1、-1-第二节 固定化酶的制备和应用-2-第二节 固定化酶的制备和应用 首页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 情境导入课程目标用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,容易失活;溶液中的酶很难回收,不能被再次利用,提高了生产成本;反应后酶会混在产物中,可能影响产品质量。固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上,使酶既与反应物接触,又能与产物分离,同时,固定在载体上的酶还可以被反复利用。制备固定化酶的常用方法有哪些?固定化技术的应用是什么?1.了解固定化酶生产的优点。2.了解固定化
2、酶的作用和原理。3.了解固定化细胞的作用和原理。4.能制备固定化酵母细胞。5.了解固定化细胞的应用。-3-第二节 固定化酶的制备和应用 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 一 二 一、固定化酶1.概念:固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。2.优点:在催化反应中,它以固相状态作用于底物,反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离,可被反复使用。3.注意事项:酶的催化反应依赖于其活性部位的完整性,在固定某一种酶时必须选择适当的条件,使其活性部位的基团不受影响。三 四-
3、4-第二节 固定化酶的制备和应用 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 二、制备固定化酶的常用方法目前,制备固定化酶的方法主要有吸附法、交联法、包埋法等,比较如下:种类制备方法吸附法利用离子键作用、物理吸附等方法,将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上交联法利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联,在酶与多功能试剂之间形成共价键,从而得到三维的交联网架结构包埋法将酶包埋在能固化的载体中。常用的载体有聚丙烯酰胺凝胶和硝酸纤维素等 一 二 三 四-5-第二节 固定化酶的制备和应用 JICHU
4、ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 三、固定化细胞技术的应用1.固定化细胞的应用:固定化细胞取代游离的细胞进行发酵,生产各种物质。例如,在工业生产上,利用固定化植物细胞可以生产各种色素、香精等;利用固定化微生物细胞可以生产酒精、啤酒、蛋白酶等。在医学上,利用固定化动物细胞可以生产疫苗等,还可以生产多种激素。将固定化的胰岛细胞制成微囊,能治疗糖尿病;用固定化细胞制成的生物传感器可用于医疗诊断。在化学分析方面,可制成各种固定化细胞传感器。此外,固定化细胞在环境保护、能源开发等领域都有着重要的应用。2.固定化细胞的缺点:(1)
5、固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物;(2)由于载体的影响,营养物质和产物的扩散受到一定限制;(3)尤其是在好氧性发酵中,溶解氧的传递和输送成为关键性的限制因素。一 二 三 四-6-第二节 固定化酶的制备和应用 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 3.固定化细胞的优点:(1)无须进行酶的分离和纯化,减少了酶的活力损失,同时大大降低了生产成本;(2)固定化细胞不仅可以作为单一的酶发挥作用,而且可以利用细胞中所含的复合酶系完成一系列的催化反应;(3)对于活细胞来说,保持了酶的原始状态,酶的稳
6、定性更高;(4)细胞生长停滞时间短,反应快等。一 二 三 四-7-第二节 固定化酶的制备和应用 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 四、酵母菌细胞的固定化技术准备各种实验药品和器材 主要药品有:干麦芽粉、干酵母、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠、硼酸氯化钙溶液等 制备麦芽汁 干麦芽粉+蒸馏水 麦芽汁无菌麦芽汁 活化酵母菌细胞干酵母+蒸馏水活化的酵母菌 配制氯化钙溶液一 二 三 四-8-第二节 固定化酶的制备和应用 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIA
7、NXI随堂练习 首页 制备固定化细胞聚乙烯醇(PVA)+海藻酸钠+蒸馏水 浸泡、洗涤待凝胶珠在溶液中浸泡 30 min 后,取出并用蒸馏水洗涤 3 次备用 发酵麦芽汁探究思考发酵麦芽汁时,容器口应密封还是用无菌棉塞住?为什么?提示:应密封,酵母菌发酵麦芽汁生成酒精利用了酵母菌的无氧呼吸。一 二 三 四-9-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 探究点一 探究点二 直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较问题导引在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂,说明酶制剂使用有很多优点。
8、但酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,容易失活;溶液中的酶很难回收,提高了生产成本,也可能影响产品质量。如果你是工程技术人员,你如何解决这个问题?提示:用固定化酶或固定化细胞取代酶制剂。探究点三-10-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 探究点一 探究点二 名师精讲 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、物理吸附法包埋法是否需要营养物质否否是催化反应
9、单一或多种单一一系列反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质 探究点三-11-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 探究点一 探究点二 优点催化效率高,低耗能、低污染等酶既能与反应物接触,又能与产物分离,同时,固定在载体上的酶还可以被反复利用成本低,操作更容易不足对强酸、强碱、高温和有机溶剂等环境条件非常敏感,容易失活;溶液中的酶很难回收,不能被再次利用,提高了生产成本;反应后酶会混在产物中,可能影响产品质量一种酶只能催化一种化学反应,而在生产实践中,
