2012016人教版高中生物選修1習題專題4課題3酵母細胞的固定化

課題3酵母細胞的固定化…勺”知識梳理一、固定化酶的應用實例(i)能將葡萄糖轉化成果糖的酶是葡萄糖異構酶(2)固定化酶技術使用的反應柱上的孔應滿足酶顆粒無法通過，反應溶液自由通過，若反應物顆粒過大則不能用此法。二、固定化細胞技術(1)固定化酶和固定化細胞是利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術，包括包埋法、化學結合法和物理吸附法其中細胞多采用包埋法固定化。(2)包埋法固定化細胞是將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。三、實驗操作.制備固定化酵母細胞(1)酵母細胞的活化：向干酵母中加入蒸餾水，攪拌混勻。(2)配制CaCl2溶液：向無水CaCl2加入蒸餾水，充分溶解。(3)配制海藻酸鈉溶液：酒精燈加熱時要用小火或間斷加熱，且邊加熱邊攪拌，直至完全溶化，最后用蒸餾水定容。(4)海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合。(5)固定化酵母細胞：以恒定速度緩慢將上述混合液滴加到CaCl2溶液中，形成凝膠珠，并在CaCl2溶液中浸泡。.用固定化酵母細胞發(fā)酵將固定好的酵母細胞(凝膠珠)加入用于發(fā)酵的葡萄糖溶液后，發(fā)現(xiàn)有氣泡產生，同時有酒味散發(fā)。一、選擇題.下列說法中，哪項不是在應用酶的過程中常遇見的一些實際問題(D)A.酶與反應物混合，產品難以提純B.酶在生物化學反應中往往難以回收C.酶遇強酸、強堿、高溫等條件易失活D.酶作為催化劑，絕大多數(shù)酶是蛋白質解析：蛋白質是絕大多數(shù)酶的化學本質，這一屬性不會因為酶的固定化而改變。.下列不屬于固定化酶在利用時的特點的是(C)A.有利于酶與產物分離B.可以被反復利用。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。.關于固定化酶技術的說法正確的是(D)A.固定化酶技術就是固定反應物，使酶依附著載體圍繞反應物旋轉的技術B.固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應C固定化酶中的酶無法重復利用D.固定化酶是將酶固定在一定空間內的技術解析：固定化酶是利用物理或化學方法將酶固定在一定空間內的技術。其優(yōu)點是酶被固定在一定裝置內，可重復利用；不足是無法同時解決一系列酶促反應。.下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是(A)A.固定化細胞技術在多步連續(xù)催化反應方面優(yōu)勢明顯B.固定化酶的應用中，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磷農藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件D.利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應底物解析：固定化細胞可連續(xù)催化多步反應；應用固定化酶需控制好溫度和pH,無氧參與的反應不需控制溶解氧；利用固定化酶降解有機磷農藥，農藥是反應底物，不需另外提供營養(yǎng)；利用固定化酵母細胞發(fā)酵，糖類既作為反應底物，又作為酵母細胞生命活動的能源物質。.大分子反應物應采用的固定化技術和理由是(A)A.固定化酶技術；可應用化學結合法或物理吸附法對酶固定，利于大分子和酶的接觸B.固定化酶技術；可應用包埋法對酶固定，利于大分子和酶的接觸C固定化細胞技術；一般應用化學結合法或物理吸附法對細胞固定，利于大分子和細胞的接觸D.固定化細胞技術；一般應用包埋法對細胞固定，利于大分子和細胞的接觸解析：大分子反應物應采用的固定化技術是固定化酶技術，理由是：一般用化學結合法或物理吸附法對酶固定，和包埋法相比，化學結合法或物理吸附法有利于反應物與酶的接觸。如采用固定化細胞技術，則一般用包埋法對細胞固定，由于大分子顆粒比較大，反應物難以進入包埋細胞的網格或顆粒，不利于反應的進行。.對固定化細胞的敘述，正確的是(C)A.催化效率高，低耗能、低污染B.對環(huán)境的條件非常敏感，容易失活C既能與反應物充分接觸，又能與產物分離D.成本低，操作簡單，但反應效果可能很低解析：參照固定化細胞的優(yōu)點。.在制備固定化酵母細胞的實驗中，CaCl2溶液的作用是(C)A.用于調節(jié)溶液pH B.用于進行離子交換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這種電解質溶液的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，其作用機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，類似于人體紅細胞與抗凝集素之間的凝集反應。.某同學實驗中制備固定化酵母細胞，下面是其實驗的步驟環(huán)節(jié)，那么他遵循的實驗步驟順序應該是(D)①配制CaCl2溶液②海藻酸鈉溶化③海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合④酵母細胞活化⑤固定化酵母細胞A.①②③④⑤ B.④①③②⑤C.④⑤②①③ D.④①②③⑤解析：制備固定化酵母細胞的正確步驟為：酵母細胞活化一配制CaCl2溶液一海藻酸鈉溶化一海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合一固定化酵母細胞。.酶制劑、固定化酶、固定化細胞已經廣泛地應用于各個領域，下列有關敘述錯誤的是(A)A.90℃高溫會使TaqDNA聚合酶失去催化活性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固定化酶固定時可能會造成酶的損傷而影響活性D.固定化細胞可以催化一系列酶促反應解析:TaqDNA聚合酶是一種用于PCR技術的耐高溫的酶,90℃的高溫不會讓該酶失活。.研究認為，用固定化酶技術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磷農藥，與微生物降解相比，其作用不需要適宜的（D）A.溫度 B.酸堿度C水分D.營養(yǎng)解析：酶和細胞的正?；顒佣夹枰欢ǖ臈l件，如溫度、酸堿度、水分等，但是酶本身是一種大分子物質，不需要營養(yǎng)，而細胞的生活離不開營養(yǎng)物質。二、非選擇題.固定化酶是20世紀60年代迅速發(fā)展起來的一種技術。東北農業(yè)大學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固定小麥酯酶，研究固定化酶的性質，并對其最佳固定條件進行了探究。下圖顯示的是部分研究結果（注：酶活力為固定化酶催化化學反應的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量），分析回答下列問題。

