高中生物第三章酶的應(yīng)用技術(shù)實踐第二節(jié)制備和應(yīng)用固定化酶名師精選教案蘇教版選修

1、名校名 推薦制備和應(yīng)用固定化酶【教學(xué)目標】1、知道從酶到固定化酶技術(shù)，再到固定化細胞技術(shù)的發(fā)展過程以及生產(chǎn)中遇到的問題及固定化技術(shù)帶來的巨大效益；2、知道常用的固定化技術(shù)及適用范圍，明確固定化技術(shù)的的應(yīng)用原理，理解固定化細胞的具體步驟、會解釋各種現(xiàn)象?！窘虒W(xué)重點、難點】固定化酶與固定化細胞的制備方法及優(yōu)缺點【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果?！窘虒W(xué)手段】多媒體【課時安排】1 課時【教學(xué)過程】溫故知新，引出課題：（ 1）說一說：酶的概念、特性、影響酶活性的因素、應(yīng)用（ 2）加酶洗衣粉中常用的酶制劑有哪些？這些酶能直接加入洗衣粉么？（ 3）在食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等

2、領(lǐng)域大規(guī)模使用酶制劑，請你歸納使用酶制劑的優(yōu)點？（ 4）酶制劑的使用有哪些缺陷？師生歸納，小結(jié)：酶制劑應(yīng)用的缺陷： （1）通常對強酸、 強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活；（ 2）溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；（ 3）反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。提出問題：如果你是工程技術(shù)人員，你如何解決這些問題？合作探究，解決問題：資料探究1：在應(yīng)用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實際問題：酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后的酶會混在產(chǎn)物中，可能影響影響產(chǎn)品質(zhì)量。由于酶的分離與提純有許多技術(shù)性難題，造成酶

3、制劑來源有限、成本高、不利于大規(guī)模使用。因此，酶在大規(guī)模生產(chǎn)中，使酶能反復(fù)使用，是很有經(jīng)濟價值的課題。固定化酶的使用，推動了酶在生產(chǎn)上的應(yīng)用。固定化酶，就是將酶分子結(jié)合在特定的支持物上且不影響酶的功能。用于固定酶的底物有瓊脂糖、丙烯酰胺、藻酸鈉等。固定化酶技術(shù)的應(yīng)用，一是可循環(huán)反復(fù)使用酶制劑。據(jù)報道，在某些情況下可使用上千次，極大地降低生產(chǎn)成本。二是在生產(chǎn)中，可通過離心法或過濾法把酶與反應(yīng)液相互分開，在大規(guī)模的生產(chǎn)中所需工藝設(shè)備比較簡單易行。三是穩(wěn)定性能好等。固定化酶 (Immobilized Enzyme ）是 20 世紀 60 年代發(fā)展起來的項新技術(shù)。以往使用的酶絕大多數(shù)是水溶性的酶。這些

4、水溶性酶催化結(jié)束后，極難回收，因而阻礙了酶工業(yè)的進一步發(fā)展。 60 年代后，在酶學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)涌現(xiàn)出固定化酶。它是通過物理的或化學(xué)的手段，將酶束縛于水不溶的載體上，或?qū)⒚甘`在一定的空間內(nèi)，限制酶分子的自由流動，但能使酶充分發(fā)揮催化作用；過去曾稱其為水不溶酶或固相酶。1953 年德國科學(xué)家采用聚氨基苯乙烯樹脂為載體，與胃蛋白酶、核糖核酸酶等結(jié)合，制成固定化酶。1971 年第一屆國際酶工程會上正式建議采用固定化酶的名稱。閱讀資料 1，探究：（ 1）解決上述問題的思路。 （ 2）什么是固定化酶？（ 3）如果固定化酶制備成功，你覺得在生產(chǎn)上會帶來哪些好處？師生互動，解決問題。- 1 -名校名 推薦過渡

5、：固定化酶能否制備成功呢？我們來看看一個實例。資料探究2：高果糖漿是指果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、 齲齒和心血管病，對人類的健康更有益。高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶， 它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖。這種酶的穩(wěn)定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。 但是，酶溶解于葡萄糖溶液后， 就無法從糖漿中回收，造成很大的浪費。使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定于一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)， 柱子底端裝上分布有許多小孔的篩板。 酶顆粒無法篩板上的小孔， 而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中， 將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入， 使葡萄糖溶液流過反

6、應(yīng)柱， 與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸， 轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。 反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年， 大大降低了生產(chǎn)成本， 提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前，利用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的規(guī)模已經(jīng)超過了每年1000 萬噸。閱讀資料2，思考：（ 1）高果糖漿的生產(chǎn)原理（寫出反應(yīng)方程式）（ 2）葡萄糖異構(gòu)酶的固定及生產(chǎn)流程（識圖）（ 3）反應(yīng)柱的優(yōu)點（ 4）固定化酶技術(shù)的優(yōu)點師生互動，解決問題。過渡：那么如何來制備固定化酶呢？自主學(xué)習(xí)：閱讀教材P52，思考：（ 1）三種方法固定化酶的原理（ 2）三種制備方法的優(yōu)缺點（ 3）判斷下列 3 幅圖分別代表哪類制備方法？師生互動，著重探討三種制備方法的優(yōu)缺點。拓

