人教版高中生物选修一4.3 酵母细胞的固定化教学课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【分析与评价】 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气泡，同时会闻到酒味。
【课堂小结】 一、固定酶的应用实例 1．能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶，该
酶稳定性好。 2．反应柱上的孔应满足酶颗粒无法通过，反应溶液可
以自由通过。 二、固定化细胞技术 1．概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一
较小，根本原因是( D )
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
栏
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用 目
C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用
链 接
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有
效地发挥作用
【方法点拨】 固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为酶充分地 发挥作用提供了稳定的内环境。
【解析】 固定化酶实现了酶和底物的分离，酶可重复利用 ，A正确；酶的催化作用不需要氧气，故固定化酶 的应用不需要氧气，与溶解氧交换受阻没有关系 ，B错误；固定化细胞可用于生产分泌到细胞外的 产物，如分泌蛋白等，C正确；凝胶与被包埋细胞 之间没有化学键，不通过共价键结合，D正确。
变式
训练 4．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响
定空间内的技术。 2．方法：包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。 细胞多采用包埋法，而酶多采用化学结合法和物理
吸附法。
三、实验操作程序 1．酵母细胞的活化 2．配制CaCl2溶液 3．配制海藻酸钠溶液 4．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5．固定化酵母细胞 6．用固定化酵母细胞发酵
随堂练习
1. 下 面 是 制 备 固 定 化 酵 母 细 胞 的 步 骤 ， 正 确 的 是
专题四 酶的研究与应用
课题目标
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。
课题背景 在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂， 说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？ 催化效率高、低能耗、低污染等。
酶制剂的使用有缺点吗？ 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.反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
2．下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是 (C) A．应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活 化 B．配置海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法 C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵 母细胞，充分搅拌并混合均匀 D．将酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液 中，会观察到CaCl2溶液中有球形的凝胶珠形成
状，直至完全溶化，用蒸馏水定容
至10mL。注意，加热时要用小火， 或者间断加热，反复几次，直到海
藻酸钠溶化为止。
【特别提醒】
加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及 到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。 海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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细胞的数目少，影 响实验效果。
②固定化细胞技术对酶活性影响更小； ③固定化细胞固定的是一系列酶； ④由于大分子难以通过细胞膜，固定化细胞的应用
有一定的限制。 （四）固定化酶和固定化细胞常用的载体材料
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 其共同的特点是不溶于水的多孔性载体。
实验操作
（一）制备固定化酵母细胞 1．酵母细胞的活化 活化： 让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态； 本质： 加快新陈代谢； 方法： 加入适量的水。
刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便 形成稳定的结构。
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， 如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，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， 如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备 的凝胶珠是成功的。
【方法点拨】 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， 方可加入已活化的酵母细胞。
3.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是 （B ） 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
【分析与评价】 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。
（二）用固定化细胞发酵 1.将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏 水冲洗2-3次。 2.将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶 液转移到200mL的锥形瓶中，再加入固 定好的酵母细胞，置于25℃下发酵24h。
步骤： 取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水 10ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊 状，放置1h左右使其活化
袋装干酵母
活化的酵母
2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液 称取无水CaCl2 0.83g。放入200mL的烧杯中，加入 150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。 3.配制海藻酸钠溶液 称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧 杯中.加人10mL水，用酒精灯加热， 边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊
（二）固定化细胞技术 1.概念： 利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。 细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程 中，通过代谢产生所需要的代谢产物。
2.将酶或细胞固定化的方法
（1）包埋法 将酶（或细胞）包埋在细微网格里 （2）化学结合法 将酶（或细胞）相互连接起来 （3）吸附法 将酶（或细胞）吸附在载体表面上
5.试分析下图中哪一种与用海藻酸钠作载体制备的 固定化酵母细胞相似？( D )
【方法点拨】 A为吸附法，B为化学结合法，C为细微网格包埋 法，D为海藻酸钠作载体制备的凝胶珠。二者适合 于酶的固定化；C选项既用于酶固定，也可用于细 胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即 将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中。
4.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室
温，加入已活化的醉母细胞，进行
充分搅拌，使其混合均匀，再转移
至注射器中。 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， 观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶 珠的情形。将这些凝胶珠在CaCl2 溶液中浸泡30 min左右。
【方法点拨】 酶和细胞固定方法的选择 酶适合采用化学结合和物理吸附法固定 细胞适合采用包埋法固定 原因 细胞个大，酶分子很小 个体大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易 从包埋的材料中漏出
(三）固定化酶和固定化细胞的联系与区别
（1）联系：应用相同，都能催化某些反应 （2）区别： ①固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；
固定化酶技术和固定化酵母细胞技术可以克服以上缺点。
基础知识 （一）固定化酶的应用实例
1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例
（1）高果糖浆的生产需要葡萄糖异构酶 （2）葡萄糖异构酶的优点 稳定性好、可以持续发挥作用 （3）在生产中直接使用酶的缺点
无法回收，造成浪费
2.固定化酶的反应柱示意图
反应柱能连续使用半 年，大大降低了生产 成本，提高果糖的产 量和质量。
(D)
①配制CaCl2溶液
②海酸钠溶化
．①②③④⑤ B．④①③②⑤
C．④⑤②①③ D．④①②③⑤
