3.2制备和应用固定化酶
《固定化酶的制备及应用》 学历案
《固定化酶的制备及应用》学历案一、学习目标1、了解固定化酶的概念和特点。
2、掌握固定化酶的制备方法。
3、理解固定化酶在各个领域的应用原理和优势。
二、学习重难点1、重点（1）固定化酶的常见制备方法，如吸附法、共价结合法、交联法和包埋法。
（2）固定化酶在工业生产、医学、环境保护等领域的应用实例。
2、难点（1）不同制备方法的原理和适用范围。
（2）如何根据实际需求选择合适的固定化酶制备方法。
三、知识链接1、酶的结构和功能酶是一种具有生物催化作用的蛋白质或 RNA，其结构特点决定了其独特的催化功能。
2、酶催化反应的特点高效性、专一性、反应条件温和等。
四、学习过程（一）固定化酶的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，使酶固定在一定的空间范围内，并保持其催化活性的技术。
（二）固定化酶的特点1、可重复使用固定化酶可以在反应结束后通过简单的分离和洗涤，再次用于新的反应，降低了成本。
2、稳定性提高固定化后的酶对温度、pH 等环境因素的耐受性增强，稳定性提高。
3、易于分离和纯化固定化酶可以通过过滤、离心等方法与反应体系中的其他物质分离，便于产物的纯化。
（三）固定化酶的制备方法1、吸附法利用各种固体吸附剂将酶吸附在其表面而实现固定化。
常见的吸附剂有活性炭、硅藻土、多孔玻璃等。
优点：操作简便，条件温和。
缺点：结合力较弱，酶容易脱落。
2、共价结合法通过酶分子上的官能团与载体表面的官能团发生化学反应，形成共价键而将酶固定。
优点：结合牢固，稳定性好。
缺点：反应条件苛刻，可能会影响酶的活性。
3、交联法使用双功能或多功能试剂，使酶分子之间或酶分子与载体之间发生交联反应而固定化。
优点：固定化酶的强度较高。
缺点：交联反应较剧烈，可能导致酶活性损失较大。
4、包埋法将酶包裹在凝胶格子或半透膜微囊中。
常见的包埋材料有聚丙烯酰胺凝胶、海藻酸钠等。
优点：操作简单，对酶活性影响较小。
缺点：只适用于小分子底物和产物的反应。
4.制备和应用固定化酶
4、制备和应用固定化酶【学习目标】1.简述固定化酶的作用和原理。
2.说出酶固定化的方法3.尝试用包埋法制备固定化酵母细胞4.探讨固定化酶的应用价值。
【考纲要求】酵母细胞的固定化技术：B级【基础回顾】一、基础知识1、固定化酶：利用物理或化学的方法将酶与结合在一起形成的仍具有的酶复合物。
常用方法：包括、和法。
2、固定化细胞是通过各种方法将细胞与一定载体结合，是细胞仍具有原有的生物活性的技术。
3、包埋法固定化细胞是指将微生物细胞均匀地包埋在的性载体中。
常用的载体有等。
二、实验操作1、制备固定化酵母细胞：包括步骤为①，②，③，④，⑤。
2、用固定化酵母细胞发酵：①将固定好的酵母细胞（凝胶珠）用冲洗2-3次，②将10%的葡萄糖溶液加入锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于℃下发酵24h。
【共同探究】一、基础知识1、固定化酶的概念：优缺点。
【思考题1】下列属于固定化酶在利用时特点的是A．有利于酶与产物分离 B．制成的加酶洗衣服可以被反复利用C．能自由出入依附的载体 D．能催化一系列的酶促反应2、固定化细胞技术一般来说，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；个大的难以被或，而个小的酶容易从中漏出。
从操作的角度考虑，固定化酶和固定化细胞两种技术中，更为容易的是，对酶活性影响更小的是。
固定化细胞固定的是（一种或一系列）酶。
如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择技术。
如果反应物是大分子，应该采用技术。
二、实验操作1、制备固定化酵母细胞：酵母细胞的活化→配制 CaCl2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。
【思考题2】实验操作步骤中最重要的一环是哪一步？如操作不当后果如何？应如何操作？配制海藻酸钠溶液中加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环。
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。
苏教版教学教案32 制备和应用酶的固定化技术
磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，．酵母细胞固定化的实验中，实验操作与目的不相符的是．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化．将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡酒精发酵的示意图，下列叙述正确的是(多选)．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了发明了固定化酶与固定化细胞技术。
，使用了下图中。
）某研究小组在制备固定化酵母细胞时，进行了如下操作：答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用多酶系统(或一系列酶、多种酶) (2)海藻酸钠③包埋法(3)CaCl2 海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近，高度不够)〖思考4〗加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？防止海藻酸钠焦糊〖思考5〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的〖思考8〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作码？需要看一看：普通酶应用时有哪些缺点？答案：①容易失活，通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感。
②很难回收，不能被再次利用，提高生产成本。
③会影响产物的纯度，降低产品质量。
解析：用注射器滴加溶液时需要距离CaCl2溶液一定的距离，距离太远凝胶珠会出现“尾巴”，距离太近凝胶珠不会形成球形或椭球形。
