蘇教版選修第二節(jié)《制備和應(yīng)用固定化酶》教案

酶的應(yīng)用技術(shù)實踐3.2制備和應(yīng)用固定化酶探究目的：1、說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理2、嘗試制備固定化酵母細(xì)胞，并利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。探究預(yù)習(xí)：固定化酶技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了固定化細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代后期出現(xiàn)了固定化細(xì)胞技術(shù)。通過各種方法將細(xì)胞與一定的載體結(jié)合，使細(xì)胞仍保持原有的生物活性，這一過程稱為細(xì)胞固定化。固定化細(xì)胞仍能進(jìn)行正常的生長、繁殖和代謝，由于保留了細(xì)胞內(nèi)原有的多酶系統(tǒng)，這對多步催化的連續(xù)反應(yīng)優(yōu)勢就更加明顯。細(xì)胞固定化的方法也有多種，主要是吸附法和包埋法兩大類。吸附法是制備固定化動物細(xì)胞的主要方法。動物細(xì)胞大多數(shù)具有附著特性，能夠很好地附著在容器壁、微載體和中空纖維等載體上。吸附法制備固定化植物細(xì)胞，是將植物細(xì)胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂縫之中，也可將植物細(xì)胞吸附在中空纖維的外壁上。包埋法是指將細(xì)胞包埋在多孔載體的內(nèi)部而制成固定化細(xì)胞的方法。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、動物和植物細(xì)胞的固定化。凝膠包埋法所使用的載體主要有瓊脂、海藻酸鈉凝膠、角叉菜膠、明膠等。海藻酸鈉凝膠包埋法制備固定化細(xì)胞的操作簡便，條件溫和，對細(xì)胞無毒性。通過改變海藻酸鈉的濃度可以改變凝膠的孔徑，適合于多種細(xì)胞的固定化。用海藻酸鈉凝膠制備的固定化細(xì)胞已用于多種酶的發(fā)酵生產(chǎn)與研究。固定化細(xì)胞技術(shù)可以取代游離的細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)各種物質(zhì)。材料用具：干酵母，聚乙烯醇，海藻酸鈉，無水CaCl2，蒸餾水，燒杯，玻璃棒，酒精燈，三角架，石棉網(wǎng)，注射器等。探究過程：探究步驟探究記錄結(jié)論或解釋1.實驗準(zhǔn)備準(zhǔn)備各種實驗藥品和器具。2.制備麥芽汁稱取一定質(zhì)量的干麥芽粉，加入其質(zhì)量4倍的水，在58~65℃下糖化3-4h。每隔一定的時間用碘液測定，如果仍顯藍(lán)色，說明糖化還不完全，繼續(xù)糖化直至不顯色為止，得到麥芽汁。煮沸、冷卻麥芽汁后用紗布過濾，再調(diào)節(jié)pH至6.0，在121℃下滅菌15min3.活化酵母菌細(xì)胞稱取1g干酵母放入50mL的小燒杯中，加入蒸餾水10mL。用玻璃棒攪拌酵母菌液，使其活化1h左右。4.制備固定化細(xì)胞稱取4g聚乙烯醇（PVA）和0.2g海藻酸鈉，加入無菌水40mL，適當(dāng)加熱至完全溶化，將溶液冷卻至45℃，加入預(yù)熱至35℃的酵母菌培養(yǎng)液，混合均勻形成酵母菌-海藻酸鈉膠液；將酵母菌-海藻酸鈉膠液倒入帶有孔徑為2mm噴嘴的小塑料瓶或吸入注射針筒中；以恒定的速度滴入預(yù)先盛有50mL飽和硼酸-氯化鈣溶液的燒杯中，采用磁力攪拌器或手搖的方法使溶液不停地旋轉(zhuǎn)；酵母菌-海藻酸鈉膠液在溶液中逐漸形成凝膠珠5.發(fā)酵麥芽汁將固定化酵母菌細(xì)胞凝膠珠加入300mL無菌麥芽汁中，置于25℃下發(fā)酵7~探究反思：固定化酵母菌技術(shù)有哪些優(yōu)點？探究示例：請參照細(xì)胞固定化技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識，完成下列問題。（1）細(xì)胞固定化技術(shù)一般采用包埋法固定化，采用該方法的原因是____________________________________________________________________。（2）包埋法固定化是指_________________________________。（3）包埋法固定化細(xì)胞常用的載體有__________________________________________________________。（答出三種即可）（4）與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞技術(shù)的優(yōu)點是________________________________________________。（5）制備固定化酵母細(xì)胞的步驟為：①________________________________________________。②_________________________________________________。③___________________________________________。④________________________________________________。⑤__________________________________________________?！窘馕觥浚?）固定化細(xì)胞的方法有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，一般來說多采用包埋法固定化，因為個大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，且不易從包埋材料中漏出。