2017 2018高中生物 专题4 酶的研究与应用 第12课时 酵母细胞的固定化同步备课 新人教版选修1

1、第,12,课时,酵母细胞的固定化,专题,4,酶的研究与应用,学习导航,1,阅读教材,P,49,课题背景,认识在应用酶的过程中，存在的实际问题,及解决办法,2,通过阅读教材,P,49,一,了解高果糖浆及生产高果糖浆的固定化酶技术,3,结合教材,P,50,二,掌握固定化技术的方法及适合不同固定方法的材料,4,阅读教材,P,50,实验操作,掌握固定化酵母细胞的实验操作过程，达到,能够进行实际操作的目的,重难点击,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,一、固定化酶和固定化细胞技术,当堂检测,二、实验操作,内容索引,一、固定化酶和固定化细

2、胞技术,基础梳理,1,固定化酶的应用实例,生产高果糖浆,1,反应原理：葡萄糖,2,生产过程,将,固定在颗粒状载体上,放入底端装有分布着许多小孔的筛板的,内,酶颗粒不能通过，反应,液能通过,葡萄糖异构酶,果糖,葡萄糖异构酶,反应柱,葡萄糖溶液从反应柱的上端注入,流过反应柱,与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖,果糖从反应柱的,流出,下端,2,固定化酶和固定化细胞技术,1,概念：利用,方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术,2,方法及适用范围,3,优点,固定化酶：酶既能与,接触，又能与,分离，可以反复利用,固定化细胞：与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操,作更容易,包埋法：多适用于,的固

3、定化,多适用于酶的固定化,物理或化学,细胞,物理吸附法,反应物,产物,问题探究,答案,将酶固定在不溶于水的载体上，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,1,固定化酶和固定化细胞的原理,1,根据教材,高果糖浆的生产,分析固定化酶依据的原理与其优点分别,是什么,答案,包埋法。包埋法的原理是：将微生物细胞包埋在不溶于水的多孔,性载体中。与固定化酶技术相比较，该方法成本更低，操作更容易,2,固定化细胞多采用哪种方法？该方法的原理与优点是什么,答案,答案,可采用固定化细胞技术。因为固定化细胞固定的是活细胞，而细,胞中有多种酶，因此可以催化一系列反应,2,固定化酶

4、和固定化细胞的特点分析,1,一种酶只能催化一种或一类化学反应，而在实际生产中很多产物的形,成都需要通过一系列的酶促反应才能进行，怎样解决这一问题,答案,固定化细胞中含有多种酶，能催化一系列生化反应，而固定化酶,中只含有一种酶，只能催化一种生化反应,2,固定化细胞与固定化酶所固定的酶种类有何区别,答案,答案,不能。因为大分子难以通过细胞膜进入细胞，不能与细胞内的酶,接触而发生反应，因此不能用固定化细胞技术，应该用固定化酶技术,3,如果反应物是大分子，能否采用固定化细胞技术？为什么,答案,都需要适宜的温度和,pH,等影响酶活性的条件，但固定化细胞还需,要提供溶解氧和营养物质,4,固定化酶和固定化细

5、胞活性的维持需要的条件有何异同,答案,归纳,总结,固定化酶和固定化细胞的两个区别,1,固定方法的区别,在实际应用中，酶更适用化学结合法和物理吸附法固定，原因是酶分,子小，容易被多孔性物质吸附，更适合与化学物质结合，但容易从包埋,材料中漏出,细胞体积大难以吸附或结合，因而多采用包埋法固定,2,催化作用的区别,固定化细胞操作更容易，对酶活性的影响更小，可以催化一系列反应,但是，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受,到限制。所以，催化的反应物为大分子物质时，最好选用固定化酶技术,拓展应用,1,下列关于固定化酶和固定化细胞的说法，不正确的是,A,固定化酶和固定化细胞的技术方法包括

6、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,由于细胞体积大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定化,D,反应物是大分子物质应采用固定化酶,解析,由于细胞体积大，酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合,而较小的酶容易从包埋材料中漏出。因此，细胞多采用包埋法固定化,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化,答案,解析,答案,酶分子较小，不适合采用包埋法固定化,可采用化学结合法和物理吸附法固定化,一题多变,果汁的生产需要果胶酶，用酶固定法可以提高果,胶酶的利用率,如右图,图中果胶酶的固定化适合,采用哪种方法,答案,2,如今，固定化酶与固定化细胞技术已经

