1、课题 3 酵母细胞的固定化1固定化酶常采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞则常采用包埋法。2固定化酶和固定化细胞技术既实现了对酶的重复利用，降低了成本，又可使酶与产物分离，提高了产品质量。3固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH 外，还需要有机营养的供应。4配制海藻酸钠溶液时应小火加热或间断加热，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵母细胞。5配制的海藻酸钠溶液若浓度过高，则难以形成凝胶珠；若浓度过低，则固定的酵母细胞少，影响实验效果。一、固定化酶的应用实例高果糖浆的生产2生产过程二、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固
2、定方法连线3常用载体：包埋法固定化细胞常用的是不溶于水的多孔性载体，如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。4优点(1)固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被 反复利用。(2)固定化细胞制备成本更低，操作更容易。三、固定化酵母细胞的实验操作1活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。2 配 制 海 藻 酸 钠 溶 液 时 ， 要 使 用 小 火 或 者 间 断 加 热 ， 反 复 几 次 ， 直 到 海 藻 酸 钠 溶 化 为 止 。3溶化好的海藻酸钠溶液要先冷却至室温，再加入已活化的酵母细胞。4在 CaCl2 溶液中形成的凝胶珠需在 CaCl2 溶液中浸泡
3、 30_min 左右。1制备固定化酵母细胞，常用的载体和固定方法依次是( )A海藻酸钠、化学结合法B氯化钙、物理吸附法C海藻酸钠、包埋法D氯化钙、化学结合法解析：选 C 酵母细胞体积大， 难以用化学结合法和物理吸附法，宜采用包埋法固定。固定化细胞应当选用不溶于水的多孔性载体材料，常用的是海藻酸钠。2海藻酸钠在水中溶解的速度较慢，需要通过加热促进其溶解，采用的最好的加热方法是( )A快速加热 B持续高温加热C小火或间断加热 D灼烧加热解析：选 C 溶解海藻酸钠时需加热，旨在加速其溶解，但是务必要避免温度过高，使其焦糊，应用小火或间断加热 。3下面制备固定化酵母细胞的正确步骤是( )配制 CaCl
4、2 溶液 配制海藻酸钠溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 酵母细胞的活化 固定化酵母细胞A BC D解析：选 D 制备固定化酵母细胞的正确步骤为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。4目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于酶应用 中面临的实际问题的是( )A酶对有机溶剂不敏感，但对高温、强酸、强碱非常敏感B加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂，比普通洗衣粉更易污染环境C固定化酶可以反复利用，但在固定时可能会造成酶的损伤而影响活性D酶的催化功能很强，但需给予适当的营养物质才能较长时间维持其作用解析：选 C 酶对有机溶剂也非常敏感；普通洗衣粉中
5、含有 P，更容易污染环境；酶发挥催化作用时不需要提供营养物质。Error!核 心 要 点 一 固 定 化 酶 和 固 定 化 细 胞 技 术1固定化酶或固定化细胞的方法名称 原理 图示包埋法将酶或微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，分为凝胶包埋法和微囊化法化学结合法利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上，分为交联法、共价结合法、离子结合法物理吸附法通过物理吸附作用，把酶或细胞固定在醋酸纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或聚丙烯酰胺等载体上2直接使用酶、固定化酶和固定化细胞的比较比较项目 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞酶的种类 一种或几种 一种 一系列酶制作方法 无化学结
6、合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要营养物质否 否 是催化反应 单一或多种 单一 一系列反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质( 大分子、小分子) 小分子物质优点催化效率高，低耗能、低污染等既能与反应物接触，又能与产物分离，提高了产品质量；可重复使用，降低了成本成本更低，操作更容易缺点对环境条件非常敏感，易失活；酶难回收，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触，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降实例 果胶酶 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞题组冲关1下列说法不正确的是( )A固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法B固定化酶更适合