(1)從對溫度變化適應性和應用范圍的角度分析，由甲圖所示結果可以得出的結論(2)乙圖曲線表明濃度為的海藻酸鈉包埋效果最好，當海藻酸鈉濃度較低時，酶活力較低的原因是⑶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，這是因為答案：(1)固定化酯酶比游離酯酶對溫度變化適應性更強且應用范圍較廣(2)3%海藻酸鈉濃度較低時包埋不緊密，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.下面是制備固定化酵母細胞的實驗步驟，請回答：酵母細胞的活化一配制CaCl2溶液一配制海藻酸鈉溶液一海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合一固定化酵母細胞。(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)的微生物重新恢復狀態(tài)?；罨皯x擇足夠大的容器，因為酵母細胞活化時。(2)影響實驗成敗的關鍵步驟是(3)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞數(shù)目。（4）觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明;如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明⑸固定化酶技術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)境中進入休眠狀態(tài)，活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復正常生活狀態(tài)。因為酵母細胞活化時體積會增大，所以活化前應選擇足夠大的容器。在此實驗中，配制海藻酸鈉溶液是影響實驗成敗的關鍵步驟。如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細胞數(shù)目就會減少；觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明固定化酵母細胞數(shù)目較少，如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗，需要重新配制；因為酶分子很小，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⑶少（4）固定化酵母細胞數(shù)目較少海藻酸鈉濃度偏高，制作失?、擅阜肿雍苄?，容易從包埋材料中漏出.釀造工業(yè)中經常使用酵母菌，某科研小組對固定化技術在釀酒酵母上的應用做了一些研究。下表是海藻酸鈉濃度和氯化鈣濃度對

固定化酵母的影響實驗數(shù)據(jù)表，下圖是在相同的發(fā)酵條件下，固定化酵母細胞與游離酵母細胞3次循環(huán)發(fā)酵的糖度變化比較曲線圖，請分析回答下列問題。海藻酸鈉/%22.5322.5322.53CaClJ%222333444固定化強度/g?30個T930950990103011001140117011701160酒精量/%6.76.56.56.76.46.26.76.46.2殘?zhí)橇?%2.52.752.752.602.652.652.652.752.75固定化酵母細胞游離酵母細胞時間/d時間/d0123456789101112B固定化酵母細胞游離酵母細胞012345678910111213心第一次循環(huán)發(fā)酵糖度變化h.第二次循環(huán)發(fā)酵糖度變化固定化酵母細胞游離酵母細胞時間/d時間/d0123456789101112B固定化酵母細胞游離酵母細胞012345678910111213心第一次循環(huán)發(fā)酵糖度變化h.第二次循環(huán)發(fā)酵糖度變化。固定化酵母細胞?游離酵母細胞時間田012345678910111213*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)固定酵母細胞的方法常用法，實驗中要注意將剛溶化好的海藻酸鈉溶液后，加入已活化的酵母細胞，進行充分攪拌。(2)Ca2+是決定海藻酸鈉固定化酵母機械強度的重要因素，根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，隨著Ca2+濃度的增加，固定化酵母的強度,最終選擇海藻酸鈉與氯化鈣的濃度分別為時固定化效果好。海藻酸鈉是一種多孔性載體，在一定濃度范圍內選擇較低的海藻酸鈉的濃度進行固定化酵母，產生酒精量較高的原因是(3)比較曲線圖可以看出，發(fā)酵速度較快，游離酵母在重復使用次后，其活性完全喪失，由此可見固定化酵母細 胞 的 優(yōu) 點 是解析：(1)細胞常用包埋法固定，剛溶化好的海藻酸鈉要冷卻到室溫后再加入酵母細胞，防止高溫殺死酵母細胞。(2)由表中數(shù)據(jù)可