固定化酵母細(xì)胞

1、酶的應(yīng)用酶的應(yīng)用-酵酵 母母 細(xì)細(xì) 胞胞 的的 固固 定定 化化常熟外國語學(xué)校常熟外國語學(xué)校 錢幸紅錢幸紅一、課題目標(biāo)一、課題目標(biāo) （B級）級）2嘗試制備固定化酵母細(xì)胞，并利嘗試制備固定化酵母細(xì)胞，并利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。1說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。用和原理。酶的優(yōu)點：酶的優(yōu)點： 對環(huán)境敏感，易失活；對環(huán)境敏感，易失活； 溶液中的酶難收回，不能再次利用，生溶液中的酶難收回，不能再次利用，生產(chǎn)成本高；產(chǎn)成本高； 反應(yīng)后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會影反應(yīng)后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。響產(chǎn)品的質(zhì)量。催催化效率

2、高，低耗能，低污染化效率高，低耗能，低污染實際問題：實際問題：解決方法：解決方法：將酶固定在不溶于水的載體上將酶固定在不溶于水的載體上固定化酶固定化酶基礎(chǔ)知識 （一）固定化酶的應(yīng)用實例（一）固定化酶的應(yīng)用實例1.利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實例利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實例（1）高果糖漿的生產(chǎn)需要）高果糖漿的生產(chǎn)需要 酶酶葡萄糖異構(gòu)葡萄糖異構(gòu)（2）高果糖漿高果糖漿的優(yōu)點的優(yōu)點高果糖漿是果糖含量為高果糖漿是果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對人的健康尿病、齲齒

3、和心血管病，對人的健康有利。有利。（3）果糖屬于什么糖）果糖屬于什么糖?分子式分子式?屬于單糖，是六碳糖屬于單糖，是六碳糖 ,C6H12O62.固定化酶的反應(yīng)柱示意圖固定化酶的反應(yīng)柱示意圖(1)如何利用固定化酶生如何利用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿的？產(chǎn)高果糖漿的？(2)有哪些優(yōu)點？有哪些優(yōu)點？練習(xí)：練習(xí)：1 1、下列說法不正確的是（、下列說法不正確的是（ ）A A、葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，、葡萄糖與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸， 轉(zhuǎn)化成的是果糖轉(zhuǎn)化成的是果糖B B、從固定化酶反應(yīng)柱下端流出的是果糖、從固定化酶反應(yīng)柱下端流出的是果糖C C、高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥

4、胖、 糖尿病、齲齒和心血管病糖尿病、齲齒和心血管病D D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以從糖漿中、酶溶解于葡萄糖溶液，可以從糖漿中 回收回收D3.3.固定化酶固定化酶優(yōu)點：優(yōu)點：酶既能與反應(yīng)物接觸，又容易與反應(yīng)物分離，酶既能與反應(yīng)物接觸，又容易與反應(yīng)物分離，同時，還可以反復(fù)利用。同時，還可以反復(fù)利用。實際問題：實際問題：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過實踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過一系列一系列的酶促反應(yīng)的酶促反應(yīng)才能完成的。才能完成的。設(shè)想：設(shè)想： 酶是細(xì)胞合成的，能否將合成酶的細(xì)胞酶是細(xì)胞合成的，能否將合成酶的細(xì)胞直接固定？直接

5、固定？固定化細(xì)胞：固定化細(xì)胞：成本更低，操作更容易成本更低，操作更容易（二）固定化細(xì)胞技術(shù)（二）固定化細(xì)胞技術(shù)1.1.將酶或細(xì)胞固定化的方法將酶或細(xì)胞固定化的方法將酶（或細(xì)胞）包埋在將酶（或細(xì)胞）包埋在細(xì)微網(wǎng)格里細(xì)微網(wǎng)格里將酶（或細(xì)胞）相將酶（或細(xì)胞）相互連接起來互連接起來將酶（或細(xì)胞）吸附在將酶（或細(xì)胞）吸附在載體表面上載體表面上包埋法包埋法化學(xué)結(jié)合法化學(xué)結(jié)合法吸附法吸附法2、固定化酶和固定化細(xì)胞的原理是什么？、固定化酶和固定化細(xì)胞的原理是什么？ 就是將酶就是將酶固定在不溶于水的載體上，固定在不溶于水的載體上，或者將微生物細(xì)胞均勻地或者將微生物細(xì)胞均勻地包埋于不溶于包埋于不溶于水的多孔性載體

