高中生物人教版生物技術(shù)實(shí)踐專題4酶的研究與應(yīng)用 專題4酵母細(xì)胞的固定化

專題4酶的研究與應(yīng)用課題3酵母細(xì)胞的固定化1．下列關(guān)于使用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿的說(shuō)法，正確的是()①生產(chǎn)高果糖漿需要使用果糖異構(gòu)酶②在反應(yīng)柱的頂端裝上分布著許多小孔的篩板，防止異物的進(jìn)入③將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，果糖溶液從反應(yīng)柱的下端流出④反應(yīng)柱可以降低生產(chǎn)成本，提高果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量A．①② B．②③C．③④ D．①④解析：反應(yīng)柱的底端裝有分布著許多小孔的篩板，酶顆粒無(wú)法通過(guò)篩板上的小孔，葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，流經(jīng)反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，使葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能夠連續(xù)使用，大大降低了生產(chǎn)成本，有利于果糖的生產(chǎn)。答案：C2．下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是()A．可用包埋法制備固定化酵母細(xì)胞B．反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)固定化酶的活性沒(méi)有影響C．葡萄糖異構(gòu)酶固定前后專一性不同D．固定化細(xì)胞可以催化各種反應(yīng)底物的一系列反應(yīng)解析：細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，固定化細(xì)胞多采用包埋法，A項(xiàng)正確；反應(yīng)產(chǎn)物積累能影響酶的結(jié)構(gòu)，從而使酶的活性下降，B項(xiàng)錯(cuò)誤；葡萄糖異構(gòu)酶在固定前后專一性不變，都是催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖，C項(xiàng)錯(cuò)誤；固定化細(xì)胞固定的是一系列的酶，可以催化一系列的反應(yīng)，但不能催化各種反應(yīng)底物的一系列反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：A3．下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是()A．酶具有多樣性，固定化酶能夠催化一系列酶促反應(yīng)B．CaCl2溶液能夠使海藻酸鈉形成凝膠珠C．滴加酵母細(xì)胞與海藻酸鈉混合液過(guò)快，會(huì)使凝膠珠帶有尾巴D．固定化細(xì)胞可重復(fù)利用的前提是防止其他微生物的污染解析：固定化酶只能催化一種或一類酶促反應(yīng)。答案：A4．下列關(guān)于固定化酵母細(xì)胞的制備步驟中不恰當(dāng)?shù)氖?)A．應(yīng)使干酵母與蒸餾水混合并攪拌，以利于酵母細(xì)胞活化B．配制海藻酸鈉溶液時(shí)要用小火間斷加熱的方法C．向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆駾．將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液滴入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解析：在制備固定化酵母細(xì)胞的過(guò)程中，剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液溫度較高，需等其冷卻后才能加入已活化的酵母細(xì)胞，否則細(xì)胞會(huì)在高溫下死亡。答案：C5．下面是制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：酵母細(xì)胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞(1)在______________狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)________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)__________。(2)固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法，而固定化酶常用_________和_________。(3)影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是____________________。(4)海藻酸鈉溶化過(guò)程的注意事項(xiàng)是________________。(5)如果海藻酸鈉濃度過(guò)低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目________。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說(shuō)明__________。解析：(1)酵母細(xì)胞在缺水的狀態(tài)下休眠?；罨羌尤胨菇湍妇謴?fù)到生活狀態(tài)。酵母細(xì)胞活化后體積會(huì)增大。(2)固定化酶常用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。(3)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是配制海藻酸鈉溶液，得到凝膠珠。(4)海藻酸鈉溶化過(guò)程要小火加熱(或間斷加熱)，不斷攪拌，使海藻酸鈉完全溶化，又不會(huì)焦煳。(5)海藻酸鈉濃度過(guò)低，包埋的酵母菌就過(guò)少；海藻酸鈉濃度過(guò)高，不易與酵母菌混合均勻，形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形。答案：(1)缺水正常的生活體積增大(2)化學(xué)結(jié)合法物理吸附法(3)配制海藻酸鈉溶液(4)要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦煳(5)少海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗1．下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是()A．固定化酶的主要目的是實(shí)現(xiàn)酶的重復(fù)使用B．溶解氧交換受阻是固定化酶應(yīng)用的重要限制因素C．固定化細(xì)胞用于生產(chǎn)能分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物D．凝膠與被包埋細(xì)胞之間不是通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合解析：A項(xiàng)，固定化酶技術(shù)是指將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。