2017-2018学年高中生物苏教版选修1课件：第三章 第二节 固定化酶的制备和应用

第三章 第二节 理解·教材新知 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 一 知识点二 把握·命题热点 命题点一 命题点二 把握·命题热点 课堂回扣练习 课下综合检测 第二节 固定化酶的制备和应用 1．固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。 2．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要有机营养的供应。 3．改变海藻酸钠溶液的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。 4．配制海藻酸钠溶液应小火加热或间断加热。 5．在制备固定化酵母细胞的过程中，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至45 ℃，才能加入已活化的酵母细胞。 6．固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又可使酶与产物分离，提高了产品质量。 固定化酶和固定化细胞技术 1．制备固定化酶的方法 (1)固定化酶：指用 或 的方法将酶与 ___结合在一起形成的仍具有 的酶复合物。 物理学 化学 固相载 体 酶活性 (2)制备固定化酶的方法： 种类 制备方法 物理吸附法 将酶吸附在_______、 等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上 化学结合法 利用 进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成 ，从而得到三维的____ _________ 包埋法 将酶包埋在 中。常用的载体有______ _________和 等 纤维素 琼脂糖 多功能试剂 共价键 交联 网架结构 能固化的载体 聚丙烯 酰胺凝胶 硝酸纤维素 (3)固定化酶的优点：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 ，可被_____使用。 2．固定化细胞技术的应用 (1)应用：固定化细胞可以取代 的细胞进行发酵，生产各种物质。 (2)优点： ①固定化细胞技术无须进行 ，减少了酶的活力损失，同时大大降低了 。 分离 反复 游离 酶的分离和纯化 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 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_______更高。 ④细胞生长停滞时间短， 等。 (3)缺点： ①固定化细胞只能用于生产 和其他能够分泌到细胞外的产物。 ②由于_____的影响，营养物质和产物的扩散受到一定的限制。 ③在 发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。 复合酶系 稳定性 反应快 细胞外酶 载体 好氧性 1．固定化酶和固定化细胞一般采用什么方法？为什么？ 提示：固定化酶常用化学结合法或物理吸附法。因酶分子小，易从包埋 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 中漏出，故一般不用包埋法进行固定。固定化细胞常用包埋法，因个大的细胞难以被吸附或结合。 2．(1)你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法对酶活性的影响更小？ (2)如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？ 3．如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法？ 提示：(1)固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。(2)选固定化细胞技术，因固定化细胞固定的不是一种酶而是一系列酶，故可催化连续的酶反应。 提示：因为大分子物质不容易进入细胞内，因此不宜采用固定化细胞技术，应采用固定化酶技术。 1．直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较 项目 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 纤维素、琼脂糖、硝酸纤维素、聚丙烯酰胺凝胶 明胶、琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶 项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞 制作方法 物理吸附法、化学结合法、包埋法 包埋法、物理吸附法 是否需要营养 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 项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞 缺点 ①对环境条件非常敏感，易失活 ②难回收，成本高，影响产品质量 不利于催化一系列的酶促反应 反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降 酵母菌细胞的固定化技术 1．酵母细胞固定前要活化，原因是什么？ 2．为什么麦芽汁可以被质量分数为10%的葡萄糖溶液替代？ 提示：在缺水状态，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的酵母细胞恢复正常的生活状态。 提示：酵母菌也可以利用葡萄糖作为营养物质。 3．为什么说海藻酸钠适用于多种细胞的固定化？ 提示：用海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞，除对细胞无毒性外，还具有操作简便、条件温和等特性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。 1．制备固定化酵母细胞的注意事项 (1)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。 (2)海藻酸钠的浓度关系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量少，也会影响实验效果。 (3)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。 (4)将溶化后的聚乙烯醇­海藻酸钠溶液先冷却至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。 (5)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。 (6)海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定30 min左右。 2．实验结果分析与评价 (1)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，需要再做尝试。 (2)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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明凝胶珠的制作成功。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。 固定化酶和固定化细胞的原理、作用 [例1]　(江苏高考)下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是 (　　) A．