4.3 酵母細(xì)胞的固定化

1、 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書生物選修1人教版課題3酵母細(xì)胞的固定化課題目標(biāo)（一）知識與技能1、識記固定化技術(shù)的常用方法2、理解固定化酵母細(xì)胞的制備過程3、知道固定化酶的實例（二）過程與方法1、固定化細(xì)胞技術(shù)2、制備固定化酵母細(xì)胞的過程（三）情感、態(tài)度與價值觀通過固定化技術(shù)的發(fā)展過程，培養(yǎng)科學(xué)探究精神，同時領(lǐng)會研究的科學(xué)方法課題重點制備固定化酵母細(xì)胞課題難點制備固定化酵母細(xì)胞教學(xué)方法啟發(fā)式教學(xué)教學(xué)工具多媒體課件教學(xué)過程（一）引入新課在應(yīng)用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實際問題：酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，提高了生產(chǎn)成本，也可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。在本課題

2、中，我們將動手制備固定化酵母細(xì)胞，體會固定化酶的作用（二）進行新課1基礎(chǔ)知識1.固定化酶的應(yīng)用實例一一生產(chǎn)高果糖漿（1）高果糖漿的生產(chǎn)原理：葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶果糖葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶果糖（2）葡萄糖異構(gòu)酶固定：將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀載體上，裝入反應(yīng)柱中。（3）高果糖漿的生產(chǎn)操作（識圖45反應(yīng)柱）：從反應(yīng)柱上端注入葡萄糖溶液，從下端流出果糖溶液，一個反應(yīng)柱可連續(xù)使用半年。2固定化技術(shù)的方法（識圖46固定方法）：將酶和細(xì)胞固定化方法有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法?！颈容^】酶和細(xì)胞的固定方法和特點固定對象酶細(xì)胞適宜固定法化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法包埋法特占八、體積小，固定一種酶。包埋法容易丟失體積大

3、，固定一系列酶。難以化學(xué)結(jié)合和吸附思考1對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？吸附法。思考2將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)固定（酶、細(xì)胞）；若將蛋白質(zhì)變成氨基酸，應(yīng)當(dāng)固定（酶、細(xì)胞）。3固定細(xì)胞的材料：固定細(xì)胞時應(yīng)當(dāng)選用不溶于水的多孔性載體材料，如明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等2實驗設(shè)計1制備固定化酵母細(xì)胞（1）酵母細(xì)胞的活化：1g干酵母+10mL蒸餾水一50mL燒杯一攪拌均勻一放置1h，使之活化。思考3活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常生活狀態(tài)的過程。（2）配制CaCl2溶液：0.83gCaCl2+150mL蒸餾水一200mL燒杯一溶解

4、備用。（3）配制海藻酸鈉溶液：0.7g海藻酸+10mL水一50mL燒杯一酒精燈微火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化一蒸餾水定容到10mL。思考4微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？防止海藻酸南焦糊。（4）海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合：將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化酵母細(xì)胞液，攪拌后吸入到注射器中。思考5為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞？防止高溫殺死酵母細(xì)胞。（5）固定化酵母細(xì)胞：以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝膠珠狀顆粒。2固定化酵母細(xì)胞的發(fā)酵（6）沖洗：將固定的酵母細(xì)胞凝膠珠用蒸餾水沖洗23次。（7）發(fā)酵：150mL10%葡萄糖+固定化酵母細(xì)

5、胞一200mL錘形瓶一密封一25發(fā)酵24h。思考6發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。思考7錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生的。思考8在利用固定化酶或固定化細(xì)胞進行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作碼？需要。3發(fā)酵操作（三）課堂總結(jié)、點評（四）實例探究例1關(guān)于酵母菌的敘述，正確的是A酵母菌在營養(yǎng)物質(zhì)充足時、環(huán)境適宜時，依靠有性生殖進行繁殖B酵母菌的代謝類型是異養(yǎng)厭氧型酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、核膜、各種的細(xì)胞器膜等膜D用酵母菌釀酒時，應(yīng)先密封后通氣解析：酵母菌在環(huán)境適宜時進行出芽生殖，環(huán)境不良時進行孢子生殖。代謝類型為異養(yǎng)兼性厭氧型。酵母菌細(xì)胞為真核

6、細(xì)胞，因此具有生物膜系統(tǒng)。在釀酒時，應(yīng)當(dāng)先通氣后密封。答案：例2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成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機磷農(nóng)藥，于微生物降解相比，其作用不需要適宜的A溫度.酸堿度.水分.營養(yǎng)解析：本題考察酶和細(xì)胞的比較，二者的正常活動都需要一定的條件，如溫度、酸堿度、水份等，但是酶本身是一種大分子物質(zhì)，不需要營養(yǎng)，而細(xì)胞的生活離不開營養(yǎng)物質(zhì)。答案：綜合應(yīng)用例3下列有關(guān)固定化技術(shù)的敘述，正確的是（）A固定化酶只是在細(xì)胞內(nèi)才能發(fā)揮作用B固定化酶能提高酶的利用率酶的固定是酶分離純化的常用方法D固定化酶的固定化方式就是吸附在固體表

