高中生物 4 課題3 酵母細胞的固定化教案 新人教版選修1

課題3酵母細胞的固定化

學習目標：1.說出固定化酶的作用和原理。(重點)2.嘗試制備固定化酵母細胞，并利

用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵。(難點)

自主預習。擺新加

NINHUYUXITAZXIZNHI

L基礎(chǔ)知識填充口

1.固定化酶的應(yīng)用實例一一生產(chǎn)高果糖漿

葡萄糖異構(gòu)酶

⑴反應(yīng)原理：葡萄糖------------?果糖。

(2)生產(chǎn)原理：將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝入反應(yīng)柱中,

柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。酶幽無法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液可以自由

出入。

(3)生產(chǎn)操作：

①將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入。

②使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸。

③轉(zhuǎn)化成的果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。

(4)固定化酶的優(yōu)點：酶既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離,還可以被反復利用。

2.固定化酶和固定化細胞技術(shù)

(1)概念：利用物理或化堂方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。

(2)常用方法［連線］:

圖ZK名稱適用對象

I.固定化酶

①a.包埋法

b.化學結(jié)合法

II.固定化

細胞

C.物理吸附法

①一C—I②一b—I③一a—II

(3)載體：包埋法固定化細胞常用的是不溶于水的多孔性載體,如明膠、瓊脂糖、海藻酸

鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。

3.固定化酵母細胞的實驗操作

用固定化酵母細胞發(fā)酵IT固定化酵母細胞

(1)活化就是讓處于凝狀態(tài)的微生物重新恢復正常的生活狀態(tài)。

(2)配制海藻酸鈉溶液時，要使用小火或者間斷加熱,反復幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。

(3)溶化好的海藻酸鈉溶液要先冷卻至室溫，再加入已活化的酵母細胞。

(4)在CaCL溶液中形成的凝膠珠需在CaCk溶液中浸泡30min左右。

預習效果驗收「

1.判斷對錯

(1)從酶的固定方式看，吸附法比化學結(jié)合法對酶活性影響小。()

(2)作為消化酶使用時，蛋白酶制劑以口服方式給藥。()

(3)尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過氧化氫酶，可以反復使用。()

(4)將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCL和雜菌。()

提不：(1)V(2)V

(3)X尿糖試紙是一種酶試紙，是將葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和某種無色化合物固定

在紙條上，制成測試尿糖含量的酶試紙，這種酶試紙與尿液相遇時，很快會因為尿液中葡萄

糖含量的多少而呈現(xiàn)一定的顏色，再次使用時顏色會有掩蓋作用，所以不能反復利用。

(4)V

2.目前，酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，下列屬于酶應(yīng)用中面臨的實際問題的是()

A.酶對有機溶劑不敏感，但對高溫、強酸、強堿非常敏感

B.加酶洗衣粉因為額外添加了酶制劑，比普通洗衣粉更易污染環(huán)境

C.固定化酶可以反復利用，但在固定時可能會造成酶的損傷而影響活性

D.酶的催化功能很強，但需給予適當?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)才能較長時間維持其作用

C［酶對有機溶劑也非常敏感；普通洗衣粉中含有P,更容易污染環(huán)境；酶發(fā)揮催化作用

時不需要提供營養(yǎng)物

質(zhì)。］

合作探究》放重旅

HEZUOTANJIUGONGZHONGNAN

曜究點1/固定化酶和固定化細胞技術(shù)

［合作交流］

1.酶能加快化學反應(yīng)速率，但溶液中的酶難以回收，不能利用。要想既降低生產(chǎn)成本,

又不影響產(chǎn)品質(zhì)量，該如何解決這一問題？

提示：將酶固定于不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離，還

可重復利用。

2.從操作角度考慮，固定化酶和固定化細胞哪一種方法對酶活性的影響更?。抗潭ɑ?/p>

胞固定的是一種酶還是一系列酶？

提示：固定化細胞操作更容易，對酶活性影響更小。固定化細胞可以催化一系列反應(yīng)，

故固定的是一系列酶。比如固定化酵母細胞將葡萄糖轉(zhuǎn)化形成酒精的過程就是一系列酶催化

反應(yīng)的結(jié)果。

3.如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，應(yīng)該采用哪種方法固定化？

提示：應(yīng)采用固定化酶技術(shù)。大分子物質(zhì)難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞不能使

反應(yīng)物充分反應(yīng)。

［歸納總結(jié)］

1.固定化酶或固定化細胞的方法

名稱原理圖示

謖勰

將酶或微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的

包埋法

多孔性載體中，分為凝膠包埋法和微囊化法

凝膠包埋法微囊化法

利用共價鍵、離子鍵將酶分子或細胞相互結(jié)

化學結(jié)

