2024高中生物专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化教案新人教版选修1

PAGE9-课题3酵母细胞的固定化[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。3.利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。学问点一固定化酶与固定化细胞技术学问梳理1.固定化酶的应用实例：高果糖浆的生产(1)反应机理：葡萄糖eq\o(→,\s\up15(葡萄糖异构酶))eq\o(□,\s\up3(01))果糖。(2)固定化酶的反应柱示意图(3)生产过程将eq\o(□,\s\up3(03))葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上↓放入底部装有分布着很多小孔的筛板的eq\o(□,\s\up3(04))反应柱内(酶颗粒不能通过筛板上的小孔，反应液能通过)↓将葡萄糖溶液从反应柱eq\o(□,\s\up3(05))上端注入↓流经反应柱，与葡萄糖异构酶接触转化成果糖↓从反应柱eq\o(□,\s\up3(06))下端流出(4)固定化酶技术的特点：使生产成本大大降低，同时提高了果糖的产量和质量。2．固定化酶和固定化细胞技术(1)固定化酶技术①概念：固定化酶是利用eq\o(□,\s\up3(01))物理或eq\o(□,\s\up3(02))化学方法将酶固定在肯定空间内的技术。②固定方法：多采纳eq\o(□,\s\up3(03))化学结合法或eq\o(□,\s\up3(04))物理吸附法。a．化学结合法是指将酶分子相互结合，或将其结合到eq\o(□,\s\up3(05))纤维素、琼脂糖、eq\o(□,\s\up3(06))离子交换树脂等载体上的固定方式。b．物理吸附法是指将酶吸附在固体吸附剂表面的方法，吸附剂多为eq\o(□,\s\up3(07))活性炭、eq\o(□,\s\up3(08))多孔玻璃等。③优点：与一般酶制剂相比，固定化酶既能与eq\o(□,\s\up3(09))反应物接触，又能与eq\o(□,\s\up3(10))产物分别，同时还可以被eq\o(□,\s\up3(11))反复利用。(2)固定化细胞技术①概念：固定化细胞是利用eq\o(□,\s\up3(12))物理或eq\o(□,\s\up3(13))化学方法将细胞固定在肯定空间内的技术。②固定方法：多采纳eq\o(□,\s\up3(14))包埋法。包埋法固定化细胞是指将微生物细胞匀称地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有eq\o(□,\s\up3(15))明胶、eq\o(□,\s\up3(16))琼脂糖、eq\o(□,\s\up3(17))海藻酸钠、eq\o(□,\s\up3(18))醋酸纤维素和eq\o(□,\s\up3(19))聚丙烯酰胺等。③优点：与固定化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本更低，eq\o(□,\s\up3(20))操作更简单。1.从操作角度考虑，固定化酶和固定化细胞哪一种方法对酶活性的影响更小？固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶？提示：固定化细胞操作更简单，对酶活性影响更小。固定化细胞可以催化一系列反应，故固定的是一系列酶。比如固定化酵母细胞将葡萄糖转化形成酒精的过程就是一系列酶催化反应的结果。2．为什么酶更适合采纳化学结合法和物理吸附法，而细胞多采纳包埋法固定化？提示：因为细胞体积大，而酶分子很小；体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小的酶简单从包埋材料中漏出。3．固定化酶与固定化细胞的反应液有什么不同？提示：①在固定化酶应用过程中，反应溶液中只须要加入酶的底物。②固定化细胞在应用过程中，要保持细胞的正常生命活动，反应溶液中除须要加入反应的底物外，还应加入满意细胞生命活动所须要的养分物质等。典题分析题型一固定化酶与固定化细胞的比较[例1]酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域，下列有关叙述错误的是()A．常用的酶制剂有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶B．制备固定化酶和固定化细胞的方法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法等C．常用包埋法将脂肪酶和淀粉酶固定D．固定化细胞可以催化一系列酶促反应解题分析常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶，A正确；制备固定化酶和固定化细胞的方法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法等，一般来说，酶更适合采纳化学结合法和物理吸附法固定，细胞多采纳包埋法固定，B正确，C错误；固定化细胞固定的是一系列酶，因此可以催化一系列酶促反应，D正确。答案C[例2]下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是()A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合解题分析固定化酶制作的目的是能够顺当从发酵产物中把酶分别出来，并能够使酶反复运用，A正确；溶解氧交换受阻会影响细胞呼吸，是固定化细胞应用的重要限制因素，B错误；固定化细胞用于生产、获得细胞的代谢产物，C正确；将细胞包埋在多孔载体内部而制成固定化细胞，细胞并不与凝胶通过共价键结合，D正确。答案B技法提升干脆运用酶、固定化酶和固定化细胞的比较学问点二制备固定化酵母细胞的试验操作学问梳理1.试验操作流程2．操作提示(1)海藻酸钠的浓度海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键，因为假如海藻酸钠浓度过高，将eq\o(□,\s\up3(01))很难形成凝胶珠，假如浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量eq\o(□,\s\up3(02))少，也会影响试验效果。(2)海藻酸钠溶液配制与运用①海藻酸钠溶化时要eq\o(□,\s\up3(03))小火或eq\o(□,\s\up3(04))间断加热，避开海藻酸钠发生焦糊；②将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与已活化的酵母细胞混合，避开高温杀死eq\o(□,\s\up3(05))酵母细胞；③固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器eq\o(□,\s\up3(06))缓慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影响eq\o(□,\s\up3(07))凝胶珠的形成。(3)CaCl2的作用是使海藻酸钠胶体发生eq\o(□,\s\up3(08))聚沉，形成eq\o(□,\s\up3(09))凝胶珠。(4)凝胶珠的检测方法①挤压法：用镊子夹起一个凝胶珠放在试验桌上用手挤压，假如凝胶珠eq\o(□,\s\up3(10))不简单裂开，eq\o(□,\s\up3(11))没有液体流出，就表明凝胶珠制作胜利。