2020学年高中生物 第三章 酶的应用技术实践 第二节 固定化酶的制备和应用学案 苏教版选修1
《固定化酶的制备及应用》 学历案
《固定化酶的制备及应用》学历案一、学习目标1、了解固定化酶的概念和特点。
2、掌握固定化酶的制备方法。
3、理解固定化酶在各个领域的应用原理和优势。
二、学习重难点1、重点（1）固定化酶的常见制备方法，如吸附法、共价结合法、交联法和包埋法。
（2）固定化酶在工业生产、医学、环境保护等领域的应用实例。
2、难点（1）不同制备方法的原理和适用范围。
（2）如何根据实际需求选择合适的固定化酶制备方法。
三、知识链接1、酶的结构和功能酶是一种具有生物催化作用的蛋白质或 RNA，其结构特点决定了其独特的催化功能。
2、酶催化反应的特点高效性、专一性、反应条件温和等。
四、学习过程（一）固定化酶的概念固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在一定的空间范围内，并保持其催化活性的技术。
（二）固定化酶的特点1、可重复使用固定化酶可以在反应结束后通过简单的分离和洗涤，再次用于新的反应，降低了成本。
2、稳定性提高固定化后的酶对温度、pH 等环境因素的耐受性增强，稳定性提高。
3、易于分离和纯化固定化酶可以通过过滤、离心等方法与反应体系中的其他物质分离，便于产物的纯化。
（三）固定化酶的制备方法1、吸附法利用各种固体吸附剂将酶吸附在其表面而实现固定化。
常见的吸附剂有活性炭、硅藻土、多孔玻璃等。
优点：操作简便，条件温和。
缺点：结合力较弱，酶容易脱落。
2、共价结合法通过酶分子上的官能团与载体表面的官能团发生化学反应，形成共价键而将酶固定。
优点：结合牢固，稳定性好。
缺点：反应条件苛刻，可能会影响酶的活性。
3、交联法使用双功能或多功能试剂，使酶分子之间或酶分子与载体之间发生交联反应而固定化。
优点：固定化酶的强度较高。
缺点：交联反应较剧烈，可能导致酶活性损失较大。
4、包埋法将酶包裹在凝胶格子或半透膜微囊中。
常见的包埋材料有聚丙烯酰胺凝胶、海藻酸钠等。
优点：操作简单，对酶活性影响较小。
缺点：只适用于小分子底物和产物的反应。
高中生物第三章酶的应用技术实践第二节固定化酶的制备和应用学案苏教版选修1
⾼中⽣物第三章酶的应⽤技术实践第⼆节固定化酶的制备和应⽤学案苏教版选修1第⼆节固定化酶的制备和应⽤学习导航明⽬标、知重点难点固定化酶和固定化细胞的应⽤。
(重点)固定化酶与固定化细胞的制备⽅法。
(难点)[学⽣⽤书P43]⼀、阅读教材P63分析固定化酶1．概念：是指⽤物理学或化学的⽅法将酶与固相载体结合在⼀起形成的仍具有酶活性的酶复合物。
2．优点：在催化反应中，它以固相状态作⽤于底物，反应完成后容易与⽔溶性反应物和产物分离，可被反复使⽤，且保持了酶的催化性能，可实现酶促反应的连续化和⾃动化。
3．制备固定化酶的常⽤⽅法⽬前，制备固定化酶的⽅法主要有物理吸附法、化学结合法、包埋法等。
⼆、阅读教材P64～65分析固定化细胞技术的应⽤1．应⽤：固定化细胞可以取代游离的细胞进⾏发酵，⽣产各种物质。
2．优点(1)固定化细胞技术⽆须进⾏酶的分离和纯化，减少了酶的活⼒损失，同时⼤⼤降低了⽣产成本。
(2)固定化细胞不仅可以作为单⼀的酶发挥作⽤，⽽且可以利⽤细胞中所含的复合酶系完成⼀系列的催化反应。
(3)对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更⾼。
(4)细胞⽣长停滞时间短，反应快等。
3．缺点(1)固定化细胞只能⽤于⽣产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。
(2)由于载体的影响，营养物质和产物的扩散受到⼀定限制。
(3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。
4．酵母菌细胞的固定化技术的主要流程准备各种实验药品和器材↓制备麦芽汁↓活化酵母菌细胞↓配制物质的量浓度为0.05 mol/L的氯化钙溶液↓制备固定化细胞↓浸泡凝胶珠，⽤蒸馏⽔洗涤↓发酵麦芽汁判⼀判(1)酶在催化时会发⽣变化，不可反复利⽤。
(×)(2)某种固定化酶的优势在于能催化⼀系列⽣化反应。
(×)(3)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作⽤。
(×)(4)制备固定化细胞的⽅法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
(×)连⼀连固定化酶技术[学⽣⽤书P44]由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本⾼、不利于⼤规模使⽤。
熟读酶的应用技术实践的基础知识2012.5.16
熟读酶的应用技术实践的基础知识2012.5.16第三章酶的应用技术实践第一节酶的酶的制备和应用洗涤剂中常用的酶制剂一、基础知识（1.酶制剂；蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶。
碱性蛋白酶、碱性脂肪酶；氨基酸、肽。
2.温度、酸碱度、表面活性剂；基因工程）〖思考〗你能写出蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用示意图吗？（纤维素酶是一种复合酶）3．在本课题中，我们主要探究有关加酶洗衣粉的三个问题：一是普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的效果有什么不同；二是在什么温度下使用加酶洗衣粉最好，三是的洗衣粉，其洗剂效果有哪些区别。
（洗涤；效果；添加不同种类的酶）二、实验操作1．探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果（1）实验遵循的原则：实验变量为洗涤剂，设计时应遵循原则、原则，有效地控制其他变量，如水的用量、污染物的量、所用实验用布的质地大小、两种洗衣粉的用量，搅拌及洗涤时间。
