高中生物 3.4 酶的固定化课件 中图版选修1.ppt

第四节酶的固定化 课程标准 1 尝试制备和应用固定化酶 2 通过实验了解并探讨固定化酶的应用价值 课标解读 1 说出固定化酶的作用 原理和制备方法 2 了解木瓜蛋白酶的固定化及其制备过程 3 说出固定化细胞的作用 原理和方法 探讨固定化酶和固定化细胞的应用价值 1 概念 通过 或 的方法 将 的酶与 的载体结合 使酶固定在载体上 并在一定的 内进行催化反应 这样制成的酶称为固定化酶 固定化酶和固定化细胞技术 1 固定化酶 物理 化学 水溶性 不溶性 空间范围 2 优点 固定化酶 稳定 可以 制品较易 所需工艺设备 应用固定化酶 工业生产可以实现 极大地降低 1 概念 利用适当的 将 固定起来称为细胞固定化技术 2 优点 固定化细胞比固定化酶 目前对 和 等单细胞的固定已显示出明显的优势 2 固定化细胞 活性 反复使用多次 纯化 简单易行 大批量 连续化 自动化 生产成本 载体 合成酶的细胞 更简捷 使用寿命更 细菌 酵母菌 长 日常生活中人们用来蒸馒头的发酵粉在浸泡宜用凉水 温水还是开水 提示浸泡发酵粉最好用温水 温度过低 不利于发挥酶活性 温度过高会杀死酵母细胞 思维激活1 酶的固定化方法大致可以分为以下三类 1 包埋法 是指将酶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 或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中 如下图c d 2 共价键结合法 是指将酶分子相互结合 或将其结合到纤维素 琼脂糖 离子交换树脂等载体上的固定方式 也叫交联法或化学结合法 如下图b 3 物理吸附法 是指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法 固体吸附剂多为活性炭 多孔玻璃等 如下图a 1 固定化酶的方法 1 细胞固定化的方法 包埋法a 含义 将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法 b 凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法 适用于微生物 动物和植物细胞的固定化 所使用的载体主要有琼脂 海藻酸钙凝胶 角叉菜胶 明胶等 吸附法a 动物细胞大多数具有附着特性 能够很好地附着在容器壁 微载体和中空纤维等载体上 2 固定化细胞的方法与优缺点 b 将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝中 或将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上 2 固定化细胞的优点 固定化细胞仍能进行正常的生长 繁殖和代谢 可以像游离的细胞一样用于发酵生产 固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤 能充分利用细胞内的酶 因而 固定化细胞内酶的活性基本没有损失 保留了细胞内原有的多酶系统 对于多步催化的连续反应优势就更加明显 3 固定化细胞的缺点 固定化细胞只能用于生产胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物 由于载体的影响 使营养物质和产物的扩散受到一定的限制 在好氧性发酵中 限制了溶解氧的传递和输送 为了维持细胞的正常生命活动 需要提供足量的营养物质 下列不属于固定化酶在利用时的特点的是 a 有利于酶与产物分离b 可以被反复利用c 能自由出入依附的载体d 一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应解析将酶固定于不溶于水的载体上 使酶既能与反应物接触 又能与产物分离 同时 固定在载体上的酶还可以被反复利用 但是一种固定化酶只能催化一种反应 不能催化一系列反应 答案c 巩固1 刚酿制的啤酒往往含有少量的 而显得浑浊 如果加入木瓜蛋白酶 可以使其水解成 供 增殖所需 从而缩短 时间 提高 使酒质 用 培养基培养大肠杆菌 取1ml菌液加入烧杯中 再加入8ml 和体积分数为2 的 16ml 搅拌均匀 待 后 切成8 9mm3的小块 用 和 洗净 即得到固定化的大肠杆菌细胞 固定化酶和固定化细胞的制备 1 木瓜蛋白酶的应用 2 大肠杆菌细胞的固定化 蛋白质 氨基酸 酵母菌 发酵 啤酒产量 澄清醇和 液体 生理盐水 琼脂 45 50 琼脂凝胶凝固 生理盐水 蒸馏水 在酶的固定化过程中 为什么不能使用金属工具 提示由于金属工具能够改变酶的电荷 故在进行酶的固定化操作过程中 不能使用金属工具 如金属镊子等 思维激活2 木瓜蛋白酶的固定化 1 酶的固定化 2 检验酶的活性取3只50ml小烧杯 编号 分别加入20ml体积分数为5 的蛋清稀释液 以1号烧杯作空白对照 向2号烧杯中加入刚制备的尼龙固定化酶 45 水浴加热10min 用玻璃棒将固定化酶块取出 用物质的量浓度为0 5mol l的nacl溶 液冲洗 向1 2号烧杯中均加入双缩脲试剂a液和b液 观察烧杯中溶液颜色的变化 3 酶的再利用向3号烧杯中加入刚从2号烧杯中取出的尼龙固定化酶 45 水浴加热10min 将固定化酶块捞出 再向3号烧杯中加入双缩脲试剂a液和b液 观察烧杯中溶液颜色的变化 4 