7、用化学结合法和物理吸附法制备C由于细胞个体大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定D反应物是大分子物质应采用固定化酶解析：选 C 在酶和细胞的固定化技术中，通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法。由于酶分子小，又多带电荷，易从多孔性物质中漏出，因此多使用化学结合法与物理吸附法制备，而细胞个体大，难以被多孔性物质吸附或结合，因而多采用包埋法制备。2如图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答问题： (1)请在横线上填出各标号的名称。_，_，_。(2)固定化酶的优点在于(多选 )( )A能被重复利用B降低生产成本，操作容易C有利于提高酶活性D有利于产物的纯化(3)的作用是_ 。(4)制作固定化葡萄
8、糖异构酶所用的方法有_或_ 。(5)研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将从大肠杆菌中得到的三磷酸酯酶固定到尼龙膜上制成酶制剂，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( )A温度 B酸碱度 C水分 D 营养解析：与一般的酶制剂相比，固定化 酶不仅能与反应物充分接触，还能与产物分离，并且可以反复利用，反应成本低，操作更容易。使用固定化酶技术往往利用一个反应柱，下端有一个分布着小孔的筛板，酶颗 粒无法通过筛板，而反 应液却可以自由流出。制作固定化葡萄糖异构酶的方法有化学结合法和物理吸附法。 酶和微生物 细胞相比较，二者的正常活 动都需要一定的条件，如
9、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。答案：(1)反应柱 固定化酶 多孔筛板 (2)ABD(3)使酶颗粒无法通过，反应溶液却可以自由流出(4)化学结合法 物理吸附法 (5)DError!核 心 要 点 二 固 定 化 酵 母 细 胞 的 实 验 操 作1实验操作流程2注意事项(1)酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出。(2)CaCl2 要称量准确，不能用自来水配制溶液；CaCl 2 溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠，因此需将凝胶珠在 CaCl2 溶液中浸泡 30 min 左右
10、，以便形成稳定的结构。(3)海藻酸钠溶液的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。(4)溶解海藻酸钠时，要用小火或间断加热，并不断搅拌，防止海藻酸钠发生焦糊。(5)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。(6)用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。(7)在工业生产中，需反复使用固定化细胞，因此必须保证在固定化细胞的制备、应用及提取再利用过程中，严格按照无菌操作要求，避免其他微生物污染。3结果分析与评价(1)观察凝胶珠的颜色和形状：如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，说
11、明海藻酸钠溶液的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠溶液的浓度偏高，制作失败，需要再做尝试。(2)酵母菌发酵的反应式为 C6H12O6 2C2H5OH2CO 2能量。如果实验成功， 酶 应该有气泡产生，并具有酒味；而不含酵母菌的凝胶珠所做的对照实验，则无此现象。题组冲关3下列对配制海藻酸钠溶液的叙述，不正确的是( )A加热制备海藻酸钠溶液是操作中最重要的一环B海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量C海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠D海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋细胞过少解析：选 C 海藻酸钠的浓度过高，凝胶珠不易形成；海藻酸钠的浓度过低，形成的
12、凝胶珠内包埋的细胞过少。加热 制备海藻酸钠溶液是操作中最重要的一 环，因 为海藻酸钠的浓度影响固定化细胞的质量。4某实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程如下：活化酵母细胞：称取定量干酵母与定量蒸馏水混合并搅拌，使酵母细胞活化；配制 CaCl2 溶液：将无水 CaCl2 溶解在定量蒸馏水中，配制成一定浓度的 CaCl2 溶液；配制海藻酸钠溶液：将定量的海藻酸钠直接溶解在定量的蒸馏水中，配制成溶液；海藻酸钠溶液和酵母细胞混合：将活化的酵母细胞迅速加入刚配制成的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀；固定化酵母细胞：用注射器以恒定的速度缓慢地将海藻酸钠和酵母细胞混合液滴加到配制好的 CaCl2 溶液中，
13、观察凝胶珠形成。(1)请你改正其中两处错误的操作：第一处_；第二处_。(2)刚形成的凝胶珠要在 CaCl2 溶液中浸泡 30min 左右，目的是_。(3)如果制作的凝胶珠颜色过浅，呈白色，则说明海藻酸钠浓度_( 填“过低”或“过高”) 。解析：(1)海藻酸钠的溶化应用小火或间断加热至完全溶化。溶化冷却后再加入酵母细胞，否则会杀死酵母细胞。(2)刚形成的凝胶珠要在 CaCl2 溶液中浸泡 30 min 左右，目的是让凝胶珠形成稳定的结构。(3)凝胶珠颜色过浅，呈白色， 说明海藻酸钠浓度过低。答案：(1)海藻酸钠溶解应用小火或间断加热海藻酸钠溶液冷却后再加入酵母细胞(2)让凝胶珠形成稳定的结构(3)过低