7、展視野：固定化酶的應(yīng)用提出新的問題：在生產(chǎn)實際中使用固定化酶技術(shù)有無不足 ?可能在哪些方面存在不足？如有不足，可怎么辦 ?對比學(xué)習(xí)：固定化細胞技術(shù)閱讀教材P53，解決以下問題：（ 1）參照固定化酶，給細胞固定化下個定義（ 2）細胞固定化的常用方法（ 3）固定化細胞技術(shù)有哪些優(yōu)勢？（ 4）如果想把微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種技術(shù)？如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該采用哪種方法？- 2 -名校名 推薦（ 5）一般來說， 酶更適合用吸附法和交聯(lián)法固定， 而細胞多采用包埋法固定， 想想看為什么？師生互動，解決問題。課堂歸納，提煉升華：直接使用酶、固定化酶與固定化細胞各有什么優(yōu)缺點？拓展視

8、野：在英國曼徹斯特大學(xué)固定海藻球課堂反饋，鞏固提高： （詳見 PPT）附：課堂導(dǎo)學(xué)案課題：制備與應(yīng)用固定化酶核心問題：1、為什么要制備固定化酶和固定化細胞（技術(shù)誕生背景）2、什么是固定化酶和固定化細胞？3、如何制備固定化酶和固定化細胞？4、固定化酶和固定化細胞有哪些應(yīng)用？導(dǎo)學(xué)提綱：酶優(yōu)點：問題：1 、2 、3 、設(shè)想：固定化酶定義：實例：高果糖漿的生產(chǎn)優(yōu)點：制備方法：應(yīng)用：高果糖漿的生產(chǎn)新型青霉素的生產(chǎn)測尿糖試紙廢水處理- 3 -名校名 推薦問題：設(shè)想：固定化細胞定義：優(yōu)點：制備：1 、吸附法2 、包埋法實踐：酵母細胞的固定化結(jié)果分析與評價：應(yīng)用：課后反思：一、應(yīng)突出學(xué)生在課堂上的主體地位本節(jié)

9、知識理論性較強，學(xué)生比較陌生，但學(xué)生關(guān)于酶的一些基礎(chǔ)知識在必修教材種已比較熟悉。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)很清楚地知道學(xué)生已形成的知識根底；要努力通過問題喚醒學(xué)生已有的知識，并產(chǎn)生新的問題；不要總不放心地重復(fù)學(xué)過的內(nèi)容，那樣不僅會擠占了學(xué)生閱讀、分析、思考、討論、聯(lián)系的時間，還會分散學(xué)生的注意力，這樣必然影響到教學(xué)效果。二、要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用在課堂教學(xué)過程中，學(xué)生究竟需要什么樣的幫助，哪些問題看書能解決，哪些問題需要教師作分析引導(dǎo)，哪些問題要在比較歸納中得出，對這些問題教師是應(yīng)該很清楚的。所謂備課要備學(xué)生就在于此。實踐表明，教師的主導(dǎo)作用發(fā)揮的越充分，學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性發(fā)揮的越好。本課題中我

10、圍繞著從酶到固定化酶再到固定化細胞這根主線，逐步引導(dǎo)學(xué)生從已有知識開始到學(xué)習(xí)新的知識，教學(xué)效果比較明顯。引導(dǎo)探究應(yīng)結(jié)合學(xué)生實際在生物學(xué)教育中，要改變“重科學(xué)結(jié)論，輕探究過程”的模式，要以學(xué)生的探究活動為主線，倡導(dǎo)探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生認識到產(chǎn)生科學(xué)知識必須依賴探究，讓他們像科學(xué)家從事科學(xué)探究那樣來學(xué)習(xí)科學(xué)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的真諦。這也是新課程大力提倡的。要實現(xiàn)這一點，要求教師要再現(xiàn)知識的發(fā)生過程， 變結(jié)論式教學(xué)為過程式教學(xué)。 英國學(xué)者貝爾納在 1939 年就指出：“如果學(xué)生不能夠以某種方式親自參加科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，就絕對無法使他充分了解現(xiàn)有科學(xué)知識的全貌?！?學(xué)生與科學(xué)家的探究思維本質(zhì)上是一致的。學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)中的探究與生物學(xué)家研究生物的科學(xué)探究有相似的特征，只不過“科學(xué)家是為了求知而探究，而學(xué)生探究是為- 4 -名校名 推薦了求知?！?科學(xué)探究要有一定的方法、策略去進行，具有一定的實踐經(jīng)驗。學(xué)生畢竟不是成人，更不是科學(xué)家，他們的探究方式是簡單的，還需要教師去教、去引導(dǎo)，如在本節(jié)課中，對資料一和資料二中的問題探究，教師應(yīng)把握深度，能循序漸進的引導(dǎo)，最后把問題的答案弄明白。四、講