答案：D解析：本题考查固定化细胞与固定化酶的优点和利用条件。
固定化细胞固定的是一系列酶，因此，在多步连续催化反应方面比固定化酶更有优势；酶属于非生物，因此利用时不必提供氧气、营养物质等；固定化酵母发酵液中葡萄糖等糖类，不仅是发酵作用的反应底物，也是酵母菌生长所需的碳源。
江苏省新沂市高中生物 第三章 酶的应用技术实践 3.2 制备和应用固定化酶教案(选修1)
第二节制备和应用固定化酶高二年级第二学期生物学科总第课时导学案课题第二节制备和应用固定化酶使用时间：编制人：一、学习目标：1、识记固定化技术的常用方法2、理解固定化酵母细胞的制备过程3、知道固定化酶的实例二、知识构成：1．固定化酶是指用或方法将与结合在一起形成的的酶复合物。
其在催化反应中，以作用与底物反应完成后，容易与分离，可被使用。
2．制备固定化酶的方法主要有等，吸附法是利用、等方法，将酶固定在等载体上的固定方式，其显著特点是；交联法是利用多功能试剂进行与之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成，从而得到三维的交联网架结构；包埋法是将酶包埋在中。
3．固定化酶技术的应用有生产，制成试纸，用处理废水等。
4．固定化细胞技术是指通过各种方法与一定的载体结合，使细胞；细胞固定化的主要方法有两大类；制备固定化动物细胞的主要方法是，而凝胶包埋法适用于。
【问题探究】1．酵母菌细胞的固定化技术主要步骤是什么?各步的主要操作要点是什么?应该注意哪些问题?2．固定化酵母菌技术有哪些优点?3．固定化细胞技术的主要应用有哪些? 固定化细胞技术存在哪些不足之处？4．在固定化细胞技术中。
从操作角度考虑，方法更容易，方法对酶活性的影响小；如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应。
应选择方法；如果反应物是大分子，应选择方法。
5．凝胶珠的颜色是；形状是。
6．利用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液， (填“有”或“无”)气泡产生， (填“有”或“无”)酒精产生。
三、学法和自检：【1】酶和细胞分别适应哪种固定方法?【2】关于固定化酶技术，说法正确的是 ( )A．固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B．固定化酶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．固定化酶是将酶固定在一定空间的技术【3】研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。
如将从大肠杆菌中得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的 ( )A．温度 B．pH C．水分 D．营养【4】有关固定化酶和固定化细胞的说法，不正确的是 ( )A．它们都受到外界pH的影响 B．它们都受到外界温度的影响C．它们都需要从外界吸收营养物质 D．想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择固定化细胞课题制备和应用固定化酶四、达标检测1．酶的固定化常用的方式不包括 ( )A．吸附 B．包埋 C．连接 D．将酶加工成固体2．溶解海藻酸钠，最好采用哪种加热的方法( )A．小火间断 B．小火持续 C．大火间断 D．大火持续3．目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于应用中面临的实际问题的是( )A．酶通常对强酸、强碱、高温非常敏感，但对有机溶剂不敏感B．酶的结构比较稳定，所以催化功能很强C．酶用于生产时可能会混在产物中，影响产品质量D．直接用于生产中的酶可以多次利用4．关于酵母菌的叙述，正确的是 ( )A．酵母菌在营养物质充足、环境适宜时，依靠有性生殖进行繁殖B．酵母菌的代谢类型属异养厌氧型C．酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种细胞器膜等膜D．用酵母菌酿酒时，应先密封后通气5．关于固定化酶中的酶，说法正确的是 ( )A．酶的种类多样性，可催化一系列的酶促反应B．酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用C．酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去D．固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点6．下列不属于固定化酶在利用时的特点的是( )A．有利于酶与产物分离 B．可以被反复利用C．能自由出入依附的载体 D．一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应7．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8．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．聚乙烯树脂五、学习小结和课外作业：1、学习小结：2、上本作业：57页第8题。
3.3制备和应用固定化酶
一.固定化酶的应用实例
我们以高果糖浆的生产为例来了解固定化酶技术在生产实践中 的应用。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。
思考： 如果你是工程技术人员，如何解决这一缺点？
一.固定化酶的应用实例
问5、这种方法的优点是什么？
5优点是： （1）使酶既能与反应 物接触，又能与产物 分离； （2）固定在载体上的 没可以被反复利用。 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。
问： 在生产实际中使用固定化酶技术有无不足？ 如有不足，怎么办? 有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生 产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反 应才能进行，所以操作比较麻烦。 可采用固定化细胞技术。
