生物學(xué)案：專題課題酵母細胞的固定化

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課題3酵母細胞的固定化問題導(dǎo)學(xué)一、固定化酶的應(yīng)用和固定化細胞技術(shù)活動與探究11．葡萄糖和果糖有何異同點？葡萄糖異構(gòu)酶的作用是什么？2．什么是固定化酶和固定化細胞技術(shù)?3．你能說出固定化酶的制備和作用原理嗎？4．固定化酶是否可以永遠地利用下去？5．對酶或細胞固定的方法有哪些？酶和細胞分別適合用哪種固定方法？6．從操作角度來考慮，你認為固定化酶技術(shù)與固定化細胞技術(shù)哪一種對酶活性的影響更??？7．固定化細胞固定的是一種酶還是一系列酶？如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法?遷移與應(yīng)用1下列關(guān)于固定化酶的說法錯誤的是(）。A．固定化酶的活力也受強酸、高溫等因素的影響B(tài)．酶固定化后會使酶的利用率提高C．利用固定化酶可降低生產(chǎn)成本D．反應(yīng)結(jié)束后,固定化酶與產(chǎn)物混合成為雜質(zhì)直接使用酶、固定化酶技術(shù)和固定化細胞技術(shù)的比較直接使用酶固定化酶技術(shù)固定化細胞技術(shù)酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶常用載體無高嶺土、皂土、硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺制作方法無化學(xué)結(jié)合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否是催化反應(yīng)單一或多種單一一系列反應(yīng)底物各種物質(zhì)(大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子）小分子物質(zhì)缺點①對環(huán)境條件非常敏感，易失活；②難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降優(yōu)點催化效率高、耗能低、低污染①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離；②可以反復(fù)利用成本低、操作容易二、固定化酵母細胞的實驗操作活動與探究21．寫出固定化酵母細胞的制備流程。2．討論影響制備固定化酵母細胞實驗的關(guān)鍵步驟是什么？3．配制海藻酸鈉時小火間斷加熱并不斷攪拌的目的是什么？4．發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？5．當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時，可以說明實驗獲得成功?遷移與應(yīng)用2下列有關(guān)制備固定化酵母細胞的敘述，錯誤的是(）。A．溶解海藻酸鈉，最好采用持續(xù)加熱的方法B．溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫才能加入酵母細胞C．如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞數(shù)目少D．制備凝膠珠時要緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中制備固定化酵母細胞的注意事項（1）酵母細胞的活化：在缺水的狀態(tài)下,微生物會處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。酵母細胞所需要的活化時間較短，一般需要1h左右，要提前作好準(zhǔn)備。此外，酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器,以避免酵母細胞的活化液溢出容器。（2）加熱：加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一個環(huán)節(jié),影響到實驗的成敗。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胞的數(shù)目少，影響實驗效果。（3）凝膠珠的檢測：剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格可以使用下列方法：一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。（4）觀察凝膠珠的顏色和形狀：如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形,則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試.答案：課前·預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)【預(yù)習(xí)導(dǎo)引】一、1．（1）①強酸、強堿、高溫有機溶劑②溶液中的酶生產(chǎn)成本③產(chǎn)物產(chǎn)品質(zhì)量（2）反應(yīng)物產(chǎn)物（3）更低更容易2．（1）果糖含量為42%左右(2)葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)柱上端下端3．（1)包埋化學(xué)結(jié)合物理吸附（2）微生物細胞不溶于水瓊脂糖海藻酸鈉聚丙烯酰胺預(yù)習(xí)交流1：提示：將酶固定在不溶于水的載體上，限制了酶分子與底物分子（或離子）的接觸,減少了酶與底物的接觸面積，降低了化學(xué)反應(yīng)的速度。