酵母细胞固定化实验的深度解析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 酵母细胞固定化实验的深度解析 生物学是一门以实验为基础的自 然科学，观察和实验是生物科学教学的 重要方法，是实施素质教育的良好切入 点。实验教学已成为高中生物教学内容 中最重要的组成部分之一，同时也成为 高考的重点和热点，现行高考不仅考书 本实验，还考书外实验，不仅考实验的 掌握应用，还考实验的迁移。下面对酵 母细胞固定化实验的相关内容作一个深 度解析。 中国论文网 /8/view-12884989.htm 1 酵母细胞固定化原理的深度解 析 海藻酸钠是由 a-L-甘露糖醛酸(M 单元)与 b-D-古罗糖醛酸(G 单元)依靠 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1,4-糖苷键连接形成的丝性共聚物，其 分子为(C6H7NaO6Na)n，不同海澡酸钠 的 M 和 G 的比率和排列顺序不同，其 分子结构如图 1 所示。由海藻酸钠的结 构式可知，海藻酸钠含有很多游离的羧 基和羟基，性质活泼，这些基团能与大 多数二价或多价金属离子发生交联反应 形成不溶于水的褐藻酸金属盐，如海澡 酸钠与 Ca2+形成海藻酸钙的胶体。 图 2 是海藻酸钠和褐藻酸钙凝胶 的红外光谱图，图中 3 3703 420 cm-1 归属为褐藻酸盐中OH 伸缩振动峰，2 930 cm-1 归属为 CH 基团的伸缩振动 峰，15401650 cm-1 是褐藻酸羧基的反 对称伸缩振动峰，1 4881 350 cm-1， 是羧基的对称伸缩振动峰，1 0001 100 cm-1 是吡喃糖环 CO 伸缩振动峰。由 图可以看出，褐藻酸钠在成凝胶前后发 生的最明显的变化就是OH 峰的位置， 成凝胶前OH 峰的波数为 3 395 cm-1 而成凝胶后为 3 418 cm-1，成凝胶后向 高波数方向偏移了 23 cm-1，这些变化 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 主要是因为褐藻酸钠成凝胶后 GG 段与 Ca2+形成了配位结构，两个羧基氧、一 个环间氧和一个羟基氧参与了配位，由 于羟基氧参与了配位降低了氢键缔合程 度使得OH 峰向高波数偏移。另外在 2 930 cm-1 处褐藻酸钠在成凝胶之前 CH 伸缩振动吸收较强而成凝胶后 C- H 伸缩振动吸收较弱，其原因在于褐藻 酸钠成凝胶后 Ca2+与 GG 交联形成的 网格状结构限制了六元环上 CH 键的 伸缩振动，使得偶极矩变化较小，而吸 收峰较弱。 此外，1 5401 650 cm-1 和 1 4881 350 cm-1 吸收强度减弱，这主要 是由于钙的交联形成了 COOCaOCO基团结构。 这充分表明褐藻酸钠中羧基与 Ca2+形 成了螯合结构，进而证明了海藻酸钙分 子是由 Ca2+离子的交联形成的网状大 分子。 将海藻酸钠加入含钙离子的介质 中，钙离子将置换海藻酸钠大分子中的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 部分氢离子和钠离子而转化为海藻酸钙 分子，反应式为 Ca2+HAlg+NaAlgCa(Alg) 2+H+Na+。故凝胶体中同时存在 NaAlg、HAlg 和 Ca(Alg)2，这 3 种结构 相互交错连接，由于各自的结合力不同， 导致整个海藻酸钙凝胶大分子结构的空 间连接力亦不均衡，产生了较大的空隙， 故可容纳其它的分子或细胞（如酵母细 胞） 。 Ca2+在整个体系中起主导作用， 有助于把分子连接在一起，这种作用形 成了三维结构，里斯把它称作“鸡蛋箱” 结构。这些功能基团的变化为制备功能 性海藻酸钙凝胶提供理论依据，也是固 定化酵母细胞的深层原理。 2 海藻酸钙凝胶形成因素的深度 解析 采用氯化钙体系制作的海藻酸钙 凝胶，受氯化钙浓度、温度、海藻酸钠 的浓度影响较大，其中海藻酸钠与氯化 钙的浓度是关键。马萍老师在海藻酸 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 钙凝胶微球的制备和 pH 依赖性溶胀 一文中指出，当海藻酸钠的浓度小于 1或氯化钙的浓度大于 0.02 mol L-1 时均不能滴制成球，而海藻酸钠的浓度 大于 4或氯化钙浓度高于 0.2 mol L-1 时，在凝胶的表面迅速形成致密的 交联结构，阻碍了 Ca2+向凝胶内部的 扩散，使得内部不能形成完整的凝胶结 构。当氯化钙溶液的温度为 50 时， Ca2+和褐藻酸钠的交联程度最好。另外 褐藻酸钠分子中 M/G 对海藻酸钙凝胶 的性能有着重大的影响。 3 实验操作注意点的深度解析 （1） 海藻酸钠浓度低会导致包 埋的酵母细胞少。海藻酸钠浓度低，导 致海藻酸钙凝胶结构中的间隙偏大，从 而有一部分酵母细胞从间隙中漏出，所 以包埋的酵母细胞少。 （2） 海藻酸钠浓度过高会导致 凝胶珠不成圆形或椭圆形。海藻酸钠浓 度过高时，在凝胶的表面迅速形成致密 的交联结构，阻碍了 Ca2+向凝胶内部 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 的扩散，使得凝胶内部不能形成完整的 网状结构，所以凝胶珠的形状并不是固 定的圆形或椭圆形，而会随凝胶珠空间 位置的变化而发生变化。 （3） 凝胶珠需要在 CaCl2 中浸 泡 30 min。在凝胶珠的形成过程中，先 是表面形成交联结构，然后 Ca2+向凝 胶内部扩散，逐层形交联成网状结构， Ca2+向凝胶内部扩散是一个渐近的过程， 需要一段时间。 （4） 检测拉伸强度是检测凝胶 珠制作是否成功的方法之一。凝胶珠内 部的网状结构确保凝胶珠具有较好的拉 伸强度。将制作好的凝胶珠放在实验桌 上用手挤压，若有一定弹性不容易破裂 （或将凝胶珠在实验桌上用力摔打，凝 胶珠很容易弹起） ，则说明凝胶珠的拉 伸强度较好，表明制备的凝胶珠是成功 的。 （5） 用手挤压凝胶珠是否有液 体流出是检测凝胶珠制作是否成功的方 法之二。当海藻酸钠滴入氯化钙溶液中， -精选财经经济类资料-