人教版選修一43酵母細(xì)胞的固定化

第12課時(shí)酵母細(xì)胞的固定化專題4酶的研究與應(yīng)用一、固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)基礎(chǔ)梳理1.固定化酶的應(yīng)用實(shí)例——生產(chǎn)高果糖漿(1)反應(yīng)原理：葡萄糖

。(2)生產(chǎn)過程將

固定在顆粒狀載體上↓放入底端裝有分布著許多小孔的篩板的

內(nèi)(酶顆粒不能通過，反應(yīng)液能通過)↓果糖葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)柱葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入↓流過反應(yīng)柱↓與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖↓果糖從反應(yīng)柱的

流出下端2.固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)(1)概念：利用

方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。(2)方法及適用范圍(3)優(yōu)點(diǎn)①固定化酶：酶既能與

接觸，又能與

分離，可以反復(fù)利用。②固定化細(xì)胞：與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞制備的成本更低，操作更容易。包埋法：多適用于

的固定化

：多適用于酶的固定化物理或化學(xué)細(xì)胞物理吸附法反應(yīng)物產(chǎn)物問題探究答案將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。1.固定化酶和固定化細(xì)胞的原理(1)根據(jù)教材“高果糖漿的生產(chǎn)”分析固定化酶依據(jù)的原理與其優(yōu)點(diǎn)分別是什么？答案包埋法。包埋法的原理是：將微生物細(xì)胞包埋在不溶于水的多孔性載體中。與固定化酶技術(shù)相比較，該方法成本更低，操作更容易。(2)固定化細(xì)胞多采用哪種方法？該方法的原理與優(yōu)點(diǎn)是什么？答案答案可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。因?yàn)楣潭ɑ?xì)胞固定的是活細(xì)胞，而細(xì)胞中有多種酶，因此可以催化一系列反應(yīng)。2.固定化酶和固定化細(xì)胞的特點(diǎn)分析(1)一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，而在實(shí)際生產(chǎn)中很多產(chǎn)物的形成都需要通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，怎樣解決這一問題？答案固定化細(xì)胞中含有多種酶，能催化一系列生化反應(yīng)，而固定化酶中只含有一種酶，只能催化一種生化反應(yīng)。(2)固定化細(xì)胞與固定化酶所固定的酶種類有何區(qū)別？答案答案不能。因?yàn)榇蠓肿与y以通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，不能與細(xì)胞內(nèi)的酶接觸而發(fā)生反應(yīng)，因此不能用固定化細(xì)胞技術(shù)，應(yīng)該用固定化酶技術(shù)。(3)如果反應(yīng)物是大分子，能否采用固定化細(xì)胞技術(shù)？為什么？答案都需要適宜的溫度和pH等影響酶活性的條件，但固定化細(xì)胞還需要提供溶解氧和營養(yǎng)物質(zhì)。(4)固定化酶和固定化細(xì)胞活性的維持需要的條件有何異同？答案歸納總結(jié)固定化酶和固定化細(xì)胞的兩個(gè)區(qū)別(1)固定方法的區(qū)別①在實(shí)際應(yīng)用中，酶更適用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定，原因是酶分子小，容易被多孔性物質(zhì)吸附，更適合與化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，但容易從包埋材料中漏出。②細(xì)胞體積大難以吸附或結(jié)合，因而多采用包埋法固定。(2)催化作用的區(qū)別固定化細(xì)胞操作更容易，對酶活性的影響更小，可以催化一系列反應(yīng)，但是，由于大分子物質(zhì)難以自由通過細(xì)胞膜，因此固定化細(xì)胞的應(yīng)用也受到限制。所以，催化的反應(yīng)物為大分子物質(zhì)時(shí)，最好選用固定化酶技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)梳理1.制備固定化酵母細(xì)胞(1)固定方法：

。(2)常用載體：一些不溶于水的

載體，如

、瓊脂糖、

、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。包埋法多孔性明膠海藻酸鈉(3)實(shí)驗(yàn)操作酵母細(xì)胞的_____↓配制

的CaCl2溶液↓配制海藻酸鈉溶液↓海藻酸鈉溶液與

混合↓固定化酵母細(xì)胞活化物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L酵母細(xì)胞2.用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵將固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)用

沖洗2～3次↓將150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的

溶液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中↓加入固定好的酵母細(xì)胞(凝膠珠)↓置于25℃下發(fā)酵24h↓觀察是否有

產(chǎn)生，聞聞是否有酒味蒸餾水葡萄糖氣泡問題探究1.實(shí)驗(yàn)過程分析(1)用于固定酵母細(xì)胞的載體是什么？載體的濃度越高固定效果越好嗎？答案海藻酸鈉。海藻酸鈉濃度過高不易形成凝膠珠；濃度過低形成的凝膠珠內(nèi)包埋的細(xì)胞過少。答案海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促進(jìn)其溶解，用小火或間斷加熱并不斷攪拌的目的是防止加熱過程中海藻酸鈉焦糊。(2)配制海藻酸鈉時(shí)小火或間斷加熱并不斷攪拌的目的是什么？答案固定的酵母細(xì)胞必須保持活性才能發(fā)揮作用，冷卻后加入酵母細(xì)胞的原因是防止高溫殺死酵母細(xì)胞。(3)為什么要等海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞？答案2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(1)若凝膠珠顏色過淺、呈白色，你知道是什么原因造成的嗎？答案海藻酸鈉濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少。答案海藻酸鈉濃度偏高。(2)若凝膠珠不呈圓形或橢圓形，你知道是什么原因造成的嗎？答案如果看到產(chǎn)生很多氣泡，同時(shí)聞到酒味，則證明實(shí)驗(yàn)獲得成功。(3)利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精時(shí)，當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時(shí)，則可以說明實(shí)驗(yàn)獲得成功？答案歸納總結(jié)固定化酵母細(xì)胞的三個(gè)注意事項(xiàng)(1)溶化海藻酸鈉，應(yīng)采用小火或間斷加熱，直到海藻酸鈉完全溶化，以防加熱過快，導(dǎo)致海藻酸鈉焦糊。(2)制備固定化酵母細(xì)胞時(shí)，加入酵母細(xì)胞的海藻酸鈉溶液不能直接“注入”而應(yīng)緩慢“滴入”CaCl2溶液中，使剛形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(3)要控制好海藻酸鈉的濃度。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果。(5)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目

。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明

。解析海藻酸鈉濃度過低，包埋的酵母細(xì)胞就過少；海藻酸鈉濃度過高，不易與酵母細(xì)胞混合均勻。