例如，用肝臟研磨液（內(nèi)含過氧化氫酶)分解過氧化氫就比用成塊的鮮肝分解過氧化氫的速度快，因為成塊的鮮肝過氧化氫酶大部分存在于肝細胞內(nèi),與過氧化氫的接觸面積小，不利于過氧化氫的分解，而肝臟研磨液將過氧化氫酶從肝細胞內(nèi)釋放出來，增加了過氧化氫酶與過氧化氫分子的接觸面積,使反應(yīng)更容易進行。二、1．（1）休眠狀態(tài)生活狀態(tài)(2）CaCl2溶液(3）小火間斷加熱海藻酸鈉(5）注射器中的溶液CaCl2溶液30min2．(1）蒸餾水預(yù)習(xí)交流2：提示：應(yīng)等到海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后才能向其內(nèi)加入酵母細胞，因為溫度過高的海藻酸鈉溶液和溫度過高的接種環(huán)一樣，都可能殺死菌種。課堂·合作探究【問題導(dǎo)學(xué)】活動與探究1：1．提示:葡萄糖和果糖的相對分子質(zhì)量相同，都為180,但分子結(jié)構(gòu)有所不同。葡萄糖異構(gòu)酶的作用是將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖.2．提示：固定化酶和固定化細胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。3．提示：將酶固定在一種顆粒狀不溶于水的載體上→將酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱底端裝上分布著許多小孔的篩板（允許反應(yīng)液自由出入,不允許酶顆粒通過)→從反應(yīng)柱上端注入反應(yīng)液,從反應(yīng)柱下端收集生成液。4．提示：不能.酶是生物催化劑，其活性受環(huán)境影響較大，隨著時間推移活性降低，一般一個反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年。5．提示：有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。酶適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，而細胞多采用包埋法。6．提示：固定化細胞技術(shù)。7．提示：固定化細胞可以催化一系列反應(yīng)，所以固定的是一系列酶。固定化細胞技術(shù)。遷移與應(yīng)用1：D解析：固定化酶容易與產(chǎn)品分離，有利于產(chǎn)物的純化;能反復(fù)使用提高了酶的利用率，因此可降低成本；固定化酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，活力也受強酸、高溫等因素的影響?；顒优c探究2：1．提示：酵母細胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞。2．提示：海藻酸鈉溶液的配制。3．提示：防止海藻酸鈉焦糊。4．提示：酵母菌的酒精發(fā)酵需要無氧條件。5．提示：利用固定的酵母細胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精,可以看到產(chǎn)生了很多氣泡,同時會聞到酒味。遷移與應(yīng)用2：A解析：解答本題要注意將酵母細胞的固定化流程及其注意事項結(jié)合在一起記憶.溶解海藻酸鈉，最好采用小火或間斷加熱的方法，避免發(fā)生焦糊現(xiàn)象.當(dāng)堂檢測1．關(guān)于固定化酶和一般酶制劑應(yīng)用效果的說法中，錯誤的是()。A．固定化酶生物活性強，可長久使用B．一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高C．一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)利用D．固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量答案：A解析：固定化酶可反復(fù)利用，所以使用時間較長,并不是因為生物活性強而可長久使用。單純從生物活性方面分析，固定化酶與一般酶制劑的活性差別不大。2．常用包埋法固定細胞，需要用不溶于水的多孔性載體，下列不能充當(dāng)載體的是()。A．瓊脂糖B．蔗糖C．海藻酸鈉D．明膠答案:B解析:用包埋法來固定細胞是將微生物細胞用物理方法包埋在多孔性載體內(nèi)部，常用的載體有瓊脂糖、海藻酸鈉、明膠和聚丙烯酰胺等。3．試分析下圖中,哪一種與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細胞相似?()答案:D解析:A是吸附法，B是載體結(jié)合法，多用于酶的固定；C和D是包埋法，C一般是將酶包埋在微網(wǎng)格里，D是包埋在凝膠中。制備固定化酵母細胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠中，所以與D相似。4．下列關(guān)于酵母細胞活化的說法,不正確的是（）。A．酵母細胞活化就是使酵母細胞由無氧呼吸變成有氧呼吸B．活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細胞恢復(fù)正常的生活狀態(tài)C．酵母細胞活化所需要的時間較短D．酵母細胞活化后體積增大答案：A解析：在缺水的狀態(tài)下，微生物會處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)到正常的生活狀態(tài)。酵母細胞所需要的活化時間較短，一般需要1h左右。5．下面是制備固定化酵母細胞的步驟，正確的是(）。①配制CaCl2溶液②配制海藻酸