6、上，水的多孔性載體上，使酶既能與反應(yīng)物使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的載體上的酶可以被反復(fù)利用的技術(shù)。酶可以被反復(fù)利用的技術(shù)。3.3.固定化酶和固定化細(xì)胞的聯(lián)系與區(qū)別固定化酶和固定化細(xì)胞的聯(lián)系與區(qū)別聯(lián)系：應(yīng)用相同，都能催化某些反應(yīng)聯(lián)系：應(yīng)用相同，都能催化某些反應(yīng)區(qū)別：區(qū)別：固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞對酶活性影響更??；對酶活性影響更??；固定的是一系列酶；固定的是一系列酶；由于大分子難以通過細(xì)胞膜，由于大分子難以通過細(xì)胞膜，固定化細(xì)胞應(yīng)用有一定的限制。固定化細(xì)胞應(yīng)用有一定的限制。技術(shù)操作容易，成本低，易回收；技術(shù)操作容易，成本低，易回收；使用注

7、意點：使用注意點：1、固定化酶分子小更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附、固定化酶分子小更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附 法，用包埋法容易從包埋材料中漏出。法，用包埋法容易從包埋材料中漏出。 2、固定化細(xì)胞因細(xì)胞大不易被吸附或結(jié)合適宜采用包埋、固定化細(xì)胞因細(xì)胞大不易被吸附或結(jié)合適宜采用包埋 法。法。4、思考：直接使用酶、固定化酶與固定化細(xì)胞各有什么優(yōu)缺點？、思考：直接使用酶、固定化酶與固定化細(xì)胞各有什么優(yōu)缺點？類型類型優(yōu)點優(yōu)點不足不足直接使用酶直接使用酶催化效率高，低耗能、催化效率高，低耗能、低污染等。低污染等。對環(huán)境條件非常敏感，對環(huán)境條件非常敏感，易失活；溶液中的酶易失活；溶液中的酶難回收，不能再

8、次利難回收，不能再次利用，生產(chǎn)成本高；反用，生產(chǎn)成本高；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量、可能影響產(chǎn)品質(zhì)量、純度。純度。固定化酶固定化酶酶既能與反應(yīng)物接觸，酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，固又能與產(chǎn)物分離，固定在載體上的酶可以定在載體上的酶可以反復(fù)利用。反復(fù)利用。一種酶只能催化一種一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。酶促反應(yīng)才能得到的。固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞成本更低，操作更容成本更低，操作更容易。易。固定后細(xì)胞內(nèi)的酶與固定后細(xì)胞內(nèi)的酶與反應(yīng)物不容易接近，反應(yīng)

9、物不容易接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降等。降等。5.固定化酶和固定化細(xì)胞常用的載體材料固定化酶和固定化細(xì)胞常用的載體材料 明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等丙烯酰胺等其共同的特點是不溶于水的多孔性載體其共同的特點是不溶于水的多孔性載體鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)1、酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)的關(guān)系是、酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)的關(guān)系是A 酶固定化技術(shù)是細(xì)胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)酶固定化技術(shù)是細(xì)胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)B 細(xì)胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)細(xì)胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)C 酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)是同時發(fā)展起來酶固定化技術(shù)與細(xì)

10、胞固定化技術(shù)是同時發(fā)展起來的的D 固定化細(xì)胞技術(shù)先于酶固定化技術(shù)固定化細(xì)胞技術(shù)先于酶固定化技術(shù)A2 2、研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染物、研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可以酸三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可以用來降解殘留在土壤中的有機磷農(nóng)藥，與用來降解殘留在土壤中的有機磷農(nóng)藥，與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的用微生物降解相比，其作用不需要適宜的（ ）A A、溫度、溫度 B B、PHPHC C、水分、水分 D D、營養(yǎng)、營養(yǎng)D3 3、固定化細(xì)胞對酶的活性影響最小，根本、固定化細(xì)胞對

11、酶的活性影響最小，根本 原因是原因是( )( )。A A避免了細(xì)胞破碎、酶的提取純化過程避免了細(xì)胞破碎、酶的提取純化過程 B B固定化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮固定化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮 作用作用C C促化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用促化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用D D細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反 應(yīng)中有效的發(fā)揮作用應(yīng)中有效的發(fā)揮作用D三、實驗操作三、實驗操作（一）制備固定化酵母細(xì)胞（一）制備固定化酵母細(xì)胞（1 1）制備過程包括哪幾個步驟？）制備過程包括哪幾個步驟？（2 2）你認(rèn)為哪個步驟的操作是最）你認(rèn)為哪個步驟的操作是最重要的一環(huán)？重

12、要的一環(huán)？（3 3）各步驟應(yīng)當(dāng)分別注意什么問）各步驟應(yīng)當(dāng)分別注意什么問題？題？制備固定化酵母細(xì)胞制備固定化酵母細(xì)胞( (三三) )實驗操作實驗操作 1、酵母細(xì)胞的活化 活化的概念：活化的概念：在缺水的狀態(tài)下，微生物會處于休眠狀態(tài)。在缺水的狀態(tài)下，微生物會處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱诨罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)休眠狀態(tài)的微生物的微生物重新恢重新恢復(fù)正常復(fù)正常的生活狀態(tài)；的生活狀態(tài)；活化的本質(zhì)：活化的本質(zhì)： 加快新陳代謝加快新陳代謝活化操作注意點：活化操作注意點：1、所用容器要大一些；防止活、所用容器要大一些；防止活 化液溢出容器外?；阂绯鋈萜魍狻?、要保證酵母菌的活性；、要保證酵母菌的活性；3、物種