B項(xiàng)，固定化酶發(fā)揮作用不需要供氧，溶解氧交換受阻不會(huì)成為其應(yīng)用的限制因素。C項(xiàng)，固定化細(xì)胞只能用于生產(chǎn)分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物，否則無(wú)法獲得需要的產(chǎn)物。D項(xiàng)，用凝膠包埋細(xì)胞利用的是物理方法。答案：B2．下列不屬于固定化酶在利用時(shí)的特點(diǎn)的是()A．有利于酶與產(chǎn)物分離B．可以被反復(fù)利用C．能自由出入依附的載體D．一種固定化酶一般情況下不能催化一系列酶促反應(yīng)解析：固定化酶是將酶固定在一種載體上，因此它不能自由出入依附的載體。答案：C3．關(guān)于固定化酶技術(shù)的說(shuō)法正確的是()A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，使酶依附著載體圍繞反應(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)C．固定化酶中的酶無(wú)法重復(fù)利用D．固定化酶是將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)解析：固定化酶是利用物理或化學(xué)方法將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是酶被固定在一定裝置內(nèi)，可重復(fù)利用；不足是無(wú)法同時(shí)解決一系列酶促反應(yīng)。答案：D4．下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是()A．固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢(shì)明顯B．固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度和溶解氧C．利用固定化酶降解水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥，需提供適宜的營(yíng)養(yǎng)條件D．利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物解析：固定化細(xì)胞可連續(xù)催化多步反應(yīng)；應(yīng)用固定化酶需控制好溫度和pH，無(wú)氧參與的反應(yīng)不需控制溶解氧；利用固定化酶降解有機(jī)磷農(nóng)藥，農(nóng)藥是反應(yīng)底物，不需另外提供營(yíng)養(yǎng)；利用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵，糖類既作為反應(yīng)底物，又作為酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的能源物質(zhì)。答案：A5．大分子反應(yīng)物應(yīng)采用的固定化技術(shù)和理由是()A．固定化酶技術(shù)；可應(yīng)用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法對(duì)酶固定，利于大分子和酶的接觸B．固定化酶技術(shù)；可應(yīng)用包埋法對(duì)酶固定，利于大分子和酶的接觸C．固定化細(xì)胞技術(shù)；一般應(yīng)用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法對(duì)細(xì)胞固定，利于大分子和細(xì)胞的接觸D．固定化細(xì)胞技術(shù)；一般應(yīng)用包埋法對(duì)細(xì)胞固定，利于大分子和細(xì)胞的接觸解析：大分子反應(yīng)物應(yīng)采用的固定化技術(shù)是固定化酶技術(shù)，理由是：一般用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法對(duì)酶固定，和包埋法相比，化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法有利于反應(yīng)物與酶的接觸。如采用固定化細(xì)胞技術(shù)，則一般用包埋法對(duì)細(xì)胞固定，由于大分子顆粒比較大，反應(yīng)物難以進(jìn)入包埋細(xì)胞的網(wǎng)格或顆粒，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。答案：A6．對(duì)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B．對(duì)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(jiǎn)單，但反應(yīng)效果可能很低解析：參照固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)。答案：C7．在制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，CaCl2溶液的作用是()A．用于調(diào)節(jié)溶液pH B．用于進(jìn)行離子交換C．用于膠體聚沉 D．用于為酵母菌提供Ca2＋解析：海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質(zhì)溶液的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，其作用機(jī)理是由于鹽離子的電荷與膠體微粒電荷相互吸引，形成更大的膠體顆粒，類似于人體紅細(xì)胞與抗凝集素之間的凝集反應(yīng)。答案：C8．在制備固定化酵母細(xì)胞的過(guò)程中錯(cuò)誤的操作是()A．取干酵母，加入蒸餾水，使其活化B．配制海藻酸鈉時(shí)，加熱用大火，直到海藻酸鈉溶化為止C．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D．將凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右解析：干酵母需加蒸餾水使其活化恢復(fù)生活狀態(tài)。配制海藻酸鈉時(shí)應(yīng)用小火或間斷加熱，以免焦煳。海藻酸鈉溶液與活化酵母細(xì)胞混合時(shí)應(yīng)在室溫下進(jìn)行，防止溫度過(guò)高殺死酵母細(xì)胞，最后將凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右。答案：B9．酶制劑、固定化酶、固定化細(xì)胞已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．90℃B．制備固定化酶的方法主要有包埋法、交聯(lián)法和吸附法等C．固定化酶固定時(shí)可能會(huì)造成酶的損傷而影響活性D．固定化細(xì)胞可以催化一系列酶促反應(yīng)解析：TaqDNA聚合酶是一種用于PCR技術(shù)的耐高溫的酶，90℃答案：A10．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磷酸酯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(jī)磷農(nóng)藥，與微生物降解相比，其作用不需要適宜的()A．溫度 B．酸堿度C．水分 D．營(yíng)養(yǎng)解析：酶和細(xì)胞的正?