43《酵母細(xì)胞的固定化》導(dǎo)學(xué)案劉英蘭

1、高二生物選修1導(dǎo)學(xué)提綱（六）專題4酶的研究與應(yīng)用課題3酵母細(xì)胞的固定化執(zhí)筆人：侍?hào)|升？?一、課題目標(biāo)1 說(shuō)出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。2 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。二、課題重點(diǎn)和難點(diǎn)1 課題重點(diǎn)：制備固定化酵母細(xì)胞。2 課題難點(diǎn)：制備固定化酵母細(xì)胞。三、學(xué)習(xí)過程（一）基礎(chǔ)知識(shí)知識(shí)點(diǎn)思考與討論歸納與總結(jié)一、課題背景仔細(xì)閱讀課題背景，想一想，我們?nèi)绾文軐?shí)現(xiàn)酶的固定化和細(xì)胞的固定化？酶：優(yōu)點(diǎn)：催化效率咼，低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個(gè)領(lǐng)域。實(shí)際問題：對(duì)環(huán)境條件敏感，易失活；溶液中的酶很難回收，不能再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后的酶會(huì)混合在產(chǎn)物

2、中，如不除去，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)想：固定化酶：優(yōu)點(diǎn)實(shí)際問題：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物的I形成都是通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的設(shè)想：固定化細(xì)胞：優(yōu)點(diǎn)二、固定化酶應(yīng)用實(shí)例仔細(xì)閱讀課文，舉例說(shuō)明固定化酶技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的？與一般的酶反應(yīng)相比，意義在哪里？高果糖漿是指能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的酶是。使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定在一種上，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。酶顆粒無(wú)法通過篩板的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由岀入。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，

3、大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。三、固定化細(xì)胞技術(shù)閱讀課文，試說(shuō)明固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)有哪些異同？固定化酶和固定化細(xì)胞是利用或方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括、和法。般來(lái)說(shuō)，酶更適合采用和法固定，而細(xì)胞多采用法固定化。這是因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大，而酶分子很??；個(gè)大的細(xì)胞難以被或，而個(gè)小的酶容易從中漏出。包埋法法固定化細(xì)胞即將微生物細(xì)胞包埋在不溶于水的中。常用的載體有、和等。四、實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作中，制備固定化酵母細(xì)胞的操作可以分為哪幾步？應(yīng)該注意哪些問題？（一）制備固定化酵母細(xì)胞制備固定化酵母細(xì)胞需要的材料是、和1酵母菌的活化活化就是處于狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。2

4、配制物質(zhì)的量嘗試為0.05mol/L的CaCb溶液3配制海藻酸鈉溶液加熱溶化海藻酸鈉時(shí)要注意：4海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合5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溶液中，并浸泡（時(shí)間）。（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵1將固定好的酵母細(xì)胞用沖洗2-3次。2發(fā)酵時(shí)的溫度就為，時(shí)間。五、結(jié)果分析與評(píng)價(jià)結(jié)果分析中，如何通過凝膠珠的特點(diǎn)來(lái)判斷細(xì)胞固定化是否成功？（一）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(shuō)明：如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說(shuō)明制作失敗，需要再作嘗試。（二）觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多，同時(shí)會(huì)聞到六、

5、課題延伸工廠化生產(chǎn)是在什么條件下進(jìn)行的？工業(yè)生產(chǎn)中，細(xì)胞的固定化技術(shù)是在條件下進(jìn)行的。（二）基礎(chǔ)知識(shí)四、課堂練習(xí)1高果糖漿生產(chǎn)需要的酶是（）A.葡萄糖異構(gòu)酶B蔗糖酶C.麥芽糖酶D果糖酶2下列關(guān)于固定化酶中用到的反應(yīng)柱的理解中。正確的是（）A. 反應(yīng)物和酶均可自由通過反應(yīng)柱B. 反應(yīng)物和酶均不能通過反應(yīng)柱C. 反應(yīng)物能通過，酶不能通過D. 反應(yīng)物不能通過，酶能夠通過3. 如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，采用那種方法催化受限制（）。A. 直接使用酶B. 使用化學(xué)方法結(jié)合的酶C. 使用固定化細(xì)胞D. 使用物理吸附法固定的酶4. 固定化細(xì)胞常用包埋法固定，原因是（）A. 包埋法固定操作最簡(jiǎn)便B. 包埋法對(duì)酶活