结果记录 1 酵母细胞的活化活化就是让由于缺水而处于休眠状态下的微生物重新恢复正常的生活状态 酵母菌活化需要1h左右 酵母细胞活化后体积变大 2 配制物质的量浓度为0 05mol l的cacl2溶液 3 配制海藻酸钠溶液 将0 7g海藻酸钠放入50ml小烧杯中 加入10ml水 用酒精灯小火加热 或者间断加热 边加热加搅拌 反复几次 直至完全溶化 用蒸馏水定容至10ml 如果海藻酸钠浓度过高 将很难形成凝胶珠 如果浓度过低 则形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少 影响 拓展深化固定化酵母细胞的制备与应用1 制备固定化酵母细胞 实验效果 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 加入已经活化的酵母细胞 进行充分搅拌 使其混合均匀 再转移至注射器中 冷却的目的是防止高温杀死酵母菌 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 观察溶液在cacl2溶液中形成凝胶珠的情形 刚形成的凝胶珠应在cacl2溶液中浸泡一段时间 约30min 以便形成稳定的结构 1 将固定好的酵母细胞 凝胶珠 用蒸馏水冲洗2 3次 2 将150ml质量分数为10 的葡萄糖溶液转移到200ml的锥形瓶中 再加入固定好的酵母细胞 置于25 下发酵24h 可以看到产生了很多气泡 同时会闻到酒香 2 用固定化酵母细胞发酵 应用 酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是 a 酶固定化技术是细胞固定化技术的基础b 细胞固定化技术是酶固定化技术的基础c 酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的d 细胞固定化技术先于酶固定化技术答案a 巩固2 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述 不正确的是 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 由于细胞个体大 而酶分子很小 因此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 例1 示例一固定化酶与固定化细胞 思维导图 深度剖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 而细胞个体大 难以被多孔性物质吸附或结合 因而多采用包埋法 答案c 归纳提升固定化酶和固定化细胞的比较 下图中与用海藻酸钠作载体制备固定化酵母细胞相似的是 例2 示例二制备固定化细胞 思维导图 深度剖析a b选项适合于酶的固定化 c选项既用于酶固定 也可用于细胞固定 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d选项相似 答案d 固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的 制备合格的固定化细胞是其关键 下列两种方法可检测凝胶珠的质量是否合格 1 机械法 用镊子夹取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 就表明凝胶珠制作成功 也可以在实验桌上用力摔打凝胶珠 如果凝胶珠很容易弹起 也表明制备的凝胶珠是成功的 2 目测法 合格的凝胶珠应是淡黄色 圆形或椭圆形 如果颜色过浅呈白色 说明海藻酸钠溶液的浓度过低 固定的酵母细胞数目较少 如果形成的凝胶珠形状不规则 则说明海藻酸钠的浓度偏高 探究固定化细胞的固定效果 技法必备 下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤 请回答 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 如果海藻酸钠浓度过低 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 能力展示 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形 说明 5 固定化细胞技术一般采用包埋法固定化 原因是 解析本题考查固定化细胞的原理 方法及注意事项 同时考查酵母菌的有关知识 干酵母在无水状态时休眠 条件一旦适宜 其活性马上恢复 用包埋法固定酵母菌细胞的关键是海藻酸钠溶液的配制 海藻酸钠浓度的高低直接影响酵母菌细胞固定的质量 其中饱和硼酸 氯化钙溶液起到了使胶体聚沉 凝胶珠结构稳定的作用 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 少 4 固定化酵母菌细胞数目较少海藻酸钠浓度偏高 制作失败 5 细胞个体大 不易从包埋材料中漏出 酶的固定有多种方法 其中 通过酶分子的侧链基团相互作用 形成共价键而连接起来的一种方法是 a 吸附法b 共价键结合法c 包埋法d 交联法答案b 1 固定化细胞常用包埋法固定化 原因是 a 包埋法固定化操作最简便b 包埋法对酶活性的影响最小c 包埋法固定化具有普遍性d 细胞体积大 难以被吸附或结合解析因为细胞个大 而酶分子很小 个大的细胞难以被吸附或结合 而个小的酶