沪科版高中生物选修1学案设计酶的固定化

第四节酶的固定化

一、固定化酶

1．含义

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，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行催化反应。

2．方法

(1)共价键结合法：通过化学反应将酶以共价键结合到尼龙等载体上。

(2)包埋法：将酶包埋到多孔性凝胶中的固定化方法。

(3)物理吸附法。

3．优点

(1)固定化酶的活性稳定，可反复使用；

(2)固定化酶能与反应液分开，制品较易纯化；

(3)工业化生产可实现大批量、连续化、自动化；

(4)极大地降低了生产成本。

4．缺点

需要制备纯净的酶，稍有不慎，酶就会失活。

二、固定化细胞

1．含义

用适当的载体将合成酶的细胞固定起来。

2．优点

比固定化酶更简捷，使用寿命更长。

三、木瓜蛋白酶的固定化操作技术

取尼龙布浸入等体积的CaCl2溶液和甲醇溶液中10 s左右―→盐酸溶液中室温下水解45 min―→蒸馏水冲洗至中性―→室温下放入戊二醛溶液中浸泡20 min―→磷酸缓冲液(pH为7.8)反复洗涤―→木瓜蛋白酶溶液中固定3.5 h，温度为4 ℃―→用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶。

一、酶、固定化酶与固定化细胞的比较

直接使用酶固定化酶固定化细胞

缺点

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

不利于催化一系列的

酶促反应

反应物不易与酶接近，

尤其是大分子物质，反

应效率下降

优点

催化效率高、耗能低、

污染低

①既能与反应物接

触，又能与产物分离

②可以反复利用

成本低，操作容易、寿

命长

(1)固定化细胞使用的都是活细胞，因此应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，因而酶的环境改变较小，酶活性受外界影响也较小。

二、固定化酶的制备及利用

1．酶的固定化：

(1)18.6%的CaCl2溶液和甲醇溶液处理(10 s)，冲洗、吸干。

(2)3.65 mol/L的盐酸水解(45 min)，蒸馏水冲洗至中性。

(3)在5%的戊二醛溶液中浸泡(20 min)。

(4)0.1 mol/L的磷酸缓冲液洗涤，(多次)吸干。

(5)放入1 mg/mL的木瓜蛋白酶溶液中(4 ℃处理3.5 h)。

2．检验酶的活性：

(1)用固定化酶在适宜温度下分解蛋白质(10 min)

(2)用双缩脲试剂检验

3．酶的再利用：用取出的固定化酶再分解蛋白质

细胞的固定化技术

(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)与固定化酶技术相比，固定化细胞技术的优点是________

_________________________________________________________。

(4)制备固定化大肠杆菌的步骤：

①__________________________________________________；

②__________________________________________________；

③__________________________________________________；

④__________________________________________________。

[审题导析]

[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)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。

(3)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。

(4)制备固定化大肠杆菌的程序：培养大肠杆菌―→与生理盐水和琼脂混合―→琼脂凝固后切块―→用生理盐水和蒸馏水洗净。

[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琼脂糖凝胶等多孔性载体中

(3)成本更低，操作更容易

(4)①用液体培养基培养大肠杆菌②取1 mL菌液与8 mL生理盐水和体积分数为2%的琼脂16 mL搅拌均匀③琼脂凝固后切成小块④用生理盐水和蒸馏水洗净

固定化细胞的优点

(1)固定化细胞含有一系列的酶，可以催化一系列的反应。

(2)反应的条件较易控制。

(3)使用时间更长。

下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是()

A．固定化酶可以实现对酶的重复利用

B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素

C．固定化细胞中的酶可催化一系列的化学反应

D．利用海藻酸钠固定酵母细胞的方法是包埋法

B[固定化酶可以实现对酶的重复利用；固定化酶可以与反应物充分接触，因此固定化酶应用过程中不存在溶解氧交换受阻；固定化细胞固定了一系列酶，因此其中的酶可催化一系列的化学反应；利用海藻酸钠固定酵母细胞的方法是包埋法。]

固定化酶的应用

A．酶的种类多样，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

[审题导析]