《制备和应用固定化酶》教学课件

第二节制备和应用固定化酶第三章酶的应用技术实践在制造葡萄酒的过程中，菌种产生的酶非常敏感易失活，使得菌种难以重复利用。溶液酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件容易失活中的酶很难回收，提高了生产成本，还可能影响产品质量。那么我们能否采取一些方法避免这些情况的发生呢？今天我们就来学习酶的固定化技术解决这些实际问题。1.知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题。2.知道常用的固定化技术及使用范围，明确固定化技术的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤，会解释各种现象。（重、难点）固定化酶技术1.概念：将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；（2）固定在载体上的酶可以被反复利用；（3）酶反应过程可严格控制。2.固定化酶技术的优点3.酶的固定化方法酶的固定化方法主要可分为四类：吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。吸附法和共价偶联法又可统称为载体结合法。1．对固定酶的作用影响最小的固定方法是哪一种？【提示】吸附法。固定化细胞技术凝胶包埋法微生物动物植物琼脂海藻酸钠凝胶分离纯化活力单一一系列原始状态更高细胞外酶载体好氧性2．固定化细胞为什么只能用于生产胞外酶和其他能分泌到细胞外的产物？【提示】

因为固定化细胞固定的是活细胞，细胞膜具有选择透过性，细胞内有用的物质(如胞内酶)是不能自由进出细胞的。1．酶在催化时会发生变化，不可反复利用。(×)【提示】在催化反应前后性质不变，可反复利用。2．固定化酶技术所用的固定载体一般为液相的。(×)【提示】固定载体一般为固相的。3．固定化植物细胞可以生产各种色素、香精、药物、酶等。(√)4．活化酵母菌细胞的方法是高温加热后冷却至45℃。(×)【提示】加入蒸馏水用玻璃棒搅拌，活化1h。固定化酶技术①酶的固定方法有哪些？优点分别是什么？②固定化酶只能催化一种或一类生化反应吗？吸附法包埋法共价交联法共价偶联法1.酶的固定化方法主要可分为四类2．常用的制备固定化酶的方法固定化酶方法原理固定载体优点吸附法离子键作用、物理吸附纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体工艺简便且条件温和，在生产上应用广泛，而且稳定性能好交联法酶和多功能试剂之间形成共价键利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，从而得到三维的交联网架结构包埋法将酶包埋能固化的载体中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酵母菌细胞的固定化技术①为什么要等海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？②制备过程为什么需要无菌操作？凝胶珠检测有哪些指标？(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)将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌细胞混合，避免高温杀死酵母菌。(4)固定化酵母菌细胞时，应将海藻酸钠与酵母菌细胞的混合液用注射器缓慢滴加到饱和硼酸­氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。注意事项1.目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列选项属于应用中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，影响产品的质量D．直接用于生产中的酶可以多次利用解析人们对酶的使用经历了直接使用酶→酶制剂→固定化酶→固定化细胞四个阶段。固定化酶的使用使酶与反应液易于分离，又可以反复利用，降低了生产成本，提高了产品质量；固定化细胞的使用，一次可以催化一系列反应；如果直接使用酶或酶制剂，溶液中的酶很难回收，不能再次得到利用，提高了生产成本，反应后酶会混在产物中，影响产品质量。答案C2.下列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．制成的加酶洗衣粉可以被反复利用C．能自由出入依附的载体D．能催化一系列的酶促反应解析加酶洗衣粉不属于固定化酶的应用；固定化酶的主要优点是能够与产物分离、重复使用；固定化细胞才能催化一系列的酶促反应。答案A3.下列对固定化酶和固定化细胞的说法，错误的是(

)。A．固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术B．固定化酶和固定化细胞技术包括包埋法、交联法和物理吸附法C．一般来说，酶更适合采用包埋法固定化，而细胞多采用交联法和物理吸附法固定化D．包埋法常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等解析酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，所以酶更适合采用交联法和物理吸附法固定化；而细胞个体大，难以被吸附或结合，所以细胞多采用包埋法固定化。答案C4.根据材料回答下列有关问题。Ⅰ.某大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠来包埋小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果(注：酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶的活性和酶的数量)。(1)从图1可以看出：固定化小麦酯酶比游离的小麦酯酶对温度变化的适应性更________。(2)从图2可以看出：海藻酸钠浓度为________时的小麦酯酶活力最强。当海藻酸钠浓度较低时，酵活力较低的原因是：________________________________________________。Ⅱ.某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下。①活化酵母细胞：称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；②配制CaCl2溶液：将无水CaCl2溶解在定量蒸溜水中，配制成一定浓度的CaCl2溶液；③配制海藻酸钠溶液：用定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水/无菌水中，配制成溶液；④海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将活化的酵母细胞迅速加入到刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀；⑤固定化酵母细胞：用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中，观察凝胶珠形成。(1)请你改正其中两处错误的操作：第一处__________________________________________；第二处__________________________________________。(2)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右，目的是____________________________________________。(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅呈白色，则说明海藻酸钠质量分数为________(过低/过高)。解析从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，图1反映了固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围较广。图2曲线表明质量分数为3%的海藻酸