蘇教版生物選修一 3.2 固定化酶的制備和應(yīng)用 課件（40張）.pptx

第8課時(shí)固定化酶的制備和應(yīng)用 第三章酶的應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐 學(xué)習(xí)導(dǎo)航1 簡(jiǎn)述固定化酶的制作方法 2 簡(jiǎn)述固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用及酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù) 重難點(diǎn)擊1 簡(jiǎn)述固定化酶的制作方法 2 簡(jiǎn)述酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù) 一 固定化酶和制備固定化酶的常用方法 二 固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用 內(nèi)容索引 當(dāng)堂檢測(cè) 一 固定化酶和制備固定化酶的常用方法 1 固定化酶 1 概念 固定化酶是指用或的方法將酶與結(jié)合在一起形成的仍具有酶活性的 2 特點(diǎn) 在催化反應(yīng)中 它以狀態(tài)作用于底物 反應(yīng)完成后容易與水溶性和分離 可被使用 基礎(chǔ)梳理 物理學(xué) 化學(xué) 固相載體 酶復(fù)合物 固相 反應(yīng)物 產(chǎn)物 反復(fù) 2 制備固定化酶的常用方法 1 物理吸附法是將酶吸附在 等多糖類或多孔玻璃 離子交換樹脂等載體上的固定方式 其顯著特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)便且條件溫和 2 化學(xué)結(jié)合法是利用進(jìn)行酶與載體之間的交聯(lián) 在酶和多功能試劑之間形成 從而得到三維的 3 包埋法是將酶包埋在能固化的中 如將酶包裹在 等高分子凝膠中包埋成 或包裹在等半透性高分子膜中包埋成 纖維素 瓊脂糖 多功能試劑 共價(jià)鍵 交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 載體 聚丙烯酰胺凝膠 格子型 硝酸纖維素 微膠囊型 問題探究 由于酶的分離與提純有許多技術(shù)性難題 造成酶制劑來源有限 成本高 不利于大規(guī)模地使用 人們針對(duì)酶不能被廣泛應(yīng)用這一情況 一直在尋求改善方法 其中之一就是固定化酶技術(shù)的應(yīng)用 觀察下圖有關(guān)制備固定化酶的常用方法 結(jié)合教材回答下列問題 1 圖a為 它的顯著特點(diǎn)是且條件 在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛 2 圖b為 它是利用多功能試劑進(jìn)行酶與載體之間的交聯(lián) 在酶和多功能試劑之間形成 從而得到三維的交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 物理吸附法 工藝簡(jiǎn)便 溫和 化學(xué)結(jié)合法 共價(jià)鍵 3 包埋法是將酶包埋在中 將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等中 如圖c 包埋成型 或包裹在等半透性高分子膜中 如圖d 包埋成型 能固化的載體 高分子凝膠 格子 硝酸纖維素 微膠囊 各種固定化酶方法的比較 拓展應(yīng)用 1 如圖是酶的幾種固定方式示意圖 其所采用的固定方法依次是a 物理吸附法 化學(xué)結(jié)合法 包埋法b 化學(xué)結(jié)合法 物理吸附法 包埋法c 包埋法 物理吸附法 化學(xué)結(jié)合法d 包埋法 化學(xué)結(jié)合法 物理吸附法 答案 解析 解析 圖表示酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里 應(yīng)屬于包埋法 圖表示許多酶分子通過特殊載體連接起來 成交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 應(yīng)屬于化學(xué)結(jié)合法 圖表示將酶固定在一定的支持物上 屬于物理吸附法 解析固定化酶是將酶固定在不溶于水的載體上 使酶既能與底物接觸 又能與產(chǎn)物分離 同時(shí) 固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用 降低成本 產(chǎn)物中也不含酶 提高了產(chǎn)品的純度 固定化酶雖可以多次利用 但不可長(zhǎng)久使用 2 下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法 錯(cuò)誤的是a 固定化酶可長(zhǎng)久使用b 一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起 產(chǎn)物的純度不高c 一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)利用d 