制备和应用固定化酶ppt课件（苏教版选修1）

第二第二节制制备和和应用固定化用固定化酶酶第二节制备和应用固定化酶学学习导航航1.固定化酶和固定化细胞的应用。固定化酶和固定化细胞的应用。(重点重点)2固定化酶与固定化细胞的制备方法。固定化酶与固定化细胞的制备方法。(难点难点)学习导航新知初探新知初探思维启动思维启动固相固相载体体酶酶活性活性水溶性水溶性新知初探思维启动固相载体酶活性水溶性2.制制备固定化固定化酶酶目前，制目前，制备固定化固定化酶酶的方法主要有的方法主要有_、_、包埋法等。、包埋法等。(1)吸附法的吸附法的显著特点是工著特点是工艺简便且便且_，在生，在生产实践中践中应用广泛；用广泛；(2)交交联法是利用多功能法是利用多功能试剂进行行酶酶与与载体之体之间的交的交联，在，在酶酶和多功能和多功能试剂之之间形成形成_，从而得到三，从而得到三维的交的交联网架网架结构；构；吸附法吸附法交交联法法条件温和条件温和共价共价键2.制备固定化酶吸附法交联法条件温和共价键(3)包埋法是将包埋法是将酶酶包埋在包埋在_中。中。3.应用：固定化用：固定化酶酶已被广泛地已被广泛地应用在人用在人们的日的日常生活、医院、工常生活、医院、工业等方面。例如，固定化等方面。例如，固定化酶酶在新型青霉素的生在新型青霉素的生产中具有重要作用。中具有重要作用。能固化的能固化的载体体(3)包埋法是将酶包埋在_中。能固酶酶制制剂的的应用有哪些缺陷？用有哪些缺陷？提示：提示：酶酶制制剂应用的缺陷：用的缺陷：(1)通常通常对强强酸、酸、强强碱、碱、高温和有机溶高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；等条件非常敏感，容易失活；(2)溶液中的溶液中的酶酶很很难回收，不能被再次利用，提高了回收，不能被再次利用，提高了生生产成本；成本；(3)反反应后后酶酶会混在会混在产物中，可能影响物中，可能影响产品品质量。量。想一想想一想酶制剂的应用有哪些缺陷？想一想二、固定化二、固定化细胞技胞技术的的应用用1.固定化固定化细胞技胞技术通通过各种方法将各种方法将_与一定的与一定的载体体结合，合，使其仍保持原有的使其仍保持原有的_，这一一过程称程称为细胞固定化。胞固定化。细胞胞生物活性生物活性二、固定化细胞技术的应用细胞生物活性2.细胞固定化的方法胞固定化的方法(1)吸吸附附法法：是是制制备固固定定化化动物物细胞胞的的主主要要方方法，此法也可制法，此法也可制备固定化植物固定化植物细胞，它既可胞，它既可将植物将植物细胞吸附在胞吸附在_的大孔隙的大孔隙或裂或裂缝之中，也可将植物之中，也可将植物细胞吸附在胞吸附在_的外壁上；的外壁上；泡沫塑料泡沫塑料中空中空纤维2.细胞固定化的方法泡沫塑料中空纤维(2)包埋法：是指将包埋法：是指将细胞包埋在胞包埋在_的的内部而制成固定化内部而制成固定化细胞的方法。其中，胞的方法。其中，_是是应用最广泛的用最广泛的细胞固定化胞固定化方法，它所使用的方法，它所使用的载体主要有体主要有琼脂、脂、_、角叉菜胶、明胶等。、角叉菜胶、明胶等。3.固定化固定化细胞技胞技术的的优点：可以取代点：可以取代_进行行发酵，生酵，生产各种物各种物质。多孔多孔载体体凝胶包埋法凝胶包埋法海藻酸海藻酸钠凝胶凝胶游离的游离的细胞胞(2)包埋法：是指将细胞包埋在_的内部而(1)某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应。反应。()(2)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作用。固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作用。()(3)制备固定化细胞的方法主要有包埋法、交联制备固定化细胞的方法主要有包埋法、交联法和吸附法。法和吸附法。()判一判判一判(1)某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应。