7、大规模地应用于各个生产领域,1,在实际生产中，固定化酶技术能节约成本的原因是,_,与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是,_,解析,将酶固定化后，能使酶在催化反应之后与产物分离，可反复使用,将细胞固定化后，即可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定,固定化酶能被反复,利用,答案,解析,多酶系统,或一系列,酶或多种酶,2,填写下列三种固定化酶的方法：是,是,是,解析,图示将酶相互连接起来，是化学结合法,将酶吸附在载体表面上，是物理吸附法,将酶包埋在细微网格里，是包埋法,化学结合法,物理吸附法,答案,解析,包埋法,3,制备固定化酵母细胞时，常用的包埋材料是,该载体的特,点是,解析,海藻酸钠不溶于水，容

8、易与发酵液分离，在高温时容易熔化，温,度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料,海藻酸钠,不溶于水、多孔,答案,解析,答案,不适合。因为细胞体积大，难以被吸附或结合,一题多变,1,题中图和方法是否适于固定化酵母细胞？为什么,答案,酶分子很小，容易从包埋材料中漏出,2,题中图方法用于固定化酶时有何缺点,答案,方法链接,选择固定化酶与固定化细胞的方法,1,根据固定方法选择,固定化酶技术：由于酶分子较小，可以采用物理吸附法和化学结合法,进行固定，它催化的是单一的化学反应,固定化细胞技术：细胞一般体积较大，适合应用包埋法固定，而且细,胞能够产生多种酶，因此固定化细胞可以催化一系列化学反应

9、,2,根据反应液中加入物质选择,在固定化酶应用过程中，反应溶液中只需要加入酶的底物,固定化细胞在应用过程中，要保持细胞的正常生命活动，反应溶液中,除需要加入反应的底物外，还应加入满足细胞生命活动所需要的营养物,质等,3,根据反应的特点选择,固定化酶可以催化的反应物是小分子或大分子,固定化细胞则只能催化小分子反应物,二、实验操作,基础梳理,1,制备固定化酵母细胞,1,固定方法,2,常用载体：一些不溶于水的,载体,如,琼脂糖,醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等,包埋法,多孔性,明胶,海藻酸钠,3,实验操作,酵母细胞的,_,配制,的,CaCl,2,溶液,配制海藻酸钠溶液,海藻酸钠溶液与,混合,固定化酵母细胞,

10、活化,物质的量浓度为,0.05 mol/L,酵母细胞,2,用固定化酵母细胞发酵,将固定好的酵母细胞,凝胶珠,用,冲洗,2,3,次,将,150 mL,质量分数为,10,的,溶液转移到锥形瓶中,加入固定好的酵母细胞,凝胶珠,置于,25,下发酵,24 h,观察是否有,产生，闻闻是否有酒味,蒸馏水,葡萄糖,气泡,问题探究,1,实验过程分析,1,用于固定酵母细胞的载体是什么？载体的浓度越高固定效果越好吗,答案,海藻酸钠。海藻酸钠浓度过高不易形成凝胶珠；浓度过低形成的,凝胶珠内包埋的细胞过少,答案,海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解，用,小火或间断加热并不断搅拌的目的是防止加热过程中海藻

11、酸钠焦糊,2,配制海藻酸钠时小火或间断加热并不断搅拌的目的是什么,答案,固定的酵母细胞必须保持活性才能发挥作用，冷却后加入酵母细,胞的原因是防止高温杀死酵母细胞,3,为什么要等海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞,答案,2,实验结果分析,1,若凝胶珠颜色过浅、呈白色，你知道是什么原因造成的吗,答案,海藻酸钠浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少,答案,海藻酸钠浓度偏高,2,若凝胶珠不呈圆形或椭圆形，你知道是什么原因造成的吗,答案,如果看到产生很多气泡，同时闻到酒味，则证明实验获得成功,3,利用固定的酵母细胞发酵产生酒精时，当观察到哪些现象时，则可以,说明实验获得成功,答案,归纳,总结,固定化酵母细胞的