（2）（3）包埋法固定化即將微生物細(xì)胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉等。（4）與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞技術(shù)的成本更低．操作更容易。（5）制備固定化酵母細(xì)胞的程序為：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?！敬鸢浮浚?）細(xì)胞個大，不易從包埋材料中漏出；（2）將微生物細(xì)胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中；（3）明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等；（4）成本更低，操作更容易；（5）①酵母細(xì)胞的活化②配制CaCl2溶液③配制海藻酸鈉溶液④海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合⑤酵母細(xì)胞的固定化?！境C正反饋】1．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2．與固定化酶相比，固定化細(xì)胞制備的特點是（）A．成本高，但操作更容易B．成本低，但操作更復(fù)雜C．成本高，且操作更復(fù)雜D．成本低，且操作更容易3．固定化細(xì)胞技術(shù)在廢水處理中有著重要作用，用于處理含氮、氨豐富的廢水的固定化微生物通常是（）①酵母菌②青霉菌③硝化菌④反硝化菌A．①②B．③④C．①③D．②④4．酵母細(xì)胞的活化是指（）A．讓酵母細(xì)胞恢復(fù)運動狀態(tài)B．讓酵母細(xì)胞在缺水狀態(tài)下休眠C．讓酵母細(xì)胞內(nèi)酶活性加倍D．讓處于休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)5．下面為制備固定化酵母細(xì)胞的步驟，其正確的操作程序是（）①海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合②配制海藻酸鈉溶液③酵母細(xì)胞的活化④固定化酵母細(xì)胞⑤配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液A．①②③④⑤B．③①②⑤④C．③⑤②①④D．③②⑤①④6．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（）7．下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟敘述，不恰當(dāng)?shù)氖牵ǎ〢．應(yīng)使干酵母與水混合并攪拌，以利于酵母菌活化B．配制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溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆駾．將與酵母混勻的海藻酸鈉溶液注入CaCl2溶液中，會觀察到CaCl2溶液中有球形的凝膠珠形成8．用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵葡萄糖溶液時，為了能產(chǎn)生酒精，下列措施錯誤的是（）A．向瓶內(nèi)泵入氧氣B．應(yīng)將裝置放于適宜的條件下進(jìn)行C．瓶內(nèi)應(yīng)富含葡萄糖等底物D．將瓶口密封，效果更好9.下列屬于固定化酶在利用時的特點的是（）A．有利于酶與產(chǎn)物分離B．制成的加酶洗衣服可以被反復(fù)利用C．能自由出入依附的載體D．能催化一系列的酶促反應(yīng)10．關(guān)于固定化酶技術(shù)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(fù)利用D．固定化酶是將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)11．研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸二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(nóng)藥，與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的（）A．溫度B．pHC．水分D．營養(yǎng)12.使用固定化細(xì)胞的優(yōu)點是()A.能催化大分子物質(zhì)的水解B．可催化一系列化學(xué)反應(yīng)C．與反應(yīng)物易接近D．有利于酶在細(xì)胞外發(fā)揮作用13.酶的固定方法不包括()A.將酶吸附在固體表面B．將酶相互連接起來C．將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里D．將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶14.下列關(guān)于酶制劑的敘述錯誤的是()。A．酶制劑是包含酶的制品B．包內(nèi)酶和包外酶均可用于制成酶制品C．酶制品的生產(chǎn)包括酶的生產(chǎn)、提取、分離純化和固定化等D．固定化細(xì)胞不屬于酶制劑15.如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，采用那種方法催化受限制()。A．直接使用酶B．使用化學(xué)方法結(jié)合的酶C．使用固定化細(xì)胞D．使用物理吸附法固定的酶16.下列關(guān)于酶和細(xì)胞的固定敘述不正確的是()。