合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上，分為交聯(lián)法、共

合法

價結(jié)合法、離子結(jié)合法

通過物理吸附作用，把酶或細胞固定在醋酸

物理吸

纖維素、瓊脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等

附法

載體上

2.直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較

直接使用酶固定化酶固定化細胞

酶的種類一種或幾種一種一系列酶

高嶺土、皂土、硅膠、明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、

常用載體無

凝膠醋酸纖維素、聚丙烯酰胺

化學結(jié)合固定化、物

制作方法無包埋法固定化

理吸附固定化

是否需要

否否是

營養(yǎng)物質(zhì)

催化反應(yīng)單一或多種單一一系列

反應(yīng)底物各種物質(zhì)（大分子、小各種物質(zhì)（大分子、小小分子物質(zhì)

分子）分子）

①既能與反應(yīng)物接

觸，又能與產(chǎn)物分離，

催化效率高、低耗能、

優(yōu)點提高了產(chǎn)品質(zhì)量成本更低、操作更容易

低污染等

②可重復使用，降低

了成本

①對環(huán)境條件非常敏

反應(yīng)物不易與酶接觸，尤

感，易失活不利于催化一系列的

缺點其是大分子物質(zhì)，可能導

②酶難回收，成本高，酶促反應(yīng)

致反應(yīng)效率下降

影響產(chǎn)品質(zhì)量

實例果膠酶固定化葡萄糖異構(gòu)酶固定化酵母細胞

［典題通關(guān)］

關(guān)于固定化酶技術(shù)的說法正確的是（）

A.固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，將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)勢在于能催化一系列的酶促反應(yīng)

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的技術(shù)

D［本題主要考查對固定化酶的概念及其作用特點的理解和掌握。固定化酶是指通過物

理或化學的方法，將水溶性的酶與不溶性的載體結(jié)合，使酶固定在載體上，并在一定的空間

范圍內(nèi)進行催化反應(yīng)。因此，固定化酶技術(shù)固定的不是反應(yīng)物而是酶。被固定的只是一種酶,

不能催化一系列的酶促反應(yīng)。固定化酶可以重復利用。故選D。］

［深化探究1（1）為什么固定酶不適合采用包埋法？

（2）用固定的葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿有何優(yōu)點？

提示：（1）由于酶分子較小，容易在包埋材料中遺漏，所以不適合采用包埋法固定化。

（2）固定的葡萄糖異構(gòu)酶能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，并且提高了果糖的產(chǎn)量

和質(zhì)量。

頓活彘通用.

下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法，錯誤的是（）

A.固定化酶生物活性高，可長久使用

B.一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物純度不高

C.一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復使用

D.固定化酶可以反復利用，降低生產(chǎn)成本

A［一般酶制劑使用后，混在溶液中的酶不能回收利用，增加了生產(chǎn)成本；同時反應(yīng)后

酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶可重復使用，降低了生產(chǎn)成本，但是固定化

酶使用多次后，催化效果也會下降，并不能長久使用。］

掾究點2，固定化酵母細胞的實驗操作

［合作交流］

1.酵母細胞固定前要活化的原因是什么？

提示：在缺水狀態(tài)，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的酵母細胞恢復正

常的生活狀態(tài)。

2.在進行酵母細胞的活化操作時，為什么要選擇容積很大的容器？

提示：在酵母細胞活化時，體積會變大，因此要選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細

胞的活化液溢出容器。

3.如何根據(jù)凝膠珠的顏色和形狀確定是否制備成功？

提示：可以制備不含酵母細胞的凝膠珠作對照。如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，

說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形,

則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再做嘗試。

［歸納總結(jié)］

1.實驗操作流程

：1g干酵母+10mL蒸儲水f50mL

|酵母細胞的活花~二：燒杯中，攪拌均勻一放置?h左右，使

己］其活化

配制0.05mol/L的

［無水CaCl20.83g+150mL蒸饋

CaCl2溶液「水一200mL燒杯中，充分溶解

3

；0.7g海藻酸鈉+10mL水-50mL

配制海藻一：燒杯中一小火或間斷加熱,完成溶化

酸鈉溶液?

:f加蒸儲水定容至10mL

，將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至，

海藻酸鈉溶液與J室溫后，再加入已活化的酵母細;

酵母細胞混合二胞，充分攪拌使其混合均勻，然后

［轉(zhuǎn)移至注射器中

以恒定的速度緩慢地將注射器中，

_：的溶液滴加至配制好的CaCl2溶液

固定化酵母細胞1

一中，形成凝膠珠，使凝膠珠在CaCl2：

,溶液中浸泡約30min：

口，凝膠珠用蒸儲水沖洗2~3次，除

去表面的CaCk溶液

南一16工房基務(wù)森蘇1嬴而福薪

1J溶液轉(zhuǎn)移到200mL的錐形瓶中，再加

一人固定好的酵母細胞，置于25X：下發(fā)

海24h

2.制備固定化酵母細胞的注意事項

(1)在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復正

常的生活狀態(tài)。酵母細胞需要的活化時間較短，一般為0.5-1h,但實驗時需要提前做好準

備。

(2)酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細

胞的活化液溢出。

(3)加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)，關(guān)系到實驗的成敗，一定要按照教材的

