最新高中生物同步讲义选修一专题4 第12课时 酵母细胞的固定化

第12课时 酵母细胞的固定化

[学习导航] 1.阅读教材P 49“课题背景”，认识在应用酶的过程中，存在的实际问题及解决办法。2.通过阅读教材P 49“(一)”，了解高果糖浆及生产高果糖浆的固定化酶技术。3.结合教材P 50“(二)”，掌握固定化技术的方法及适合不同固定方法的材料。4.阅读教材P 50“实验操作”，掌握固定化酵母细胞的实验操作过程，达到能够进行实际操作的目的。

[重难点击] 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。

一、固定化酶和固定化细胞技术

1.固定化酶的应用实例——生产高果糖浆 (1)反应原理：葡萄糖――――――→葡萄糖异构酶

果糖。 (2)生产过程

将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上

↓

放入底端装有分布着许多小孔的筛板的反应柱内(酶颗粒不能通过，反应液能通过)

↓

葡萄糖溶液从反应柱的上端注入

↓

葡萄糖溶液流过反应柱

↓

与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖

↓

果糖从反应柱的下端流出

2.固定化酶和固定化细胞技术

(1)概念：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)常用的几种固定方式

①是包埋法，能将酶或者细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。

②是化学结合法，能将酶或者细胞相互连接或者结合到载体上。

③是物理吸附法，能将酶或者细胞吸附到载体表面。

(3)优点

①固定化酶：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，可以反复利用。

②固定化细胞：与固定化酶技术相比，固定化细胞制备的成本更低，操作更容易。

(4)固定化酶和固定化细胞的比较

1.固定化酶和固定化细胞的原理

(1)根据教材“高果糖浆的生产”分析固定化酶依据的原理与其优点分别是什么？

答案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。

(2)固定化细胞多采用哪种方法？该方法的原理与优点是什么？

答案包埋法。包埋法的原理是：将微生物细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。与固定化酶技术相比较，该方法成本更低，操作更容易。

2.固定化酶和固定化细胞的特点分析

(1)一种酶只能催化一种或一类化学反应，而在实际生产中很多产物的形成都需要通过一系列的酶促反应才能进行，怎样解决这一问题？

答案可采用固定化细胞技术。因为固定化细胞固定的是活细胞，而细胞中有多种酶，因此可以催化一系列反应。

(2)固定化细胞与固定化酶所固定的酶种类有何区别？

答案固定化细胞中含有多种酶，能催化一系列生化反应，而固定化酶中只含有一种酶，只能催化一种生化反应。

(3)固定化酶和固定化细胞活性的维持需要的条件有何异同？

答案都需要适宜的温度和pH等影响酶活性的条件，但固定化细胞还需要提供溶解氧和营养物质。

归纳总结

固定化酶和固定化细胞的两个区别

(1)固定方法的区别

①在实际应用中，酶更适用化学结合法和物理吸附法固定，原因是酶分子小，容易被多孔性物质吸附，更适合与化学物质结合，容易从包埋材料中漏出。

②细胞体积大难以吸附或结合，因而细胞多采用包埋法固定。

(2)催化作用的区别

固定化细胞操作更容易，对酶活性的影响更小，可以催化一系列反应，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。所以，催化的反应物为大分子物质时，最好选用固定化酶技术。

1.下列关于固定化酶和固定化细胞的说法，不正确的是()

A.固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法

B.固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法

C.由于细胞体积大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定化

D.反应物是大分子物质应采用固定化酶

答案 C

解析由于细胞体积大，酶分子很小，体积大的细胞难以被吸附或结合，而较小的酶容易从包埋材料中漏出。因此，细胞多采用包埋法固定化，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。

一题多变

果汁的生产需要果胶酶，用酶固定法可以提高果胶酶的利用率(如下图)。图中果胶酶的固定化适合采用哪种方法？

答案酶分子较小，不适合采用包埋法固定化，可采用化学结合法和物理吸附法固定化。

2.如今，固定化酶与固定化细胞技术已经大规模地应用于各个生产领域。

(1)在实际生产中，固定化酶技术能节约成本的原因是_____________________________。

与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是_____________________________________。(2)填写下列三种固定化酶的方法：①是__________，②是___________，③是________。

(3)制备固定化酵母细胞时，常用的包埋材料是_________，该载体的特点是__________。

答案(1)固定化酶能被反复利用多酶系统(或一系列酶或多种酶)(2)化学结合法物理吸附法包埋法(3)海藻酸钠不溶于水、多孔

解析(1)将酶固定化后，能使酶在催化反应之后与产物分离，可反复使用；将细胞固定化后，即可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。(2)图示①将酶相互连接起来，是化学结合法；

②将酶吸附在载体表面上，是物理吸附法；③将酶包埋在细微网格里，是包埋法。(3)海藻酸钠不溶于水，容易与发酵液分离，在高温时容易熔化，温度降低时又可以形成多孔性固体颗粒，是包埋酵母菌的好材料。

一题多变