苏教版教学教案32 制备和应用酶的固定化技术

【课题名称】 3.2 制备和应用酶的固定化技术课型新授课总课时23【学习目标】尝试制备和应用固定化酶、固定化细胞（A）【学习重点】固定化酶、固定化细胞制备的优缺点和在生产中的应用【学习难点】固定化酶、固定化细胞制备的优缺点和在生产中的应用【学法指导】自主学习、合作探究【导学过程】个案补充课上自主学习 预习导学（20分钟）（请同学们在10min内快速阅读教材第三章、第二节P5256内容完成下列填空，并将答案在课本上标出。）知识点一：固定化酶技术的应用1、固定化酶的概念：是指利用 或 的方法将酶与 （不溶于水）结合在一起形成的仍具有 的酶复合物。2、优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物反应完成后，容易与水溶性 分离，可被 。3、制备固定化酶的方法主要有 、 、 。4、应用：广泛应用在人们的日常生活、医药、工业等方面。 如生产多种 、 的酶试纸。知识点二：固定化细胞技术的应用1、固定化细胞的概念：通过各种方法将细胞与一定的 结合，使细胞仍保持原有的 。2、优点：固定化细胞仍能进行正常的 、 和 ，可以像游离的细胞一样用于发酵生产等。由于保留了细胞内原有的 ，这对多步催化的 优势就更加明显。3、主要方法： 和 两大类。4、应用：知识点三：酵母菌细胞的固定化技术（一）制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞需要的材料是 、 和 等。1、制备麦芽汁：（见教材） 2、酵母菌的活化活化就是处于 状态的微生物重新恢复正常的生活状态。3、配制物质的量为0.05mol/L的CaCl2溶液4、配制海藻酸钠溶液加热溶化海藻酸钠时要注意： 。5、海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合6、固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 溶液中，并浸泡 。（二）用固定化酵母细胞发酵1、将固定好的酵母细胞用 冲洗2-3次。2、发酵时的温度为 ，时间24h。（二）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，说明海藻酸钠的浓度偏低，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，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。2、观察发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多 ，同时会闻到 。课中合作探究展示导思（10分钟）小组合作讨论：1、固定化细胞技术的缺点有哪些？2、海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞有哪些优点？3、加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？ 4、为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？ 5、发酵过程中锥形瓶为什么要密封？ 6、锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？7、在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作吗？ 课上自主检测 检测导练（15分钟）1关于固定化酶技术说法正确的是 （ ） A固定化酶技术就是固定反应物，将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2研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸二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，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的 （ ）A温度 BpH C水分 D营养3固定化酶的优点是 （ ） A有利于增加酶的活性 B有利于产物的纯化 C有利于提高反应速度 D有利于酶发挥作用4. 关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法错误的是 （ ） A固定化酶活性强，可长久使用 B一般酶制剂应用后和产物混合在一起，产物纯度不高C一般酶制剂使用后不能重复利用 D固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量5下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是 （ ） A琼脂糖 B醋酸纤维素 C聚丙烯酰胺 D聚乙烯树脂6. 使用固定化细胞的优点是 （ ）A. 能催化大分子物质的水解 B可催化一系列化学反应C与反应物易接近 D有利于酶在细胞外发挥作用7. 下面制备固定化酵母细胞的正确步骤是 （ ）配制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. 8在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2溶液的作用是 （ ）A调节溶液pH B进行离子交换 C胶体聚沉D为酵母菌提供Ca29.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是 （ ）A. 酶分子很小，宜采用包埋法B. 酶分子很小，宜采用化学结合法或物理吸附法固定酶C. 细胞个大，难被吸附或结合D. 细胞宜采用包埋法固定10下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是 （ ）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11. 试分析下图中，与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似的是（ ） 12酵母细胞固定化的实验中，实验操作与目的不相符的是 （ ） A干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化 B采用小火间断加热的方法，防止海藻酸钠发生焦糊C将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡D用注射器滴加溶液时要接近CaCl2溶液的液面，防止凝胶珠出现“尾巴”13图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，下列叙述正确的是(多选) （ ）A刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液B图1中X 溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠C图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触D图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中14. 