2.固定化酶的优点：既保持了酶的催化特性 ____________, 又具有____________________ 的优点。 反复使用
1．下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是 D ①配制CaCl2溶液 ②海藻酸钠溶化 ③海藻酸钠与酵 母细胞混合 ④酵母细胞活化 ⑤固定化酵母细胞 A. ①②③④⑤ B．④①③②⑤ C．④⑤②①③ D．④①②③⑤ 2． 下列图形依次表示包埋法、交联法、吸附法和包埋法 的一组是
问2：面对这些实际问题，你有什么设想？
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。
现代的固定化酶技术已完全实现了这一设想。ห้องสมุดไป่ตู้
高果糖浆的生产就是固定化酶技术成功地应 用于工业生产的实例。
问3：酶是活细胞产生的，据此我们可以怎样 改进和创新？
高中生物 3.2 固定化酶的制备和应用课件 苏教版选修1
探究点一 探究点二 探究点三
2.结果分析与评价 (1)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。 (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。
提示:固定化酵母细胞包埋在海藻酸钠内,不容易与葡萄接触。可用葡 萄糖溶液代替鲜葡萄,将固定化酵母细胞加到葡萄糖溶液中发酵,葡萄糖容 易透过海藻酸钠进入到凝胶珠内部。
探究点一 探究点二 探究点三
●名师精讲●
1.实验流程的几点提醒 (1)选用的干酵母要具有较强的活性,而且物种单一。 (2)酵母菌细胞活化时体积会变大,因此活化前应选择体积足够大的容器, 防止酵母菌细胞的活化液溢出。 (3)海藻酸钠溶液的配制是固定化细胞的关键,因为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菌细胞的数 量少,也会影响实验结果。 (4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热,避免海藻酸钠发生焦糊。 (5)将溶化后的聚乙烯醇—海藻酸钠溶液先冷却至 45 ℃,再与预热至 35 ℃ 的酵母菌培养液混合,避免高温杀死酵母菌细胞。要混合均匀,不要进入气泡。 (6)固定化酵母菌细胞时,应将酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液用注射 器以恒定速度缓慢滴入饱和硼酸—氯化钙溶液中,而不是注射,以免影响凝胶 珠的形成。 (7)细胞的固定要在严格的无菌条件下进行,如定容时要用蒸馏水,冲洗凝 胶珠要用无菌水。
固定化细胞 一系列酶 明胶、琼脂糖、海藻酸 钠、醋酸纤维素、聚丙烯 酰胺 包埋法
3.2制备和应用固定化酶
第三章酶的应用技术实践3.2制备和应用固定化酶探究目的：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。
探究预习：固定化酶技术的发展也促进了固定化细胞技术的发展。
20世纪70年代后期出现了固定化细胞技术。
通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。
固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，由于保留了细胞内原有的多酶系统，这对多步催化的连续反应优势就更加明显。
细胞固定化的方法也有多种，主要是吸附法和包埋法两大类。
吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。
动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。
吸附法制备固定化植物细胞，是将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。
包埋法是指将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。
凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。
凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。
海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。
通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。
用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。
固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。
材料用具：干酵母，聚乙烯醇，海藻酸钠，无水CaCl2，蒸馏水，烧杯，玻璃棒，酒精灯，三角架，石棉网，注射器等。
探究反思：固定化酵母菌技术有哪些优点？探究示例：请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。
（1）细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是____________________________________________________________________。
（2）包埋法固定化是指_________________________________。
固定化酶的制备及应用
固定化酶的制备及应用徐玉尚 08生工（2） 20080804243摘要：酶的固定化技术是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，酶仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
本文主要从传统固定化酶技术以及新型固定化酶技术两大方面介绍了固定化酶的制备方法。
另外，又对固定化酶在医药、食品、环保、生物传感器、能源五大方面的应用作了综述。