12、三个注意事项,1,溶化海藻酸钠，应采用小火或间断加热，直到海藻酸钠完全溶化，以,防加热过快，导致海藻酸钠焦糊,2,制备固定化酵母细胞时，加入酵母细胞的海藻酸钠溶液不能直接,注,入,而应缓慢,滴入,CaCl,2,溶液中，使刚形成的凝胶珠在,CaCl,2,溶液中,浸泡一段时间，以便形成稳定的结构,3,要控制好海藻酸钠的浓度。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,拓展应用,3,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

13、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,CaCl,2,溶液中，会观察到,CaCl,2,溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成,答案,解析,4,下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答下列问题,酵母细胞的活化,配制,CaCl,2,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,解析,酵母细胞在缺水的状态下休眠。活化是加入水使酵母细胞恢复到,生活状态。酵母细胞活化后体积会增大,缺水,正常的生活,答案,

14、解析,体积增大,2,固定化细胞技术一般采用包埋法，而固定化酶常用,和,_,解析,固定化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化,化学结合法,物理,答案,解析,3,影响实验成败的关键步骤是,解析,实验的关键是配制海藻酸钠溶液，得到凝胶珠,配制海藻酸钠溶液,吸附法,4,海藻酸钠溶化过程中的注意事项是,_,要用小火或间断加热，避免海藻酸,钠发生焦糊,解析,海藻酸钠溶化过程要小火加热,小火间断加热,并不断搅拌，使海,藻酸钠完全溶化，又不会焦糊,5,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,如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明,解析,海藻酸钠浓度过低，包埋的酵母细胞就过少；海藻酸钠浓度过高,不

15、易与酵母细胞混合均匀,过少,海藻酸钠浓度偏高，制作失败,答案,解析,6,该实验中,CaCl,2,溶液的作用是,解析,氯化钙溶液能使海藻酸钠聚沉,用于海藻酸钠聚沉,答案,酵母细胞的活化、配制,CaCl,2,溶液以及配制海藻酸钠溶液定容时需,要使用蒸馏水,一题多变,1,固定酵母细胞的过程中三次使用到蒸馏水，请说出是哪三个环节,答案,明胶、琼脂糖、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等,2,本题中固定酵母细胞使用了海藻酸钠，固定化细胞还可以使用哪些固,定化材料,答案,答案,如果酵母细胞没有活化，则仍处于休眠状态；如果溶化好的海藻,酸钠溶液没有冷却就加入了酵母细胞，则酵母细胞会被高温杀死。以上,两种情况都会导致酒精

16、发酵失败，而最终无酒精产生,3,制备好的固定化酵母细胞可以用于酒精发酵，如果酵母细胞没有活化,或溶化好的海藻酸钠溶液没有冷却就加入了酵母细胞，则对酒精发酵会,产生怎样的影响,答案,课堂小结,化学结合,物理吸附,活化,CaCl,2,海藻酸钠,固定化,发酵,当堂检测,2,3,4,5,1,1,下列属于固定化酶应用特点的是,可以被反复利用,有利于酶与产物分离,能自由出入载体,一,种固定化酶只催化一种酶促反应,酶多用包埋法固定化,A,B,C,D,答案,解析,酶被固定后可与产物分离，故可反复使用，但不能自由出入依附,的载体。通常情况下固定化酶种类单一，所以不能催化一系列酶促反应,只催化一种或一类酶促反应。

17、酶分子较小，不适合采用包埋法进行固定,化,解析,2,下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是,A,高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶,B,在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物进入,C,将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出,D,固定化酶技术复杂，成本较高,2,3,4,1,5,答案,解析,3,下图所示的几种固定方式中属于包埋法的一组是,2,3,4,1,5,答案,解析,为吸附法,为化学结合法,为包埋法，包埋于网格中，包埋于微胶囊中,解析,A,B,C,D,4,在制备固定化酵母细胞的实验中,CaCl,2,溶液的作用是,A,用于调节溶液,pH,B,用于进行离子交换,C,用于胶体聚沉,D,用于为酵母菌提供,Ca,2,解析,海藻酸钠胶体在,CaCl,2,这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成,凝胶珠，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形,成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应,2,3,