A．酶分子很小，易采用包埋法B．酶分子很小，易采用化學(xué)結(jié)合或物理吸附法固定的酶C．細(xì)胞個大，難被吸附或結(jié)合D．細(xì)胞易采用包埋法固定17.關(guān)于固定化酶的敘述不正確的是()。A．既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離B．固定在載體上的酶可被反復(fù)利用C．可催化一系列反應(yīng)D．酶的活性和穩(wěn)定性受到限制18.固定化細(xì)胞對酶的活性影響最小，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．促化反應(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)化學(xué)反應(yīng)中有效的發(fā)揮作用19.關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說法，不正確的是()。A．酵母細(xì)胞活化就是由無氧呼吸變成有氧呼吸B．活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞恢復(fù)生活狀態(tài)C．酵母細(xì)胞活化所需要的時間較短D．酵母細(xì)胞活化后體積增大20.下列關(guān)于酶的敘述中正確的是()。A．酶都提取于動植物細(xì)胞B．酶制劑能夠重復(fù)利用C．果酒和果汁能夠用酶制劑澄清D．酶固定后稱為酶制劑21.對配制海藻酸鈉溶液的敘述不準(zhǔn)確的是()。A．加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)B.海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量C．海藻酸鈉的濃度過高，易形成凝膠珠D．海藻酸鈉的濃度過低，形成凝膠珠內(nèi)包埋細(xì)胞過少22．目前，日用化工廠大量生產(chǎn)的酶制劑，其中的酶大都來自（）A．化學(xué)合成B動物體內(nèi)C植物體內(nèi)D微生物體內(nèi)【遷移應(yīng)用】1.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)勢明顯B．在固定化酶的應(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磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(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2．右圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖．下列敘述正確的是A．剮溶化的海藻酸鈉應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液-B．圖1中X溶液為CaCl2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為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸D．圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中3.下面是制備固定化酵母細(xì)胞的實驗步驟，請回答：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)。活化前應(yīng)選擇足夠大的容器，因為酵母細(xì)胞活化時________。（2）影響實驗成敗的關(guān)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(xì)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___。（5）固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法固定化，原因是_________。（6）該實驗中CaCl2溶液的作用是_________________________。4．酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，釀酒和做面包都需要酵母菌，根據(jù)所學(xué)知識回答：（1）在探究“培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量變化”的實驗中，某學(xué)生的部分實驗操作過程是這樣的：①從靜置試管中吸取酵母菌培養(yǎng)液進(jìn)行計數(shù)，記錄數(shù)據(jù)；②把酵母菌培養(yǎng)液放置在冰箱中；③第七天再取樣計算，記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析繪成曲線。請糾正該同學(xué)實驗操作中的錯誤：_________________________________________________________________________________________________________。（2）下面的流程圖示意是制備固定化酵母細(xì)胞的過程，請據(jù)圖回答：配制CaCl2溶液→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圖中酵母菌活化就是____________________狀態(tài)。②影響此實驗成敗的關(guān)鍵步驟是________________，此步的操作應(yīng)采用____________。③觀察形成的凝膠珠顏色和形狀：如果顏色過淺，說明________________。④本