生物學(xué)案：專題課題酵母細(xì)胞的固定化

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課題3酵母細(xì)胞的固定化問題導(dǎo)學(xué)一、固定化酶的應(yīng)用和固定化細(xì)胞技術(shù)活動與探究11．葡萄糖和果糖有何異同點(diǎn)？葡萄糖異構(gòu)酶的作用是什么？2．什么是固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)?3．你能說出固定化酶的制備和作用原理嗎？4．固定化酶是否可以永遠(yuǎn)地利用下去？5．對酶或細(xì)胞固定的方法有哪些？酶和細(xì)胞分別適合用哪種固定方法？6．從操作角度來考慮，你認(rèn)為固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)哪一種對酶活性的影響更??？7．固定化細(xì)胞固定的是一種酶還是一系列酶？如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法?遷移與應(yīng)用1下列關(guān)于固定化酶的說法錯誤的是(）。A．固定化酶的活力也受強(qiáng)酸、高溫等因素的影響B(tài)．酶固定化后會使酶的利用率提高C．利用固定化酶可降低生產(chǎn)成本D．反應(yīng)結(jié)束后,固定化酶與產(chǎn)物混合成為雜質(zhì)直接使用酶、固定化酶技術(shù)和固定化細(xì)胞技術(shù)的比較直接使用酶固定化酶技術(shù)固定化細(xì)胞技術(shù)酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶常用載體無高嶺土、皂土、硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺制作方法無化學(xué)結(jié)合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否是催化反應(yīng)單一或多種單一一系列反應(yīng)底物各種物質(zhì)(大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子）小分子物質(zhì)缺點(diǎn)①對環(huán)境條件非常敏感，易失活；②難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降優(yōu)點(diǎn)催化效率高、耗能低、低污染①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；②可以反復(fù)利用成本低、操作容易二、固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)操作活動與探究21．寫出固定化酵母細(xì)胞的制備流程。2．討論影響制備固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟是什么？3．配制海藻酸鈉時小火間斷加熱并不斷攪拌的目的是什么？4．發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？5．當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時，可以說明實(shí)驗(yàn)獲得成功?遷移與應(yīng)用2下列有關(guān)制備固定化酵母細(xì)胞的敘述，錯誤的是(）。A．溶解海藻酸鈉，最好采用持續(xù)加熱的方法B．溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫才能加入酵母細(xì)胞C．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)目少D．制備凝膠珠時要緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中制備固定化酵母細(xì)胞的注意事項(xiàng)（1）酵母細(xì)胞的活化：在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。酵母細(xì)胞所需要的活化時間較短，一般需要1h左右，要提前作好準(zhǔn)備。此外，酵母細(xì)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(xì)胞的活化液溢出容器。（2）加熱：加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一個環(huán)節(jié),影響到實(shí)驗(yàn)的成敗。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(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果。（3）凝膠珠的檢測：剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，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，沒有液體流出，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。（4）觀察凝膠珠的顏色和形狀：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(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形,則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試.答案：課前·預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】一、1．（1）①強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫有機(jī)溶劑②溶液中的酶生產(chǎn)成本③產(chǎn)物產(chǎn)品質(zhì)量（2）反應(yīng)物產(chǎn)物（3）更低更容易2．