《制備和應(yīng)用固定化酶》教案

7/7第二節(jié)制備和應(yīng)用固定化酶●學(xué)習(xí)目標(biāo)1．結(jié)合酶固定化技術(shù)的相關(guān)介紹理解固定化酶的概念、特點(diǎn)及制備固定化酶的方法。2．結(jié)合固定化細(xì)胞技術(shù)的相關(guān)介紹理解其方法、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)?！裾n標(biāo)解讀1．掌握制備固定化酶的常用方法。2．掌握酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)?！窠虒W(xué)地位本節(jié)內(nèi)容涉及固定化酶和固定化細(xì)胞的相關(guān)知識(shí)，特點(diǎn)是制備技術(shù)及相關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)，是高考中的?？键c(diǎn)?！窠谭ㄖ笇?dǎo)1．可利用實(shí)例分析固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)。2．可利用多媒體方法展示、酵母菌細(xì)胞固定化技術(shù)的操作流程?！裥抡n導(dǎo)入建議可利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實(shí)例引入本課。課標(biāo)解讀重點(diǎn)難點(diǎn)1.掌握制備固定化酶的常用方法。2.掌握酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)。1.制備固定化酶的常用方法。(重點(diǎn))2.酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)。(重難點(diǎn))一固定化酶技術(shù)1.固定化酶固定化酶是指用物理學(xué)或化學(xué)的方法將酶與固相載體結(jié)合在一起形成的仍具有酶活性的酶復(fù)合物。在催化反應(yīng)中，它以固相狀態(tài)作用于底物，反應(yīng)完成后，容易與水溶性反應(yīng)物和產(chǎn)物分離，可被反復(fù)使用。2．制備固定化酶的方法(1)吸附法的顯著特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)便且條件溫和，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。(2)交聯(lián)法是利用多功能試劑進(jìn)行酶與載體之間的交聯(lián)，在酶和多功能試劑之間形成共價(jià)鍵，從而得到三維的交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。(3)包埋法是將酶包埋在能固化的載體中。思考交流1．對(duì)固定酶的作用影響最小的固定方法是哪一種？【提示】吸附法。二固定化細(xì)胞技術(shù)1.最廣泛的細(xì)胞固定化方法凝膠包埋法是應(yīng)用最廣泛的細(xì)胞固定化方法，適用于各種微生物、動(dòng)物和植物細(xì)胞的固定化。所使用的載體主要有瓊脂、海藻酸鈉凝膠、角叉菜膠、明膠等。2．優(yōu)點(diǎn)(1)無(wú)須進(jìn)行酶的分離和純化，減少了酶的活力損失，降低了生產(chǎn)成本。(2)不僅可以作為單一的酶發(fā)揮作用，且可以利用細(xì)胞中所含的復(fù)合酶完成一系列的催化反應(yīng)。(3)對(duì)于活細(xì)胞來(lái)說(shuō)，保持了酶的原始狀態(tài)，酶的穩(wěn)定性更高。3．缺點(diǎn)(1)固定化細(xì)胞只能用于生產(chǎn)細(xì)胞外酶和其他能夠分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物。(2)由于載體的影響，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和產(chǎn)物的擴(kuò)散受到一定的限制。(3)在好氧性發(fā)酵中，溶解氧的傳遞和輸送成為關(guān)鍵性的限制因素。思考交流2．固定化細(xì)胞為什么只能用于生產(chǎn)胞外酶和其他能分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物？【提示】因?yàn)楣潭ɑ?xì)胞固定的是活細(xì)胞，細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性，細(xì)胞內(nèi)有用的物質(zhì)(如胞內(nèi)酶)是不能自由進(jìn)出細(xì)胞的。正誤判斷1．酶在催化時(shí)會(huì)發(fā)生變化，不可反復(fù)利用。(×)【提示】在催化反應(yīng)前后性質(zhì)不變，可反復(fù)利用。