课堂新坐标20162017版高中生物第2部分酶的应用实验6α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测教案浙科版选修1

实验6 α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测一、酶与固定化酶1．酶 活细胞产生的具有催化作用的一类有机物，它是生物体内各种化学反应的催化剂。

2．固定化酶将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

3．将酶改造成固定化酶的原因由于酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用，所以要将酶改造成固定化酶。

4．酶固定化的方法吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

本实验用的是吸附法。

5．固定化酶作用的机理将固定化酶装柱，当底物经过该柱时，在酶的作用下转变为产物。

在酶固定化的各种方法中，哪一种方法对酶的作用影响较小？【提示】 吸附法二、α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用检测的实验1．实验目的(1)制备固定化α-淀粉酶。

(2)进行淀粉水解作用的检测。

2．实验原理将α-淀粉酶固定在石英砂上，一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精。

用淀粉指示剂测试，若流出物呈红色，表明糊精生成。

3．本实验使用的酶及特性本实验使用的酶是枯草杆菌的α-淀粉酶，其作用的最适pH 为5.5～7.5，最适温度为50～75_℃。

4．实验材料及其制备(1)α-淀粉酶的固定化：在烧杯中将5 mg α-淀粉酶溶于4 mL蒸馏水中(由于酶不纯，可能有些不溶物)↓再加入5 g石英砂，不时搅拌30 min↓30 min后将上述溶液装入1支注射器中(该注射器的下端接有气门心，并用夹子封住)↓用10倍体积的蒸馏水洗涤此注射器，以除去未吸附的游离淀粉酶，流速为1 mL/min(2)可溶性淀粉溶液：取50 mg可溶性淀粉溶于100 mL热水中，搅拌均匀。

(3)KI-I2溶液：称取0.127 g碘和0.83 g碘化钾。

加蒸馏水100 mL，完全溶解后装入滴瓶中。

5．实验步骤(1)淀粉溶液流经固定化酶柱将灌注了固定化酶的注射器放在注射器架上，用滴管滴加淀粉溶液，使该溶液以0.3 mL/min的流速过柱。

(2)接取流出物待从固定化酶柱中流出5 mL淀粉溶液后，接收0.5 mL流出液。

(3)流出物鉴定在流出物中加入KI-I2溶液，观察颜色。

用水稀释1倍后再观察颜色。

(4)洗涤、保存固定化酶柱实验后，用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此柱。

放置在4 ℃冰箱中保存。

(5)几天后取出冰箱中该固定化酶柱，重复实验，观察结果。

固定化酶柱为什么放在4 ℃的冰箱中保存？【提示】高温会破坏酶的结构，低温不破坏酶的结构。

酶是生物体内各种化学反应的催化剂，具高度专一性和高效性，但酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用。

固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质(如石英砂、毛玻璃、琼脂糖、明胶、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等)上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

2．酶的常用固定化方法酶的固定化可分为酶分子固定化及细胞固定化。

细胞固定化与直接固定酶相比，成本更低，操作也更容易。

常用方法如下：(1)物理吸附法物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法，固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃、石英砂等。

(2)化学结合法(包括交联法及共价偶联法等)化学结合法是指将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖、离子交换树脂等载体上的固定方式。

工艺简便及条件温和是其显著特点，其载体选择范围很大，涉及天然或合成的无机、有机高分子材料。

化学结合法中常见的有交联法、共价结合法、离子结合法等。

(3)包埋法包埋法是指将酶包裹在多孔的载体中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中。

包埋法又分为凝胶包埋法和微囊化法，前者包埋成格子型，后者包埋成微胶囊型。

固定酶的方法3．直接使用酶和固定化酶的比较(1)可循环反复使用酶制剂。

在某些情况下可使用上千次，极大地降低了生产成本。

(2)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。

(3)稳定性能好。

下列与固定化酶相关的叙述中正确的是( )A．固定化酶是将水不溶性酶固定于某种介质上，使之成为易溶于水，而又具酶活性的制剂B．将固定化酶装柱，当酶流过该柱时，可催化柱内底物转变为产物C．酶固定的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等D．固定化酶的缺点是酶在水溶液中很不稳定，且易与产物混在一起不易分离【思路点拨】固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学方法固定在某种介质上。

使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

与普通酶相比，固定化酶易与产物分离，且固定化酶反应柱中酶已被固定，不能从柱内流出；酶的固定化方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

【答案】 C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．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【解析】固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用，降低成本，产物中也不含酶，提高了产品的纯度，固定化酶虽可以多次利用，但不可长久使用。

【答案】 A(1)高果糖浆生产中面临的问题：高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。

这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。

但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。

(2)固定化酶反应柱——将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些颗粒装在反应柱内，反应柱底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应溶液却能出入。

