苏教版生物选修1第二节制备和应用固定化酶

选修一：考点4：制备和应用酶的固定化技术

【学习目标】

1．说出固定化酶概念和方法(A) 2．制备固定化酵母细胞(B)

【知识梳理】

（一）课题背景

酶：优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。

实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。

设想：能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？

固定化酶：优点：容易与水溶性反应物和生成物分离，可被反复使用

实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都

是通过一系列的酶促反应才能得到的

设想：细胞中有多种酶，能否用固定化酶类似的技术来处理细胞？

固定化细胞：优点：成本低，操作更容易

（二）、固定化酶的应用实例

高果糖浆是指果糖含量为42%的糖浆能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶。使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。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，与接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。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。

（三）、固定化细胞技术

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，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。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化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被化学结合或吸附，而个小的酶容易从包埋料中漏出。

包埋法固定化细胞即将微生物细胞均匀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、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。

〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？吸附法

〖思考2〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（细胞）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（酶）。

（四）、实验操作

(1)制备固定化酵母细胞

制备固定化酵母细胞需要的材料是干酵母、CaCl2和海藻酸钠溶液

1.酵母菌的活化

活化就是处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。

2.配制物质的量尝试为0.05mol/L的Cacl2溶液

3.配制海藻酸钠溶液

加热溶化海藻酸钠时要注意：微火加热并不断搅拌，防止海藻酸钠焦糊

4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合

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，并浸泡30分钟(2)用固定化酵母细胞发酵

1.将固定好的酵母细胞用无菌水冲洗2-3次。

2.发酵时的温度就为25℃，时间24h 。

〖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

（五）、结果分析与评价

1.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。

2.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，同时会闻到酒香。反馈练习

一、选择题

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．海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解，采用的最好的加热方法是（）

A．快速加热 B．持续高温加热C．小火间断加热D．灼烧加热3．高果糖浆生产需要的酶是（）

A．葡萄糖异构酶B．蔗糖酶C．麦芽糖酶D．果糖酶4．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸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，于微生物降解相比，其作用不需要适宜的（）

A．温度B．酸碱度C．水分D．营养

5．将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态，下面加快的一项是（）

A．CO2的释放B．丙酮酸的氧化C．葡萄糖的利用D．ATP的形成6．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

7．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

8.下列对固定化酶和固定化细胞的说法错误的是（）

A、固定化酶和固定化细胞是利用物理或者化学方法将酶或者细胞固定在一定空间内的技术

B、固定化酶和固定化细胞技术包括包埋法、化学结合法和物理吸附法

C、一般来说，酶更适合采用包埋法固定化，而细胞多采用化学结合和物理吸附法固定化

D、包埋法常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等

9．试分析下图中，哪一处与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似（）

10.酵母细胞的活化是指（）

A．让酵母细胞恢复运动状态B．让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠

C．让酵母细胞内酶活性加倍D．让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态

11.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、固定化酶活性强，可长久使用

B、一般酶制剂应用后和产物混合在一起，产物纯度不高

C、一般酶制剂使用后不能重复利用

D、固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量

12.使用固定化细胞的优点是 ( )

A.能催化大分子物质的水解B．可催化一系列化学反应

C．与反应物易接近 D．有利于酶在细胞外发挥作用

13.酶的固定方法不包括 ( )

A.将酶吸附在固体表面上 B．将酶相互连接起来

C．将酶包埋在细微网格里

D．将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶

14.下列关于酶制剂的叙述错误的是 ( )

A．酶制剂是包含酶的制品 B．包内酶和包外酶均可用于制成酶制品

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，又能与反应物分离

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