高中生物第2部分酶的应用第4课时α_淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测学案浙科版选修1

第4课时α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

[学习目标] 1.尝试用吸附法制作固定化α-淀粉酶。2.运用固定化α-淀粉酶进行淀粉水解的测定。3.说明酶固定化的方法及制作原理。4.通过此实验探讨固定化酶的应用价值。

一、固定化技术的基础知识

1.酶

(1)作用：酶是生物体内各种化学反应的催化剂。

(2)特点：它有高度的专一性和高效性。

2.固定化酶

(1)概念：将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

(2)方法：吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法。教材实验中用的是吸附法。

特别提醒图示解读：酶固定化的方法

①是吸附法：是将酶吸附到载体表面。

②是共价偶联法：是将酶通过共价键结合到载体的表面。

③是交联法：通过把酶交互连接、相互结合而将酶固定。

④是包埋法：是将酶或者细胞包埋在细微的网格里。

3.将酶改造成固定化酶的原因：酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用。

4.固定化酶作用的机理：将固定化酶装柱，当底物经过该柱时，在酶的作用下转变为产物。归纳总结直接使用酶和固定化酶的比较

例1 (2019·嘉兴一中月考)下列不属于固定化酶在使用时的特点的是( )

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

答案 C

解析 固定化酶由于酶被固定在不溶性的载体上，很容易与产物分离，同时酶也能反复使用，这是固定化酶的主要优点；通常固定化酶的种类单一，所以不能催化一系列酶促反应。 例2 下列与固定化酶相关的叙述中正确的是( )

A.固定化酶是将水不溶性酶固定于某种介质上，使之成为易溶于水，而又具酶活性的制剂

B.将固定化酶装柱，当酶流过该柱时，可催化柱内底物转变为产物

C.酶固定的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等

D.固定化酶的缺点是酶在水溶液中很不稳定，且易与产物混在一起不易分离

答案 C

解析 固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂；与普通酶相比，固定化酶易与产物分离，且固定化酶反应柱中酶已被固定，不能从柱内流出；酶的固定化方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

二、α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验 1.枯草杆菌的α-淀粉酶的固定化

(1)枯草杆菌的α-淀粉酶作用的条件：最适pH 为5.5～7.5；最适温度为50～75_℃。

(2)固定化方法——用吸附法将α-淀粉酶固定在石英砂上。

在烧杯中将5mg α-淀粉酶溶于4mL 蒸馏水中，再加入5g 石英砂，不时搅拌，30min 后，装入1支下端接有气门心并用夹子封住的注射器中(石英砂体积约4mL)。用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器以除去未吸附的游离淀粉酶。

(3)淀粉水解作用的检测原理

淀粉――――→α-――――β-――→糖化葡萄糖

遇碘显蓝色 遇碘显红色 遇碘不显色

2.α-淀粉酶固定化实验步骤

↓

↓

流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL流出液

↓

↓

3.实验结果

归纳总结

1.图示解读：α-淀粉酶的固定化反应柱示意图(如图所示)

(1)α-淀粉酶的固定化的介质是石英砂，方法是吸附法。

(2)过程和原理：将α-淀粉酶固定在石英砂上，一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精。

(3)用淀粉指示剂测试，若流出物呈红色，表明有糊精生成。

2.两次洗涤的作用

(1)α-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测实验过程中，涉及两次对固定化酶柱的洗涤，第一次是α-淀粉酶的固定化时，目的是洗去未吸附的游离的α-淀粉酶。

(2)第二次洗涤是在实验结束时，目的是清除未反应的淀粉和产物以便于下次固定化酶柱的继续使用。两次洗涤都使用10倍柱体积的蒸馏水对固定化酶柱进行洗涤。

例3 (2018·嘉兴高二检测)下列有关淀粉水解作用检测的叙述，错误的是( )

A.实验后，反应柱可常温保存

B.正常情况下，向流出液中滴加KI－I2溶液呈红色

C.实验后，用蒸馏水洗涤反应柱，可洗去未反应的淀粉和产物糊精

D.实验中，向反应柱中滴加淀粉溶液宜慢，使淀粉溶液以0.3mL/min的流速过柱

答案 A

解析实验后反应柱应低温(4℃)保存，以延长酶的寿命。

例4 如图为固定化酶反应柱的示意图，请回答下列问题：

(1)将α-淀粉酶溶于水中，再加入石英砂，不时搅拌，这样α-淀粉酶就可以固定在石英砂

上。这种固定化的方法称为________________。30min后，装入如图所示的反应器中，构成固定化酶反应柱，并用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此反应柱，洗涤的目的是______________。洗涤时，蒸馏水流速______________(填“能”或“不能”)过快。

(2)实验时，将此反应柱固定在支架上，用滴管滴加可溶性淀粉溶液，并以0.3mL/min的流速过柱，控制流速的目的是__________________________________。在流出5mL后接收0.5mL 流出液，加入1～2滴___________________________________________________________，观察颜色。为了使观察到的颜色变化明显，可________后再观察。如果溶液呈红色，说明淀粉水解成为________。

(3)实验后，用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此反应柱，洗涤的目的是_______________________。洗涤后，放置在4℃冰箱中保存。几天后，可重复使用。

(4)一段时间后，某同学从冰箱中取出此反应柱，重复上述实验，却没有得到相同的结果，试分析可能的原因：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案(1)吸附法除去未吸附的游离的酶不能

(2)保证酶与底物充分反应KI－I2溶液稀释1倍糊精(3)除去反应物及产物(4)酶已经失活或再次操作时相应的反应条件(如温度)不合适等

解析(1)酶的固定化方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等，本题中为吸附法。构成固定化酶反应柱后，用蒸馏水洗涤是为了除去未吸附的一些游离的酶，在洗涤时蒸馏水流速不能过快，流速为1mL/min。(2)以相对较慢的速度使淀粉溶液流过反应柱，可以让吸附着的酶与底物充分反应。根据KI－I2溶液与淀粉反应呈蓝色，与糊精反应呈红色的原理来鉴定反应情况。(3)实验完成后还需要对反应柱进行洗涤，以除去参与反应的反应物及生成的产物，以便重复使用。(4)一段时间后重复使用得不到相同的结果，排除反应物本身的问题，肯定是酶出了问题，可能这些酶已经失活或再次操作时相应的反应条件(如温度)不合适等。

1.判断正误：

(1)固定化酶可反复永久使用( )

(2)固定化酶技术所用的固定载体一般为液相的( )

(3)反应物对固定化酶的活性没有影响( )

(4)固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，提高了产物品质( )

(5)不管是固定化酶柱还是固定化悬浮体，回收后，在一定条件下贮存，还可以利用( )

(6)固定化酶可反复多次利用，节约了经济成本( )