（1）果糖含量為42%左右(2)葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)柱上端下端3．（1)包埋化學(xué)結(jié)合物理吸附（2）微生物細(xì)胞不溶于水瓊脂糖海藻酸鈉聚丙烯酰胺預(yù)習(xí)交流1：提示：將酶固定在不溶于水的載體上，限制了酶分子與底物分子（或離子）的接觸,減少了酶與底物的接觸面積，降低了化學(xué)反應(yīng)的速度。例如，用肝臟研磨液（內(nèi)含過氧化氫酶)分解過氧化氫就比用成塊的鮮肝分解過氧化氫的速度快，因?yàn)槌蓧K的鮮肝過氧化氫酶大部分存在于肝細(xì)胞內(nèi),與過氧化氫的接觸面積小，不利于過氧化氫的分解，而肝臟研磨液將過氧化氫酶從肝細(xì)胞內(nèi)釋放出來，增加了過氧化氫酶與過氧化氫分子的接觸面積,使反應(yīng)更容易進(jìn)行。二、1．（1）休眠狀態(tài)生活狀態(tài)(2）CaCl2溶液(3）小火間斷加熱海藻酸鈉(5）注射器中的溶液CaCl2溶液30min2．(1）蒸餾水預(yù)習(xí)交流2：提示：應(yīng)等到海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后才能向其內(nèi)加入酵母細(xì)胞，因?yàn)闇囟冗^高的海藻酸鈉溶液和溫度過高的接種環(huán)一樣，都可能殺死菌種。課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動與探究1：1．提示:葡萄糖和果糖的相對分子質(zhì)量相同，都為180,但分子結(jié)構(gòu)有所不同。葡萄糖異構(gòu)酶的作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖.2．提示：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)。3．提示：將酶固定在一種顆粒狀不溶于水的載體上→將酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱底端裝上分布著許多小孔的篩板（允許反應(yīng)液自由出入,不允許酶顆粒通過)→從反應(yīng)柱上端注入反應(yīng)液,從反應(yīng)柱下端收集生成液。4．提示：不能.酶是生物催化劑，其活性受環(huán)境影響較大，隨著時間推移活性降低，一般一個反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年。5．提示：有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。酶適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，而細(xì)胞多采用包埋法。6．提示：固定化細(xì)胞技術(shù)。7．提示：固定化細(xì)胞可以催化一系列反應(yīng)，所以固定的是一系列酶。固定化細(xì)胞技術(shù)。遷移與應(yīng)用1：D解析：固定化酶容易與產(chǎn)品分離，有利于產(chǎn)物的純化;能反復(fù)使用提高了酶的利用率，因此可降低成本；固定化酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，活力也受強(qiáng)酸、高溫等因素的影響?；顒优c探究2：1．提示：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。2．提示：海藻酸鈉溶液的配制。3．提示：防止海藻酸鈉焦糊。4．提示：酵母菌的酒精發(fā)酵需要無氧條件。5．提示：利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精,可以看到產(chǎn)生了很多氣泡,同時會聞到酒味。遷移與應(yīng)用2：A解析：解答本題要注意將酵母細(xì)胞的固定化流程及其注意事項(xiàng)結(jié)合在一起記憶.溶解海藻酸鈉，最好采用小火或間斷加熱的方法，避免發(fā)生焦糊現(xiàn)象.當(dāng)堂檢測1．關(guān)于固定化酶和一般酶制劑應(yīng)用效果的說法中，錯誤的是()。A．固定化酶生物活性強(qiáng)，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)物的純度不高C．一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)利用D．固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量答案：A解析：固定化酶可反復(fù)利用，所以使用時間較長,并不是因?yàn)樯锘钚詮?qiáng)而可長久使用。單純從生物活性方面分析，固定化酶與一般酶制劑的活性差別不大。2．常用包埋法固定細(xì)胞，需要用不溶于水的多孔性載體，下列不能充當(dāng)載體的是()。A．瓊脂糖B．蔗糖C．海藻酸鈉D．明膠答案:B解析:用包埋法來固定細(xì)胞是將微生物細(xì)胞用物理方法包埋在多孔性載體內(nèi)部，常用的載體有瓊脂糖、海藻酸鈉、明膠和聚丙烯酰胺等。3．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?()答案:D解析:A是吸附法，B是載體結(jié)合法，多用于酶的固定；C和D是包埋法，C一般是將酶包埋在微網(wǎng)格里，D是包埋在凝膠中。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中，所以與D相似。4．下列關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說法,不正確的是（）。A．酵母細(xì)胞活化就是使酵母細(xì)胞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)正常的生活狀態(tài)C．酵母細(xì)胞活化所需要的時間較短D．酵母細(xì)胞活化后體積增大答案：A解析：在缺水的狀態(tài)下，微生物會處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)到正常的生活狀態(tài)。酵母細(xì)胞所需要的活化時間較短，一般需要1h左右。5．下面是制備固定化酵母細(xì)胞的步驟，正確的是(）。①配制CaCl2溶液②配制海藻酸