高中生物选修一学案16：4.3 酵母细胞的固定化

酵母细胞的固定化
一、学习目标
1.认识在应用酶的过程中存在的实际问题及解决办法。

2.掌握固定化技术的方法及适合不同固定方法的材料。

3.掌握固定化酵母细胞的实验操作过程，并能够进行实际操作。

二、重点难点
1.重点：制备固定化酵母细胞。

2.难点：制备固定化酵母细胞。

三、学习过程
[基础知识]
（一）固定化酶的应用实例
高果糖浆是指能将葡萄糖转化为果糖的酶是。

使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种上，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。

酶颗粒无法通过筛板的小孔，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，与接触，转化成果糖，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，提高了果糖的产量和质量。

（二）固定化细胞技术
固定化酶和固定化细胞是利用或方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括、和法。

一般来说，酶更适合采用和法固定，而细胞多采用法固定化。

这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的细胞难以被或，而个小的酶容易从中漏出。

包埋法法固定化细胞即将微生物细胞包埋在不溶于水的中。

常用的载体有、、、和等。

（三）实验操作
制备固定化酵母细胞
1.酵母细胞的活化
（1）在缺水的状态下，微生物会处于_______状态。

活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复___________状态的过程。

（2）酵母细胞所需要的活化时间_____，一般需要0.5～1h，需要提前做好准备。

此外，酵母细胞活化时体积会变____，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。

（3）操作过程：1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h
2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液
（1）作用：使凝胶______。

（2）操作过程：0.83g无水CaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。

3.配制海藻酸钠溶液
（1）加热使___________溶化是操作中最重要的一环，涉及实验的成败。

（2）海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量。

如果海藻酸钠浓度过高，_____________；如果浓度过低，________________________________________________。

（3）操作过程：0.7g海藻酸＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。

4.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
将溶化的海藻酸钠溶液_____________，加入活化酵母细胞液，进行充分______，使其混合均匀，再转移至注射器中。

5.固定化酵母细胞
（1）以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到_________溶液中，形成___________。

刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便______________。

（2）检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。

一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果_________________，就表明凝胶珠的制作成功。

二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠______________，也能表明制备的凝胶珠是成功的。

用固定化酵母细胞发酵
1.将固定好的酵母细胞用冲洗2-3次。

2.发酵时的温度就为，时间。

[结果分析与评价]
（一）观察凝胶珠的颜色和形状
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____，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___，制作失败。

（二）观察发酵的葡萄糖溶液
利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多_____，同时会闻到______。

注意事项
1.配制海藻酸钠溶液：小火、间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。

2.海藻酸钠溶液与酶母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡
3.制备固定化酵母细胞：高度适宜，并匀速滴入
4．刚形成的凝胶珠应在CaCL2溶液中浸泡一段时间，以便Ca2+与Na+充分交换，形成的凝胶珠稳定。

检验凝胶珠是否形成，可用下列方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠，还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的。

5．凝胶珠的颜色和形状
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。

补充：直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点：
四、课堂练习
1．下列关于固定化酶中用到的反应柱的理解中，正确的是( )
A．反应物和酶均可自由通过反应柱
B．反应物和酶均不能通过反应柱
C．反应物能通过，酶不能通过
D．反应物不能通过，酶能够通过
2．固定化细胞常用包埋法固定，原因是( )
A．包埋法固定操作最简便B．包埋法对酶活性的影响最小
C．包埋法固定具有普遍性D．细胞体积大，难以被吸附或结合
3．下列不属于固定化酶在利用时的特点的是( )
A．一种固定化酶一般不能催化一系列酶促反应
B．有利于酶与产物分离，提高产物品质
C．能自由出入依附的载体
D．酶是催化剂，但固定化酶也不可永远利用
4.固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是( )。

A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用
C．促化反应结束后，能被吸收和重复利用
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用
5.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是( )。

A．酶分子很小，易采用包埋法
B．酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶
C．细胞个大，难被吸附或结合
D．细胞易采用包埋法固定
6．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是( )
A．琼脂糖B．醋酸纤维素C．聚丙烯酰胺D聚乙烯树脂
7．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2溶液的作用是( )
A．调节溶液pH B．进行离子交换
C．胶体聚沉D．为酵母菌提供钙离子
8.下面是制备固定化酵母细胞实验步骤图解，请据图回答：
酵母细胞活化→配制CaCl2溶液→配置海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞
（1）在_______________状态下，微生物处于休眠状态。

活化就是让处于休眠状态的微生物恢复_________状态。

活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_________。

（2）影响实验成败的关键步骤是_______________。

（3）如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞数目______。

（4）观察形成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圆形或椭圆形，说明。

（5）制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？。

——★参考答案★——1.C 2.D 3.C 4.D 5.A 6.D 7.C
8、（1）缺水正常生活状态体积增大
（2）配制海藻酸钠溶液
（3）少
（4）固定化酵母细胞数目较少海藻酸钠浓度偏高，制作失败（5）因为酶分子很小，容易从包埋材料中露出。