人教版生物必修讲义酵母菌细胞的固定化第一课时(高考总复习).

1、选修选修1:1:生物技术实践生物技术实践 专题专题4 4 酶的研究与应用酶的研究与应用 课题3 酵母细胞的固定化 知识回顾：知识回顾： 1 1、洗衣粉中添加、洗衣粉中添加_，可以，可以 更有效地清除顽渍。常用的酶制剂更有效地清除顽渍。常用的酶制剂 有有_四类。四类。 2 2、影响酶活性的因素有、影响酶活性的因素有_、 _和和_。 3 3、影响洗衣粉洗涤效果的因素有、影响洗衣粉洗涤效果的因素有 _ 。 在食品、化工、轻纺、医药等在食品、化工、轻纺、医药等 领域大规模使用酶制剂，说明领域大规模使用酶制剂，说明 酶制剂使用有很多优点，你能酶制剂使用有很多优点，你能 举出一些例子吗？举出一些例子吗？

2、催化效率高、低能耗、低污染等。催化效率高、低能耗、低污染等。 酶制剂的使用有缺点吗？酶制剂的使用有缺点吗？ 你能举出一些例子吗？你能举出一些例子吗？ 酶制剂存在的缺陷：酶制剂存在的缺陷： 1 1、通常对强酸、强碱、高温和有、通常对强酸、强碱、高温和有 机溶剂等条件非常敏感，容易失活；机溶剂等条件非常敏感，容易失活； 2 2、溶液中的酶很难回收，不能被、溶液中的酶很难回收，不能被 再次利用，提高了生产成本；再次利用，提高了生产成本； 3 3、反应后会混在产物中，可能影、反应后会混在产物中，可能影 响产品质量。响产品质量。 如果你是工程如果你是工程 技术人员，你如何技术人员，你如何 解决这个问题？

3、解决这个问题？ 阅读阅读P49-50P49-50，并思考：，并思考： 1 1、解决酶应用中存在问题的方法是？、解决酶应用中存在问题的方法是？ 2 2、这种方法的优点是什么？、这种方法的优点是什么？ 3 3、什么是高果糖浆？使用它有何好处？、什么是高果糖浆？使用它有何好处？ 4 4、生产高果糖浆需要什么酶？其作用、生产高果糖浆需要什么酶？其作用 是什么？这种酶有何特点？是什么？这种酶有何特点？ 5 5、了解高果糖浆生产过程。、了解高果糖浆生产过程。 一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例 1 1、固定化酶技术。即将酶固定在、固定化酶技术。即将酶固定在 一定空间内的技术（如固定在不一定空间内

4、的技术（如固定在不 溶于水的载体上）。溶于水的载体上）。 2 2、固定化酶技术的优点：、固定化酶技术的优点： （1 1）使酶既能与反应物接触，又）使酶既能与反应物接触，又 能与产物分离；能与产物分离； （2 2）固定在载体上的酶可以被反）固定在载体上的酶可以被反 复利用。复利用。 3 3、高果糖浆是果糖含量为、高果糖浆是果糖含量为42%42%左右左右 的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果 糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖 尿病、龋齿和心血管病，对人的健尿病、龋齿和心血管病，对人的健 康有利。康有利。 你能写出果糖的分子式吗你能写出果糖的分子式

5、吗? ? 它属于什么糖它属于什么糖? ? 4 4、生产高果糖浆需要葡萄糖异构、生产高果糖浆需要葡萄糖异构 酶；其作用是将葡萄糖转化为果酶；其作用是将葡萄糖转化为果 糖；这种酶稳定性好，可持续发糖；这种酶稳定性好，可持续发 挥作用。挥作用。 你能写出方程式吗你能写出方程式吗? ? 5 5、固定化酶技术生产高果糖浆的图示：、固定化酶技术生产高果糖浆的图示： 注意反应柱的注意反应柱的 各部分名称。各部分名称。 你能说出反应你能说出反应 柱的优点吗？柱的优点吗？ 反应柱能连续使用半年，大大反应柱能连续使用半年，大大 降低了生产成本，提高果糖的降低了生产成本，提高果糖的 产量和质量。产量和质量。 优点：

