人教版高中生物選修1生物技術(shù)實踐43酵母細胞的固定化課件1

1、課題,3,酵母細胞的固定化,目錄,退出,課前,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),目標,導(dǎo)航,學(xué)習(xí)目標,1,說出固定化酶和固定化細胞的作用和原理,2,嘗試制備固定化酵母細胞并利用固定化酵母細,胞進行酒精發(fā)酵,重點難點,重點,制備固定化酵,母細胞,難點,制備固定化酵母細,胞,目錄,退出,預(yù)習(xí),導(dǎo)引,一、固定化酶的應(yīng)用實例和固定化細胞技術(shù),1,課題背景,1,酶應(yīng)用時存在的實際問題,對,強酸、強堿、高溫,和,有機溶劑,等條件非常敏感,易失活,溶液中的酶,很難回收,不能被再次利用,提高了,生產(chǎn)成本,反應(yīng)后的酶會混在,產(chǎn)物,中,如不除去,會影響,產(chǎn)品質(zhì)量,2,固定化酶的優(yōu)點,酶既能與,反應(yīng)物,接觸,又能與,產(chǎn)物,分離,還可以,被

2、反復(fù)利用,3,固定化細胞的優(yōu)點,與固定化酶技術(shù)相比,固定化細胞制備的成,本,更低,操作,更容易,目錄,退出,2,固定化酶的應(yīng)用實例,1,高果糖漿,高果糖漿是指,果糖含量為,42,左右,的糖漿,2,固定化酶反應(yīng)的過程,將,葡萄糖異構(gòu)酶,固定在顆粒狀載體上,放入底部有許多小孔的,反應(yīng)柱,酶顆粒不能通過,反應(yīng)液能通過,葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的,上端,注入,目錄,退出,流經(jīng)反應(yīng)柱,與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸,轉(zhuǎn)化成果糖,果糖從反應(yīng)柱的,下端,流出,3,固定化細胞技術(shù),1,固定化技術(shù)的類型,包埋,法,化學(xué)結(jié)合,法和,物理吸附,法,2,包埋法,包埋法固定化細胞即將,微生物細胞,均勻地包埋在,不溶于水,的多孔,性

3、載體中。常用的載體有明膠,瓊脂糖,海藻酸鈉,醋酸纖維素和,聚,丙烯酰胺,等,目錄,退出,預(yù)習(xí)交流,1,固定化酶有哪些不足,任何一項新技術(shù)有利,也必有弊。固定化酶是將酶固定在不溶于水,的載體上的一項新技術(shù),由該特點你是否想到了固定化酶的不足,能否,結(jié)合過氧化氫酶對過氧化氫的分解實驗對此不足之處進行解釋說明,提示,將酶固定在不溶于水的載體上,限制了酶分子與底物分子,或,離子,的接觸,減少了酶與底物的接觸面積,降低了化學(xué)反應(yīng)的速度。例,如,用肝臟研磨液,內(nèi)含過氧化氫酶,分解過氧化氫就比用成塊的鮮肝分,解過氧化氫的速度快,因為成塊的鮮肝過氧化氫酶大部分存在于肝細,胞內(nèi),與過氧化氫的接觸面積小,不利于過

4、氧化氫的分解,而肝臟研磨液,將過氧化氫酶從肝細胞內(nèi)釋放出來,增加了過氧化氫酶與過氧化氫分,子的接觸面積,使反應(yīng)更容易進行,目錄,退出,二、實驗操作,1,制備固定化酵母細胞,1,酵母細胞的活化,活化就是讓處于,休眠狀態(tài),的微生物重新恢復(fù)正常的,生活狀態(tài),2,配制物質(zhì)的量濃度為,0.05 mol/L,的,CaCl,2,溶液,3,配制海藻酸鈉溶液,加熱溶化海藻酸鈉時要注意,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,海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合,目錄,退出,5,固定化酵母細胞,以恒定的速度緩慢地將,注射器中的溶液,滴加到配制好的,CaCl,2,溶,液,中,浸泡,30 m

