高中生物 专题4 酶的研究与应用 4-3 酵母细胞的固定化课件 新人教版选修1

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【解析】 该题以制备固定化酵母细胞的过程为载体，考查实验的操作程序、关键步 骤、注意事项及有关试剂的作用。
(1)酵母菌在干燥时，处于休眠状态，需加水活化，否则制成的固定化酵母在发酵时酶 活性较低且酵母菌增殖缓慢。
(2)该实验的关键是海藻酸钠溶液的配制。 (3)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效 果。 (4)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。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。 (6)海藻酸钠胶体在 CaCl2 电解质溶液中发生聚沉，形成凝胶珠。
B．糖化酶
C．葡萄糖异构酶
D．纤维素酶
【解析】 因为酶具有专一性，在使用酶将淀粉经一系列转化形成高果糖浆的过程中， 没有分解纤维素的过程，因此，不需要纤维素酶。
【答案】 D
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知识点二 固定化酶及固定化细胞 1．概念 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。 2．固定化技术的优势 固定化酶和固定化细胞，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，又能与产物分离，被反复利用，还能在一定程度上 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。 3．固定化技术的固定方法 固定方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
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课前导学
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1．能将葡萄糖转化为果糖的酶是______________。 2．固定化酶技术使用的反应柱上的孔应满足酶颗粒________通过，反应溶液________ 通过，若反应颗粒过大则不能通过。 3．固定化酶和固定化细胞技术是利用________或________方法将酶或细胞固定在一 定空间内的技术，包括________、______________和______________。其中细胞多采用 __________固定化，而酶多采用__________和________固定化。 4．用包埋法固定化细胞，即将微生物细胞均匀地包埋于____________________中。 常用的包埋微生物的载体有________、________、________、________和__________等。 5．活化就是让处于______状态的微生物重新恢复正常的生活状态。 6．制备固定化酵母细胞需要的试剂是________、__________和__________。 7．固定化酶和一般酶制剂的主要区别是_____________________________________。
【答案】 D
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思维拓展
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直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
直接使用酶 固定化酶
固定化细胞
酶的种数 常用载体
制作方法 是否需要营养物质
一种或几种 \
\ 否
一种
一系列酶
高土岭、凝土硅胶、胶皂、明醋胶酸、纤琼维脂素糖、、聚海丙藻烯酸酰钠胺、
化学结合
固定化、物 理吸附固
包埋法固定化
定化
否
是
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催化反应 反应底物
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【例 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，将酶依附于载体，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 【解析】 固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，其优点是 酶被固定在一定装置内可重复利用，不足是无法同时解决一系列酶促反应。在固定过程中， 固定的是酶而不是反应物，因此 A、B、C 均错误。 【答案】 D
复习课件
高中生物 专题4 酶的研究与应用 4-3 酵母细胞的固定化课件 新人教版选修1
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04 酶的研究与应用
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课题3 酵母细胞的固定化
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课标解读
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知识目标 1．说出固定化酶和固定化细胞的作用原理；了解利用固定化酶技术生产高果糖浆的 实例 2．说出固定化酶在生产实践中的优点；了解固定化酶和固定化细胞的方法及二者的 联系与区别 能力目标 尝试制备和应用固定化酶的方法 情感态度与价值观 通过制备固定化酵母细胞的实验操作，体验科学制作的乐趣
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【例 3】 固定化酶和固定化细胞的主要区别是( ) A．前者只能固定胞外酶，后者只能固定胞内酶 B．前者只能固定胞内酶，后者只能固定胞外酶 C．前者可以固定胞内酶和胞外酶，后者只可以固定胞内酶 D．前者只可以固定胞外酶，后者可以固定胞外酶和胞内酶 【解析】 微生物产生的酶的种类很多，有的存在于细胞内，有的分泌到细胞外，因 此，固定化酶可以固定胞内酶和胞外酶，固定化细胞只能固定胞内酶。 【答案】 C
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答案 1．葡萄糖异构酶 2．无法 自由 3．物理 化学 包埋法 化学结合法 物理吸附法 包埋法 化学结合法 物理吸 附法 4．不溶于水的多孔性载体 明胶 琼脂糖 海藻酸钠 醋酸纤维素 聚丙烯酰胺 5．休眠 6．干酵母 无水 CaCl2 海藻酸钠 7．将分离纯化后的酶固定在一定的载体上，使用时将被固定的酶投放到反应液中， 催化结束后又能将被固定的酶回收
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(1)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，或包裹在硝酸纤维等半透性高分子膜中。如下图：
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(2)化学结合法 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，其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。如下图：
成本低、操作容易
以反复利用
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注意：①固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生活的需要，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，因而酶的环境改变小，所以对酶的活性影响 最小。
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名题赏析