（对照；控制单一变量）（2）实验过程①取两只大烧杯并，用量筒分别量500mL蒸馏水放入其中，放入400C的水浴锅保温。
（编号）②将制好的污染布和洗衣粉（一组为和，另一组为和）分别放入两只烧杯中。
（普通洗衣粉、污染布；加酶洗衣粉、污染布）③用玻璃棒同时充分搅拌时间，一段时间后搅拌可重复进行。
（相同）④经过相同的时间后观察洗涤效果。
2.探究加酶洗衣粉使用时的最适温度。
（1）在生活中，有哪些条件可以影响洗衣粉的洗涤效果呢？（水温、水量、水质、浸泡时间、洗涤时间、衣物大小、衣物质料和洗衣粉用量等）（2）在自然情况下，哪个季用加酶洗衣粉效果好呢?春季的水（15o C）、夏季的水（35o C）、秋季的水（25o C）、冬季的水（5o C）实验材料：复合酶洗衣粉、加油渍的白手绢4块、5℃ 15 ℃ 25 ℃ 35 ℃自来水四盆实验过程：①将复合酶洗衣粉倒入四种温度的水中；②将带有油渍的白手帕放入水中清洗思考：如何判断那个温度的水洗涤效果好？我们可以在洗涤后比较污物的残留情况，如：污物已经消失、颜色变浅、面积缩小等……（注意：在实验过程中要注意单一变量原则。
3.2制备和应用固定化酶
第三章酶的应用技术实践3.2制备和应用固定化酶探究目的：1、说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理2、尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。
探究预习：固定化酶技术的发展也促进了固定化细胞技术的发展。
20世纪70年代后期出现了固定化细胞技术。
通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。
固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，由于保留了细胞内原有的多酶系统，这对多步催化的连续反应优势就更加明显。
细胞固定化的方法也有多种，主要是吸附法和包埋法两大类。
吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。
动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。
吸附法制备固定化植物细胞，是将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。
包埋法是指将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。
凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。
凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。
海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。
通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。
用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。
固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。
材料用具：干酵母，聚乙烯醇，海藻酸钠，无水CaCl2，蒸馏水，烧杯，玻璃棒，酒精灯，三角架，石棉网，注射器等。
探究反思：固定化酵母菌技术有哪些优点？探究示例：请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。
（1）细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是____________________________________________________________________。
（2）包埋法固定化是指_________________________________。
苏教版高中生物选修1 3.2《制备和应用固定化酶》学习要点
第二节制备和应用固定化酶
学习目标
1.知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题。
2.知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤，会解释各种现象。
学习重、难点
知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤，会解释各种现象。
学习要点梳理
一、直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
特别提醒①固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的营养物质。
②固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。
二、酵母菌细胞的固定化技术
1.实验流程的几点提醒：
（1）选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。
（2）酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活化液溢出。
（3）海藻酸钠溶液的配制是固定化细胞的关键，因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠，如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数量少，也会影响实验结果。
（4）溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。
（5）将溶化后的聚乙烯醇—海藻酸钠溶液先冷却至45 ℃，再与预热至35 ℃的酵母菌培养液混合，避免高温杀死酵母菌细胞。