本文旨在进一步研究固定化酶的制备方法以及探究固定化酶在多个领域的应用。
关键词：固定化酶；制备；载体；应用酶是重要的生物催化剂，具有专一性强、催化效率高、无污染、反应条件温和等特点，在制药、食品、环保、酿造、能源等领域都得到了广泛的应用。
但在实际应用中，酶也存在许多不足，如大多数的酶在高温、强酸、强碱和重金属离子等外界因素影响下，都容易变性失活，不够稳定；与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也难于回收利用，这种一次性使用酶的方式，不仅使生产成本提高，而且难于连续化生产；并且分离纯化困难，也会导致生产成本的提高等。
固定化酶的研究始于1910年,正式研究于20世纪60年代,70年代已在全世界普遍开展。
酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内,仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
与游离酶相比,固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时,又克服了游离酶的不足之处,呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。
现今，固定化酶的制备方法已由传统走向新型，并在多个领域有重要应用[1]。
1固定化酶的传统制备方法1.1吸附法吸附法是利用物理吸附法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式。
显著特点是：工艺简便及条件温和，包括无机、有机高分子材料，吸附过程可同时达到纯化和固定化；酶失活后可重新活化，载体也可再生。
3.2制备和应用固定化酶 课件(苏教版选修1)
生产成本；(3)反应后酶会混在产物中，可能影响
产品质量。
二、固定化细胞技术的应用 1.固定化细胞技术
通过各种方法将______ 细胞 与一定的载体结合，
使其仍保持原有的__________ 生物活性 ，这一过程
称为细胞固定化。
2.细胞固定化的方法 (1)吸附法：是制备固定化动物细胞的主要方
法，此法也可制备固定化植物细胞，它既可
C．细胞个大，难被吸附或结合
D．细胞宜采用包埋法固定
解析：选A。一般来说，酶更适合采用化学结 合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法 固定。这是由于细胞相对较大，而酶分子相对 很小，个大的细胞难以被吸附或结合，个小的 酶容易从包埋材料中漏出。
固定化细胞技术及其应用、 优缺点
1.方法
(1)吸附法
2.制备固定化酶 目前，制备固定化酶的方法主要有________ 吸附法 、 交联法 、包埋法等。 ________ (1)吸附法的显著特点是工艺简便且 ____________ 条件温和 ，在生产实践中应用广泛； (2)交联法是利用多功能试剂进行酶与载体之间 的交联，在酶和多功能试剂之间形成 共价键 ，从而得到三维的交联网架结构； _________
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作 用只是作为反应底物 【思路点拨】 本题主要考查固定化酶和固定 化细胞的异同。解答本题关键掌握： ①固定化酶每次只是固定一种酶，而固定化细
胞发挥作用的是整个细胞中所有的酶分子。
②固定化酶作为一种有机物需要适宜的温度、 pH，但不需要氧气和营养条件。
第二节 制备和应用固定化酶
学习导航 1.固定化酶和固定化细胞的应用。(重点)
2．固定化酶与固定化细胞的制备方法。(难点)
《生物技术实践》《制备和应用固定化酶》复习课件-新版
三是观察凝胶珠的颜色。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。
【例题】
下面的流程图示意制备固定化酵母菌
细胞的过程，请据图回答：
(1) 图中酵母菌活化就是 ________________ 状态。 活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化 时________________。
落。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化。凝胶包埋法常用的凝胶 种类有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等。
实验探究
固定化酵母菌细胞的制备 【操作与实践】
1.操作流程
2.注意事项
(1) 选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。
(2) 酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前应选 择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活化液溢出。 (3) 海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母菌细胞的关键， 因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠，如
藻酸钠的浓度偏低。
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。(5)由于酵母菌细胞个体较大，不易从包埋
材料中漏出，故细胞的固定化一般采用包埋法， 而固定化酶不宜用此方法。
【答案】
(1)让酵母菌恢复正常生活
体积增大
较大(多)
(2)配制海藻酸钠溶液 小火或间断加热 (3)较少 (4)固定的酵母菌细胞数目较少 圆形或椭圆形 (5)包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出
特别提醒
①固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保
证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的 营养物质。 ②固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶的 环境改变小，所以对酶的活性影响最小。