13、要單一；、物種要單一；4、注意水的用量。、注意水的用量。2、配制物質(zhì)的量濃度為、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L CaCl2溶液溶液使海藻酸鈉發(fā)生聚沉，形成凝膠珠使海藻酸鈉發(fā)生聚沉，形成凝膠珠思考：思考：1、配制物質(zhì)的量濃度為、配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的的CaCl2溶液溶液有什么作用？有什么作用？2、CaCl2在生物工程中還有什么地方用到？在生物工程中還有什么地方用到？有什么作用？有什么作用？基因工程中：處理大腸桿菌，使細(xì)胞處于能吸收環(huán)境基因工程中：處理大腸桿菌，使細(xì)胞處于能吸收環(huán)境DNA分子的生理狀態(tài)分子的生理狀態(tài)感受態(tài)細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞3配制海藻酸鈉溶液配制海藻酸鈉溶液思考：思

14、考：配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什么？配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什么？ 在加熱的過程中，為什么要用小火，或者在加熱的過程中，為什么要用小火，或者 間斷加熱？間斷加熱？包埋酶或細(xì)胞包埋酶或細(xì)胞防止焦糊防止焦糊注意：加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到注意：加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到 實驗的成??！實驗的成?。『Ｔ逅徕c的海藻酸鈉的濃度涉及濃度涉及到固定化細(xì)胞的到固定化細(xì)胞的質(zhì)量質(zhì)量。如果海藻酸鈉濃度如果海藻酸鈉濃度過高過高，將，將很難形成凝膠珠很難形成凝膠珠；如果濃度如果濃度過低過低，形成的凝膠珠所，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少的數(shù)目少，影響實驗

15、效果。，影響實驗效果。4、海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合、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將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫冷卻至室溫，加，加入已活化的醉母細(xì)胞，進(jìn)行入已活化的醉母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢璩浞謹(jǐn)嚢瑁?，使其其混合均勻混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中。，再轉(zhuǎn)移至注射器中。為什么海藻酸鈉溶液要冷卻？為什么海藻酸鈉溶液要冷卻？5、固定化酵母細(xì)胞、固定化酵母細(xì)胞思考：思考：為什么剛形成的凝膠珠要在為什么剛形成的凝膠珠要在CaCl2溶液溶液 中浸泡中浸泡30min左右？左右？ 如何檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格如何檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格？檢驗?zāi)z珠方法檢驗?zāi)z珠方法:1、用鑷子夾起一個、用鑷

16、子夾起一個凝膠珠凝膠珠放桌上放桌上用手?jǐn)D壓，如不用手?jǐn)D壓，如不 易破裂，沒有液體流出，易破裂，沒有液體流出，表明的制作成功。表明的制作成功。 2、用力、用力摔打凝膠珠，如凝膠珠很容易彈起摔打凝膠珠，如凝膠珠很容易彈起，表，表 明制備凝膠珠成功。明制備凝膠珠成功。用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵( (三三) )實驗操作實驗操作 1 1、將固定化的酵母細(xì)胞（凝膠珠）、將固定化的酵母細(xì)胞（凝膠珠）用蒸餾水沖洗用蒸餾水沖洗 2 2到到3 3次。次。 2 2、將、將150ml150ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%10%的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到的葡萄糖溶液轉(zhuǎn)移到 200ml200ml的錐形瓶中，再加入固定

17、好的酵母細(xì)的錐形瓶中，再加入固定好的酵母細(xì) 胞，置于胞，置于2525攝氏度攝氏度下發(fā)酵下發(fā)酵24h24h。問題思考：問題思考：1、為什么要用蒸餾水沖洗、為什么要用蒸餾水沖洗2到到3次？次？ 2、發(fā)酵時為什么要將溫度控制在、發(fā)酵時為什么要將溫度控制在25？3、如果要求制作反復(fù)使用的固定化酵母細(xì)、如果要求制作反復(fù)使用的固定化酵母細(xì)胞應(yīng)該在實驗中注意哪些問題？胞應(yīng)該在實驗中注意哪些問題？（四）實驗操作結(jié)果分析與評價（四）實驗操作結(jié)果分析與評價1觀察凝膠珠的顏色和形狀觀察凝膠珠的顏色和形狀問題思考：問題思考：如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明什么？如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明什么？ 如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明什么？如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明什么？凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，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)