在上个世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。（1）在实际生产中，固定化酶技术的优点是 。与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是 酶。（2）制备固定化酵母细胞，常用的包埋材料是 ，使用了下图中方法 （填出号码及名称）。（3）制作固定化酵母菌细胞时，充分混合均匀的酵母细胞胶液可在饱和 溶液中形成凝胶珠。部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是 。（4）某研究小组在制备固定化酵母细胞时，进行了如下操作：A使干酵母与蒸馏水混合并搅拌，使酵母菌活化。B将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配成CaCl2溶液。C用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液。D向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀。E将注射器中海藻酸钠和酵母细胞的混合物滴加到氯化钙溶液中，并观察凝胶珠形成。请你改正其中错误的操作： ； 。课后自主反思课上自主学习 链接：一般来说，酶更适合采用化学结合法 和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被化学结合或吸附，而个小的酶容易从包埋料中漏出。答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用多酶系统(或一系列酶、多种酶)(2)海藻酸钠包埋法(3)CaCl2海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近，高度不够)思考4加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？ 防止海藻酸钠焦糊思考5为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？ 防止高温杀死酵母细胞思考6发酵过程中锥形瓶为什么要密封？ 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件思考7锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的思考8在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作码？ 需要看一看：普通酶应用时有哪些缺点？答案：容易失活，通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感。很难回收，不能被再次利用，提高生产成本。会影响产物的纯度，降低产品质量。解析：用注射器滴加溶液时需要距离CaCl2溶液一定的距离，距离太远凝胶珠会出现 “尾巴”，距离太近凝胶珠不会形成球形或椭球形。 答案：D解析：本题考查固定化细胞与固定化酶的优点和利用条件。固定化细胞固定的是一系列酶，因此，在多步连续催化反应方面比固定化酶更有优势；酶属于非生物，因此利用时不必提供氧气、营养物质等；固定化酵母发酵液中葡萄糖等糖类，不仅是发酵作用的反应底物，也是酵母菌生长所需的碳源。答案：A解析：溶化的海藻酸钠应冷却至室温后与活化的酵母菌混合，A项错误。海藻酸钠与酵母菌混合液应滴入CaCl2溶液中，以制备凝胶珠；凝胶珠用蒸馏水冲洗23次后，再转移到发酵装置中；搅拌可使酵母菌与培养液充分接触，有利于发酵的顺利进行，故B、C、D三个选项正确。下列属于固定化酶在利用时的特点的是 ()A有利于酶与产物分离B制成的加酶洗衣服可以被反复利用C能自由出入依附的载体D能催化一系列的酶促反应12下列有关固定化酶和固定化细胞的说法正确的是 () A某种固定化酶的优势在于能催化系列生化反应 B固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可在细胞外起作用 D固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性迅速下降 解析：酶具有专一性，一种酶固定后也不可能催化系列生化反应；固定化细胞技术固定 的是一系列酶；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，若条件适宜，一般不会出现酶的 活性下降问题。 答案：C13(精选考题苏北四市模拟)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，但需给以适当的营养物质才能较长时间维持其作用 解析：酶对有机溶剂、强酸、强碱、高温等条件都很敏感，容易失活；加酶洗衣粉中添 加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等，这些酶制剂不仅可以有效地 清除衣物上的污渍，并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解，不会污染环境； 酶在固定的时候会由于损伤而影响酶的活性；酶是催化剂，本身并不会在化学反应前后 发生改变，也不会消耗能量，需给以适当的营养物质才能较长时间维持其作用的是固定 化细胞。 答案：C(2010苏、锡、常、镇调研一)固定化酶是从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：(1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，甲图所示结果可以得出的结论是_。(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，酶活力明显下降。(4)固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，同时用戊二醛作交联剂，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)酶分子过小，很容易从包埋材料中漏出