_制备和应用固定化酶_的教学设计
在学生了解的固定化酶、 固定化细胞的有关 知识后，教师设计问题串让学生讨论：固定化细胞 需要提供一定的营养物质吗？ 固定化酶为何往往 用吸附法、 交联法， 固定化细胞为何往往用包埋 法？ 如果反应物是大分子，包埋法是否一定适用？ 引导学生阅读教材有关内容， 了解固定化细胞的 优、缺点。 究竟如何用海藻酸钠包埋酵母菌，是否 还有其他包埋材料， 教师告知学生下节课将在实 验室中研究,从而激发学生对知识探究的渴望。 5 教学反思
本节课以问题为核心，以探究为精髓，通过教 师设计的问题串， 激发学生的思维， 学生通过讨 论、分析，运用课堂中所学过的知识，从理论上尝 试解决教学中 如果学生很难想到用固定化酶的方法来回收酶， 教师可以提示学生回忆固体培养基配制的原理， 帮助学生分析。
关键词 固定化酶 教学设计 中 国 图 书 分 类 号 ：G633.91 文 献 标 识 码 ：C
制备和应用固定化酶
一、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。
• 酶的优点
催化效率高、具有特异性
• 酶的缺点
稳定性较差、难以回收利用
尿糖试纸对酶进行了固定
固定化酶是指用物理学或化学的方法将 酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶 活性的酶复合物。 在催化反应中，它以固相状态作用于底 物，反应完成后，容易与水溶性反应物和 产物分离，可被反复使用。
固定化细胞技术的应用
• 什么是细胞固定化，有何优点？
• 细胞固定化的方法有哪些？ • 试说出海藻酸钠凝胶包埋法的优点？ • 固定化细胞有缺点吗？
固定化酶和固定化细胞的联系与区别
联系：应用相同，都能催化某些反应
区别 1）固定化细胞技术操作容易，成本低，容 易回收； 2）固定化细胞技术对酶活性影响更小；
3）固定化细胞固定的一系列酶；
4）由于大分子难以通过细胞膜，因 此固定化细胞的应用有一定的限制；
边做边学
酵母菌细胞的固定化技术
图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的 实验结果，出现此结果的可能原因有 A．海藻酸钠浓度过高 B．酵母细胞已经死亡 C．注射器中的溶液推进速度过快 D．注射器距离CaCl2溶液液面太近
阅读思考：
1、在进行酶的固定时应注意什么？ 2、制备固定化酶的方法有哪些，各有什么特点？ 3、举例说明固定化酶在生产和生活中的应用？
吸附法
交联法
包埋法
固定化酶填料
在废水处理系统中将生物酶和高效菌固定 化在大孔材料上，处理过程生物酶和菌不会流 失，通过所含特选的微生物酶的催化作用下， 可有效分解废水ห้องสมุดไป่ตู้碳水化合物降解产生的低聚 糖类物质及有机污染物。
固定化酶技术
固定化酶在食品中的运用摘要:固定化酶有许多优点，尤其是稳定性和可重复使用性使其在许多领域得到广泛应用。
固定化酶技术是一门交叉学科技术，目前已得到长足的发展。
介绍了固定化酶制备的传统方法以及一些新方法，同时对酶在一些性能优良的载体上的固定进行了综述。
关键词：固定化酶；制备；载体酶是由活细胞产生的一类特殊的蛋白质催化剂(核酶除外)，具有催化效率高、底物高度专一、反应条件温和、反应容易控制等特点。
酶的最大缺点是其不稳定性，在酸、碱、热及有机溶剂中易发生变性，活性降低或丧失；而且酶反应后，会在溶液中残留，造成酶反应难以连续化、自动化，同时也不利于终产品的分离提纯，这些都大大阻碍了酶工业的发展，所以有必要采取酶工程技术改善这些缺点。
酶工程技术措施较多，其中酶的固定化技术是重要举措之一。
酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联，酶被限定在一定区域内，但仍保持原有高效、专一、条件温和的催化功能。
通常酶是游离的，而经过固定化以后，酶被束缚在一定区域内，因而这样的酶被称为固定化酶。
固定化酶在生物、医药、农业、食品、化工、能源开发、环境保护等方面得到了广泛应用。
本文介绍了固定化酶的制备方法和优缺点，对其在食品行业中的应用情况进行总结，最后对其应用前景进行展望。
1固定化酶的制定方法[1-5]1.1吸附法吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法。
吸附法较简便，酶活损失小，但酶与载体作用力小，易脱落。
物理吸附法是通过非特异性物理吸附作用，将酶固定到载体表面。
载体主要有多孔玻璃、活性炭、酸性白土、漂白土、高岭土、氧化铝、硅胶、膨润土、羟基磷灰石、磷酸钙、陶瓷、金属氧化物、淀粉、白蛋白、大孔树脂、丁基或己基—葡聚糖凝胶、纤维素及其衍生物、甲壳素及其衍生物等。
离子吸附法是将酶与含有离子交换基团的水不溶性载体通过静电作用相结合的一种固定化方法。
载体包含阴离子交换剂(如DEAE-纤维素、TEAE-纤维素、纤维素-柠檬酸盐、TEAE-葡聚糖凝胶、Amberlite IRA-93、IRA-410、IRA-900等)和阳离子交换剂(如CM-纤维素、Amberlite CG-50、IRC-50、IR-45、IR-120、IR-200、XE-97、Dowex-50等)两大类。
《固定化酶的制备及应用》 导学案
《固定化酶的制备及应用》导学案一、学习目标1、了解固定化酶的概念和特点。
2、掌握固定化酶的制备方法。
3、理解固定化酶在生产和生活中的应用。
二、知识回顾1、酶的概念和作用酶是一种生物催化剂，能够降低化学反应的活化能，加快反应速率。
2、酶的特性（1）高效性：酶的催化效率远远高于无机催化剂。
（2）专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。
（3）作用条件温和：酶在温和的条件下发挥作用，如适宜的温度、pH 等。
三、固定化酶的概念固定化酶是指用物理或化学方法将游离的酶固定在一定的空间范围内，使其保持催化活性并可重复使用的技术。
四、固定化酶的特点1、可以反复使用，降低了生产成本。
2、稳定性提高，能够在较恶劣的环境中保持活性。
3、易于与反应体系分离，产物的纯度提高。
五、固定化酶的制备方法1、吸附法（1）物理吸附：利用各种固体吸附剂将酶吸附在其表面而使酶固定的方法。
常见的吸附剂有活性炭、硅藻土、多孔玻璃等。