6、性的影響最小C. 包埋法固定具有普遍性D. 細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合5. 下列不屬于固定化酶在利用時(shí)的特點(diǎn)的是（）A. 種固定化酶一般不能催化一系列酶促反應(yīng)B. 有利于酶與產(chǎn)物分離，提高產(chǎn)物品質(zhì)C. 能自由岀入依附的載體D. 酶是催化劑，但固定化酶也不可永遠(yuǎn)利用6. 下列關(guān)于固定化酶技術(shù)說(shuō)法中，正確的是（）A.固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，讓酶圍繞11囿定化葡腫的岬類一種戒幾種種一察列蘭高智土*駐士*ft腔、m«in烯st彼直掛使用HI周定牝廉制岸方法包理犧闔否L-催化反應(yīng)單一或皋神單一反應(yīng)底物.-各種物痕各種鞫蘭1大分子*和小分子物腫對(duì)環(huán)噫條丼非戀歟不利于權(quán)化反tit與圜接近“尤

7、捷駁丸井子物質(zhì)反應(yīng)謖奉F降優(yōu)點(diǎn)|確杷堆卒既能勺反應(yīng)拘號(hào)渤可.利用A.有利于增加酶的活性B.有利于產(chǎn)物的純化12. 酶的固定方式不包括（）。A.將酶吸附在載體表面上B.將酶相互連接起來(lái)13. 使用固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是（）。A.能催化大分子物質(zhì)的水解反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù)B.固定化酶的優(yōu)勢(shì)在于能催化一系列的酶促反應(yīng)D.固定化酶是將酶固定在一定空間的技術(shù)C.固定化酶中的酶無(wú)法重復(fù)利用D.營(yíng)養(yǎng)D.成本低、操作簡(jiǎn)單，但反應(yīng)效率可能很低（）D.大火持續(xù)海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量目前，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，下列屬于應(yīng)用中所面臨的實(shí)際問題的是（）A. 酶通常對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫非常敏感，但對(duì)有機(jī)溶劑不敏

8、感酶的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，所以催化功能很高B. 酶用于生產(chǎn)時(shí)可能會(huì)混在產(chǎn)物中，影響產(chǎn)品質(zhì)量D.直接用于生產(chǎn)中的酶可以多次利用固定化細(xì)胞對(duì)酶的活性影響最小，根本原因是（）。A. 避免了細(xì)胞破碎、酶的提取純化過程B.固定化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮作用促化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用C. 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)揮作用關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說(shuō)法，不正確的是（）。A. 酵母細(xì)胞活化就是由無(wú)氧呼吸變成有氧呼吸B.酵母細(xì)胞活化所需要的時(shí)間較短C.活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞恢復(fù)生活狀態(tài)D.酵母細(xì)胞活化后體積增大7. 下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）A.固定化

9、酶生物活性強(qiáng)，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.一般酶制劑只能一次性利用D.固定化酶可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和和質(zhì)量11、使用固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是（）C.有利于提高反應(yīng)速度D.有利于酶發(fā)揮作用C.將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里D.將酶加工成固體可催化一系列化學(xué)反應(yīng)C.與反應(yīng)物易接近D.有利于酶在細(xì)胞外發(fā)揮作用14.下列關(guān)于酶和細(xì)胞的固定敘述不正確的是（）。A.酶分子很小，易采用包埋法B.酶分子很小，易采用化學(xué)結(jié)合或物理吸附法固定的酶細(xì)胞個(gè)大，難被吸附或結(jié)合D.細(xì)胞易采用包埋法固定15 .研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的，如將大腸桿菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龍膜上制

