人教版選修1 專題4 課題3 酵母菌細(xì)胞的固定化 學(xué)案.doc

一、固定化酶的應(yīng)用實例高果糖漿的生產(chǎn)2葡萄糖異構(gòu)酶的固定：將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝入反應(yīng)柱中。3生產(chǎn)操作(1)生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入。(2)使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸。(3)葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。4優(yōu)點：反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。二、固定化細(xì)胞技術(shù)1概念：利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。2方法：包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。3根據(jù)不同固定對象選擇固定方法(1)細(xì)胞多采用包埋法固定化。(2)酶多采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定化。三、實驗設(shè)計固定化酵母細(xì)胞的制備1制備固定化酵母細(xì)胞2用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵(1)操作步驟：將用蒸餾水沖洗過的固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)用于發(fā)酵的葡萄糖溶液中。(2)現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生；有酒味散發(fā)。共研探究1酶能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但溶液中的酶難以回收，不能被再次利用。解決該問題的方法：將酶固定于不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，還可重復(fù)利用。2固定化酶的應(yīng)用實例(1)固定化酶的裝置將酶固定在一種顆粒狀的載體(如圖中)上，再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱(如圖中)內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板(如圖中)。酶顆粒無法通過篩板的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。(2)高果糖漿的生產(chǎn)裝置中固定的酶為葡萄糖異構(gòu)酶，從反應(yīng)柱的甲端注入葡萄糖溶液，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。3固定化細(xì)胞技術(shù)(1)常用的幾種固定方式連線的特點是：能將酶或者細(xì)胞吸附到載體表面。的特點是：能將酶分子或細(xì)胞相互連接，或者結(jié)合到載體上。的特點是：能將酶或者細(xì)胞包埋在不溶于水的多孔性載體中。(2)固定化細(xì)胞常用的載體：明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。它們都是不溶于水的多孔性物質(zhì)。4固定化酶和固定化細(xì)胞的比較固定化酶固定化細(xì)胞固定對象酶細(xì)胞適宜固定法化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法包埋法特點體積小，固定一種酶，使用包埋法容易從包埋材料中漏出體積大，固定一系列酶，很難用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法5.固定方法的選擇連線6關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的兩個結(jié)論(1)固定化細(xì)胞對酶活性影響最小，因為固定化細(xì)胞保證了細(xì)胞的完整性，酶環(huán)境改變小，對其活性影響小。(2)固定化細(xì)胞使用活細(xì)胞，為了保證活細(xì)胞生活的需要，應(yīng)為其提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)?？偨Y(jié)升華直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶常用載體/高嶺土、皂土、硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺制作方法/化學(xué)結(jié)合法固定化、物理吸附法固定化包埋法固定化是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否是反應(yīng)底物各種物質(zhì)(大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子)小分子物質(zhì)催化反應(yīng)單一或多種單一一系列缺點對環(huán)境條件非常敏感，易失活難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與固定后的細(xì)胞接觸，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降優(yōu)點催化效率高、低耗能、低污染既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；可以反復(fù)利用成本低、操作容易，能產(chǎn)生一系列酶對點演練1下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是()a固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢明顯b固定化酶的應(yīng)用中， 要控制好ph、溫度和溶解氧c利用固定化酶技術(shù)能降解水中所有的污染物d利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物解析：選a固定化細(xì)胞與固定化酶有許多相似之處，但也有較大的區(qū)別(酶與活細(xì)胞有區(qū)別)，固定化細(xì)胞主要應(yīng)用在一些需要活體細(xì)胞進(jìn)行持續(xù)性處理的生產(chǎn)過程中，a正確；固定化酶不像普通酶那樣對環(huán)境要求那么高，耐受性比較好，和溶解氧沒什么關(guān)系，b錯誤；酶具有專一性，只能降解部分有機(jī)污染物，c錯誤；利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類作為反應(yīng)底物，同時也作為碳源來提供能量和物質(zhì)，d錯誤。共研探究利用酵母菌發(fā)酵可以生產(chǎn)酒精，利用固定化細(xì)胞技術(shù)可以提高發(fā)酵效率。實驗中可以用海藻酸鈉來包埋酵母細(xì)胞。