（2）离子吸附：利用离子交换剂将酶吸附在其表面而使酶固定的方法。
例如，DEAE纤维素、CM纤维素等。
2、包埋法（1）凝胶包埋法：将酶包埋在各种凝胶内部的微孔中，制成一定形状的固定化酶。
常用的凝胶有琼脂、海藻酸钠、明胶等。
（2）半透膜包埋法：将酶包埋在由各种高分子聚合物制成的半透膜中。
3、结合法（1）共价结合法：酶蛋白分子上的官能团与载体表面的反应基团通过共价键结合的方法。
（2）交联法：利用双功能或多功能试剂使酶与酶或酶与载体之间交联的固定化方法。
六、固定化酶的应用1、在工业生产中的应用（1）食品工业：用于生产高果糖浆、乳制品等。
例如，利用葡萄糖异构酶将葡萄糖转化为果糖，生产高果糖浆。
（2）医药工业：用于生产药物和药物中间体。
如利用固定化青霉素酰化酶生产半合成抗生素。
2、在环境保护中的应用（1）废水处理：利用固定化酶降解废水中的有机污染物。
比如，固定化多酚氧化酶可以处理含酚废水。
（2）废气处理：固定化酶可用于净化空气中的有害气体。
高中生物《制备和应用固定化酶》教案2苏教版选修
第三章第二节：制备与应用固定化酶【教学目标】1、知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题及固定化技术带来的巨大效益；2、知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的的应用原理，会解释各种现象。
【教学重点、难点】固定化酶与固定化细胞的制备方法及优缺点【教学方法】教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
【学习方法】自主学习法、讨论法【教学手段】多媒体【教学过程】温故知新，引出课题：（1）酶制剂在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用，请你归纳使用酶制剂的优点？（2）加酶洗衣粉中常用的酶制剂有哪些？这些酶能直接加入洗衣粉么？洗衣水中的酶能被重新利用吗？提出问题：如果你是工程技术人员，能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？（一）问题预设与检测学生结合课前预习，课堂上给出答案1、什么是固定化酶？2、固定化酶的方法有哪些？这些方法的原理是什么？3、根据固定化酶给细胞固定化下个定义？4、固定化细胞方法有哪些？5、固定化细胞技术的优势是什么？（二）合作探究，解决问题：探究1：固定化酶(Immobilized Enzyme）是20世纪60年代发展起来的—项新技术。
以往使用的酶绝大多数是水溶性的酶。
这些水溶性酶催化结束后，极难回收，因而阻碍了酶工业的进一步发展。
60年代后，在酶学研究领域内涌现出固定化酶。
它是通过物理的或化学的手段，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用；过去曾称其为水不溶酶或固相酶。
1953年德国科学家采用聚氨基苯乙烯树脂为载体，与胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合，制成固定化酶。
1971年第一届国际酶工程会上正式建议采用固定化酶的名称。
固定化酶的使用，推动了酶在生产上的应用。
固定化酶，就是将酶分子结合在特定的支持物上且不影响酶的功能。
用于固定酶的底物有琼脂糖、丙烯酰胺、藻酸钠等。
固定化酶技术的应用，一是可循环反复使用酶制剂。
生物学案：第三章第二节制备和应用固定化酶
第二节制备和应用固定化酶一、固定化酶技术的应用1．固定化酶固定化酶是指用______或______的方法将酶与__________结合在一起形成的仍具有________的酶复合物。
在催化反应中,它以固相状态作用于底物，反应完成后,容易与水溶性反应物和产物分离，可被__________。
预习交流1．直接使用的酶能反复利用吗？2．任何一项新技术有利，也必有弊。
固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上的一项新技术，由该特点你是否想到了固定化酶的不足？能否结合过氧化氢酶对过氧化氢的分解实验对固定化酶的不足之处进行解释说明?2．制备固定化酶的方法在固定化酶的三种方法中，酶不适合哪种方法?二、固定化细胞技术的应用1．固定化细胞技术通过各种方法将______与一定的载体结合，使其仍保持原有的__________，这一过程称为____________。
2．细胞固定化的方法细胞固定化的方法也有多种，主要有________和________两大类。
________是制备固定化动物细胞的主要方法,此法也可制备固定化植物细胞,它既可将植物细胞吸附在__________的大孔隙或裂缝之中,也可将植物细胞吸附在__________的外壁上。
包埋法是指将细胞包埋在______________中，其中，__________是应用最广泛的细胞固定化方法，它所使用的载体主要有________、__________和______等.固定化细胞技术有许多优点,可以取代____________进行发酵，生产各种物质。
预习交流1．固定化细胞的实质是固定酶,那么是胞内酶还是胞外酶呢?2．固定化细胞技术固定的是活细胞还是死细胞？答案：一、1.物理化学固相载体酶活性反复利用预习交流：1．提示:不能,混在产物里难以回收利用.2．提示：将酶固定在不溶于水的载体上,限制了酶分子与底物分子（或离子)的接触，减少了酶与底物的接触面积，降低了化学反应的速度。
例如，用肝脏研磨液（内含过氧化氢酶)分解过氧化氢就比用成块的鲜肝分解过氧化氢的速度快,因为成块的鲜肝过氧化氢酶大部分存在于肝细胞内，与过氧化氢的接触面积小,不利于过氧化氢的分解,而肝脏研磨液将过氧化氢酶从肝细胞内释放出来，增加了过氧化氢酶与过氧化氢分子的接触面积，使反应更容易进行。
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第三章酶的应用技术实践3.2制备和应用固定化酶探究目的：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。
探究预习：固定化酶技术的发展也促进了固定化细胞技术的发展。
20世纪70年代后期出现了固定化细胞技术。
