酵母細(xì)胞固定化人教選修

專題4酶的研究與應(yīng)用課題3酵母細(xì)胞的固定化

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欄目鏈接我們知道，酶是生物催化劑，能改變化學(xué)反應(yīng)速度，但反應(yīng)前后酶的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)并未改變。我們在使用加酶洗衣粉將衣服清洗干凈的同時，也將洗衣粉中的“有功之臣”連同污水一塊倒掉了，多可惜??！這也造成了一定程度上的污染和浪費。現(xiàn)在酵母細(xì)胞的固定化技術(shù)可使酶重復(fù)使用。

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欄目鏈接請思考：1．如何將酶進(jìn)行固定化？2．固定化細(xì)胞的方法有幾種？

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欄目鏈接(1)能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖的酶是______________。(2)固定化酶技術(shù)使用的反應(yīng)柱上的孔應(yīng)滿足酶顆粒______通過，反應(yīng)溶液______通過，若反應(yīng)物顆粒過大則不能用此法。一、固定化酶的應(yīng)用實例

葡萄糖異構(gòu)酶

無法

自由

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欄目鏈接二、固定化細(xì)胞技術(shù)(1)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____________。其中細(xì)胞多采用________固定化。(2)包埋法固定化細(xì)胞是將微生物細(xì)胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。常用的載體有________、____________、____________、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。

物理

化學(xué)

包埋法

化學(xué)結(jié)合法

物理吸附法包埋法

明膠

瓊脂糖

海藻酸鈉

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欄目鏈接三、實驗操作1．制備固定化酵母細(xì)胞(1)酵母細(xì)胞的活化：向干酵母中加入________，攪拌混勻。(2)配制CaCl2溶液：向無水________加入蒸餾水，充分溶解。(3)配制海藻酸鈉溶液：酒精燈加熱時要用______或__________，且邊加熱邊______，直至完全溶化，最后用蒸餾水定容。

蒸餾水CaCl2

小火

間斷加熱

攪拌

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欄目鏈接(4)海藻酸鈉溶液與__________混合。(5)固定化酵母細(xì)胞：以恒定速度緩慢將上述混合液滴加到____________中，形成凝膠珠，并在CaCl2溶液中浸泡。

酵母細(xì)胞CaCl2溶液

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欄目鏈接2．用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)加入用于發(fā)酵的__________溶液后，發(fā)現(xiàn)有________產(chǎn)生，同時有________味散發(fā)。

葡萄糖

氣泡

酒

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欄目鏈接一、固定化酶和固定化細(xì)胞的方法(1)包埋法(A、B圖)：是指將酶包裹在多孔的載體中，如將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中，或包裹在醋酸纖維素等半透性高分子膜中。(2)化學(xué)結(jié)合法(C圖)：將酶分子相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到纖維素、瓊脂糖等載體上的固定方式。(3)物理吸附法(D圖)：指將酶吸附到固體吸附劑表面的方法，固體吸附劑多為活性炭、多孔玻璃等。

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欄目鏈接例1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(xì)胞相似？(

)

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欄目鏈接解析：A、B選項適合于酶的固定化，C選項既用于酶固定，也可用于細(xì)胞固定。制備固定化酵母細(xì)胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠珠中，所以與D選項相似。答案：D

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欄目鏈接變式訓(xùn)練1．相對固定化酶而言，固定化細(xì)胞對酶的活性影響較小，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C．催化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用D．細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)中有效地發(fā)揮作用

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欄目鏈接變式訓(xùn)練解析：固定化細(xì)胞維持了細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，為酶充分地發(fā)揮作用提供了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。答案：D

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欄目鏈接二、固定化酵母細(xì)胞的制備與應(yīng)用1．固定化酵母細(xì)胞的制備

(1)酵母細(xì)胞的活化：在缺水的狀態(tài)下，微生物會處于休眠狀態(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)。

(2)配制CaCl2溶液：0.83g無水CaCl2＋150mL蒸餾水→200mL燒杯→溶解備用。

(3)配制海藻酸鈉溶液：0.7g海藻酸鈉＋10mL水→50mL燒杯→酒精燈小火(或間斷)加熱，并不斷攪拌，使之溶化→蒸餾水定容到10mL。

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欄目鏈接(4)海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合：將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢韬笪氲阶⑸淦髦小?/p>

(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。2．用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵

(1)沖洗：將固定好的酵母細(xì)胞凝膠珠用蒸餾水沖洗2～3次，剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡30min左右，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

(2)發(fā)酵：150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%葡萄糖溶液＋固定化酵母細(xì)胞→200mL錐形瓶→密封→25℃下發(fā)酵24h。

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欄目鏈接

制備固定化酵母細(xì)胞的易錯提醒①CaCl2要稱量準(zhǔn)確，不能用自來水配制溶液，防止自來水中各種離子影響實驗效果，應(yīng)用蒸餾水。②加入活化酵母細(xì)胞時，海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，以免溫度過高而殺死酵母菌。③制備過程嚴(yán)格要求無菌操作，防止微生物污染。特別提醒

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欄目鏈接④海藻酸鈉溶液的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量，如果海藻酸鈉濃度過高，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)目就少，影響實驗效果。特別提醒

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欄目鏈接三、直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化的比較直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶制作方法無化學(xué)結(jié)合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否是催化反應(yīng)單一或多種單一一系列

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欄目鏈接(續(xù)表)反應(yīng)物質(zhì)各種物質(zhì)(大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子)小分子物質(zhì)缺點①對環(huán)境條件非常敏感，易失活②難回收、成本高、影響產(chǎn)品質(zhì)量催化化學(xué)反應(yīng)比較單一反應(yīng)物不易與酶接觸，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降優(yōu)點催化效率高、低耗能、低污染①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離②可以反復(fù)利用成本低、操作容易，使用時間長

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欄目鏈接例2下面是制備固定化酵母細(xì)胞的步驟，正確的是(

)①配制CaCl2溶液②海藻酸鈉溶化③海藻酸鈉與酵母細(xì)胞混合④酵母細(xì)胞活化⑤固定化酵母細(xì)胞A．①②③④⑤

B．④①③②⑤C．④⑤②①③D．④①②③⑤

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欄目鏈接解析：制備固定化酵母細(xì)胞的基本步驟是：酵母細(xì)胞的活化→配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→與酵母細(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞。答案：D

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欄目鏈接2．下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟不恰當(dāng)?shù)氖?

)A．應(yīng)使干酵母與水混合并攪拌，以利于酵母菌活化B．配置海藻酸鈉溶液時要用小火間斷加熱的方法C．向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已