6、优点： 练习：练习： 1 1、下列说法不正确的是（、下列说法不正确的是（ ） A A、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，、葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触， 转化成的是果糖转化成的是果糖 B B、从固定化酶反应柱下端流出的是果、从固定化酶反应柱下端流出的是果 糖糖 C C、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、 糖尿病、龋齿和心血管病糖尿病、龋齿和心血管病 D D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆 中回收中回收 2 2、研究认为，用固定化酶技术处理污、研究认为，用固定化酶技术处理污 染物是很有前途的。如将从大肠杆菌染物是很有前途的。如将从大肠

7、杆菌 得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制 成制剂，可以用来降解残留在土壤中成制剂，可以用来降解残留在土壤中 的有机磷农药，与用微生物降解相比，的有机磷农药，与用微生物降解相比， 其作用不需要适宜的（其作用不需要适宜的（ ） A A、温度、温度 B B、PHPH C C、水分、水分 D D、营养、营养 3 3、目前，日用化工厂大量生产的、目前，日用化工厂大量生产的 酶制剂，其中的酶大都来自酶制剂，其中的酶大都来自 A A、化学合成、化学合成 B B、动物体内、动物体内 C C、植物体内、植物体内 D D、微生物体内、微生物体内 在生产实际中使用固定化酶在生产实际中使

8、用固定化酶 技术有无不足技术有无不足? ?如有不足如有不足, ,怎么办怎么办? ? 有。一种酶只能催化一种化学有。一种酶只能催化一种化学 反应，而在生产实际中很多产反应，而在生产实际中很多产 物的形成都通过一系列的酶促物的形成都通过一系列的酶促 反应才能进行，所以操作比较反应才能进行，所以操作比较 麻烦。麻烦。 可采用固定化细胞技术。可采用固定化细胞技术。 二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术 1 1、概念：、概念： 利用物理或化学方法将细胞利用物理或化学方法将细胞 固定在一定空间的技术。固定在一定空间的技术。 细胞中含有一系列酶，在细胞细胞中含有一系列酶，在细胞 正常生命活动的过程中，通过正

9、常生命活动的过程中，通过 代谢产生所需要的代谢产物。代谢产生所需要的代谢产物。 阅读阅读P50P50：思考第二段的问题：思考第二段的问题 2.2.将酶或细胞固定化的方法将酶或细胞固定化的方法 将酶（或细胞）包埋在将酶（或细胞）包埋在 细微网格里细微网格里 将酶（或细胞）相将酶（或细胞）相 互连接起来互连接起来 将酶（或细胞）吸附在将酶（或细胞）吸附在 载体表面上载体表面上 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 吸附法吸附法 方方 法法 原原 理理 适用适用 对象对象 包包 埋埋 法法 将聚合物的单体与酶溶液将聚合物的单体与酶溶液 混合，再借助于聚合助进混合，再借助于聚合助进 剂剂( (包括交联剂

10、包括交联剂) )的作用进的作用进 行聚合，酶被包埋在聚合行聚合，酶被包埋在聚合 物中以达到固定化物中以达到固定化 酶或酶或 细胞细胞 方法方法原原 理理 适用适用 对象对象 化学化学 结合结合 法法 酶蛋白的侧链基团和载休酶蛋白的侧链基团和载休 表面上的功能基团之间形表面上的功能基团之间形 成共价键而固定的方法成共价键而固定的方法 酶酶 物理物理 吸附吸附 法法 通过氢键、疏水作用和通过氢键、疏水作用和 电子亲和力等物理作用，电子亲和力等物理作用， 将酶固定于水不溶载体上。将酶固定于水不溶载体上。 从而制成固定化酶从而制成固定化酶 酶酶 3 3、固定化细胞常用的载体、固定化细胞常用的载体 常用

11、的不溶于水的多孔性载体常用的不溶于水的多孔性载体 有哪些？有哪些？ 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、明胶、琼脂糖、海藻酸钠、 醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等 如果反应底物是大分如果反应底物是大分 子物质，能否用固定化细子物质，能否用固定化细 胞技术胞技术? ? 为什么？为什么？ 那应该采用何种技术那应该采用何种技术? ? 练习：练习： 1.1.使用固定化细胞的优点是使用固定化细胞的优点是( )( )。 A.A.能催化大分子物质的水解能催化大分子物质的水解 B.B.可催化一系列化学反应可催化一系列化学反应 C.C.与反应物易接近与反应物易接近 D.D.有利于酶在细胞外发挥作用有利于酶在