②摔打法：在试验桌上用力摔打凝胶珠，假如凝胶珠很简单eq\o(□,\s\up3(12))弹起，也表明制备的凝胶珠是胜利的。3．结果分析与评价(1)视察凝胶珠的eq\o(□,\s\up3(01))颜色和形态：假如制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，说明eq\o(□,\s\up3(02))海藻酸钠溶液的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；假如形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明eq\o(□,\s\up3(03))海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，须要再做尝试。(2)酵母菌无氧发酵的反应式为C6H12O6eq\o(→,\s\up15(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量。假如试验胜利，应当有eq\o(□,\s\up3(04))气泡产生，并具有eq\o(□,\s\up3(05))酒味；而不含酵母菌的凝胶珠所做的比照试验，则无此现象。1.什么是酵母细胞的活化？提示：在缺水状态下，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复原正常的生活状态。酵母细胞的活化就是指让处于休眠状态的酵母细胞重新复原正常的生活状态。2．固定酵母细胞的过程中三次运用到蒸馏水，请说出是哪三个环节？提示：酵母细胞的活化，配制CaCl2溶液以及配制海藻酸钠溶液定容时需运用蒸馏水。3．酵母菌的活化或配制CaCl2溶液时，都运用了蒸馏水，为什么不能运用自来水？提示：防止自来水中各种离子影响试验结果，削减杂菌污染。典题分析题型二关于固定化酵母细胞制备过程的考查[例3]下面是制备固定化酵母细胞的试验步骤，请回答：酵母细胞的活化→配制CaCl2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复原____________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时____________。(2)影响试验成败的关键步骤是________。(3)假如海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。(4)视察形成凝胶珠的颜色和形态，假如颜色过浅，说明__________；假如形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_______。(5)固定化细胞技术一般采纳包埋法固定化，缘由是______________。答案(1)缺水正常的生活体积会增大(2)配制海藻酸钠溶液(3)少(4)海藻酸钠浓度偏低海藻酸钠浓度偏高，制作失败(5)细胞体积大，难以被吸附或结合课堂小结当堂检测——查漏补缺巩固提升1.下列不属于固定化酶在利用时的特点的是()A．有利于酶与产物分别B．可以被反复利用C．能自由出入依附的载体D．一种固定化酶一般状况下不能催化一系列酶促反应答案C解析固定化酶由于酶被固定在不溶性的载体上，很简单与产物分别，同时酶也能反复运用，这是固定化酶的主要优点，A、B正确，C错误；通常固定化酶的种类单一，所以不能催化一系列酶促反应(须要一系列的酶)，D正确。2．下列图形依次表示网格包埋法、载体结合法、物理吸附法和凝胶珠包埋法的一组是()A．①②③④ B．④③②①C．③②①④ D．④②①③答案C解析①为物理吸附法，②有载体，可见为载体结合法，③为网格包埋法，④是凝胶珠包埋法。3．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是()A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B．固定化酶的应用中，要限制好pH、温度和溶解氧C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需供应相宜的养分条件D．利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类的作用只是作为反应底物答案A解析固定化细胞技术由于保留了细胞内原有的多酶系统，连续催化反应的优势特别明显，A正确；固定化酶的应用中，不需限制溶解氧，B错误；酶的降解作用是纯粹的化学反应不需各种养分条件，C错误；利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类的作用不只是作为反应底物，还为酵母菌的生长繁殖供应物质和能量，D错误。4．下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是()①配制CaCl2溶液②配制海藻酸钠溶液③海藻酸钠与酵母细胞混合④酵母细胞活化⑤固定化酵母细胞A．①②③④⑤ B．④①③②⑤C．④⑤②①③ D．④①②③⑤答案D解析制备固定化酵母细胞步骤：酵母细胞活化→配制CaCl2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。5．某一试验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵试验，试验材料及用具齐全。(1)酵母细胞的固定常用的方法是________。(2)该试验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程为：①使干酵母与蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；②将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配制成CaCl2溶液；③用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液；④向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合匀称；⑤将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液滴加到CaCl2溶液中，视察凝胶珠的形成。请你改正其中错误的操作：________________________。(3)该试验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。①图中a为________________；b是反应柱。②从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的缘由是：_____________。③为使该试验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，试验过程肯定要在________条件下进行。④加入反应液后的操作是关闭活塞1和活塞2。⑤装置的长导管起到什么作用？______________________________。答案(1)包埋法(2)③中海藻酸钠溶解应用小火或间断加热；④中海藻酸钠溶液冷却至室温再加入已活化的酵母细胞(3)①固定化酵母细胞②浓度过