（6）固定化酵母菌细胞时，应将酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液用注射器以恒定速度缓慢滴入饱和硼酸—氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
2.结果分析与评价：。
XXXX高中生物第3章酶的应用技术实践第2节固定化酶的制)-
XXXX高中生物第3章酶的应用技术实践第2节固定化酶的制）-第二节固定化酶的制备和应用1.掌握制备固定化酶的常用方法。
(关键)2。
掌握酵母细胞固定化技术。
(重要和困难)固定化酶技术1.固定化酶固定化酶是指酶与固相载体通过物理或化学方法结合形成的具有酶活性的酶复合物。
2.一种固定化酶的制备方法(1)物理吸附法工艺简单，条件温和，在生产实践中应用广泛。
(2)化学结合法是用多功能试剂使酶与载体交联，使酶与多功能试剂形成共价键，从而获得三维交联网络结构。
(3)包埋方法是将酶包埋在可固化的载体中。
3.固定化酶的优点:在催化反应中，它以固相状态作用于底物。
反应完成后，易于与水溶性反应物和产物分离，并可重复使用。
[合作讨论]讨论1:哪种固定化方法对固定化酶的功能影响最小？注:物理吸附法。
讨论2:为什么固定化酶不适合包埋法？这表明酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，不适合包埋法固定化。
讨论3:如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法？建议采用固定化酶技术，因为大分子物质不易进入细胞。
[思想升华]1.制备固定化酶的常用方法如下图所示:2.制备固定化酶的常用方法1固定化酶法物理吸附法化学结合原理离子键作用，物理吸附酶与多功能试剂之间形成共价键来固定载体如多糖如纤维素和琼脂糖或载体如多孔玻璃和离子交换树脂，酶与载体之间的交联是通过使用多功能试剂进行的，从而获得三维交联网络结构的酶包裹在聚合物凝胶如聚丙烯酰胺凝胶中。
或者包裹在诸如硝化纤维的半透膜中。
前者被包埋成格子型，而后者被包埋成微胶囊。
前者的优点是工艺简单，剥离温和。
包埋法在生产中广泛用于将酶包埋在具有良好稳定性的可固化载体中。
1.关于酶在固定化酶中的表达，正确的是()a .有各种各样的酶可以催化一系列的酶促反应b .酶固定在水不溶性载体上，可以重复使用C.酶作为催化剂，反应前后结构不变，因此固定化酶可以永远使用。
由于固定化酶固定在载体上，失去了酶的高效性和特异性[解析]固定化酶不能催化一系列酶促反应。
2019_2020学年高中生物第3章酶的应用技术实践第2节固定化酶的制备和应用学案苏教版选修1
第二节固定化酶的制备和应用[学习目标] 1.掌握制备固定化酶的常用方法。
(重点) 2.掌握酵母菌细胞的固定化技术。
(重难点)知识点一| 固定化酶技术1．固定化酶固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。
2．制备固定化酶的方法(1)物理吸附法的显著特点是工艺简便且条件温和，在生产实践中应用广泛。
(2)化学结合法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成共价键，从而得到三维的交联网架结构。
(3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。
3．固定化酶的优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物，反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离，可被反复使用。
[合作探讨]探讨1：对固定化酶的作用影响最小的固定方法是哪一种？提示：物理吸附法。
探讨2：为什么固定化酶不适合采用包埋法？提示：由于酶分子较小，容易在包埋材料中漏出，所以不适合采用包埋法固定化。
探讨3：如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法？提示：因为大分子物质不容易进入细胞内，应采用固定化酶技术。
[思维升华]1．制备固定化酶的常用方法可用下图所示2．常用的制备固定化酶的方法1．关于固定化酶中酶的说法，正确的是( )A．酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点B [固定化酶不能催化一系列酶促反应的进行；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，可以反复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活性会逐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。
]2．下列属于固定化酶应用特点的是( )①可以被反复利用②有利于酶与产物分离③能自由出入载体④一种固定化酶只催化一种酶促反应⑤酶多用包埋法固定化A．①②③B．③⑤C．①②④ D．①②⑤C [酶被固定化后可与产物分离，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。
高中生物 第三章 酶的应用技术实践 第二节 制备和应用固定化酶教案 苏教版选修1
制备和应用固定化酶【教学目标】1、知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题及固定化技术带来的巨大效益；2、知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤、会解释各种现象。
【教学重点、难点】固定化酶与固定化细胞的制备方法及优缺点【教学方法】教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