2．固定化酶技術(shù)所用的固定載體一般為液相的。(×)【提示】固定載體一般為固相的。3．固定化植物細(xì)胞可以生產(chǎn)各種色素、香精、藥物、酶等。(√)4．活化酵母菌細(xì)胞的方法是高溫加熱后冷卻至45℃。(×)【提示】加入蒸餾水用玻璃棒攪拌，活化1h。一固定化酶技術(shù)【問(wèn)題導(dǎo)思】①酶的固定方法有哪些？?jī)?yōu)點(diǎn)分別是什么？②固定化酶只能催化一種或一類生化反應(yīng)嗎？1．制備固定化酶的常用方法可用下圖所示：2．常用的制備固定化酶的方法固定化酶法原理固定載體優(yōu)點(diǎn)吸附法離子鍵作用、物理吸附纖維素、瓊脂糖等多糖類或多孔玻璃、離子交換樹(shù)脂等載體交聯(lián)法酶和多功能試劑之間形成共價(jià)鍵利用多功能試劑進(jìn)行酶與載體之間的交聯(lián)，從而得到三維的交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)便且條件溫和，在生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛，而且穩(wěn)定性能好包埋法將酶包埋能固化的載體中酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中，或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中，前者包埋成格子型，后者包埋成微膠囊型名師點(diǎn)撥固定化酶可循環(huán)反復(fù)使用，在生產(chǎn)中，可通過(guò)離心法或過(guò)濾法把酶與反應(yīng)液相互分開(kāi)，在大規(guī)模的生產(chǎn)中所需工藝設(shè)備比較簡(jiǎn)單易行，而且穩(wěn)定性能好。二酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)【問(wèn)題導(dǎo)思】①為什么要等海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞？②制備過(guò)程為什么需要無(wú)菌操作？凝膠珠檢測(cè)有哪些指標(biāo)？1．操作流程準(zhǔn)備各種實(shí)驗(yàn)藥品和器具↓制備麥芽汁↓活化酵母菌細(xì)胞↓制備固定化細(xì)胞↓浸泡凝膠珠，用蒸餾水洗滌↓發(fā)酵麥芽汁2．注意事項(xiàng)(1)選用的干酵母要具有較強(qiáng)的活性，而且物種單一。(2)酵母菌細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)變大，因此活化前應(yīng)選擇體積足夠大的容器，防止酵母菌細(xì)胞的活化液溢出。(3)將溶化后的海藻酸鈉先冷卻至室溫，再與酵母菌細(xì)胞混合，避免高溫殺死酵母菌。(4)固定化酵母菌細(xì)胞時(shí)，應(yīng)將海藻酸鈉與酵母菌細(xì)胞的混合液用注射器緩慢滴加到飽和硼酸氯化鈣溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。名師點(diǎn)撥1．凝膠珠的檢測(cè)。剛形成的凝膠珠應(yīng)在飽和硼酸氯化鈣溶液中浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格可以使用下列方法：一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，且沒(méi)有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功；二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。2．觀察凝膠珠的顏色和形狀。如果制作的凝膠珠顏色過(guò)淺、呈白色，說(shuō)明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母菌細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說(shuō)明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要重新嘗試。1．關(guān)于固定化酶中的酶，說(shuō)法正確的是()A．酶的種類多樣，可催化一系列的酶促反應(yīng)B．酶被固定在不溶于水的載體上，可反復(fù)利用C．酶作為催化劑，反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)不改變，所以固定化酶可永遠(yuǎn)利用下去D．