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退出目录课题3酵母细胞的固定化退出目录课前预习导学目标导航学习目标重点难点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。重点:制备固定化酵母细胞。难点:制备固定化酵母细胞。退出目录预习导引一、固定化酶的应用实例和固定化细胞技术1.课题背景(1)酶应用时存在的实际问题①对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,易失活;②溶液中的酶很难回收,不能被再次利用,提高了生产成本;③反应后的酶会混在产物中,如不除去,会影响产品质量。(2)固定化酶的优点:酶既能与反应物接触,又能与产物分离,还可以被反复利用。(3)固定化细胞的优点: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。退出目录2.固定化酶的应用实例(1)高果糖浆高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆。(2)固定化酶反应的过程将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上↓放入底部有许多小孔的反应柱(酶颗粒不能通过,反应液能通过)↓葡萄糖溶液从反应柱的上端注入退出目录↓流经反应柱↓与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成果糖↓果糖从反应柱的下端流出3.固定化细胞技术(1)固定化技术的类型:包埋法、化学结合法和物理吸附法。(2)包埋法包埋法固定化细胞即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。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。退出目录预习交流1——固定化酶有哪些不足?任何一项新技术有利,也必有弊。固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上的一项新技术,由该特点你是否想到了固定化酶的不足?能否结合过氧化氢酶对过氧化氢的分解实验对此不足之处进行解释说明?提示:将酶固定在不溶于水的载体上,限制了酶分子与底物分子(或离子)的接触,减少了酶与底物的接触面积,降低了化学反应的速度。例如,用肝脏研磨液(内含过氧化氢酶)分解过氧化氢就比用成块的鲜肝分解过氧化氢的速度快,因为成块的鲜肝过氧化氢酶大部分存在于肝细胞内,与过氧化氢的接触面积小,不利于过氧化氢的分解,而肝脏研磨液将过氧化氢酶从肝细胞内释放出来,增加了过氧化氢酶与过氧化氢分子的接触面积,使反应更容易进行。退出目录二、实验操作1.制备固定化酵母细胞(1)酵母细胞的活化活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。(2)配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液。(3)配制海藻酸钠溶液加热溶化海藻酸钠时要注意:加热时要用小火,或者间断加热,反复几次,直到海藻酸钠溶化为止。(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合。退出目录(5)固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中,浸泡30min左右。2.用固定化酵母细胞发酵(1)将固定好的酵母细胞用蒸馏水冲洗2~3次。(2)发酵时的温度为25℃,时间为24h。退出目录预习交流2——何时向海藻酸钠溶液中加入酵母细胞?用接种环对微生物进行接种操作时,需要使灼烧灭菌的接种环先冷却再使用,由该操作你能设想一下何时向海藻酸钠溶液中加入酵母细胞吗?请给予适当的解释。提示:应等到海藻酸钠溶液冷却至室温后才能向其内加入酵母细胞,因为温度过高的海藻酸钠溶液和温度过高的接种环一样,都可能杀死菌种。退出目录课堂合作探究问题导学一、固定化酶的应用和固定化细胞技术活动与探究11.葡萄糖和果糖有何异同点?葡萄糖异构酶的作用是什么?提示:葡萄糖和果糖的相对分子质量相同,都为180,但分子结构有所不同。葡萄糖异构酶的作用是将葡萄糖转化为果糖。2.什么是固定化酶和固定化细胞技术?提示: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。退出目录3.你能说出固定化酶的制备和作用原理吗?提示:将酶固定在一种颗粒状不溶于水的载体上将酶颗粒装到一个反应柱内,柱底端装上分布着许多小孔的筛板(允许反应液自由出入,不允许酶颗粒通过)从反应柱上端注入反应液,从反应柱下端收集生成液。4.固定化酶是否可以永远地利用下去?提示:不能。酶是生物催化剂,其活性受环境影响较大,随着时间推移活性降低,一般一个反应柱可以连续使用半年。5.对酶或细胞固定的方法有哪些?酶和细胞分别适合用哪种固定方法?提示:有包埋法、化学结合法和物理吸附法。酶适合采用化学结合法和物理吸附法,而细胞多采用包埋法。退出目录6.从操作角度来考虑,你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种对酶活性的影响更小?提示:固定化细胞技术。7.固定化细胞固定的是一种酶还是一系列酶?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?提示:固定化细胞可以催化一系列反应,所以固定的是一系列酶。固定化细胞技术。退出目录迁移与应用1下列关于固定化酶的说法错误的是()。A.固定化酶的活力也受强酸、高温等因素的影响B.酶固定化后会使酶的利用率提高C.利用固定化酶可降低生产成本D.