【方法点拨】 制备固定化酵母细胞的基本步骤 酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→ 与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
【课堂小结】 一、固定酶的应用实例 1．能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶，该
酶稳定性好。 2．反应柱上的孔应满足酶颗粒无法通过，反应溶液可
以自由通过。 二、固定化细胞技术 1．概念：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一
较小，根本原因是( D )
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
栏
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用 目
C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用
链 接
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有
效地发挥作用
【方法点拨】 固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为酶充分地 发挥作用提供了稳定的内环境。
【解析】 固定化酶实现了酶和底物的分离，酶可重复利用 ，A正确；酶的催化作用不需要氧气，故固定化酶 的应用不需要氧气，与溶解氧交换受阻没有关系 ，B错误；固定化细胞可用于生产分泌到细胞外的 产物，如分泌蛋白等，C正确；凝胶与被包埋细胞 之间没有化学键，不通过共价键结合，D正确。
变式
训练 4．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响
定空间内的技术。 2．方法：包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。 细胞多采用包埋法，而酶多采用化学结合法和物理
吸附法。
三、实验操作程序 1．酵母细胞的活化 2．配制CaCl2溶液 3．配制海藻酸钠溶液 4．海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 5．固定化酵母细胞 6．用固定化酵母细胞发酵
随堂练习
1. 下 面 是 制 备 固 定 化 酵 母 细 胞 的 步 骤 ， 正 确 的 是
专题四 酶的研究与应用
课题目标
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。
课题背景 在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂， 说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？ 催化效率高、低能耗、低污染等。
酶制剂的使用有缺点吗？ 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.反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
2．下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是 (C) A．应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活 化 B．配置海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法 C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵 母细胞，充分搅拌并混合均匀 D．将酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液 中，会观察到CaCl2溶液中有球形的凝胶珠形成
状，直至完全溶化，用蒸馏水定容
至10mL。注意，加热时要用小火， 或者间断加热，反复几次，直到海
藻酸钠溶化为止。
【特别提醒】
加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及 到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。 海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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细胞的数目少，影 响实验效果。
②固定化细胞技术对酶活性影响更小； ③固定化细胞固定的是一系列酶； ④由于大分子难以通过细胞膜，固定化细胞的应用
有一定的限制。 （四）固定化酶和固定化细胞常用的载体材料
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等 其共同的特点是不溶于水的多孔性载体。
实验操作
（一）制备固定化酵母细胞 1．酵母细胞的活化 活化： 让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态； 本质： 加快新陈代谢； 方法： 加入适量的水。
刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便 形成稳定的结构。
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， 如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，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， 如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备 的凝胶珠是成功的。
【方法点拨】 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温， 方可加入已活化的酵母细胞。
3.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是 （B ） 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
【分析与评价】 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。
（二）用固定化细胞发酵 1.将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏 水冲洗2-3次。 2.将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶 液转移到200mL的锥形瓶中，再加入固 定好的酵母细胞，置于25℃下发酵24h。
步骤： 取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水 10ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊 状，放置1h左右使其活化
袋装干酵母
活化的酵母
2.配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液 称取无水CaCl2 0.83g。放入200mL的烧杯中，加入 150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。 3.配制海藻酸钠溶液 称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧 杯中.加人10mL水，用酒精灯加热， 边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊
（二）固定化细胞技术 1.概念： 利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。 细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程 中，通过代谢产生所需要的代谢产物。
2.将酶或细胞固定化的方法
（1）包埋法 将酶（或细胞）包埋在细微网格里 （2）化学结合法 将酶（或细胞）相互连接起来 （3）吸附法 将酶（或细胞）吸附在载体表面上
5.试分析下图中哪一种与用海藻酸钠作载体制备的 固定化酵母细胞相似？( D )
【方法点拨】 A为吸附法，B为化学结合法，C为细微网格包埋 法，D为海藻酸钠作载体制备的凝胶珠。二者适合 于酶的固定化；C选项既用于酶固定，也可用于细 胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即 将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中。
4.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室
温，加入已活化的醉母细胞，进行
充分搅拌，使其混合均匀，再转移
至注射器中。 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， 观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶 珠的情形。将这些凝胶珠在CaCl2 溶液中浸泡30 min左右。
【方法点拨】 酶和细胞固定方法的选择 酶适合采用化学结合和物理吸附法固定 细胞适合采用包埋法固定 原因 细胞个大，酶分子很小 个体大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易 从包埋的材料中漏出
(三）固定化酶和固定化细胞的联系与区别
（1）联系：应用相同，都能催化某些反应 （2）区别： ①固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；
固定化酶技术和固定化酵母细胞技术可以克服以上缺点。
基础知识 （一）固定化酶的应用实例
1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例
（1）高果糖浆的生产需要葡萄糖异构酶 （2）葡萄糖异构酶的优点 稳定性好、可以持续发挥作用 （3）在生产中直接使用酶的缺点
无法回收，造成浪费
2.固定化酶的反应柱示意图
反应柱能连续使用半 年，大大降低了生产 成本，提高果糖的产 量和质量。
(D)
①配制CaCl2溶液
②海酸钠溶化
．①②③④⑤ B．④①③②⑤
C．④⑤②①③ D．④①②③⑤
【方法点拨】 制备固定化酵母细胞的基本步骤 酵母细胞的活化→配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→ 与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。