10、成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機(jī)磷農(nóng)藥，與微生物降解相比，其作用不需要適宜的（）.水分A.溫度B.酸堿度C.下列不是用于包埋法固定化細(xì)胞的載體是（）.聚丙烯酰胺D聚乙烯樹脂A.瓊脂糖B.醋酸纖維素C.下列關(guān)于固定化細(xì)胞的敘述，正確的是（）.對(duì)環(huán)境的條件非常敏感，容易失活A(yù).催化效率高，低耗能、低污染BC.既能與反應(yīng)物充分接觸，又能與產(chǎn)物分離.溶解海藻酸鈉，最好采用下列哪種加熱的方法A.小火間斷B.小火持續(xù)C.大火間斷對(duì)配制海藻酸鈉溶液的敘述不準(zhǔn)確的是（）。A.加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)B.海藻酸鈉的濃度過低，形成凝膠珠內(nèi)包埋細(xì)胞過少C.海藻酸鈉的濃度過高，易形成凝膠珠DCaCb

11、溶液的作用是()進(jìn)行離子交換為酵母菌提供鈣離子20、下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟正確的是()A. 應(yīng)使干酵母與自來(lái)水混合并攪拌，以利于酵母菌活化配制海藻酸鈉溶液時(shí)要用小火間斷加熱的方法B. 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旌暇鶆驅(qū)⑴c酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液注人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21下列關(guān)于酵母菌的敘述，正確的是()A.酵母菌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足、環(huán)境適宜時(shí)，依靠有性生殖進(jìn)行繁殖B.酵母菌的代謝類型是異養(yǎng)厭氧型C酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、核膜、各種細(xì)胞器膜等D.用酵母菌釀酒時(shí)，應(yīng)先密封后通氣22. 在制備固定化酵母細(xì)

12、胞的實(shí)驗(yàn)中,A.調(diào)節(jié)溶液pHBC膠體聚沉D下圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答：(1) 請(qǐng)請(qǐng)?jiān)跈M線上填岀各標(biāo)號(hào)名稱.。(2) 與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn)是和固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是(3) 的作用是。(4) 制作固定葡萄糖異構(gòu)酶所用的方式有或。(5) 據(jù)圖說(shuō)出反應(yīng)柱的作用原理23、答案：(1)反應(yīng)柱；固定化酶；分布著小孔的篩板(2)既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離；能被反復(fù)利用；成本更低，操作更容易(3)酶顆粒無(wú)法通過篩板上的小孔，反應(yīng)溶液可自由出入。(4)將酶相互連接起來(lái)；將酶吸附在載體表面上(5)反應(yīng)物溶液從反應(yīng)柱上端注入，使反應(yīng)物溶液流過反應(yīng)柱，與固定化酶接觸，得到產(chǎn)物，從反應(yīng)柱

13、下端流岀。23. 下圖是制備固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)步驟圖解，請(qǐng)據(jù)圖回答：酵母細(xì)胞活化T配制CaCl2溶液T配置海藻酸鈉溶液T海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合T固定化酵母細(xì)胞在狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復(fù)狀態(tài)。活化前應(yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)。(1) 影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是。(2) 如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目。(3) 觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說(shuō)明如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說(shuō)明。(4) 制備固定化酶不宜用包埋法，為什么？24、答案：(1)缺水；正常生活狀態(tài)；體積增大(2)配制海藻酸鈉溶液；(3)少(4)固定化酵母

14、細(xì)胞數(shù)目較少；海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗(5)因?yàn)槊阜肿雍苄?，容易從包埋材料中露出知識(shí)拓展：在具體的操作過程中，還應(yīng)該注意下列問題。(一) 酵母細(xì)胞的活化。在缺水的狀態(tài)下，微生物會(huì)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)胞所需要的活化時(shí)間較短，一般需要0.51h，教師需要提前做好準(zhǔn)備。此外，酵母細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)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)胞的活化液溢出容器外。(二) 加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，涉及到實(shí)驗(yàn)的成敗，教師一定要提醒學(xué)生按照教材的提示進(jìn)行操作。海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細(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(shí)驗(yàn)效果。(三) 剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCb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，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。直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化