【教学手段】多媒体【课时安排】1课时【教学过程】温故知新，引出课题：（1）说一说：酶的概念、特性、影响酶活性的因素、应用（2）加酶洗衣粉中常用的酶制剂有哪些？这些酶能直接加入洗衣粉么？（3）在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，请你归纳使用酶制剂的优点？（4）酶制剂的使用有哪些缺陷？师生归纳，小结：酶制剂应用的缺陷：（1）通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；（2）溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；（3）反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。
提出问题：如果你是工程技术人员，你如何解决这些问题？合作探究，解决问题：资料探究1：在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，提高了生产成本；反应后的酶会混在产物中，可能影响影响产品质量。
由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模使用。
因此，酶在大规模生产中，使酶能反复使用，是很有经济价值的课题。
固定化酶的使用，推动了酶在生产上的应用。
固定化酶，就是将酶分子结合在特定的支持物上且不影响酶的功能。
用于固定酶的底物有琼脂糖、丙烯酰胺、藻酸钠等。
固定化酶技术的应用，一是可循环反复使用酶制剂。
据报道，在某些情况下可使用上千次，极大地降低生产成本。
二是在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行。
三是稳定性能好等。
2024-2025学年高中生物第三章酶的应用技术实践第二节制备和应用固定化酶教案苏教版选修1
3. 情感态度的转变：
- 学生对生物科学产生了更浓厚的兴趣，愿意主动探索生物技术领域的新知识。
- 学生认识到生物技术在现实生活中的应用价值，增强了学习生物科学的信心和动力。
- 学生在团队合作中，学会了尊重他人、分享经验，提高了人际交往能力。
反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。
- 学生活动：
完成作业：认真完成案例分析作业，巩固课堂所学。
拓展学习：利用拓展资源，深化对固定化酶应用的理解。
反思总结：对自己的学习过程进行反思，提出改进建议。
- 教学方法/手段/资源：
自主学习法：鼓励学生自主完成作业和拓展学习。
反思总结法：指导学生进行自我反思和总结。
- 对于实验操作中的材料选择、条件控制等细节，学生可能缺乏实际经验，需要教师在教学中予以引导和补充。
2. 能力层面：
- 学生具备基本的实验操作能力，但在固定化酶的制备过程中，可能面临技术难点，如操作精准度、实验条件的控制等。
- 学生具备一定的观察、分析和解决问题的能力，但在面对实际问题时，可能缺乏独立思考和灵活运用的能力。
- 学生能够准确描述固定化酶的概念、特点及分类。
- 学生能够阐述固定化酶的制备方法，如吸附法、交联法、包埋法等，并了解各种方法的优缺点。
- 学生掌握了固定化酶活性测定的原理及操作方法，能够独立完成实验。
2. 技能的提升：
- 学生在实验操作中，能够熟练使用相关仪器设备，掌握实验操作技巧。
- 学生能够运用所学知识，设计并实施固定化酶实验方案，分析实验结果。
针对上述学情分析，教师在教学过程中应采取以下策略：
1. 强化基础知识，通过案例分析、实际操作等方式，帮助学生深入理解固定化酶的原理和操作方法。
高中生物选修一资源参考3-2固定化酶的制备和应用
第二节固定化酶的制备和应用教学建议课程标准中要求学生尝试制备和应用固定化酶,但考虑到制作固定化酶的技术要求比较高,中学生难以掌握,因此只要求学生制作技术难度较低的固定化酵母细胞,对于固定化酶的作用、原理及其在生产中的应用,主要是让学生通过生产实例来了解。
固定化酶和固定化细胞通常采用包埋法、交联法和吸附法。
教师在教学过程中,可以通过提问的方式,引导学生认识这三种方法的特点与适用范围。
此外,教师还可引导学生理解固定化细胞和固定化酶这两种技术的区别与联系,辩证地认识这两种技术的优势与不足。
例如,固定化细胞操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收等,但由于大分子物质难以自由通过细胞膜,因此固定化细胞的应用也受到限制。
本课题可以安排2课时。
第1课时完成课题背景和基础知识的学习,准备好基本的实验仪器,同时还可以组织学生提前配制好硼酸—CaCl2溶液和用于发酵的葡萄糖溶液。
第2课时进行酵母细胞的固定化操作。
参考资料微生物细胞的固定化固定化微生物细胞就是利用微生物来生产酶,具有生产成本低、周期短、产量大等优点。
微生物产生的酶,可以分为分泌在细胞外的胞外酶和包含在细胞内的胞内酶。
利用胞内酶时,需要采用手段将细胞破碎后,将酶进行分离纯化,提取后酶的活性和稳定性往往都受到很大的影响。
将微生物细胞限制或定位于特定空间位置,即将微生物制成固定化细胞后,既能避免复杂的细胞破碎、酶的提取和纯化过程,又能使酶的活性和稳定性得到较大提高。
固定后的微生物细胞可以作为固体催化剂在多步酶促反应中发挥连续催化作用,同时,催化反应结束后又能被回收和重复利用。
例如,人们将含有青霉素酰化酶的大肠杆菌细胞进行固定化,用于大规模生产青霉素母核(青霉素的主体化学结构部分,即6氨基青霉烷酸),然后再对青霉素母核的侧链进行化学修饰,可以生产半合成青霉素,如氨苄青霉素。
《生物技术实践》《制备和应用固定化酶》复习课件-新版
三是观察凝胶珠的颜色。如果制作的凝胶珠颜
色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，
固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠
不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏
高，制作失败，需要再作尝试。
【例题】
下面的流程图示意制备固定化酵母菌
细胞的过程，请据图回答：