反应结束后,固定化酶与产物混合成为杂质解析:固定化酶容易与产品分离,有利于产物的纯化;能反复使用提高了酶的利用率,因此可降低成本;固定化酶的本质是蛋白质,活力也受强酸、高温等因素的影响。答案:D退出目录直接使用酶、固定化酶技术和固定化细胞技术的比较直接使用酶固定化酶技术固定化细胞技术酶的种数一种或几种一种一系列酶常用载体无高岭土、皂土、硅胶、凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法无化学结合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要营养物质否否是退出目录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,反应效率下降优点催化效率高、耗能低、低污染①既能与反应物接触,又能与产物分离;②可以反复利用成本低、操作容易退出目录二、固定化酵母细胞的实验操作活动与探究21.写出固定化酵母细胞的制备流程。提示: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。2.讨论影响制备固定化酵母细胞实验的关键步骤是什么?提示:海藻酸钠溶液的配制。3.配制海藻酸钠时小火间断加热并不断搅拌的目的是什么?提示:防止海藻酸钠焦糊。4.发酵过程中锥形瓶为什么要密封?提示:酵母菌的酒精发酵需要无氧条件。5.当观察到哪些现象时,可以说明实验获得成功?提示: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泡,同时会闻到酒味。退出目录迁移与应用2下列有关制备固定化酵母细胞的叙述,错误的是()。A.溶解海藻酸钠,最好采用持续加热的方法B.溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温才能加入酵母细胞C.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少D.制备凝胶珠时要缓慢地将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中解析:解答本题要注意将酵母细胞的固定化流程及其注意事项结合在一起记忆。溶解海藻酸钠,最好采用小火或间断加热的方法,避免发生焦糊现象。答案:A退出目录制备固定化酵母细胞的注意事项(1)酵母细胞的活化:在缺水的状态下,微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短,一般需要1h左右,要提前作好准备。此外,酵母细胞活化时体积会变大,因此活化前应该选择体积足够大的容器,以避免酵母细胞的活化液溢出容器。(2)加热:加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一个环节,影响到实验的成败。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,影响实验效果。退出目录(3)凝胶珠的检测:刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间,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下列方法: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,如果凝胶珠很容易弹起,也能表明制备的凝胶珠是成功的。(4)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,需要再作尝试。退出目录当堂检测1.关于固定化酶和一般酶制剂应用效果的说法中,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,提高产量和质量解析:固定化酶可反复利用,所以使用时间较长,并不是因为生物活性强而可长久使用。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退出目录2.常用包埋法固定细胞,需要用不溶于水的多孔性载体,下列不能充当载体的是()。A.琼脂糖B.蔗糖C.海藻酸钠D.明胶解析:用包埋法来固定细胞是将微生物细胞用物理方法包埋在多孔性载体内部,常用的载体有琼脂糖、海藻酸钠、明胶和聚丙烯酰胺等。答案:B退出目录3.试分析下图中,哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似?()解析:A是吸附法,B是载体结合法,多用于酶的固定;C和D是包埋法,C一般是将酶包埋在微网格里,D是包埋在凝胶中。制备固定化酵母细胞用的是包埋法,即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶中,所以与D相似。答案:D退出目录4.下列关于酵母细胞活化的说法,不正确的是()。A.酵母细胞活化就是使酵母细胞由无氧呼吸变成有氧呼吸B.活化就是让处于休眠状态的细胞恢复正常的生活状态C.酵母细胞活化所需要的时间较短D.酵母细胞活化后体积增大解析:在缺水的状态下,微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复到正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短,一般需要1h左右。答案:A退出目录5.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海藻酸钠溶液与酵母细胞混合④酵母细胞活化⑤固定化酵母细胞A.①②③④⑤B.④①③②⑤C.④⑤②①③D.④①②③⑤解析:制备固定化酵母细胞的基本步骤是: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。答案:D