2019_2020学年高中生物专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化课件新人教版选修1 (1)
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课题3 酵母细胞的固定化
[学习要求] 1.了解固定化技术的作用和原理。2. 掌握制备固定化酵母细胞和利用其进行酒精发酵的方 法。
课前教材预案
要点一 固定化酶和固定化细胞技术
1．固定化酶和固定化细胞技术是利用__物__理____和 ___化_学____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___。
【变式1】 细胞固定化技术与酶固定化技术相 比，所具备的特点是( )
A．成本更低、操作更容易、不能连续性生产 B．成本更高、操作更难、不能连续性生产 C．成本更低、操作更容易、能连续性生产 D．成本更低、操作更难、能连续性生产
答案 C 解析 固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更 小，可连续性生产，成本自然更低。
2．固定化细胞多采用___包__埋_法____固定化，而固定
化酶多采用__化__学__结_合__法_____和___物__理__吸__附_法____。与固定
化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本__更__低____， 制作__更__容__易____。
3．用包埋法固定细胞是将微生物细胞均匀地包埋
于 ____不__溶__于__水_的__多__孔__性_载__体____ 中 ， 常 用 的 包 埋 载 体 有 _明__胶____、_琼__脂__糖____、__海__藻_酸__钠____、___醋_酸__纤__维__素___和 __聚__丙__烯__酰_胺_____等。
(2)在一定程度上避免高温、强酸、强碱和有机溶剂 对酶活性的影响，以提高催化效率，降低生产成本，提 高产品质量。
2．应用实例：生产高果糖浆 (1)原料：葡萄糖(由淀粉转化而来)。 (2)反应原理：葡萄糖葡―萄糖―异→构酶果糖。 (3)生产过程及示意图(如图所示)
关于高果糖浆的知识 高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗 糖的替代品，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。
3．物理吸附法 Байду номын сангаас理吸附法是指将酶吸附到固定吸附剂表面的方 法，固定吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。
固定化酶与固定化细胞技术 (1)酶适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而 细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞体积大，而酶 分子很小；体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小 的酶容易从包埋材料中漏出。
2．化学结合法 化学结合法是指将酶分子或细胞相互结合，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 方法。工艺简便及条件温和是其显著特点，并且载体选 择范围很大，涉及天然或合成的无机、有机高分子材 料，结合过程可同时达到纯化和固定化，酶失活后可重 新活化，载体可以再生。化学结合法中常见的有交联 法、共价结合法、离子结合法等。
1．制备固定化酵母细胞的操作步骤：酵母细胞的 __活_化_____→配制物质的量浓度为0.05 mol/L的___C_a_C_l_2 __ 溶 液 → 配 制 __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。
(2)固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的 环境改变小，所以对酶的活性影响小。
(3)固定化细胞使用的都是活细胞，因此，为了保证 细胞的生活需要，应该为其提供一定的营养物质。
【例题2】 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙 述，错误的是( )
A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用 B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因 素 C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物 D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合的
【例题1】 下列有关固定化酶和固定化细胞的说 法，正确的是( )
A．固定化酶的优势在于它能催化一系列生化反应 B．固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶 可在细胞外起作用 D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的 活性会迅速下降
思维导引： 答案 C
解析 固定化酶固定的只是一种酶，不能催化一系 列生化反应，能催化一系列生化反应的是固定化细胞， 因为固定化细胞固定的是一系列酶。固定化酶和固定化 细胞都能反复使用，但不会出现酶的活性迅速下降的情 况。固定化酶是在细胞外发挥作用，固定化细胞中的部 分酶可在细胞内发挥作用，也有部分可在细胞外发挥作 用，所以固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶 可在细胞外起作用。
2．在配制海藻酸钠溶液时，加热时要用 __小__火____，或者___间__断__加_热____，反复几次，直到海藻酸 钠 完 全 __溶__化____ 为 止 。 如 果 加 热 太 快 ， 海 藻 酸 钠 会 ___发_生__焦__糊____。
3．固定化酵母细胞需要的材料是 __干__酵__母_细__胞_____、__无__水_C__a_C_l2____、___海__藻__酸__钠___。
考点二 固定化酶或固定化细胞技术的方法
固定化酶或固定化细胞技 术常用的方法有包埋法、化学 结合法和物理吸附法，如图所 示。
1．包埋法 包埋法是指将酶或细胞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，或包裹在醋 酸纤维素等半透性高分子膜中。包埋法又分为凝胶包埋 法和微囊化包埋法，前者包埋成格子型，后者包埋成微 胶囊型。
4．用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发 酵的___葡_萄__糖____溶液后，发现有___气__泡___产生，同时有 __酒_味_____散发。
课堂深度拓展
考点一 固定化技术及应用实例
1．固定化技术的优势 (1)将酶或细胞固定在不溶于水的载体上，使酶或细 胞可以直接与反应物接触，充分发挥其催化功能，同时 又能与产物分离，被反复利用。
4．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产