固定化酶可以反復(fù)利用 降低生產(chǎn)成本 提高產(chǎn)量和質(zhì)量 答案 解析 二 固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用 基礎(chǔ)梳理 1 固定化細(xì)胞的概念通過各種方法將細(xì)胞與一定的結(jié)合 使細(xì)胞仍保持原有的生物活性 這一過程稱為細(xì)胞固定化 固定化細(xì)胞仍能進(jìn)行正常的生長(zhǎng) 繁殖和代謝 可以像游離的細(xì)胞一樣用于發(fā)酵生產(chǎn) 2 應(yīng)用 固定化細(xì)胞可以取代游離的細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵 生產(chǎn)各種物質(zhì) 1 在工業(yè)生產(chǎn)上 利用可以生產(chǎn)多種色素 香精 藥物 酶等 2 利用可以生產(chǎn)酒精 啤酒 谷氨酸 淀粉酶 蛋白酶 果膠酶 纖維素酶 青霉素 頭孢霉素等 載體 固定化植物細(xì)胞 固定化微生物細(xì)胞 3 在醫(yī)學(xué)上 利用可以生產(chǎn)小兒麻痹癥疫苗 狂犬病疫苗 麻疹疫苗 肝炎疫苗 口蹄疫疫苗等 還可以生產(chǎn)生長(zhǎng)激素 干擾素 胰島素 催乳素 促性腺激素等 4 將固定化的制成微囊 能治療糖尿病 5 用固定化細(xì)胞制成的生物傳感器可用于醫(yī)療診斷 6 在化學(xué)分析方面 可制成各種傳感器 用來測(cè)定醋酸 乙醇和氨等 7 固定化細(xì)胞在 能源開發(fā)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用 固定化動(dòng)物細(xì)胞 胰島細(xì)胞 固定化細(xì)胞 環(huán)境保護(hù) 3 固定化細(xì)胞技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1 固定化細(xì)胞技術(shù)無須進(jìn)行酶的 減少了酶的損失 同時(shí)大大降低了生產(chǎn)成本 2 固定化細(xì)胞不僅可以作為發(fā)揮作用 而且可以利用細(xì)胞中所含的完成一系列的催化反應(yīng) 3 對(duì)于活細(xì)胞來說 保持了酶的原始狀態(tài) 酶的更高 4 細(xì)胞生長(zhǎng)停滯時(shí)間 反應(yīng) 正是由于固定化細(xì)胞的這些無可比擬的優(yōu)勢(shì) 盡管固定化細(xì)胞技術(shù)的出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于固定化酶技術(shù) 但它的應(yīng)用范圍比固定化酶更廣泛 分離和純化 活力 單一的酶 復(fù)合酶系 穩(wěn)定性 短 快 4 固定化細(xì)胞技術(shù)的缺點(diǎn) 1 固定化細(xì)胞只能用于生產(chǎn)酶和其他能夠分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物 2 由于載體的影響 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和產(chǎn)物的受到一定限制 3 在好氧性發(fā)酵中 的傳遞和輸送成為關(guān)鍵的限制因素 5 細(xì)胞的固定化方法是應(yīng)用最廣泛的細(xì)胞固定化方法 適用于各種微生物 和細(xì)胞的固定化 凝膠包埋法所使用的載體主要有 瓊脂 角叉菜膠 明膠等 用海藻酸鈉凝膠包埋法制備固定化細(xì)胞的操作 條件 對(duì)細(xì)胞 細(xì)胞外 擴(kuò)散 溶解氧 凝膠包埋法 動(dòng)物 植物 海藻酸鈉凝膠 簡(jiǎn)便 溫和 無毒性 6 酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)的過程準(zhǔn)備各種實(shí)驗(yàn)藥品和器材 制備 酵母菌細(xì)胞 配制物質(zhì)的量濃度為0 05mol l的氯化鈣溶液 制備 浸泡和洗滌 麥芽汁 麥芽汁 活化 固定化細(xì)胞 發(fā)酵 問題探究 分析下列酵母菌細(xì)胞固定化操作流程 回答問題 準(zhǔn)備各種實(shí)驗(yàn)藥品和器材 主要藥品有 干麥芽粉 干酵母 聚乙烯醇 pva 海藻酸鈉 無水氯化鈣 蒸餾水 葡萄糖溶液 碘液 制備麥芽汁 活化酵母菌細(xì)胞 干酵母 蒸餾水 活化的酵母菌 配制物質(zhì)的量濃度為0 05mol l的氯化鈣溶液 無水氯化鈣 蒸餾水 制備固定化細(xì)胞 浸泡凝膠珠 用蒸餾水洗滌 待凝膠珠在溶液中浸泡30min后 取出并用蒸餾水洗滌3次備用 發(fā)酵麥芽汁 將凝膠珠加入無菌麥芽汁中 1 在酵母菌細(xì)胞的活化和配制cacl2溶液時(shí) 都使用了蒸餾水 為什么不能使用自來水 答案防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2 配制海藻酸鈉溶液時(shí)加熱是關(guān)鍵 為什么要用小火間斷加熱 答案防止海藻酸鈉溶液焦糊 3 