10、很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到固定后的细胞与反应物不容易接近,尤其是大分子物质,可能导致反应效率下降等 探究点三-12-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 探究点一 探究点二【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.某种固定化酶的优势在于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定的酶都可在细胞外起作用D.固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活性迅速下降解析:酶具有特异性,一种酶固定后不能
11、催化一系列生化反应;固定化细胞技术固定的是细胞内的一系列酶;固定化酶和固定化细胞都能反复使用,若条件适宜,一般不会出现酶的活性迅速下降问题。答案:C方法点拨固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可以反复使用。探究点三-13-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 探究点一 探究点二 变式训练 1 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、
12、能连续生产解析: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,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。答案:C探究点三-14-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 制备固定化酶和固定化细胞的方法问题导引消除污染、保护环境是人们普遍关心的问题,固定化酶和固定化细胞在清除污染、保护环境方面大有作为。应用固定化酶或固定化细胞可以组成快速、高效、连续运行的污水处理系统,如用固定分解氰化物的细菌除去废水中的氰化物;用固定化淀
13、粉酶处理造纸厂的废水;用水解农药的细菌固定化制剂处理农药废水等。制备固定化酶的方法主要有什么?提示:吸附法、包埋法、交联法。探究点一 探究点二 探究点三-15-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 名师精讲目前,制备固定化酶的方法主要有吸附法、交联法、包埋法等。(1)吸附法是利用离子键作用、物理吸附等方法,将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。吸附法的显著特点是工艺简便且条件温和,在生产实践中应用广泛。吸附法(2)交联法是利用多功能试剂进行酶与
14、载体之间的交联,在酶和多功能试剂之间形成共价键,从而得到三维的交联网架结构。交联法探究点一 探究点二 探究点三-16-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页(3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中,如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中,或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中,前者包埋成格子型,后者包埋成微胶囊型。包埋法探究点一 探究点二 探究点三-17-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIAN
15、XI随堂练习 首页【例题 2】试分析下图中,哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似?()解析:A 是吸附法,B 是交联法,C 与 D 是包埋法。制备固定化酵母细胞用的是包埋法,即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中,所以与 C 图最相似。答案:C探究点一 探究点二 探究点三-18-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 变式训练 2 酶的固定方法不包括()A.将酶吸附在固体表面上B.将酶相互连接起来C.将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶中D.将酶制成固体酶制剂,如加酶洗衣粉中的酶解析
16、:将酶制成酶制剂是将酶进行修饰,不属于固定化。答案:D探究点一 探究点二 探究点三-19-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 制备固定化酵母细胞问题导引李超学习了制备固定化酵母细胞后,用固定化酵母细胞发酵制葡萄酒,但是效果却不如直接在冲洗过的葡萄中加入啤酒酵母。这是为什么呢?你能给他解决这个难题吗?提示:固定化酵母细胞包埋在海藻酸钠内,不容易与葡萄接触。可用葡萄糖溶液代替鲜葡萄,将固定化酵母细胞加到葡萄糖溶液中发酵,葡萄糖容易透过海藻酸钠进入到凝胶珠内部。探究点一 探究点二 探究
17、点三-20-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 名师精讲1.实验流程的几点提醒(1)选用的干酵母要具有较强的活性,而且物种单一。(2)酵母菌细胞活化时体积会变大,因此活化前应选择体积足够大的容器,防止酵母菌细胞的活化液溢出。(3)海藻酸钠溶液的配制是固定化细胞的关键,因为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菌细胞的数量少,也会影响实验结果。(4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊。(5)将溶化后的聚乙烯醇海藻酸钠溶液先
18、冷却至 45,再与预热至 35 的酵母菌培养液混合,避免高温杀死酵母菌细胞。要混合均匀,不要进入气泡。(6)固定化酵母菌细胞时,应将酵母菌聚乙烯醇海藻酸钠胶液用注射器以恒定速度缓慢滴入饱和硼酸氯化钙溶液中,而不是注射,以免影响凝胶珠的形成。(7)细胞的固定要在严格的无菌条件下进行,如定容时要用蒸馏水,冲洗凝胶珠要用无菌水。探究点一 探究点二 探究点三-21-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 2.结果分析与评价(1)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