12、细胞外发挥作用 2.2.酶的固定方法不包括酶的固定方法不包括( )( )。 A.A.将酶吸附在固体表面上将酶吸附在固体表面上 B B将酶相互连接起来将酶相互连接起来 C C将酶包埋在细微网格里将酶包埋在细微网格里 D D将酶制成固体酶制剂，如加将酶制成固体酶制剂，如加 酶洗衣粉中的酶酶洗衣粉中的酶 3 3、如果反应物是大分子物质，采、如果反应物是大分子物质，采 用那种方法催化受限制用那种方法催化受限制( )( )。 A A直接使用酶直接使用酶 B B使用化学方法结合的酶使用化学方法结合的酶 C C使用固定化细胞使用固定化细胞 D D使用物理吸附法固定的酶使用物理吸附法固定的酶 4 4、下列关于

13、酶和细胞的固定叙述、下列关于酶和细胞的固定叙述 不正确的是不正确的是( )( )。 A A 酶分子很小，易采用包埋法酶分子很小，易采用包埋法 B B酶分子很小，易采用化学结合酶分子很小，易采用化学结合 或物理吸附法固定的酶或物理吸附法固定的酶 C C细胞个大，难被吸附或结合细胞个大，难被吸附或结合 D D细胞易采用包埋法固定细胞易采用包埋法固定 5. 5. 关于固定化酶的叙述不正确的关于固定化酶的叙述不正确的 是是 ( )( )。 A A 既能与反应物接触，又能与反既能与反应物接触，又能与反 应物分离应物分离 B B固定在载体上的酶可被反复利固定在载体上的酶可被反复利 用用 C C可催化一系列

14、反应可催化一系列反应 D D酶的活性和稳定性受到限制酶的活性和稳定性受到限制 6 6、固定化细胞对酶的活性影响最小，根、固定化细胞对酶的活性影响最小，根 本原因是本原因是( )( )。 A A避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B B固定化细胞在多种酶促反应中连续发固定化细胞在多种酶促反应中连续发 挥作用挥作用 C C促化反应结束后，能被吸收和重复利促化反应结束后，能被吸收和重复利 用用 D D细胞结构保证了各种酶在细胞内化学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反应中有效的发挥作用 三、实验操作三、实验操作 （一）制备固定化酵母细胞（一）制备固定

15、化酵母细胞 阅读阅读P50P505151思考下列问题：思考下列问题： （1 1）制备过程包括哪几个步骤？）制备过程包括哪几个步骤？ （2 2）你认为哪个步骤的操作是最）你认为哪个步骤的操作是最 重要的一环？重要的一环？ （3 3）各步骤应当分别注意什么问）各步骤应当分别注意什么问 题？题？ 1 1、酵母细胞的活化、酵母细胞的活化 思考：思考： 关于酵母菌你有哪些知识？关于酵母菌你有哪些知识？ 什么是活化？什么是活化？ 怎样活化？怎样活化？ 应注意什么？应注意什么？ 活化：活化： 让处于休眠状态的微生物重新让处于休眠状态的微生物重新 恢复正常的生活状态；恢复正常的生活状态； 本质：本质： 加快新

16、陈代谢；加快新陈代谢； 方法：方法： 加入适量的水。加入适量的水。 你能说出理由吗？你能说出理由吗？ 取取1g1g干酵母，放干酵母，放 入入50ml50ml的小烧杯的小烧杯 中，加入蒸馏水中，加入蒸馏水 10ml10ml，用玻璃棒，用玻璃棒 搅拌，使酵母细搅拌，使酵母细 胞混合均匀，成胞混合均匀，成 糊状，放置糊状，放置1h1h左左 右使其活化右使其活化 思考：思考： 你认为酵母的活化操作有你认为酵母的活化操作有 哪些注意事项？哪些注意事项？ 1 1、所用容器要大一些；、所用容器要大一些； 2 2、要保证酵母菌的活性；、要保证酵母菌的活性； 3 3、物种要单一；、物种要单一； 4 4、注意水的