(1) 图中酵母菌活化就是 ________________ 状态。 活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化 时________________。
落。包埋法操作简便，条件温和，对细胞无毒性， 适合于生长细胞的固定化。凝胶包埋法常用的凝胶 种类有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等。
实验探究
固定化酵母菌细胞的制备 【操作与实践】
1.操作流程
2.注意事项
(1) 选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。
(2) 酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前应选 择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活化液溢出。 (3) 海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母菌细胞的关键， 因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠，如
藻酸钠的浓度偏低。
如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明
海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝
试。(5)由于酵母菌细胞个体较大，不易从包埋
材料中漏出，故细胞的固定化一般采用包埋法， 而固定化酶不宜用此方法。
【答案】
(1)让酵母菌恢复正常生活
体积增大
较大(多)
(2)配制海藻酸钠溶液 小火或间断加热 (3)较少 (4)固定的酵母菌细胞数目较少 圆形或椭圆形 (5)包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出
特别提醒
①固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保
证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的 营养物质。 ②固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶的 环境改变小，所以对酶的活性影响最小。
2019-2020学年高中生物第三章酶的制备及活力测3.4酶的固定化1素材中图版选修1.doc
2019-2020学年高中生物第三章酶的制备及活力测3.4酶的固定化1素材中图版选修1固定化酶（immobilized enzyme）不溶于水的酶。
是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊体中制成的。
酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。
便于运输和贮存，有利于自动化生产。
固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。
固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
固定化酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃,得到迅速发展和广泛的应用,而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。
固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。
物理方法包括物理吸附法、包埋法等。
物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。
但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。
化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法.。
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第二节固定化酶的制备和应用学习导航明目标、知重点难点固定化酶和固定化细胞的应用。
(重点)固定化酶与固定化细胞的制备方法。
(难点)[学生用书P43]一、阅读教材P63分析固定化酶1．概念：是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。
2．优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物，反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离，可被反复使用，且保持了酶的催化性能，可实现酶促反应的连续化和自动化。
3．制备固定化酶的常用方法目前，制备固定化酶的方法主要有物理吸附法、化学结合法、包埋法等。
二、阅读教材P64～65分析固定化细胞技术的应用1．应用：固定化细胞可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。
2．优点(1)固定化细胞技术无须进行酶的分离和纯化，减少了酶的活力损失，同时大大降低了生产成本。
(2)固定化细胞不仅可以作为单一的酶发挥作用，而且可以利用细胞中所含的复合酶系完成一系列的催化反应。
(3)对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更高。
(4)细胞生长停滞时间短，反应快等。
3．缺点(1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。
(2)由于载体的影响，营养物质和产物的扩散受到一定限制。
(3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。