能否在剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入活化的酵母菌細(xì)胞 答案不能 因?yàn)閯側(cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液溫度較高 會(huì)將酵母菌細(xì)胞殺死 答案 1 固定化細(xì)胞與固定化酶的主要區(qū)別 固定化細(xì)胞使用的是活細(xì)胞 因而為了保證其生長(zhǎng) 增殖的需要 應(yīng)該為其提供一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 固定化細(xì)胞由于保證了細(xì)胞的完整性 酶的環(huán)境改變小 所以對(duì)酶的活性影響最小 2 凝膠珠的檢測(cè) 剛形成的凝膠珠應(yīng)在氯化鈣溶液中浸泡一段時(shí)間 以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 檢驗(yàn)?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(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓 如果凝膠珠不容易破裂 且沒有液體流出 就表明凝膠珠的制作成功 二是在實(shí)驗(yàn)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 拓展應(yīng)用 3 關(guān)于固定化酵母菌細(xì)胞制備過程的敘述 正確的是a 為使酵母菌活化 應(yīng)讓干酵母與自來水混合并攪拌b 用小火或間斷加熱可防止海藻酸鈉溶液焦糊c 向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母菌細(xì)胞 充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆騞 將與酵母菌細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液倒入cacl2溶液中 會(huì)觀察到cacl2溶液中有球形或橢球形的凝膠珠形成 答案 解析 解析酵母菌細(xì)胞活化時(shí) 應(yīng)讓干酵母與蒸餾水混合并攪拌 a項(xiàng)錯(cuò)誤 配制海藻酸鈉溶液時(shí)要用小火或間斷加熱的方法 否則海藻酸鈉會(huì)發(fā)生焦糊 b項(xiàng)正確 剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)冷卻后再與酵母細(xì)胞混合 否則溫度過高會(huì)導(dǎo)致酵母細(xì)胞死亡 c項(xiàng)錯(cuò)誤 將與酵母菌細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液勻速滴入cacl2溶液中 d項(xiàng)錯(cuò)誤 4 下面是制備固定化酵母菌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟 請(qǐng)回答下列問題 酵母菌細(xì)胞的活化 配制cacl2溶液 配制海藻酸鈉溶液 海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合 固定化酵母菌細(xì)胞 1 在狀態(tài)下 微生物處于休眠狀態(tài) 活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)狀態(tài) 活化前應(yīng)選擇足夠大的容器 因?yàn)榻湍妇?xì)胞活化時(shí) 答案 解析 缺水 正常 生活 體積會(huì)增大 增多 解析酵母菌細(xì)胞在缺水的狀態(tài)下休眠 活化是加入水使酵母菌恢復(fù)到生活狀態(tài) 酵母菌細(xì)胞活化后體積會(huì)增大 2 固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法 而固定化酶常用和 解析固定化酶常用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化 3 影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是 解析實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是配制海藻酸鈉溶液 得到凝膠珠 4 海藻酸鈉溶化過程的注意事項(xiàng)是 解析海藻酸鈉溶化過程要小火 且間斷加熱 并不斷攪拌 使海藻酸鈉完全溶化 又不會(huì)發(fā)生焦糊 答案 解析 化學(xué)結(jié)合法 物理吸附法 配制海藻酸鈉溶液 小火加熱 或小火間斷加熱 不斷攪拌 5 如果海藻酸鈉濃度過低 形成的凝膠珠所包埋的酵母菌細(xì)胞數(shù)目 如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形 說明 解析海藻酸鈉濃度過低 包埋的酵母菌就會(huì)過少 海藻酸鈉濃度過高 不易與酵母菌混合均勻 