高中生物 专题4 酶的研究与应用 4.3 酵母细胞的固定化导学案 新人教版选修1.doc

4.3 酵母细胞的固定化一、学习目标1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。2尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。二、学习重点和难点1学习重点：制备固定化酵母细胞。2学习难点：制备固定化酵母细胞。三、学习过程 基础知识1.背景酶：优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。 实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。 设想： 。固定化酶：优点 。 实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到的。 设想： 。固定化细胞：优点 。 2.固定化酶的应用实例高果糖浆是指 。 能将葡萄糖转化为果糖的酶是 。使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种 上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的 。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与 接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。3.固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞是利用 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、 和 法。一般来说，酶更适合采用 和 法固定，而细胞多采用 法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被 或 ，而个小的酶容易从 中漏出。包埋法法固定化细胞即将微生物细胞 包埋在不溶于水的 中。常用的载体有 、 、 、 和 等。思考1：对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？ 思考2：将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定 ；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定 。4.实验操作(1)制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞需要的材料是 、 和 。1. 酵母菌的活化活化就是处于 状态的微生物重新恢复正常的生活状态。2. 配制物质的量尝试为0.05mol/l的cacl2溶液。3. 配制海藻酸钠溶液。加热溶化海藻酸钠时要注意： 。4. 海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合。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 溶液中，并浸泡 (时间)。(2) 用固定化酵母细胞发酵1. 将固定好的酵母细胞用 冲洗2-3次。2. 发酵时的温度就为 ，时间 。思考3：加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？思考4：为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？思考5：发酵过程中锥形瓶为什么要密封？思考6：锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？思考7：在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？5.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）观察发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多 ，同时会闻到 。在具体的操作过程中，还应该注意下列问题。（一）酵母细胞的活化。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.51 h。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。（二）加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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细胞的数目少，影响实验效果。（三）刚形成的凝胶珠应在cacl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。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。（四）直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。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、 固定化、物理吸附法固定化包埋法固定化是否需要营养物质否否是催化反应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)小分子物质缺点对环境条件非常敏感，易失活难回收， 成本高，影响产品质量不利于催化一系列酶促反应反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降练习1高果糖浆生产需要的酶是 a葡萄糖异构酶 b蔗糖酶 c麦芽糖酶 d果糖酶2下列关于固定化酶中用到的反应柱的理解中。正确的是a反应物和酶均可自由通过反应柱 b反应物和酶均不能通过反应柱c反应物能通过，酶不能通过 d反应物不能通过，酶能够通过 3. 如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制a直接使用酶 b使用化学方法结合的酶c使用固定化细胞 d使用物理吸附法固定的酶4固定化细胞常用包埋法固定，原因是a包埋法固定操作最简便 b包埋法对酶活性的影响最小c包埋法固定具有普遍性 d细胞体积大，难以被吸附或结合5下列不属于固定化酶在利用时的特点的是a一种固定化酶一般不能催化一系列酶促反应b有利于酶与产物分离，提高产物品质c能自由出入依附的载体d酶是催化剂，但固定化酶也不可永远利用6下列关于酵母菌的叙述，正确的是a酵母菌在营养物质充足、环境适宜时，依靠有性生殖进行繁殖 b酵母菌的代谢类型是异养厌氧型 c酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种细胞器膜等d用酵母菌酿酒时，应先密封后通气7目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于应用中所面临的实际问题的是a酶通常对强酸、强碱、高温非常敏感，但对有机溶剂不敏感b酶的结构比较稳定，所以催化功能很高c酶用于生产时可能会混在产物中，影响产品质量 d直接用于生产中的酶可以多次利用8. 固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是a避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 b固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用c促化反应结束后，能被吸收和重复利用d细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用9. 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酵母细胞活化所需要的时间较短 c活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态 d酵母细胞活化后体积增大 10下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法中，错误的是a固定化酶生物活性强，可长久使用b一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高c一般酶制剂只能一次性利用 d固定化酶可降低生产成本，提高产量和和质量11使用固定化酶的优点是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12. 酶的固定方式不包括a. 将酶吸附在载体表面上 b将酶相互连接起来 c将酶包埋在细微网格里 d将酶加工成固体13. 使用固定化细胞的优点是a. 能催化大分子物质的水解 b可催化一系列化学反应 c与反应物易接近 d有利于酶在细胞外发挥作用14.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是a酶分子很小，易采用包埋法 b酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶c细胞个大，难被吸附或结合 d细胞易采用包埋法固定15研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与微生物降解相比，其作用不需要适宜的 a温度 b酸碱度 c水分 d营养16下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是a琼脂糖 b醋酸纤维素 c聚丙烯酰胺 d聚乙烯树脂17下列关于固定化细胞的叙述，正确的是a催化效率高，低耗能、低污染 b对环境的条件非常敏感，容易失活c既能与反应物充分接触，又能与产物分离 d成本低、操作简单，但反应效率可能很低18溶解海藻酸钠，最好采用下列哪种加热的方法a小火间断 b小火持续 c大火间断 d大火持续19. 对配制海藻酸钠溶液的叙述不准确的是 a加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环 b.海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量c海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠 d海藻酸钠的浓度过低，形成凝胶珠内包埋细胞过少20在制备固定化酵母细胞的实验中，cacl2溶液的作用是a调节溶液ph b进行离子交换c胶体聚沉 d为酵母菌提供钙离子参考答案：基础知识1.能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？ 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。 细胞中有多种酶，能否用固定化酶类似的技术来处理细胞？ 成本低，操作更容易2.果糖含量为42%的糖浆 葡萄糖异构酶 颗粒状的载体上 筛板 葡萄糖异构酶 3. 物理 化学 包埋 化学结合法 物理吸附法 化学结合法、 物理吸附法 包埋法 化学结合 吸附 包埋料 均匀 多孔性载体 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等思考1：吸附法 思考2：细胞 ； 酶4.干酵母 cacl2 海藻酸钠溶液 休眠 微火加热并不断搅拌，防止海