4．酵母菌细胞的固定化技术的主要流程准备各种实验药品和器材↓制备麦芽汁↓活化酵母菌细胞↓配制物质的量浓度为0.05 mol/L的氯化钙溶液↓制备固定化细胞↓浸泡凝胶珠，用蒸馏水洗涤↓发酵麦芽汁判一判(1)酶在催化时会发生变化，不可反复利用。
(×)(2)某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应。
(×)(3)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作用。
(×)(4)制备固定化细胞的方法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
(×)连一连固定化酶技术[学生用书P44]由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模使用。
人们针对酶的这种不足寻着改善的方法之一是固定化酶技术的应用。
结合教材P63内容完成以下探究。
(1)图A为物理吸附法，它的显著特点是工艺简便且条件温和，在生产实践中应用广泛。
(2)图B为化学结合法，它是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成共价键，从而得到三维的交联网架结构。
(3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。
将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中(如图C)，包埋成格子型；或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中(如图D)，包埋成微胶囊型。
各种固定化酶方法的比较物理吸附法包埋法化学结合法制备易较难较难结合程度弱强强活力回收率高，但酶易流失高中等再生可能不可能不可能固定化成本低低中等底物专一性不变不变可变突破1 固定化酶的各种固定方法1．下图是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是( )A．物理吸附法、化学结合法、包埋法B．化学结合法、物理吸附法、包埋法C．包埋法、物理吸附法、化学结合法D．包埋法、化学结合法、物理吸附法解析：选D。
①图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；②图表示许多酶分子通过特殊载体连接起来，成交联网状结构，应属化学结合法；③图表示将酶固定在一定的支持物上，可用物理吸附法。
突破2 固定化酶特征2．下图中符合固定化酶特征的是( )解析：选D 。
固定化酶技术是利用物理或化学的方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。
固定化酶优点是使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用，在装置中酶是固定不动的，反应物是动的。
判断固定化酶的方法固定化酶技术是利用物理或化学的方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
所以识别固定化酶的方法是观察酶是否固定不动，若是则属于固定化酶，否则不属于固定化酶。
固定化细胞技术及酵母菌细胞的固定化技术[学生用书P45]固定化细胞在环境保护、能源开发等领域都有重要的应用。
结合教材P 64～65内容完成下面酵母菌细胞的固定化操作流程，理解细胞固定化过程。
准备各种实验药品和器材主要药品有：干麦芽粉、干酵母、聚乙烯醇↓(PVA)、海藻酸钠、无水氯化钙、蒸馏水、葡萄糖溶液、碘液制备麦芽汁干麦芽粉＋蒸馏水――→58～65 ℃放置3～4 h 麦芽汁――→煮沸、冷却、调pH灭菌无菌麦芽汁 ↓活化酵母菌细胞干酵母＋蒸馏水→活化的酵母菌 ↓配制氯化钙溶液无水氯化钙＋蒸馏水 ↓制备固定化细胞聚乙烯醇(PVA)＋海藻酸钠＋蒸馏水――→加热、冷却加入酵母菌培养液酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠溶液――→滴入氯化钙溶液中凝胶珠 ↓浸泡凝胶珠，用蒸馏水洗涤待凝胶珠在溶液中浸泡30 min 后，取出↓并用蒸馏水洗涤3次备用发酵麦芽汁将凝胶珠加入无菌麦芽汁中1．制备固定化酵母菌细胞的注意事项(1)选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。
(2)酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活化液溢出。
(3)海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母菌细胞的关键，因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠，如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数量少，也会影响实验效果。
(4)溶化海藻酸钠时要用小火间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。
(5)将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌细胞混合，避免高温杀死酵母菌。
(6)固定化酵母菌细胞时，应将酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠溶液用注射器缓慢滴加到氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