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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→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 (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 CaCl2 溶液的作用是________。
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2．用固定化酵母细胞发酵 (1)将固定化酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗 2 ～ 3 次，洗去凝胶表面多余的电解质 溶液。 (2)将 150 mL 质量分数为 10%的葡萄糖溶液移到 200 mL 的锥形瓶中， 再加入固定 好的酵母细胞，置于 25 ℃下发酵 24 h。 【例 4】 (2018 高考·江苏卷)下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是( ) A．用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞 B．进行包埋时，用于悬浮细胞的 CaCl2 溶液浓度要适宜 C．注射器(或滴管)出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状 D．包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性
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(4)深加工，将葡萄糖和果糖的混合物分开，进一步使葡萄糖发生异构化，并反应多次，
可使混合物中果糖含量高达 70% ～ 90%，成为真正的高果糖浆。
Hale Waihona Puke 【例 1】 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆
是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是( )
A．α­淀粉酶
缺点
单一或多种
单一
一系列
各种物质(大分 各种物质(大分 子、小分子) 子、小分子)
小分子物质
①对环境条件非 常敏感，易失活 ②难回收，成本 高，影响产品质
量
不利于催化一 反应物不易与酶接
系列的酶促反 近，尤其是大分子物
应
质，反应效率下降
①既能与反应
优点
催化效率高、耗 能低、低污染
物接触，又能与 产物分离②可
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(3)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 璃等。
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休息时间到啦
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时间，你们休息一下眼睛， 看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一动，久坐对身体不好哦~
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4．酶和细胞的固定不同 在实际应用中，酶更适于用化学结合和物理吸附法固定，这是因为酶分子小，容易被 多孔性物质吸附和更适合与化学物质结合，而容易从包埋材料中漏出，而细胞个体大，难 以被吸附和与化学物质结合，因而多采用包埋法，就是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、醋酸纤维和聚丙烯酰胺等， 最常用的是海藻酸钠。固定化细胞操作更容易，对酶活性的影响更小，可以催化一系列的 反应，容易回收等，但是由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也 受到限制。
类型
优点
不足
对环境条件非常敏
感，容易失活；溶液
直接使用酶
催化效率高，低耗能、 低污染等
中的酶很难回收，不 能被再次利用，提高 了生产成本；反应后
酶会混在产物中，可
能影响产品质量
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固定化酶 固定化细胞
酶既能与反应物接触，又能 一种酶只能催化一种化学
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【答案】 (1)缺水 正常的生活 体积会增大 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)少 (4)海藻酸钠浓度偏低 海藻酸钠浓度偏高，制作失败 (5)细胞个体大，不易从包埋材料中漏出 (6)使胶体聚沉
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课本问题提示
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[练习(P52)] 1．提示：直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。
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知识点解读
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知识点一 高果糖浆 1．定义 高果糖浆是指果糖含量在 42% 左右的糖浆(果糖浆)。作为蔗糖替代品，高果糖浆具 有甜度高，但又不像蔗糖那样易诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病等，对人类健康更有 益。 2．高果糖浆的生产原则 以葡萄糖为原料，在葡萄糖异构酶的作用下，将葡萄糖转化为其同分异构体—果糖， 而葡萄糖则是由淀粉制得的。 3．制备过程 (1)含淀粉的浆液在 α­淀粉酶的作用下形成糊精(其中含有大量麦芽糖)。 (2)糊精经过糖化酶(麦芽糖酶)的作用，形成葡萄糖。 (3)在葡萄糖溶液中加入葡萄糖异构酶，分子结构发生异化，形成果糖，这一过程叫葡 萄糖的异构化。此时果糖转化率并不高，一般为 42%～45%。
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知识点三 制备固定化酵母细胞及发酵 1．固定化酵母细胞的制备 (1)酵母细胞的活化。称取 1 g 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，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置 1 h 左右，使其活化。 (2)配制物质的量浓度为 0.05 mol/L 的 CaCl2 溶液。称取无水 CaCl2 0.83 g，放入 200 mL 的烧杯中，加入 150 mL 的蒸馏水，使其充分溶解，待用。 (3)配制海藻酸钠溶液。称取 0.7 g 海藻酸钠，放入 50 mL 小烧杯中，加入 10 mL 水， 加热至溶化，用蒸馏水定容至 10 mL。 (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 酵母细胞，进行分析充分搅拌，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，将形成的凝胶珠在 CaCl2 溶液中浸泡 30 min 左右。
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【解析】 海藻酸钠溶解时要先加水，之后小火间断加热并不断搅拌，完全溶化后用 蒸馏水定容，冷却至室温后，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再 固定，A 项错误；包埋时氯化钙溶液的作用是使胶体聚沉，B 项错误；滴加溶液时注射器 或滴管不能贴近液面，否则凝胶珠会呈蝌蚪状，C 项错误；制作成功的凝胶珠为淡黄色半 透明状，并具有一定的弹性，D 项正确。