7、面上。解析：制成固定化酶的步驟是：酶的生產(chǎn)、提取、酶的分離純化、酶的固定化，制成固定化酶的方法有吸附在固體表面，有將酶相互連接起來將酶包埋在細(xì)微的網(wǎng)格里等；這樣的固定化酶能重復(fù)利用，從而提高了酶的利用率；而酶在條件適宜時，既可在細(xì)胞內(nèi)起作用，也能在細(xì)胞外起作用，制成的固定化酶，更是主要在細(xì)胞外發(fā)揮作用。答案選（五）鞏固練習(xí)1酶的固定化常用的方式不包括A.吸附B.包埋C.連接D.將酶加工成固體2.溶解海藻酸鈉，最好采用加熱的方法A.小火間斷B.小火持續(xù)C.大火間斷D.大火持續(xù)3.高果糖漿生產(chǎn)需要的酶是A.葡萄糖異構(gòu)酶A.葡萄糖異構(gòu)酶B.蔗糖酶C.麥芽糖酶D.果糖酶4關(guān)于酵母菌的敘述，正確的是A.

8、酵母菌在營養(yǎng)物質(zhì)充足時、環(huán)境適宜時，依靠有性生殖進行繁殖B.酵母菌的代謝類型時異養(yǎng)厭氧型C.酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細(xì)胞膜、核膜、各種的細(xì)胞器膜等膜D.用酵母菌釀酒時，應(yīng)先密封后通氣5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成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機磷農(nóng)藥，于微生物降解相比，其作用不需要適宜的A.溫度B.酸堿度C.水分D.營養(yǎng)6將酵母菌的培養(yǎng)液由富氧狀態(tài)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)，下面加快的一項是A.CO2的釋放B.丙酮酸的氧化C.葡萄糖的利用D.ATP的形成7固定化酶的優(yōu)點是A.有利于增加酶的活性B.有利于產(chǎn)物的純化C.有利于提高反應(yīng)速度D.有利

9、于酶發(fā)揮作用.下列不是用于包埋法固定化細(xì)胞的載體是A.瓊脂糖B.醋酸纖維素C.聚丙烯酰胺D.聚乙烯樹脂.關(guān)于固定化細(xì)胞的敘述，正確的是A.催化效率高，低耗能、低污染對環(huán)境的條件非常敏感，容易失活C.既能與反應(yīng)物充分接觸，又能與產(chǎn)物分離D.成本低、操作簡單，但反應(yīng)效果可能很低.固定化細(xì)胞技術(shù)不包括A.包埋法B.化學(xué)結(jié)合化C.物理法D.生物法答案：1D2A3A4B5D6C7B8D9.C10.D課余作業(yè)1什么是細(xì)胞的活化。2如何檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格。教學(xué)體會固定化酶的技術(shù)要求比較高，因此在教學(xué)過程中重點介紹固定化酵母細(xì)胞的操作。對于固定化酶的作用、原理及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用，主要是讓學(xué)生通過生產(chǎn)實例

10、來了解。教師在教學(xué)時可以采用讓學(xué)生能夠閱讀自學(xué)的方式。例如，在葡萄糖的異構(gòu)反應(yīng)中，如果不將葡萄糖異構(gòu)酶固定化，而是直接使用葡萄糖異構(gòu)酶，會對生產(chǎn)產(chǎn)生哪些影響？資料袋固定化細(xì)胞的載體固定化細(xì)胞技術(shù)所采用載體的物理化學(xué)性質(zhì)直接影響所固定細(xì)胞的生物活性和體系傳質(zhì)性能。理想的載體材料應(yīng)具有對微生物無毒性、傳質(zhì)性能好、性質(zhì)穩(wěn)定。壽命長、價格低廉等特性。它可分為有機高分子載體、無機載體和復(fù)合載體三大類。有機高分子載體又分為天然高分子凝膠載體和合成有機高分子凝膠載體。天然高分子凝膠一般對生物無毒，傳質(zhì)性能較好，但強度較低，在厭氧條件下易被生物分解。有機合成高分子凝膠載體一般強度較大，但傳質(zhì)性能較差，在進行細(xì)胞固定時對細(xì)胞活性有影響，易造成細(xì)胞失活。無機載體大多具有多孔結(jié)構(gòu)，在與微生物接觸時，利用吸附作用和電荷效應(yīng)，從而把微生物固定