高中生物 专题4 酶的研究与应用 3 酵母细胞的固定化课件高中选修1生物课件

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2.制备固定化酵母细胞 (1)酵母细胞的活化：称取 1 g 干酵母，放入 50 mL 的小烧 杯中，加入蒸馏水 10 mL。用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均 匀，成糊状，放置 1 h 左右，使其活化。 (2)配制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的 CaCl2 溶液：称取无 水 CaCl2 0.83 g，放入 200 mL 的烧杯中，加入 150 mL 蒸馏水， 使其充分溶解，待用。 注意：溶解物质要彻底，勿用自来水溶解，以防自来水中 的各种离子影响实验结果。
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知识点二固定化细胞技术与固定化酵母细胞的制备
1．固定化酶和固定化细胞技术 (1)概念：是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空 间内的技术。 (2)方法：通常采用包埋法、化学结合法和物理吸附法。 ①化学结合法：将酶或细胞相互连接起来，或将其结合到 载体上。 ②物理吸附法：将酶或细胞吸附在载体的表面上。 ③包埋法：将酶或细胞包埋在细微网格里。
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(2)优点：固定在载体上的酶既能与反应物接触，又容易与 产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。
注意：固定化酶可以被反复利用，但不等于能被永久利用。
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2．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产 (1)反应机理： 葡萄糖葡萄―糖―异→构酶果糖。 (2)固定化酶的反应柱：如右图所示。 ①葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状载体上； ②酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应溶液十二页，共四十八页。
4．酶固定化技术与细胞固定化技术的关系是( A ) A．酶固定化技术是细胞固定化技术的基础 B．细胞固定化技术是酶固定化技术的基础 C．酶固定化技术与细胞固定化技术是同时发展起来的 D．细胞固定化技术先于酶固定化技术
解析：1969 年，日本利用固定化氨基酰酶，由乙酰－DL－ 氨基酸连续生产 L－氨基酸获得成功，是世界上固定化酶大规模 应用的首例。20 世纪 70 年代后期，酶工程领域又出现了固定化 细胞技术，固定化细胞是指固定在一定范围内的、能够进行生命 活动的并且可以反复使用的活细胞。
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(3)配制海藻酸钠溶液：称取 0.7 g 海藻酸钠，放入 50 mL 小 烧杯中，加入 10 mL 水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海 藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至 10 mL。
(4)海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将溶化好的海藻酸钠溶 液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌至混合均匀， 再转移至注射器中。
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2．下列说法不正确的是( B ) A．葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖 B．从固定化酶反应柱下端流出的是果糖 C．高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心 血管病，对人类的健康更有益 D．酶溶解于葡萄糖溶液后，可从糖浆中回收
解析：该题考查了固定化酶的应用——生产高果糖浆。在生 产高果糖浆时用的酶是葡萄糖异构酶，设备为固定化酶反应柱。 由于葡萄糖与果糖是同分异构体，在葡萄糖异构酶的作用下，部 分葡萄糖可以转化为果糖，所以从反应柱下端流出的液体不仅仅 是果糖，还有葡萄糖。
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一、选择题 1．关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误 的是( A ) A．固定化酶生物活性强，可长久使用 B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高 C．一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D．固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质 量
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(3)二者的联系和区别 ①联系：都是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定 空间内，在生产中都容易与产物分离，固定在载体上的酶或细 胞可以被反复利用。
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②区别：适合的固定方法不同(见下表)。固定化细胞技术能 固定一系列的酶，成本更低，操作更容易，更适宜于生产实际。
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解题归纳 明确固定化酶的概念及其特点。固定化酶催化效 率高，可反复利用、降低成本，但固定的是一种酶，不能催化 一系列化学反应。
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【典题精练 2】 下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆 的说法正确的是( C )
A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶 B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异 物的进入 C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖溶液从反应柱 下端流出 D．固定化酶技术复杂，成本较高
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(3)生产过程 ①将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上； ②将这些酶颗粒放入底部有许多小孔的反应柱内； ③将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入； ④葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触； ⑤葡萄糖转化成果糖，从反应柱下端流出。
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解题归纳 海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合液应缓缓滴加 到氯化钙溶液中，作用是使混合液形成凝胶珠；凝胶珠在氯化 钙溶液中应浸泡 30 分钟左右，目的是使凝胶珠形成稳定的结构。
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【典题精练 4】 对配制海藻酸钠溶液的叙述不正确的是 ( C)
(4)固定化酶的反应柱的优点：能连续使用半年，大大降低 了生产成本，提高了果糖的产量和质量。
酶的几种固定方式
1．将酶相互连接起来(如图①)。 2．将酶包埋在细微网格里(如图②)。 3．将酶吸附在载体表面上(如图③)。