(3)使用固定化酶技术生产高果糖浆。

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，从反应柱的下端流出。

(如图所示)(4)相关技术优势：上述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。

目前，用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1 000万吨。

2．α-淀粉酶的固定化(1)固定方法——用吸附法将α-淀粉酶固定在石英砂上。

在烧杯中将5 mg α-淀粉酶溶于4 mL 蒸馏水中，再加入5 g 石英砂，不时搅拌，30 min 后，装入1支下端接有气门心并用夹子封住的注射器中(石英砂体积约4 mL)。

用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器以除去未吸附的游离淀粉酶。

(2)固定化α-淀粉酶功能检测①原理：淀粉――→α-淀粉酶糊精――→β-淀粉酶(遇碘显蓝色) (遇碘显红色)麦芽糖――――――→糖化淀粉酶葡萄糖(遇碘不显色)②检测：用吸附法将α-淀粉酶固定在石英砂上制成反应柱后，将反应柱(注射器)放在注射器架上，用滴管滴加淀粉溶液，当一定浓度的淀粉溶液流经反应柱时，柱内的α-淀粉酶可使淀粉水解成糊精——用淀粉指示剂(KI-I 2溶液)测试，流出物呈“红色”——表明有淀粉水解产物糊精的生成(未水解时，淀粉遇其指示剂应显示蓝色)。

固定化酶在消除污染、保护环境方面的应用：固定化酶和固定化细胞在清除污染、保护环境方面也大有作为，是当代环境保护的出色“卫士”，其主要作用是进行环境监测和处理三废。

①环境监测：固定化酶也可以用于测定有毒物质的含量，进行环境监测，如用固定化多酚氧化酶检测水中的酚类物质；利用固定化酶还可以检测有机磷、有机氯农药等环境污染物(如过氯酸盐、氧化物和尿素等)②处理三废：应用固定化酶或固定化细胞可以组成快速、高效、连续运行的污水处理系统，如用固定化分解氰化物的细菌除去废水中的氰化物；用固定化α-淀粉酶处理造纸厂的废水，用水解农药的细菌固定化制剂处理农药废水等。

下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：(1)请在横线上填出各标号名称。

①________，②________，③________。

(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是__________________________________________________________________________________。

(3)③的作用是_______________________________________________。

(4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有________或________。

(5)据图说出反应柱的作用原理：______________________________________________________________________________________________。

【思路点拨】(1)固定化酶反应柱是将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些颗粒装在反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应液却可出入，图示中①为反应柱，②为固定化酶，③为具有小孔的筛板。

(2)固定化酶的突出优点是既能与反应物接触，又能与产物分离。

(3)多孔筛板的作用在于阻止酶颗粒通过，但却让反应液自由出入。

(4)固定化酶可采用吸附法、交联法等方法。

(5)反应柱的作用原理在于反应物溶液从反应柱上端注入后，使反应物流过反应柱与固定化酶接触，参与催化化学反应所形成的产物则从柱的底端流出。

【答案】(1)反应柱固定化酶分布着小孔的筛板(2)既能与反应物接触，又能与产物分离，能连续性生产(3)酶颗粒无法通过③，反应溶液却可自由出入(4)吸附法交联法(5)反应物溶液从反应柱上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到的产物从反应柱下端流出。

【互动探究】若上述 例2 反应柱中，所固定的酶为α-淀粉酶，注入的溶液为一定浓度的淀粉溶液，请回答：1 注入淀粉溶液后，反应柱底端流出物中主要成分是什么？你如何检测淀粉是否被水解？现象如何？2 该流出物溶液中是否具有α-淀粉酶？为什么？如何通过简单实验，验证你的结论？【提示】 1 流出物主要成分是糊精，可用淀粉指示剂检测淀粉是否被水解，其现象是：水解前溶液呈蓝色，水解后溶液呈红色。

2 流出物溶液中无α-淀粉酶，因为反应柱底端的多孔筛板只允许反应物溶液自由出入。

而酶分子不能通过。

为证明上述结论，可在装入反应物溶液前，先向柱内加入蒸馏水，收集柱底端流出物溶液进行淀粉水解实验——加入蒸馏水后的流出物溶液不能将淀粉水解，表明其内无淀粉酶。

1．下列不属于酶固定化的方法的是( )A．吸附法B．共价法C．交联法D．包埋法【解析】本题考查酶固定化的方法。

酶固定化的方法比较多，其中包括吸附法、共价偶联法、交联法、包埋法等。

本题四个选项中B项的方法描述不准确。

【答案】 B2．固定化酶的优点是( )A．有利于增加酶的活性B．有利于产物的纯化C．有利于提高反应速度D．有利于酶发挥作用【答案】 B3．将固定化酶装柱后，当底物经过该柱时，底物发生的变化是( )A．底物被稀释了B．底物被浓缩了C．底物的结构变得更加稳定了D．底物被酶水解成产物了【解析】固定化酶装柱后，当底物经过该柱时，底物被酶水解成产物了。