2．直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶制作方法化学结合法固定化、物理吸附法固定化包埋法固定化是否需要营养物质否否是催化反应单一或多种单一一系列反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质缺点①对环境条件非常敏感，易失活；②难回收，成本高，影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与酶接触，尤其是大分子物质，反应效率下降优点催化效率高、耗能低、低污染①既能与反应物接触，又能与产物分离；②可以反复利用成本低、操作容易突破1 制备固定化酵母菌细胞1．下面的流程图表示制备固定化酵母菌细胞的过程，请据图回答：酵母菌细胞活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合→固定化酵母菌细胞(2)影响此实验成败的关键步骤是________________。
此步的操作应采用________________。
(3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞数目________________。
(4)观察凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅，说明________________________________________________________________________ ________；如果形成的凝胶珠不是________________，说明海藻酸钠的浓度偏高，实验操作失败。
(5)本实验所用的固定化技术是________，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是______________________。
解析：(1)酵母菌在干燥时，处于休眠状态，需加水活化，活化后的酵母菌细胞体积增加。
(2)该实验的关键是海藻酸钠溶液的配置。
(3)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数量过少，影响实验效果。
(4)如果制作的凝胶珠颜色过浅呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低。
如果形成的凝胶珠不是球形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。
(5)由于酵母菌细胞个体较大，不易从包埋材料中漏出，故细胞的固定化一般采用包埋法，而固定化酶不宜用此方法。
答案：(1)体积增加较大(多)(2)配制海藻酸钠溶液小火间断加热(3)较少(4)固定的酵母菌细胞数目较少球形或椭圆形(5)包埋法酶分子很小，容易从包埋材料中漏出检验凝胶珠的质量是否合格的方法(1)用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，且没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。
(2)在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。
突破2 固定化技术的比较2．下列叙述不正确的是( )A．从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶更容易B．固定化细胞比固定化酶对酶活性的影响更小C．固定化细胞固定的是一种酶D．将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择固定化细胞技术解析：选C。
固定化细胞内酶的活性基本没有损失，保留了细胞内原有的多酶系统，所以固定化细胞不同于固定化酶，它能固定多种酶。
选择固定化酶与固定化细胞的方法(1)根据固定方法选择①固定化酶技术：由于酶分子较小，可以采用物理吸附法和化学结合法进行固定，它催化的是单一的化学反应。
②固定化细胞技术：细胞一般体积较大，适合应用包埋法固定，而且细胞能够产生多种酶，因此固定化细胞可以催化一系列化学反应。
(2)根据反应液中加入物质选择①在固定化酶应用过程中，反应溶液中只需要加入酶的底物。
②固定化细胞在应用过程中，要保持细胞的正常生命活动，反应溶液中除需要加入反应的底物外，还应加入满足细胞生命活动所需的营养物质等。
(3)根据反应的特点选择①固定化酶可以催化的反应物是小分子或大分子。
②固定化细胞则只能催化小分子反应物。
核心知识小结[网络构建] [关键语句]固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体．．．．结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。
制备固定化酶的方法主要有物理吸附法、化学结合法．．．．．、包埋．．法．等。
在固定化细胞技术中，从操作角度考虑，包埋．．法更容易；固定化细胞对酶活性的影响小；如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择固定化细胞的方法；如果反应物是大分子，应选择固定化酶．．．．方法。
[随堂检测] [学生用书P47]知识点一固定化酶技术1．下列关于固定化酶技术的说法正确的是( )A．固定化酶技术就是固定反应物，让酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C．固定化酶中的酶无法重复利用D．固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术解析：选D。
固定化酶是指通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行反应的酶。
因此，固定化酶技术固定的不是反应物而是酶。
因为被固定的只是一种酶，所以不能催化一系列的酶促反应，但固定的酶可以重复利用。
2．固定化酶与普通酶制剂相比较，主要优点是( )A．可以反复使用，降低成本B．固定化酶不受酸碱度、温度等的影响C．酶的制备更简单容易D．酶能够催化的反应类型大大增加解析：选A。
固定化酶与普通酶制剂相比较主要优点是可以反复使用，降低成本，固定化酶仍具有酶的特性。