1、课题 3 酵母细胞的固定化一、固定化酶的应用实例(1)能将葡萄糖转化成果糖的酶是葡萄糖异构酶。(2)固定化酶技术使用的反应柱上的孔应满足酶颗粒无法通过，反应溶液自由通过，若反应物颗粒过大则不能用此法。二、固定化细胞技术(1)固定化酶和固定 化细胞是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，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。其中细胞多采用包埋法固定化。(2)包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。三、实验操作1制备固定化酵母细胞(1)酵母细胞的活化：向干酵母中加入蒸馏水，搅拌混匀。(2)配制 Ca
2、Cl2溶液：向无水 CaCl2加入蒸馏水，充分溶解。(3)配制海藻酸钠溶液：酒精灯加热时 要用小火或间断加热，且边加热边搅拌，直至完全溶化，最后用蒸馏水定容。(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合。(5)固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢将上述混合液滴加到 CaCl2溶液中，形成凝胶珠，并在 CaCl2溶液中浸泡。2用固定化酵母细胞发酵将固定好的酵母细胞(凝胶珠)加入用于发酵的葡萄糖溶液后，发现有气泡产生，同时有酒味散发。一、选择题1下列说法中，哪项不是在应用酶的过程中常遇见的一些实际问题(D)A酶与反应物混合，产品难以提纯B酶在生物化学反应中往往难以回收C酶遇强酸、强碱、高温等条件易失活D酶作为催化剂
3、，绝大多数酶是蛋白质解析：蛋白质是绝大多数酶的化学本质，这一属性不会因为酶的固定化而改变。2下列不属于固定化酶在利用时的特点的是(C)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解析：固定化酶是将酶固定在一种载体上，因此它不能自由出入依附的载体。3关于固定化酶技术的说法正确的是(D)A固定化酶技术就是固定反应物，使酶依附着载体围绕反应物旋转的技术B固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C固定化酶中的酶无法重复利用D固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术解析：固定化酶是 利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。其优点是酶被固定在一
4、定装置内，可重复利用；不足是无法同时解决一系列酶促反应。4下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是(A)A固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B固定化酶的应用中，要控制好 pH、温度和溶解氧C利用固定化酶降解 水体中的有机磷农药，需提供适宜的营养条件D利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物解析：固定化细胞可连续催化多步反应；应用固定化酶需控制好温度和 pH，无氧参与的反应不需控制溶解氧；利用固定化酶降解有机磷农药，农药是反应底物，不需另外提供营养；利用固定化酵母细胞发酵，糖类既作为反应底物，又作为酵母细胞生命活动的能源物质。5大分子反应物应采用的固定化技术和理由是(
5、A)A固定化酶技术；可应用化学结合法或物理吸附法对酶固定，利于大分子和酶的接触B固定化酶技术；可应用包埋法对酶固定，利于大分子和酶的接触C固定化细胞技术；一般应用化学结合法或物理吸附法对细胞固定，利于大分子和细胞的接触D固定化细胞技术；一般应用包埋法对细胞固定，利于大分子和细胞的接触解析：大分子反应物应采用的固定化技术是固定化酶技术，理由是：一般用化学结合法或物理吸附法对酶固定，和包埋法相比，化学结合法或物理吸附法有利于反应物与酶的接触。如采用固定化细胞技术，则一般用包埋法对细胞固定，由于大分子颗粒比较大，反应物难以进入包埋细胞的网格或颗粒，不利于反应的进行。6对固定化细胞的叙述，正确的是(C
6、)A催化效率高，低耗能、低污染B对环境的条件非常敏感，容易失活C既能与反应物充分接触，又能与产物分离D成本低，操作简单，但反应效果可能很低解析：参照固定化细胞的优点。7在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl 2溶液的作用是(C)A用于调节溶液 pH B用于进行离子交换C用于胶体聚沉 D用于为酵母菌提供 Ca2解析：海藻酸钠胶体在 CaCl2这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。8某同学实验中制备固定化酵母细胞，下面是其实验的步骤环节，那么他遵循的实验步骤顺序应该是(D)配制
7、 CaCl2溶液 海藻酸钠溶化 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 酵母细胞活化 固定化酵母细胞A B C D 解析：制备固定化酵母细胞的正确步骤为：酵母细胞活化配制 CaCl2溶液海藻酸钠溶化海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞。9酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域，下列有关叙述错误的是(A)A90 高温会使 TaqDNA 聚合酶失去催化活性B制备固定化酶的方法主要有 包埋法、交联法和吸附法等C固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性D固定化细胞可以催化一系列酶促反应解析： Taq DNA 聚合酶是一种用于 PCR 技术的耐高温的酶，90 的高温不会让该酶失活。10研究认为，