1制備固定化酵母細(xì)胞及應(yīng)用(完成表格中的實驗操作)步驟實例圖象主要操作酵母細(xì)胞的活化在50 ml燒杯中加入1 g干酵母，再加入10 ml蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻，放置1小時使其活化配制cacl2溶液/稱0.83 g cacl2放入200 ml燒杯中，加入150 ml蒸餾水，使其溶解，配制物質(zhì)的量濃度為0.05 mol/l的cacl2溶液配制海藻酸鈉溶液稱0.7 g海藻酸鈉放入50 ml燒杯中，加入10 ml水，用酒精燈小火或間斷加熱，邊加熱邊攪拌，直至溶化海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已經(jīng)活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中固定化酵母細(xì)胞以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的cacl2溶液中，觀察液滴在cacl2溶液中形成凝膠珠的情形用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵將凝膠珠用蒸餾水沖洗23次，加入到葡萄糖溶液中，置于25 下發(fā)酵24 h2.酵母細(xì)胞固定化實驗的易混點(1)酵母細(xì)胞固定前要活化，原因：使處于休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。(2)在制備固定化酵母細(xì)胞過程中，cacl2溶液使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。(3)在配制海藻酸鈉溶液時，小火加熱并不斷攪拌的目的：防止海藻酸鈉焦糊；已溶化好的海藻酸鈉溶液要冷卻至室溫再加入已活化的酵母細(xì)胞，防止高溫殺死酵母細(xì)胞。(4)酵母菌的酒精發(fā)酵需要無氧條件，所以發(fā)酵時錐形瓶要密封。(5)無氧條件下，酵母菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生酒精和二氧化碳。(6)在利用固定化酶或固定化細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，無菌操作的原因：如果希望反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞，需要避免其他微生物的污染?？偨Y(jié)升華1制備固定化酵母細(xì)胞的注意事項(1)在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。酵母細(xì)胞需要的活化時間較短，一般為0.51 h，但實驗時需要提前做好準(zhǔn)備。(2)酵母細(xì)胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出。(3)加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，關(guān)系到實驗的成敗，一定要按照教材的提示進(jìn)行操作。加熱時要用小火，或者間斷加熱，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。(4)海藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實驗效果。(5)溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，否則會因溫度過高而導(dǎo)致酵母菌死亡。(6)可利用海藻酸鈉制成不含酵母菌的凝膠珠，用作對照。(7)海藻酸鈉膠體在cacl2這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，需穩(wěn)定30 min左右。(8)細(xì)胞的固定化要在嚴(yán)格無菌的條件下進(jìn)行；反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞時，酵母菌種要純，用具和材料要嚴(yán)格消毒，注意溫度控制，營養(yǎng)全面，還需要避免其他微生物的污染。2實驗結(jié)果分析與評價(1)如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再做嘗試。(2)利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精c6h12o62c2h5oh(酒精)2co2能量，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味，而不含酵母菌的凝膠珠所做的對照實驗則無此現(xiàn)象?！痉椒ㄒ?guī)律】檢驗?zāi)z珠質(zhì)量是否合格的方法(1)用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。(2)在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。對點演練2下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟的敘述，不恰當(dāng)?shù)氖?)a應(yīng)使干酵母與水混合并攪拌，以利于酵母菌活化b配制海藻酸鈉溶液時要用小火或間斷加熱的方法c向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆騞將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液注入cacl2溶液中，會觀察到cacl2溶液中有球形的凝膠珠形成解析：選c將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，方可加入已活化的酵母細(xì)胞。1下列屬于固定化酶應(yīng)用特點的是()可以被反復(fù)利用有利于酶與產(chǎn)物分離能自由出入載體一種固定化酶只催化一種酶促反應(yīng)酶多用包埋法固定化abc d解析：選c酶被固定化后可與產(chǎn)品分離，故可反復(fù)使用，但不能自由出入依附的載體。通常情況下固定化酶種類單一，所以只催化一種酶促反應(yīng)。2固定化細(xì)胞常用包埋法固定化，原因是()a包埋法固定化操作最簡便b包埋法對酶活性的影響最小c包埋法固定化具有普遍性d細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合解析：選d由于細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合，常用包埋法固定化。3制備好的凝膠珠是否符合應(yīng)用要求，常用的檢測方法有()擠壓法摔打法觀察法培養(yǎng)法a bc d解析：選a檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠制作成功；二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制作成功；此外，還可以通過觀察凝膠珠的顏色和形狀來判斷。4.如圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請據(jù)圖回答：(1)請在橫線上填出各標(biāo)號的名稱。_，_，_。(2)與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點是_；固定化細(xì)胞的優(yōu)點是_。(3)的作用是_。(4)制作固定化葡萄糖異構(gòu)酶所用的方式有_和_。(5)據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理。_。解析：與一般的酶制劑相比，固定化酶不僅能與反應(yīng)物充分接觸，還能與產(chǎn)物分離，并且可以反復(fù)利用；與固定化酶相比，固定化細(xì)胞能催化一系列的化學(xué)反應(yīng)，并且固定化細(xì)胞成本更低，操作更容易；使