6 該實(shí)驗(yàn)中cacl2溶液的作用是 解析cacl2溶液能使海藻酸鈉發(fā)生聚沉 形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 答案 解析 較少 海藻酸鈉濃度偏高 制作失敗 使膠體聚沉 或形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 1 固定酵母菌細(xì)胞的過程中三次使用到蒸餾水 請(qǐng)說出是哪三個(gè)環(huán)節(jié) 答案酵母菌細(xì)胞的活化 配制cacl2溶液以及配制海藻酸鈉溶液定容時(shí)需要使用蒸餾水 2 本題中固定酵母菌細(xì)胞使用了海藻酸鈉 固定化細(xì)胞還可以使用哪些固定化材料 答案明膠 瓊脂糖 醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等 答案 3 制備好的固定化酵母菌細(xì)胞可以用于酒精發(fā)酵 如果酵母菌細(xì)胞沒有活化或溶化好的海藻酸鈉溶液沒有冷卻就加入了酵母菌細(xì)胞 則對(duì)酒精發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響 答案如果酵母菌細(xì)胞沒有活化 則仍處于休眠狀態(tài) 如果溶化好的海藻酸鈉溶液沒有冷卻就加入了酵母菌細(xì)胞 則酵母菌細(xì)胞會(huì)被高溫殺死 以上兩種情況都會(huì)導(dǎo)致酒精發(fā)酵失敗 而最終無酒精產(chǎn)生 答案 課堂小結(jié) 包埋法 物理吸附法 化學(xué)結(jié)合法 包埋法 當(dāng)堂檢測(cè) 1 下列屬于固定化酶應(yīng)用特點(diǎn)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a b c d 解析酶被固定后可與產(chǎn)物分離 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 所以不能催化一系列酶促反應(yīng) 只催化一種或一類酶促反應(yīng) 酶分子較小 不適合采用包埋法進(jìn)行固定化 2 3 4 5 1 答案 解析 2 下列關(guān)于使用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的說法 正確的是a 高果糖漿的生產(chǎn)需要使用果糖異構(gòu)酶b 在反應(yīng)柱內(nèi)的頂端裝上分布著許多小孔的篩板 防止異物進(jìn)入c 將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入 果糖從反應(yīng)柱下端流出d 固定化酶技術(shù)復(fù)雜 成本較高 答案 解析 2 3 4 1 5 解析生產(chǎn)高果糖漿時(shí)所用的酶應(yīng)為葡萄糖異構(gòu)酶 將這種酶固定在一種顆粒狀的載體上 再將這些酶顆粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi) 柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板 酶顆粒無法通過篩板上的小孔 而反應(yīng)溶液卻可以自由出入 生產(chǎn)過程中 將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入 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 轉(zhuǎn)化成果糖 從反應(yīng)柱的下端流出 反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年 大大降低了生產(chǎn)成本 2 3 4 1 5 解析 為吸附法 為化學(xué)結(jié)合法 為包埋法 包埋于網(wǎng)格中 包埋于微膠囊中 3 下圖所示的幾種固定方式中屬于包埋法的一組是 答案 2 3 4 1 5 解析 a b c d 解析海藻酸鈉膠體在cacl2這種電解質(zhì)溶液的作用下 發(fā)生聚沉 形成凝膠珠 其作用機(jī)理是由于鹽離子的電荷與膠體微粒電荷相互吸引 形成更大的膠體顆粒 類似于人體紅細(xì)胞與抗凝集素之間的凝集反應(yīng) 4 在制備固定化酵母菌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中 cacl2溶液的作用是a 用于調(diào)節(jié)溶液phb 用于進(jìn)行離子交換c 用于膠體聚沉d 用于為酵母菌提供ca2 解析 2 3 4 1 答案 5 5 如圖所示 圖甲為人工種子生產(chǎn)過程示意圖 圖乙為圖甲中 過程的相關(guān)操作 請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題 1 圖甲中 過程 分別稱為 2 3 4 1 5 答案 解析 脫分化 再分化 2 3 4 1 5 解析題圖是利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)人工種子及用海藻酸鈉包埋人