；顒?dòng)都需要一定的條件，如溫度、酸堿度、水分等，但是酶本身是一種大分子物質(zhì)，不需要營(yíng)養(yǎng)，而細(xì)胞的生活離不開(kāi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。答案：D11．固定化酶是20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來(lái)固定小麥酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對(duì)其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的是部分研究結(jié)果(注：酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量)，分析回答下列問(wèn)題。(1)從對(duì)溫度變化適應(yīng)性和應(yīng)用范圍的角度分析，由甲圖所示結(jié)果可以得出的結(jié)論是：_____________________________________________________________________________________________。(2)乙圖曲線表明濃度為_(kāi)___________的海藻酸鈉包埋效果最好，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)，酶活力較低的原因是_____________________________________________________________________。(3)固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酯酶一般可重復(fù)使用________次，之后酶活力明顯下降。(4)固定小麥酯酶不僅采用海藻酸鈉直接包埋，而且用戊二醛作交聯(lián)劑，這是因?yàn)開(kāi)________________________________________________________________________________________________。答案：(1)固定化酯酶比游離酯酶對(duì)溫度變化適應(yīng)性更強(qiáng)且應(yīng)用范圍較廣(2)3%海藻酸鈉濃度較低時(shí)包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足(3)3(4)酶分子很小，很容易從包埋材料中漏出12．下面是制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答：酵母細(xì)胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞。(1)在________狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)____________狀態(tài)?；罨皯?yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)________。(2)影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是_________________________________________。(3)如果海藻酸鈉濃度過(guò)低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目________。(4)觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過(guò)淺，說(shuō)明_______；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說(shuō)明_________________________________________________________________________。(5)固定化酶技術(shù)一般不采用包埋法固定化，原因是________________________________________________________________。解析：微生物一般在缺水干燥環(huán)境中進(jìn)入休眠狀態(tài)，活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復(fù)正常生活狀態(tài)。因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)體積會(huì)增大，所以活化前應(yīng)選擇足夠大的容器。在此實(shí)驗(yàn)中，配制海藻酸鈉溶液是影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟。如果海藻酸鈉濃度過(guò)低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目就會(huì)減少；觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過(guò)淺，說(shuō)明固定化酵母細(xì)胞數(shù)目較少，如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說(shuō)明海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗，需要重新配制；因?yàn)槊阜肿雍苄?，容易從包埋材料中漏出，所以制備固定化酶一般不宜用包埋法。答案?1)缺水正常的生活體積增大(2)配制海藻酸鈉溶液(3)少(4)固定化酵母細(xì)胞數(shù)目較少海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗(5)酶分子很小，容易從包埋材料中漏出13．釀造工業(yè)中經(jīng)常使用酵母菌，某科研小組對(duì)固定化技術(shù)在釀酒酵母上的應(yīng)用做了一些研究。下表是海藻酸鈉濃度和氯化鈣濃度對(duì)固定化酵母的影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表，下圖是在相同的發(fā)酵條件下，固定化酵母細(xì)胞與游離酵母細(xì)胞3次循環(huán)發(fā)酵的糖度變化比較曲線圖，請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：海藻酸鈉/%232323CaCl2/%222333444固定化強(qiáng)度/g·30個(gè)－1930950990103011001140117011701160酒精量/%殘?zhí)橇?%a．第一次循環(huán)發(fā)酵糖度變化b．第二次循環(huán)發(fā)酵糖度變化c．第三次循環(huán)發(fā)酵糖度變化固定化酵母與游離酵母發(fā)酵性能的比較(1)固定酵母細(xì)胞的方法常用__________法，實(shí)驗(yàn)中要注意將剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液__________后，加入已活化的酵母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?2)Ca2＋是決定海藻酸鈉固定化酵母機(jī)械強(qiáng)度的重要因素，根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，隨著Ca2＋濃度的增加，固定化酵母的強(qiáng)度________，最終選擇海