固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产
高果糖浆所需要的酶是____葡__萄_糖__异__构__酶___，所使用的反 应柱上的孔应满足__酶__颗__粒____不能通过筛板上的小孔， 而__反__应__溶__液____却可以自由出入。
要点二 酵母细胞的固定化技术
[学习要求] 1.了解固定化技术的作用和原理。2. 掌握制备固定化酵母细胞和利用其进行酒精发酵的方 法。
课前教材预案
要点一 固定化酶和固定化细胞技术
1．固定化酶和固定化细胞技术是利用__物__理____和 ___化_学____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___。
【变式1】 细胞固定化技术与酶固定化技术相 比，所具备的特点是( )
A．成本更低、操作更容易、不能连续性生产 B．成本更高、操作更难、不能连续性生产 C．成本更低、操作更容易、能连续性生产 D．成本更低、操作更难、能连续性生产
答案 C 解析 固定化细胞操作更容易，对酶活性影响更 小，可连续性生产，成本自然更低。
2．固定化细胞多采用___包__埋_法____固定化，而固定
化酶多采用__化__学__结_合__法_____和___物__理__吸__附_法____。与固定
化酶技术相比，固定化细胞技术制备的成本__更__低____， 制作__更__容__易____。
3．用包埋法固定细胞是将微生物细胞均匀地包埋
于 ____不__溶__于__水_的__多__孔__性_载__体____ 中 ， 常 用 的 包 埋 载 体 有 _明__胶____、_琼__脂__糖____、__海__藻_酸__钠____、___醋_酸__纤__维__素___和 __聚__丙__烯__酰_胺_____等。
(2)在一定程度上避免高温、强酸、强碱和有机溶剂 对酶活性的影响，以提高催化效率，降低生产成本，提 高产品质量。
2．应用实例：生产高果糖浆 (1)原料：葡萄糖(由淀粉转化而来)。 (2)反应原理：葡萄糖葡―萄糖―异→构酶果糖。 (3)生产过程及示意图(如图所示)
关于高果糖浆的知识 高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗 糖的替代品，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。
3．物理吸附法 Байду номын сангаас理吸附法是指将酶吸附到固定吸附剂表面的方 法，固定吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。
固定化酶与固定化细胞技术 (1)酶适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而 细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞体积大，而酶 分子很小；体积大的细胞难以被吸附或结合，而体积小 的酶容易从包埋材料中漏出。
2．化学结合法 化学结合法是指将酶分子或细胞相互结合，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 方法。工艺简便及条件温和是其显著特点，并且载体选 择范围很大，涉及天然或合成的无机、有机高分子材 料，结合过程可同时达到纯化和固定化，酶失活后可重 新活化，载体可以再生。化学结合法中常见的有交联 法、共价结合法、离子结合法等。
1．制备固定化酵母细胞的操作步骤：酵母细胞的 __活_化_____→配制物质的量浓度为0.05 mol/L的___C_a_C_l_2 __ 溶 液 → 配 制 __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。
(2)固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而酶的 环境改变小，所以对酶的活性影响小。
(3)固定化细胞使用的都是活细胞，因此，为了保证 细胞的生活需要，应该为其提供一定的营养物质。
【例题2】 下列关于固定化酶和固定化细胞的叙 述，错误的是( )
A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用 B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因 素 C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物 D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合的
【例题1】 下列有关固定化酶和固定化细胞的说 法，正确的是( )
A．固定化酶的优势在于它能催化一系列生化反应 B．固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶 可在细胞外起作用 D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的 活性会迅速下降
思维导引： 答案 C
解析 固定化酶固定的只是一种酶，不能催化一系 列生化反应，能催化一系列生化反应的是固定化细胞， 因为固定化细胞固定的是一系列酶。固定化酶和固定化 细胞都能反复使用，但不会出现酶的活性迅速下降的情 况。固定化酶是在细胞外发挥作用，固定化细胞中的部 分酶可在细胞内发挥作用，也有部分可在细胞外发挥作 用，所以固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶 可在细胞外起作用。
2．在配制海藻酸钠溶液时，加热时要用 __小__火____，或者___间__断__加_热____，反复几次，直到海藻酸 钠 完 全 __溶__化____ 为 止 。 如 果 加 热 太 快 ， 海 藻 酸 钠 会 ___发_生__焦__糊____。
3．固定化酵母细胞需要的材料是 __干__酵__母_细__胞_____、__无__水_C__a_C_l2____、___海__藻__酸__钠___。
考点二 固定化酶或固定化细胞技术的方法
固定化酶或固定化细胞技 术常用的方法有包埋法、化学 结合法和物理吸附法，如图所 示。
1．包埋法 包埋法是指将酶或细胞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，或包裹在醋 酸纤维素等半透性高分子膜中。包埋法又分为凝胶包埋 法和微囊化包埋法，前者包埋成格子型，后者包埋成微 胶囊型。
4．用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发 酵的___葡_萄__糖____溶液后，发现有___气__泡___产生，同时有 __酒_味_____散发。
课堂深度拓展
考点一 固定化技术及应用实例
1．固定化技术的优势 (1)将酶或细胞固定在不溶于水的载体上，使酶或细 胞可以直接与反应物接触，充分发挥其催化功能，同时 又能与产物分离，被反复利用。
4．固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产
固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中，生产
高果糖浆所需要的酶是____葡__萄_糖__异__构__酶___，所使用的反 应柱上的孔应满足__酶__颗__粒____不能通过筛板上的小孔， 而__反__应__溶__液____却可以自由出入。
要点二 酵母细胞的固定化技术