8、用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三磷酸酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与微生物降解相比，其作用不需要适宜的(D)A温度 B酸碱度 C水分 D营养解析：酶和细胞的正常活动都需要一定的条件，如温度、酸碱度、水分等，但是酶本身是一种大分子物质，不需要营养，而细胞的生活离不开营养物质。二、非选择题11固定化酶是 20 世纪 60 年代迅速发展 起来的一种技术。东北农业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果(注：酶
9、活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶 活性和酶的数量 )，分析回答下列问题。(1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，由甲图所示结果可以得出的结论_。(2)乙图曲线表明浓度为_的海藻酸钠包埋效果最好，当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是_。(3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用_次，之后酶活力明显下降。 (4)固定小麦酯酶不仅采用海藻酸钠直接包埋，而且用戊二醛作交联剂，这是因为_。答案：(1)固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围较广 (2)3% 海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出，数量不足 (3)3(4)酶分子很小
10、，很容易从包埋材料中漏出12下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：酵母细胞的活化配制 CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞。(1)在_状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复_状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。(2)影响实验成败的关键步骤是_。(3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目_。(4)观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明_；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_。(5)固定化酶技术一般不采用包埋法固定化，原因是_。解析：微生物一般在缺水干燥环境中进入休眠状态，活化就是让
11、处于休眠状态的微生物恢复正常生活状态。因为酵母细胞活化时体积会增大，所以活化前应选择足够大的容器。在此实验中，配制海藻酸钠溶液是影响实验成败的关键步骤。如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞数目就会减少；观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明固定化酵母细胞数目较少，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高，制作失败，需要重新配制；因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，所以制备固定化酶一般不宜用包埋法。答案：(1)缺水 正常的生活 体积增大 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)少 (4)固定化酵母细胞数目较少 海藻酸钠浓度偏高，制作失败 (5)酶分子很小，容易从包埋材料中漏
12、出13酿造工业中经常使用酵母菌，某科研小组对固定化技术在酿酒酵母上的应用做了一些研究。下表是海藻酸钠浓度和氯化钙浓度对固定化酵母的影响实验数据表，下图是在相同的发酵条件下，固定化酵母细胞与游离酵母细胞 3 次循环发酵的糖度变化比较曲线图，请分析回答下列问题。海藻酸钠/%2 2.5 3 2 2.5 3 2 2.5 3CaCl2/% 2 2 2 3 3 3 4 4 4固定化强度/g30个 1930 950 990 1 030 1 100 1 140 1 170 1 170 1 160酒精量/%6.7 6.5 6.5 6.7 6.4 6.2 6.7 6.4 6.2残糖量/%2.5 2.75 2.75
13、 2.60 2.65 2.65 2.65 2.75 2.75(1)固定酵母细胞的方法常用_法，实验中要注意将刚溶化好的海藻酸钠溶液_后，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌。(2)Ca2 是决定海藻酸钠固定化酵母机械强度的重要因素，根据表中数据分析，随着 Ca2浓度的增加，固定化酵母的强度_，最终选择海藻酸钠与氯化钙的浓度分别为_时固定化效果好。海藻酸钠是一种多孔性载体，在一定浓度范围内选择较低的海藻酸钠的浓度进行固定化酵母，产生酒精量较高的原因是_。(3)比较曲线图可以看出，_发酵速度较快，游离酵母在重复使用_次后，其活性完全丧失，由此可见固定化酵母细胞的优点是_。解析：(1)细胞常用包埋法固定，刚溶化好的海藻酸钠要冷却到室温后再加入酵母细胞，防止高温杀死酵母细胞。(2)由表中数据可见，随着 Ca2 浓度的增加，固定化酵母的强度逐渐增大并趋于稳定；固定化效果最好的，除看固定化强度外还要看产酒精量；一定范围内海藻酸钠浓度较低，则凝胶珠的相对渗透性较强，利于底物的进入和产物的排出。(3)比较 a、b、c 图，可见固定化酵母细胞作用下残糖量较低，而游离酵母在使用 2 次后则失去作用，即固定化酵母细胞可以重复使用。答案：(1)包埋 冷却 (2)增加 2%、4% 凝胶珠的相对渗透性较强，利于底物的进入和产物的排出(3)固定化酵母 2 可以重复使用