17、用量。、注意水的用量。 2 2、配制物质的量浓度为、配制物质的量浓度为0.05mol/L0.05mol/L 的的CaClCaCl2 2溶液溶液 称取无水称取无水CaclCacl2 2 0.83g 0.83g。放入。放入 200mL200mL的烧杯中，加入的烧杯中，加入150mL150mL的蒸的蒸 馏水，使其充分溶解，待用。馏水，使其充分溶解，待用。 3 3、配制海藻酸钠溶液、配制海藻酸钠溶液 操作：操作： 称取称取0.7g0.7g海藻酸钠，放入海藻酸钠，放入50mL50mL 小烧杯中小烧杯中. .加人加人10mL10mL水，用酒精灯水，用酒精灯 加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠加热，边加热边搅拌

18、，将海藻酸钠 调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏 水定容至水定容至10mL10mL。注意，加热时要用。注意，加热时要用 小火，或者间断加热，反复几次，小火，或者间断加热，反复几次， 直到海藻酸钠溶化为止直到海藻酸钠溶化为止 加热使海藻酸钠溶化是操作中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，最重要的一环，涉及到实验的成败， 一定要按照教材的提示进行操作。一定要按照教材的提示进行操作。 海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞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，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，将很难形成凝

19、胶珠；如果浓度过低， 形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的 数目少，影响实验效果。数目少，影响实验效果。 应当注意什么问题？应当注意什么问题？ 4 4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合、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将溶化好的海藻酸钠溶液冷 却至室温，加入已活化的醉母细却至室温，加入已活化的醉母细 胞，进行充分搅拌，使其混合均胞，进行充分搅拌，使其混合均 匀，再转移至注射器中。匀，再转移至注射器中。 为什么海藻酸钠溶液要冷却？为什么海藻酸钠溶液要冷却？ 5 5、固定化酵母细胞、固定化酵母细胞 以恒定的速度缓慢地将注射以恒定的速度缓慢地将注射 器中的溶液滴

20、加到配制好的器中的溶液滴加到配制好的 Cacl2Cacl2溶液中，观察液滴在溶液中，观察液滴在Cacl2Cacl2 溶液中形成凝胶珠的情形。将这溶液中形成凝胶珠的情形。将这 些凝胶珠在些凝胶珠在Cacl2Cacl2溶液中浸泡溶液中浸泡30 30 minmin左右。左右。 你知道还有什么地方可以用你知道还有什么地方可以用 到氯化钙？到氯化钙？ 刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaCl2CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡 一段时间，以便形成稳定的结构。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，可以使用检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用 下列方法：下列方法： 一是用镊子夹起一个凝胶珠

21、放在实验桌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。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凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠 是成功的。是成功的。 这一阶段成功与否呢？怎样评价？这一阶段成功与否呢？怎样评价？ 观察凝胶珠的颜色和形状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，固色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固 定

22、的酵母细胞数目较少；如果形成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，明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败， 需要再作尝试。需要再作尝试。 （二）用固定化细胞发酵（二）用固定化细胞发酵 1 1、将固定好的酵母细胞、将固定好的酵母细胞( (凝胶凝胶 珠珠) )用蒸馏水冲洗用蒸馏水冲洗2-32-3次。次。 2 2、 将将150mL150mL质量分数为质量分数为10%10%的的 葡萄糖溶液转移到葡萄糖溶液转移到200mL200mL的锥形的锥形 瓶中，再加入固定好的酵母细瓶中，再加入固定好的酵母细 胞，置于胞，置于2525下

23、发酵下发酵24h24h。 这一阶段成功与否呢？怎这一阶段成功与否呢？怎 样评价？样评价？ 观察发酵的葡萄糖溶液；观察发酵的葡萄糖溶液； 利用固定的酵母细胞发酵产生利用固定的酵母细胞发酵产生 酒精，可以看到产生了很多气酒精，可以看到产生了很多气 泡，同时会闻到酒味。泡，同时会闻到酒味。 还有其他方法吗？还有其他方法吗？ 请思考课后练习请思考课后练习 P52 类型类型优点优点不足不足 直直 接接 使使 用用 酶酶 催化效率高，低催化效率高，低 耗能、低污染等。耗能、低污染等。 对环境条件非常敏感，对环境条件非常敏感， 容易失活；溶液中的酶容易失活；溶液中的酶 很难回收，不能被再次很难回收，不能被再次 利用，提高了生产成本；利用，提高了生产成本； 反应后酶会混在产物中，反应后酶会