固定化酶由于被固定在載體上，所以喪失了酶的高效性和專一性特點(diǎn)【解析】固定化酶不能催化一系列的酶促反應(yīng)，因此A項(xiàng)錯(cuò)誤；固定化酶被固定在不溶于水的載體上，可以重復(fù)利用，但是隨著利用次數(shù)的增加，受到外界因素的影響，其活性會(huì)逐漸降低，但固定化酶仍有高效性和專一性的特點(diǎn)，即C、D項(xiàng)錯(cuò)誤，只有B項(xiàng)正確?！敬鸢浮緽2．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()【解析】A、B選項(xiàng)適合于酶的固定化，C選項(xiàng)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(xiàng)最相似?！敬鸢浮緿3．下列在制備固定化酵母細(xì)胞的操作中，正確的是()A．制備好海藻酸鈉后，需立即將其與酵母細(xì)胞混合以防凝固B．制備固定化酵母細(xì)胞過(guò)程應(yīng)用注射器C．以恒定的速度把混合液注射到CaSO4溶液內(nèi)D．凝膠珠在CaCl2溶液中應(yīng)浸泡10min左右【解析】海藻酸鈉應(yīng)先冷卻至45℃，否則會(huì)把酵母細(xì)胞殺死。凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡30min左右?！敬鸢浮緽4．下列說(shuō)法中不正確的是()A．固定化酶和固定化細(xì)胞在應(yīng)用上的主要區(qū)別是后者需要一定的營(yíng)養(yǎng)B．固定化酶技術(shù)一次只能固定一種酶C．固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點(diǎn)之一是酶都是在細(xì)胞外起作用D．固定化酶和固定化細(xì)胞都能反復(fù)使用【解析】固定化酶是在細(xì)胞外起作用，而固定化細(xì)胞產(chǎn)生的酶還可以在細(xì)胞內(nèi)起作用?！敬鸢浮緾5．下列敘述正確的是()A．一種固定化酶能催化一系列的化學(xué)反應(yīng)B．固定化細(xì)胞能產(chǎn)生一系列酶C．固定化細(xì)胞產(chǎn)生的酶，其活性更容易受影響D．固定化酶更適合大分子反應(yīng)物【解析】固定化酶一般只能催化一種化學(xué)反應(yīng)；而固定化細(xì)胞則能產(chǎn)生一系列酶，故能催化一系列化學(xué)反應(yīng)；固定化細(xì)胞和固定化酶在作用上的原理是相同的，且固定化細(xì)胞能不斷地產(chǎn)生酶和催化所需要的輔助因子，效果更好。固定化酶不能從固定的材料中漏出，因此用于固定的材料所設(shè)計(jì)的孔不能大，若催化的反應(yīng)物過(guò)大，酶和反應(yīng)物不能接觸，故達(dá)不到催化的目的?！敬鸢浮緽6．固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，其中適合細(xì)胞固定的方法是()A．包埋法 B．物理吸附法C．化學(xué)結(jié)合法 D．高溫冷卻法【解析】固定化酶常用物理吸附法和化學(xué)結(jié)合法，因?yàn)槊阜肿虞^小；而固定化細(xì)胞常用包埋法，因?yàn)榧?xì)胞較大，難以被吸附或結(jié)合。【答案】A7．下列說(shuō)法不正確的是()A．固定化酶和固定化細(xì)胞的技術(shù)方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法B．固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法C．由于細(xì)胞個(gè)大，而酶分子很小，因此細(xì)胞多采用物理吸附法固定D．反應(yīng)物是大分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶【解析】在酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)中通常有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，其中由于酶分子小，又多帶有電荷，易從多孔性物質(zhì)中漏出，因此多使用化學(xué)結(jié)合法與物理吸附法，而細(xì)胞個(gè)體大，難以被多孔性物質(zhì)吸附或結(jié)合，因而應(yīng)用包埋法?！敬鸢浮緾8．許多病原菌對(duì)青霉素產(chǎn)生了抗藥性，科學(xué)家用青霉素?；秆兄瞥隽税逼S青霉素。利用固定化青霉素酰化酶反應(yīng)器除嚴(yán)格控制溫度和pH外，還必須嚴(yán)格要求的條件是()A．高壓 B．無(wú)菌C．?dāng)嚢?D．光照【解析】固定化青霉素?；阜磻?yīng)器，同一般的化工容器一樣，對(duì)溫度和pH等條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，但不需要光照、高壓、攪拌等條件，為防止雜菌感染，酶反應(yīng)器必須無(wú)菌?！敬鸢浮緽9