19、钠的浓度偏低,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,则说明海藻酸钠的浓度偏高,制作失败,需要再作尝试。(2)检验凝胶珠的质量是否合格,可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果凝胶珠不容易破裂,没有液体流出,就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易弹起,也能表明制备的凝胶珠是成功的。探究点一 探究点二 探究点三-22-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页【例题 3】下图 1 表示制备固定化酵母细胞的有关操作
20、,图 2 是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图,下列叙述错误的是()A.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液B.图 1 中 X 溶液为硼酸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菌充分接触D.图 1 中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图 2 装置中解析:刚溶化的海藻酸钠应冷却后再与酵母菌混合,否则温度过高会导致酵母菌死亡。答案:A探究点一 探究点二 探究点三-23-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 变式训练
21、 3 下列在制备固定化酵母细胞的操作中,正确的是()A.制备好海藻酸钠后,需立即将其与酵母细胞混合以防凝固B.制备固定化酵母细胞过程应用注射器C.以恒定的速度把酵母菌聚乙烯醇海藻酸钠胶液滴入 CaSO4溶液内D.凝胶珠在硼酸CaCl2溶液中应浸泡 10 min 左右解析:海藻酸钠应先冷却至室温,否则会把酵母细胞杀死。凝胶珠应在硼酸CaCl2溶液中浸泡 30 min 左右。胶液滴入硼酸CaCl2溶液中。答案:B探究点一 探究点二 探究点三-24-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页
22、判断正误(正确的画“”,错误的画“”)。1.固定化酶易与水溶性反应物和产物分离,可被反复使用。()提示:2.制备固定化酶的方法主要有吸附法、交联法和包埋法。()提示:3.固定化细胞内酶的活性基本不损失。()提示:4.吸附法是应用最广泛的细胞固定化方法。()提示:凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法。5.干酵母可以直接加入到海藻酸钠溶液中。()提示:干酵母需加入蒸馏水进行活化。探究点一 探究点二 探究点三-25-第二节 固定化酶的制备和应用 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 首页 6.聚乙烯醇海藻酸钠溶液需冷却至
23、室温再加入酵母菌。()提示:7.以恒定速度快速将注射器中的酵母菌海藻酸钠胶液滴加到饱和硼酸CaCl2溶液中,形成凝胶珠。()提示:以恒定速度缓慢地将注射器中的酵母菌海藻酸钠胶液滴加到饱和硼酸CaCl2溶液中。8.形成凝胶珠后,将凝胶珠立即从溶液中取出,用无菌水冲洗。()提示:凝胶珠在溶液中浸泡 30 min 后取出,用蒸馏水冲洗。探究点一 探究点二 探究点三-26-第二节 固定化酶的制备和应用 SUITANG LIANXI随堂练习 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首页 1 2 3 4 51.关于固定化酶的叙述不正确的是()A.既能与反应物接触,又能
24、与反应物分离B.固定在载体上的酶可被反复利用C.可催化一系列反应D.酶的活性和稳定性受到限制解析:固定化酶只能催化一类反应。答案:C-27-第二节 固定化酶的制备和应用 SUITANG LIANXI随堂练习 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首页 2.固定化酶的优点是()A.有利于增加酶的活性B.有利于产物的纯化C.有利于提高反应速度D.有利于酶发挥作用解析:固定化酶能连续利用,不会与产物混合,有利于产物纯化。答案:B1 2 3 4 5-28-第二节 固定化酶的制备和应用 SUITANG LIANXI随堂练习 JICHU ZHISHI基础知识 ZHO
25、NGDIAN NANDIAN重点难点 首页 3.酶的固定化常用的方式不包括()A.吸附B.包埋C.交联D.将酶加工成固体解析:将酶加工成固体不属于固定化。答案:D1 2 3 4 5-29-第二节 固定化酶的制备和应用 SUITANG LIANXI随堂练习 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首页 4.关于酵母细胞活化的说法,不正确的是()A.酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸B.活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态C.酵母细胞活化所需要的时间较短D.酵母细胞活化后体积增大解析:活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态。答案:A1 2 3 4 5
26、-30-第二节 固定化酶的制备和应用 SUITANG LIANXI随堂练习 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首页 5.酵母细胞固定化的步骤排序正确的是()A.制备麦芽汁 发酵麦芽汁 活化酵母细胞 制备固定化酵母细胞 凝胶珠的洗涤B.制备固定化酵母细胞 制备麦芽汁 活化酵母细胞 凝胶珠的洗涤 发酵麦芽汁C.制备麦芽汁 活化酵母细胞 制备固定化酵母细胞 发酵麦芽汁 凝胶珠的洗涤D.制备麦芽汁 活化酵母细胞 制备固定化酵母细胞凝胶珠的洗涤 发酵麦芽汁解析:制备麦芽汁,活化酵母细胞后才能制备固定化酵母细胞,得到凝胶珠要用无菌水洗涤,最后发酵麦芽汁。答案:D1 2 3 4 5