5、in,左右,2,用固定化酵母細胞發(fā)酵,1,將固定好的酵母細胞用,蒸餾水,沖洗,23,次,2,發(fā)酵時的溫度為,25,時間為,24 h,目錄,退出,預(yù)習(xí)交流,2,何時向海藻酸鈉溶液中加入酵母細胞,用接種環(huán)對微生物進行接種操作時,需要使灼燒滅菌的接種環(huán)先,冷卻再使用,由該操作你能設(shè)想一下何時向海藻酸鈉溶液中加入酵母,細胞嗎,請給予適當?shù)慕忉?提示,應(yīng)等到海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后才能向其內(nèi)加入酵母細,胞,因為溫度過高的海藻酸鈉溶液和溫度過高的接種環(huán)一樣,都可能殺,死菌種,目錄,退出,課堂,合作探究,問題,導(dǎo)學(xué),一、固定化酶的應(yīng)用和固定化細胞技術(shù),活動與探究,1,1,葡萄糖和果糖有何異同點,葡萄糖異構(gòu)酶

6、的作用是什么,提示,葡萄糖和果糖的相對分子質(zhì)量相同,都為,180,但分子結(jié)構(gòu)有,所不同。葡萄糖異構(gòu)酶的作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖,2,什么是固定化酶和固定化細胞技術(shù),提示,固定化酶和固定化細胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞,固定在一定空間內(nèi)的技術(shù),目錄,退出,3,你能說出固定化酶的制備和作用原理嗎,提示,將酶固定在一種顆粒狀不溶于水的載體上,出入,不允許酶顆粒通過,收集生成液,4,固定化酶是否可以永遠地利用下去,將酶顆粒裝,到一個反應(yīng)柱內(nèi),柱底端裝上分布著許多小孔的篩板,允許反應(yīng)液自由,從反應(yīng)柱上端注入反應(yīng)液,從反應(yīng)柱下端,提示,不能。酶是生物催化劑,其活性受環(huán)境影響較大,隨著時間推,移活性降低

7、,一般一個反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年,5,對酶或細胞固定的方法有哪些,酶和細胞分別適合用哪種固定方,法,提示,有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。酶適合采用化學(xué)結(jié)合,法和物理吸附法,而細胞多采用包埋法,目錄,退出,6,從操作角度來考慮,你認為固定化酶技術(shù)與固定化細胞技術(shù)哪一,種對酶活性的影響更小,提示,固定化細胞技術(shù),7,固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶,如果想將微生物的發(fā),酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng),應(yīng)該選擇哪種方法,提示,固定化細胞可以催化一系列反應(yīng),所以固定的是一系列酶,固,定化細胞技術(shù),目錄,退出,遷移與應(yīng)用,1,下列關(guān)于固定化酶的說法錯誤的是,A,固定化酶的活力也受強酸、高溫等因素的影響,

8、B,酶固定化后會使酶的利用率提高,C,利用固定化酶可降低生產(chǎn)成本,D,反應(yīng)結(jié)束后,固定化酶與產(chǎn)物混合成為雜質(zhì),解析,固定化酶容易與產(chǎn)品分離,有利于產(chǎn)物的純化,能反復(fù)使用提,高了酶的利用率,因此可降低成本,固定化酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),活力也受,強酸、高溫等因素的影響,答案,D,目錄,退出,直接使用酶、固定化酶技術(shù)和固定化細胞技術(shù)的比較,酶,的,種數(shù),常,用,載體,制,作,方法,是,否,需要,營,養(yǎng),物質(zhì),直接使用酶,一種或幾種,無,無,固定化酶技術(shù),一種,高嶺土、皂土,硅膠、凝膠,化,學(xué),結(jié),合,固,定,化、物理吸附固,定化,否,固定化細胞技術(shù),一系列酶,明膠,瓊脂糖,海藻酸鈉,醋酸纖維素,聚丙烯酰

9、胺,包埋法固定化,否,是,目錄,退出,催,化,反應(yīng),反,應(yīng),底物,缺點,單一或多種,各種物質(zhì),大分子、小,分子,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,單一,各種物質(zhì),大分子,小,分子,不利于催化一系列的,酶促反應(yīng),一系列,小分子物質(zhì),反應(yīng)物不易與酶接,近,尤其是大分子物,質(zhì),反應(yīng)效率下降,成本低、操作容易,優(yōu)點,既,能,與,反,應(yīng),物,接,催化效率高、耗能低,觸,又,能,與,產(chǎn),物,分,低污染,離,可以反復(fù)利用,目錄,退出,二、固定化酵母細胞的實驗操作,活動與探究,2,1,寫出固定化酵母細胞的制備流程,提示,酵母細胞的活化,配制,CaCl,2,溶液,配制海藻酸鈉溶液,海,

