蘇教版選修第二節(jié)《制備和應用固定化酶》教案

酶的應用技術(shù)實踐3.2制備和應用固定化酶探究目的：1、說出固定化酶和固定化細胞的作用和原理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。探究預習：固定化酶技術(shù)的發(fā)展也促進了固定化細胞技術(shù)的發(fā)展。20世紀70年代后期出現(xiàn)了固定化細胞技術(shù)。通過各種方法將細胞與一定的載體結(jié)合，使細胞仍保持原有的生物活性，這一過程稱為細胞固定化。固定化細胞仍能進行正常的生長、繁殖和代謝，由于保留了細胞內(nèi)原有的多酶系統(tǒng)，這對多步催化的連續(xù)反應優(yōu)勢就更加明顯。細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胞的主要方法。動物細胞大多數(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胞，是將植物細胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂縫之中，也可將植物細胞吸附在中空纖維的外壁上。包埋法是指將細胞包埋在多孔載體的內(nèi)部而制成固定化細胞的方法。凝膠包埋法是應用最廣泛的細胞固定化方法，適用于各種微生物、動物和植物細胞的固定化。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胞的操作簡便，條件溫和，對細胞無毒性。通過改變海藻酸鈉的濃度可以改變凝膠的孔徑，適合于多種細胞的固定化。用海藻酸鈉凝膠制備的固定化細胞已用于多種酶的發(fā)酵生產(chǎn)與研究。固定化細胞技術(shù)可以取代游離的細胞進行發(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.實驗準備準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.制備固定化細胞稱取4g聚乙烯醇（PVA）和0.2g海藻酸鈉，加入無菌水40mL，適當加熱至完全溶化，將溶液冷卻至45℃，加入預熱至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：請參照細胞固定化技術(shù)的相關基礎知識，完成下列問題。（1）細胞固定化技術(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，固定化細胞技術(shù)的優(yōu)點是________________________________________________。（5）制備固定化酵母細胞的步驟為：①________________________________________________。②_________________________________________________。③___________________________________________。④________________________________________________。⑤__________________________________________________。【解析】（1）固定化細胞的方法有包埋法、化學結(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，固定化細胞技術(shù)的成本更低．操作更容易。（5）制備固定化酵母細胞的程序為：酵母細胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞?！敬鸢浮浚?）細胞個大，不易從包埋材料中漏出；（2）將微生物細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胞混合⑤酵母細胞的固定化?！境C正反饋】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(nèi)的技術(shù)，其中適合細胞固定的方法是（）A．包埋法B．物理吸附法C．化學結(jié)合法D．高溫冷卻法2．與固定化酶相比，固定化細胞制備的特點是（）A．成本高，但操作更容易B．成本低，但操作更復雜C．成本高，且操作更復雜D．成本低，且操作更容易3．固定化細胞技術(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．酵母細胞的活化是指（）A．讓酵母細胞恢復運動狀態(tài)B．讓酵母細胞在缺水狀態(tài)下休眠C．讓酵母細胞內(nèi)酶活性加倍D．讓處于休眠狀態(tài)的酵母細胞重新恢復正常的生活狀態(tài)5．下面為制備固定化酵母細胞的步驟，其正確的操作程序是（）①海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合②配制海藻酸鈉溶液③酵母細胞的活化④固定化酵母細胞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胞相似（）7．下列有關固定化酵母細胞制備步驟敘述，不恰當?shù)氖牵ǎ〢．應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胞，充分攪拌并混合均勻D．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．應將裝置放于適宜的條件下進行C．瓶內(nèi)應富含葡萄糖等底物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10．關于固定化酶技術(shù)說法正確的是（）A．固定化酶技術(shù)就是固定反應物，將酶依附著載體圍繞反應物旋轉(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(nèi)的技術(shù)11．研究認為，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．可催化一系列化學反應C．與反應物易接近D．有利于酶在細胞外發(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．固定化細胞不屬于酶制劑15.如果反應物是大分子物質(zhì)，采用那種方法催化受限制()。A．直接使用酶B．使用化學方法結(jié)合的酶C．使用固定化細胞D．使用物理吸附法固定的酶16.下列關于酶和細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，易采用化學結(jié)合或物理吸附法固定的酶C．細胞個大，難被吸附或結(jié)合D．細胞易采用包埋法固定17.關于固定化酶的敘述不正確的是()。A．既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離B．固定在載體上的酶可被反復利用C．可催化一系列反應D．酶的活性和穩(wěn)定性受到限制18.固定化細胞對酶的活性影響最小，根本原因是()。A．避免了細胞破碎、酶的提取純化過程B．固定化細胞在多種酶促反應中連續(xù)發(fā)揮作用C．促化反應結(jié)束后，能被吸收和重復利用D．細胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細胞內(nèi)化學反應中有效的發(fā)揮作用19.關于酵母細胞活化的說法，不正確的是()。A．酵母細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)的細胞恢復生活狀態(tài)C．酵母細胞活化所需要的時間較短D．酵母細胞活化后體積增大20.下列關于酶的敘述中正確的是()。A．酶都提取于動植物細胞B．酶制劑能夠重復利用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．化學合成B動物體內(nèi)C植物體內(nèi)D微生物體內(nèi)【遷移應用】1.下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是（）A．固定化細胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應方面優(yōu)勢明顯B．在固定化酶的應用中，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(nóng)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2．右圖1表示制備固定化酵母細胞的有關操作，圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖．下列敘述正確的是A．剮溶化的海藻酸鈉應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胞的實驗步驟，請回答：酵母細胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→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___。（5）固定化細胞技術(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．酵母菌是一種單細胞真菌，釀酒和做面包都需要酵母菌，根據(jù)所學知識回答：（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胞混合→固定化酵母細胞①圖中酵母菌活化就是____________________狀態(tài)。②影響此實驗成敗的關鍵步驟是________________，此步的操作應采用____________。③觀察形成的凝膠珠顏色和形狀：如果顏色過淺，說明________________。④本