可用包埋法制备固定化酵母细胞 B．反应产物对固定化酶的活性没有影响 C．葡萄糖异构酶固定前后专一性不同 D．固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应 [思路点拨] [精讲精析]　本题考查酶或细胞的固定化技术，意在考查对固定化酶和固定化细胞在方法选择和催化反应等方面异同的比较辨别能力。细胞难以被吸附或结合，固定化细胞多采用包埋法，A项正确；反应产物积累能影响酶的结构，从而使酶的活性下降，B项错误；葡萄糖异构酶在固定前后专一性不变，C项错误；固定化细胞固定的是一系列的酶，可以催化一系列的反应，但不能催化各种反应底物的一系列反应，D项错误。 [答案]　A 固定化酵母细胞的制作及其发酵过程 [例2]　(江苏高考改编)下图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。下列叙述不正确的是 (　　) A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母细胞混合制备混合液 B．图1中X溶液为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细胞充分接触 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 [思路点拨]　 [精讲精析]　刚溶化的海藻酸钠溶液要冷却后，才能与活化的酵母细胞混合制备混合液，以免高温使酵母细胞失活；混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母细胞，CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠；发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵过程的顺利进行；制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的CaCl2)后再转移到图2装置中进行发酵。 [答案]　A [课堂回扣练习] 1．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法错误的是 (　　) A．固定化酶的不足之处是不能催化一系列反应 B．固定化酶可再次利用，降低了生产成本 C．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 D．固定化细胞需要进行酶的分离和纯化 解析：固定化酶固定的是一种具体的酶，不能催化一系列化学反应；与直接使用酶相比，固定化酶实现了酶的反复利用，降低了生产成本；固定化细胞主要应用在一些需要活体细胞进行持续性处理的生产过程中，可多步连续催化反应；固定化细胞不需要进行酶的分离和纯化。 答案：D 2．关于固定化酶和一般酶制剂应用效果的说法，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．一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，并能提高产品的产量和质量 解析：固定化酶是因为可回收重新利用而可以较长时间使用的，并不是因为生物活性强而长久使用。单纯从生物活性方面分析，固定化酶与一般酶制剂的活性差别不大。 答案：A 3．下列说法不正确的是 (　　) A．固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、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．由于细胞个大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法 D．反应物是大分子物质时应采用固定化细胞技术 解析：酶和细胞的固定化技术通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法。由于酶分子小，又多带有电荷，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，因而多用包埋法。若反应物过大，需要一系列酶催化，应采用固定化细胞技术。 答案：C 4．关于固定化酵母细胞制备过程的叙述，正确的是 (　　) A．为使酵母菌活化，应让干酵母与自来水混合并搅拌 B．用小火或间断加热可防止海藻酸钠溶液焦糊 C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀 D．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液倒入硼酸­氯化钙溶液中，会观察到溶液中有球形或椭圆形的凝胶珠形成 解析：由于在缺水状态下，微生物处于休眠状态，为了加速酵母细胞的活化，将干酵母与蒸馏水混合后应用玻璃棒充分搅拌。为避免海藻酸钠发生焦糊，溶化时要用小火间断加热。如果将刚溶化好的海藻酸钠与已活化的酵母细胞混合，有可能会因温度过高而杀死酵母细胞。应将与酵母细胞混匀的海藻酸钠用注射器缓慢滴加到硼酸­氯化钙溶液中，而不是倒入。 答案：B 5．下面为固定化酵母细胞及其应用的相关图解，请据图回答问题： (1)某生物小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用图甲中方法[　]________(填号码及名称)，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是______________________________________________。 (2)部分同学制得的凝胶珠如图乙所示，其原因可能是__________、__________等。观察形成的凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明___________________________________________________； 如果形成的凝胶珠不是___________________________________， 说明实验操作失败。 (3)某同学用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵。a代表________，b代表________。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是__________________________________________________。 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在________________条件下进行。装置中的长导管起的作用是__________________________________________________。 解析：固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法；固定化酵母细胞适宜用包埋法。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠溶液的浓度偏高或注射器推进速度过快(或针筒口离硼酸－氯化钙液面附近)。 答案：(1)③　包埋法　酶分子很小，容易从包埋材料中漏出　(2)海藻酸钠溶液的浓度过高　注射器推进速度过快(或针筒口离液面附近)　固定化酵母细胞数目较少　圆形或椭圆形　(3)固定化酵母细胞　反应柱　葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡　无菌　释放反应产生的CO2和防止空气中的杂菌进入反应柱 课下综合检测见课时跟踪检测(八)