提示進行操作。加熱時要用小火，或者間斷加熱，反復幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。

(4)海藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細胞的質(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胞的數(shù)目少，影響實驗效果。

(5)溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫，否則會因溫度過高而導致酵母菌死亡。

(6)可利用海藻酸鈉制成不含酵母菌的凝膠珠，用作對照。

(7)海藻酸鈉膠體在CaCk這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，需穩(wěn)定30min

左右。

(8)細胞的固定化要在嚴格無菌的條件下進行；反復使用固定化酵母細胞時，酵母菌種要

純，用具和材料要嚴格消毒，注意溫度控制，營養(yǎng)全面，還需要避免其他微生物的污染。

3.實驗結(jié)果分析與評價

(1)如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)

目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需

要再做嘗試。

酉每

(2)利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精［C6Hl——>2aH50H(酒精)+2C0?+能量］,可以看

到產(chǎn)生了很多氣泡，同時會聞到酒味，而不含酵母菌的凝膠珠所做的對照實驗則無此現(xiàn)象。

［典題通關(guān)］

下面是制備固定化酵母細胞的實驗步驟，請回答下列問題。

酵母細胞的活化一配制CaCk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?yīng)選擇足夠大的容器，因為酵母細胞活化時

(2)固定化細胞技術(shù)一般采用包埋法，而固定化酶常用和。

(3)影響實驗成敗的關(guān)鍵步驟是。

(4)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o如果形成的凝

膠珠不是圓形或橢圓形，說明=

［解析］(1)酵母細胞在缺水的狀態(tài)下休眠。活化是加入水使酵母細胞恢復到生活狀態(tài)。

酵母細胞活化后體積會增大。(2)固定化酶常用化學結(jié)合法和物理吸附法固定化。(3)實驗的

關(guān)鍵是配制海藻酸鈉溶液，得到凝膠珠。(4)海藻酸鈉濃度過低，包埋的酵母細胞就過少；海

藻酸鈉濃度過高，不易與酵母細胞混合均勻。

［答案］(1)缺水正常的生活體積增大

(2)化學結(jié)合法物理吸附法

(3)配制海藻酸鈉溶液

(4)過少海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗

［深化探究］(1)海藻酸鈉溶化過程中的注意事項是什么？

(2)該實驗中CaClz溶液的作用是什么？

提示：(1)要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊。

(2)用于海藻酸鈉聚沉。

下圖1表示制備固定化酵母細胞的有關(guān)操作，圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵

的示意圖。下列敘述不正確的是()

一猊端棄毋需計

注射器G3

——海藻酸鈉與

酵母菌（細胞）

二二。二二

7混合液-0-0-

—固定化酵母-----二二

（細胞）

、金410%葡萄糖/

X溶液溶液

圖1圖2

A.剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母細胞混合制備混合液

B.圖1中X溶液為CaCk溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠

C.圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母細胞充分接觸

D.圖1中制備的凝膠珠用蒸儲水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中

A［剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c溶液要冷卻至室溫，才能與活化的酵母細胞混合制備混合液，以

免高溫使酵母細胞失活；混合液加入CaCk溶液進行固定化酵母細胞，CaCL溶液的作用是使

海藻酸鈉形成凝膠珠；發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母細胞充分接觸，以利于發(fā)酵

過程的順利進行；制備的凝膠珠用蒸儲水洗滌（去除殘留的CaCL）后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中進行

發(fā)酵。］

［課堂小結(jié)］

知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

概念

酵

母

細

胞

的

固

定

化

核心語句歸納

1.酶更適合采用化學結(jié)合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。

2.制備固定化酵母細胞的基本步驟是：酵母細胞的活化一配制CaCb溶液一配制海藻酸

鈉溶液一海藻酸鈉與酵母細胞混合一固定化酵母細胞。

3.配制海藻酸鈉溶液要用小火或間斷加熱。

4.海藻酸鈉溶液濃度過高，很難形成凝膠珠；過低，凝膠珠包埋的酵母菌少。

5.固定化酶固定的是一種酶，固定化細胞固定的是一系列酶。

6.在制備固定化酵母細胞的過程中，溶化好的海藻酸鈉溶液要冷卻至室溫，才能加入已

活化的酵母細胞。

當堂達標。因以基

NGDABIAQGUS

1.有關(guān)制備固定化酵母細胞的敘述，正確的是()

A.首先用蒸儲水把干酵母、CaCl2＞海藻酸鈉配制成溶液，但配制CaCk溶液需要加熱

B.配制海藻酸鈉的溶液成糊狀

C.海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合時，要用玻璃棒攪拌，使酵母細胞混合均勻

D.酵母細胞溶液首先要和CaCL溶液混合

C［配制CaCL溶液不需要加熱；配制海藻酸鈉溶液需要加熱，直至將海藻酸鈉完全溶化