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【典题精练 1】 下列关于固定化酶技术的说法，正确的是 (D)
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【解析】 生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种 酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内， 柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小 孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应 柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接 触，转化成果糖溶液，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年， 大大降低了生产成本。
A．加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环 B．海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量 C．海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠 D．海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少
【解析】 海藻酸钠的浓度过高，凝胶珠不易成形；海藻酸 钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少。加热使海藻酸钠 溶化是操作中最重要的一环，因为海藻酸钠的浓度涉及固定化细 胞的质量。
A．固定化酶技术就是固定反应物，将酶吸附于载体上，围 绕反应物旋转的技术
B．固定化酶技术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
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【解析】 固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间 内的技术。其优点是酶被固定在一定装置内，可重复利用；不足之处 是无法同时催化一系列酶促反应。在固定化过程中，固定的是酶而不 是反应物。
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【解析】 A 错误：应将海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入已活 化的酵母细胞，否则会把酵母细胞杀死。C 错误：应是以恒定的速度 把混合液滴加到 CaCl2 溶液中而不是 CaSO4 溶液中。D 错误：凝胶 珠在 CaCl2 溶液中应浸泡 30 min 左右。
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固定酵母细胞过程中的四个注意点 1．活化酵母细胞和配制 CaCl2 溶液时都要用到蒸馏水，且 活化酵母细胞时应选择体积足够大的容器。 2．配制海藻酸钠溶液是操作中的关键步骤，该过程应用小 火或者间断加热。 3．将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，加入已活化的 酵母细胞。 4．将注射器中的海藻酸钠溶液和酵母细胞的混合物以恒定 的速度缓慢地滴加到 CaCl2 溶液中，形成凝胶珠。
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解析：该题主要考查固定化酶的优点，即应用后易与产物分 离，提高产品质量；可以反复利用，降低生产成本。但是固定化 酶作为生物催化剂，具有一定的生物活性，随着时间的推移，酶 的活性会降低，甚至消失，即固定化酶不能长久使用。例如：生 产高果糖浆的固定化酶一般只能连续使用半年。
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3．下列关于固定化细胞技术的说法，正确的是( D ) A．物理吸附法的优点是操作简单，吸附牢固 B．包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性 C．物理吸附法容易对酶活性产生影响 D．凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠(钙)、角叉 菜聚糖、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等
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解析：固定化细胞的主要方法有物理吸附法和包埋法。它们 各有利弊，物理吸附法的主要优点是酶活性不受影响，但吸附过 程相当复杂，这一过程与微生物细胞的性质、载体的性质以及两 者之间的相互作用等有关，且吸附力较弱，吸附不牢固，细胞容 易脱落。而包埋法操作简便，条件温和，对细胞无毒性，适合于 生长细胞的固定。但凝胶的结构要保持稳定需要适当的条件控 制，凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠(钙)、角叉菜聚 糖、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等。
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4．结果分析与评价 (1)如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠溶 液的浓度偏低，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， 需要再尝试。
酶 (2) 利 用 固 定 化 酵 母 细 胞 发 酵 产 生 酒 精 (C6H12O6 ――→ 2C2H5OH＋2CO2＋能量)，可以看到产生了很多气泡，同时会闻 到酒味，而用不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验则无此现象。
专题 4 (zhuāntí)
酶的研究(yánjiū)与应用
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课题3 酵母(jiàomǔ)细胞的固定化
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知识点一
固定化酶及其应用实例
1．固定化酶 (1)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，使酶固定在载体上，并在一定的空 间范围内进行反应的酶。用于固定化酶的载体有琼脂糖、聚丙 烯酰胺、海藻酸钠等。
(5)固定化酵母细胞：以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶 液滴加到配制好的 CaCl2 溶液中，将形成的凝胶珠在 CaCl2 溶液 中浸泡 30 min 左右。
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3．用固定化酵母细胞发酵 (1)将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗 2～3 次，洗 去凝胶珠表面多余的电解质溶液。 (2)将 150 mL 质量分数为 10%的葡萄糖溶液转移至 200 mL 的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于 25 ℃下发酵 24 h。
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【典题精练 3】 下列关于制备固定化酵母细胞的操作，正 确的是( B )
A．制备好海藻酸钠溶液后，要立即将其与酵母细胞混合以 防凝固
B．制备固定化酵母细胞的过程中需用到注射器 C．以恒定的速度把混合液注射到 CaSO4 溶液中 D．凝胶珠在 CaCl2 溶液中应浸泡 10 min 左右
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5．下列有关固定化技术的叙述，正确的是( B ) A．固定化酶只是在细胞内才能发挥作用 B．固定化酶能提高酶的利用率 C．酶的固定是酶分离纯化的常用方法 D．固定化酶的固定化方式就是吸附在固体表面上