶的洗衣粉仍可洗涤这类衣物。为了避免损坏衣物,需注意洗涤时间和酶的使用量。(4)将纤维素酶与海藻酸钠混合后,滴加到一定浓度的CaCl2溶液(使海藻酸钠聚沉,形成稳定的凝胶珠)中,使液滴形成凝胶珠,即为包埋法。若海藻酸钠溶液浓度过低,会导致凝胶珠中纤维素酶量较少。(5)据图分析,随着时间的延长,固定化酶活力比游离酶活力下降慢,说明纤维素酶固定化后热稳定性提高。