通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。
固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，由于保留了细胞内原有的多酶系统，这对多步催化的连续反应优势就更加明显。
细胞固定化的方法也有多种，主要是吸附法和包埋法两大类。
吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。
动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。
吸附法制备固定化植物细胞，是将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。
包埋法是指将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。
凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。
凝胶包埋法所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。
海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。
通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。
用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。
固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。
材料用具：干酵母，聚乙烯醇，海藻酸钠，无水CaC2，蒸馏水，烧杯，玻璃棒，酒精灯，三角架，石棉网，注射器等。
探究过程：探究反思：固定化酵母菌技术有哪些优点?探究示例：请参照细胞固定化技术的相关基础知识，完成下列问题。
（1）细胞固定化技术一般采用包埋法固定化，采用该方法的原因是（2）包埋法固定化是指___________________________________ 。
（3）_____________________________________________________________________ 包埋法固定化细胞常用的载体有 _______________________________________________________________________________________ 。
（答出三种即可）（4）与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的优点是（5）制备固定化酵母细胞的步骤为:【解析】（1）固定化细胞的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法，一般来说多采用包埋法固定化，因为个大的细胞难以被吸附或结合，且不易从包埋材料中漏出。
（2）（3）包埋法固定化即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。
常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠等。
（4）与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的成本更低•操作更容易。
（5）制备固定化酵母细胞的程序为：酵母细胞的活化T配制CaC2溶液T配制海藻酸钠溶液T海藻酸钠溶液与酵母细胞混合T固定化酵母细胞。
【答案】（1 ）细胞个大，不易从包埋材料中漏出；（2）将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中；（3）明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等；（4）成本更低，操作更容易；（5）①酵母细胞的活化②配制CaC2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酵母细胞的固定化。
【矫正反馈】1•固定化酶和固定化细胞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，其中适合细胞固定的方法是（）A.包埋法B.物理吸附法C.化学结合法D.高温冷却法2.与固定化酶相比，固定化细胞制备的特点是（）A.成本高，但操作更容易B.成本低，但操作更复杂C.成本高，且操作更复杂D.成本低，且操作更容易3.固定化细胞技术在废水处理中有着重要作用，用于处理含氮、氨丰富的废水的固定化微生物通常是（）①酵母菌②青霉菌③硝化菌④反硝化菌①③D.②④让酵母细胞在缺水状态下休眠让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态5.下面为制备固定化酵母细胞的步骤，其正确的操作程序是（）①海藻酸钠溶液与酵母细胞混合②配制海藻酸钠溶液③酵母细胞的活化⑤配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaC2溶液A.①②③④⑤B.③①②⑤④C.③⑤②①④6 .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（7 .下列有关固定化酵母细胞制备步骤叙述，不恰当的是（）A.应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化B.配制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.将与酵母混匀的海藻酸钠溶液注入CaC2溶液中，会观察到CaC2溶液中有球形的凝胶珠形成8.用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时，为了能产生酒精，下列措施错误的是（）A.向瓶内泵入氧气B.应将装置放于适宜的条件下进行C.瓶内应富含葡萄糖等底物D.将瓶口密封，效果更好探究步骤探究记录结论或解释1.实验准备准备各种实验药品和器具。
2•制备麦芽汁称取一定质量的干麦芽粉，加入其质量4倍的水，在58~65C下糖化3-4 h。