10、藻酸鈉溶液與酵母細胞混合,固定化酵母細胞,2,討論影響制備固定化酵母細胞實驗的關(guān)鍵步驟是什么,提示,海藻酸鈉溶液的配制,3,配制海藻酸鈉時小火間斷加熱并不斷攪拌的目的是什么,提示,防止海藻酸鈉焦糊,4,發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封,提示,酵母菌的酒精發(fā)酵需要無氧條件,5,當觀察到哪些現(xiàn)象時,可以說明實驗獲得成功,提示,利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精,可以看到產(chǎn)生了很多氣,泡,同時會聞到酒味,目錄,退出,遷移與應(yīng)用,2,下列有關(guān)制備固定化酵母細胞的敘述,錯誤的是,A,溶解海藻酸鈉,最好采用持續(xù)加熱的方法,B,溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫才能加入酵母細胞,C,如果海藻酸鈉濃度過低,形成的凝膠

11、珠所包埋的酵母細胞數(shù)目少,D,制備凝膠珠時要緩慢地將注射器中的溶液滴加到,CaCl,2,溶液中,解析,解答本題要注意將酵母細胞的固定化流程及其注意事項結(jié),合在一起記憶,溶解海藻酸鈉,最好采用小火或間斷加熱的方法,避免發(fā),生焦糊現(xiàn)象,答案,A,目錄,退出,制備固定化酵母細胞的注意事項,1,酵母細胞的活化,在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài),活化,就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。酵母細胞所,需要的活化時間較短,一般需要,1 h,左右,要提前作好準備,此外,酵母細,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,酵母細胞的活化液溢出容器,2,加熱,加熱使海藻酸鈉溶

12、化是操作中最重要的一個環(huán)節(jié),影響到,實驗的成敗,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胞的數(shù)目少,影響實驗效果,目錄,退出,3,凝膠珠的檢測,剛形成的凝膠珠應(yīng)在,CaCl,2,溶液中浸泡一段時間,以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。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擠壓,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,二是在實驗桌上用力,摔打凝膠珠,如果凝膠珠很容易彈起,也能表明制備的凝膠珠是成功的,4,觀察凝膠珠的顏色和形狀,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,固定的酵母細胞數(shù)目較少

13、,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,需要再作,嘗試,目錄,退出,當堂,檢測,1,關(guān)于固定化酶和一般酶制劑應(yīng)用效果的說法中,錯誤的是,A,固定化酶生物活性強,可長久使用,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,解析,固定化酶可反復(fù)利用,所以使用時間較長,并不是因為生物活性強,而可長久使用。單純從生物活性方面分析,固定化酶與一般酶制劑的活,性差別不大,答案,A,目錄,退出,2,常用包埋法固定細胞,需要用不溶于水的多孔性載體,下列不能充當,載體的是,A,瓊脂

14、糖,B,蔗糖,C,海藻酸鈉,D,明膠,解析,用包埋法來固定細胞是將微生物細胞用物理方法包埋在多孔性,載體內(nèi)部,常用的載體有瓊脂糖、海藻酸鈉、明膠和聚丙烯酰胺等,答案,B,目錄,退出,3,試分析下圖中,哪一種與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細胞相,似,解析,A,是吸附法,B,是載體結(jié)合法,多用于酶的固定,C,和,D,是包埋法,C,一般是將酶包埋在微網(wǎng)格里,D,是包埋在凝膠中。制備固定化酵母細胞,用的是包埋法,即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠中,所以與,D,相,似,答案,D,目錄,退出,4,下列關(guān)于酵母細胞活化的說法,不正確的是,A,酵母細胞活化就是使酵母細胞由無氧呼吸變成有氧呼吸,B,活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細胞恢復(fù)正常的生活狀態(tài),C,酵母細胞活化所需要的時間較短,D,酵母細胞活化后體積增大,解析,在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài),活化就是讓處于休