每隔一定的时间用碘液测定，如果仍显蓝色，说明糖化还不完全，继续糖化直至不显色为止，得到麦芽汁。
煮沸、冷却麦芽汁后用纱布过滤，再调节pH至6.0，在121 C下灭菌15min，制成无菌麦牙汁。
3.活化酵母菌细胞称取1g干酵母放入50 mL的小烧杯中，加入蒸馏水10 mL。
用玻璃棒搅拌酵母菌液，使其活化1h左右。
4.制备固定化细胞称取4g聚乙烯醇（PVA）和0.2 g海藻酸钠，加入无菌水40 mL，适当加热至完全溶化，将溶液冷却至45 C，加入预热至35C的酵母菌培养液，混合均匀形成酵母菌谒藻酸钠胶液；将酵母菌-海澡酸钠胶液倒入带有孔径为 2 mm喷嘴的小塑料瓶或吸入注射针筒中；以恒定的速度滴入预先盛有50 mL饱和硼酸-氯化钙溶液的烧杯中，采用磁力搅拌器或手摇的方法使溶液不停地旋转；酵母菌-海藻酸钠胶液在溶液中逐渐形成凝胶珠。
待凝胶珠在溶液中浸泡30 min后，取出用无菌水洗涤3次备用。
5.发酵麦芽汁将固定化酵母菌细胞凝胶珠加入300 mL无菌麦芽汁中，置于25C下发酵7~9 d。
待发酵结束后品尝其味道。
A.①② B.③④ C.4 .酵母细胞的活化是指（）A.让酵母细胞恢复运动状态B.C.让酵母细胞内酶活性加倍D.④固定化酵母细胞D.③②⑤①④）9•下列属于固定化酶在利用时的特点的是（）A.有利于酶与产物分离B.制成的加酶洗衣服可以被反复利用C.能自由出入依附的载体D.能催化一系列的酶促反应10•关于固定化酶技术说法正确的是( )A.固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B.固定化酶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.固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术11•研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。
如将从大肠杆菌得到的磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的C.水分D.营养()B .可催化一系列化学反应D .有利于酶在细胞外发挥作用.将酶相互连接起来C.酶制品的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等D.固定化细胞不属于酶制剂15.如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制()。
A.直接使用酶 B .使用化学方法结合的酶C.使用固定化细胞 D .使用物理吸附法固定的酶16.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17.关于固定化酶的叙述不正确的是()。
A.既能与反应物接触，又能与产物分离 B .固定在载体上的酶可被反复利用C.可催化一系列反应 D .酶的活性和稳定性受到限制18.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19.关于酵母细胞活化的说法，不正确的是()。
A.酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸B.活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态C.酵母细胞活化所需要的时间较短D .酵母细胞活化后体积增大20.下列关于酶的叙述中正确的是()。
A.酶都提取于动植物细胞B.酶制剂能够重复利用C.果酒和果汁能够用酶制剂澄清D.酶固定后称为酶制剂21.对配制海藻酸钠溶液的叙述不准确的是()。
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，22.目前，日用化工厂大量生产的酶制剂，其中的酶大都来自(A.化学合成B动物体内C植物体内D微生物体内【迁移应用】1.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B.在固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧C.利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需提供适宜的营养条件D.利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物第3页2 .右图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图.下列叙述正确的是A.剐溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液-B.图1中X溶液为CaC2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠C.图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触D .图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中3.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：酵母细胞的活化T配制CaC2溶液T配制海藻酸钠溶液T海藻酸钠溶液与酵母细胞混合T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重新恢复________ 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，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目_________ 。
(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)固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是_______________ 。
(6 )该实验中CaC2溶液的作用是_____________________________ 。