()判一要点突破要点突破讲练互动讲练互动要点一要点一直接使用酶、固定化酶、固直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较定化细胞的比较直接使用直接使用酶酶固定化固定化酶酶固定化固定化细胞胞酶酶的种的种类一种或几种一种或几种一种一种一系列一系列酶酶常用常用载体体无无高岭土、皂高岭土、皂土、硅胶、土、硅胶、凝胶凝胶明胶、明胶、琼脂糖、脂糖、海藻酸海藻酸钠、醋、醋酸酸纤维素、聚素、聚丙丙烯酰胺胺要点突破讲练互动要点一直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比直接使用直接使用酶酶固定化固定化酶酶固定化固定化细胞胞制作方法制作方法无无化学化学结合固合固定化、物理定化、物理吸附固定化吸附固定化包埋法固定包埋法固定化化是否需要是否需要营养物养物质否否否否是是催化反催化反应单一或多种一或多种单一一一系列一系列反反应底物底物各种物各种物质(大分子、大分子、小分子小分子)各种物各种物质(大分子、大分子、小分子小分子)小分子物小分子物质直接使用酶固定化酶固定化细胞制作方法无化学结合固定化、物理吸直接使用直接使用酶酶固定化固定化酶酶固定化固定化细胞胞缺点缺点对环境条件境条件非常敏感，易非常敏感，易失活失活难回收，成回收，成本高，影响本高，影响产品品质量量不利于催化一系不利于催化一系列的列的酶酶促反促反应反反应物不易物不易与与酶酶接近，接近，尤其是大分尤其是大分子物子物质，反，反应效率下降效率下降优点点催化效率高、催化效率高、耗能低、低耗能低、低污染染既能与反既能与反应物物接触，又能与接触，又能与产物分离物分离可以反可以反复利用复利用成本低、操成本低、操作容易作容易直接使用酶固定化酶固定化细胞缺点对环境条件非常敏感，易失活特别提醒特别提醒固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的营养物质。定的营养物质。固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。特别提醒下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述中，正确的是中，正确的是()A固定化细胞技术在多步连续催化反应方面固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显优势明显B固定化酶的应用中，要控制好固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和、温度和溶解氧溶解氧C利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需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提供适宜的营养条件例例例例1 1下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述例1D利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作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用只是作为反应底物【思路点【思路点拨】本本题主要考主要考查固定化固定化酶酶和固定和固定化化细胞的异同。解答本胞的异同。解答本题关关键掌握：掌握：固定化酶每次只是固定一种酶，而固定化细固定化酶每次只是固定一种酶，而固定化细胞发挥作用的是整个细胞中所有的酶分子。胞发挥作用的是整个细胞中所有的酶分子。固定化酶作为一种有机物需要适宜的温度、固定化酶作为一种有机物需要适宜的温度、pH，但不需要氧气和营养条件。，但不需要氧气和营养条件。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【解析】固定化酶酶耐受性比耐受性比较好，和溶解好，和溶解氧没有关系；利用固定化氧没有关系；利用固定化酶酶降解水体中的有降解水体中的有机磷机磷农药，不需要提供，不需要提供营养条件；利用固定养条件；利用固定化酵母化酵母细胞胞进行行发酵，糖酵，糖类既可以作既可以作为反反应底物，也可以作底物，也可以作为碳源来碳源来调节酵母菌的代酵母菌的代谢方式。方式。【答案】【答案】A【解析】固定化酶耐受性比较好，和溶解氧没有关系；利用固定化1.(2012邵阳高二检测邵阳高二检测)下列关于酶和细胞的固下列关于酶和细胞的固定化，叙述不正确的是定化，叙述不正确的是()A酶分子很小，宜采用包埋法酶分子很小，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酶分子很小，宜采用化学结合法或物理吸附法固定法固定C细胞个大，难被吸附或结合细胞个大，难被吸附或结合D细胞宜采用包埋法固定细胞宜采用包埋法固定变式式训练1.(2012邵阳高二检测)下列关于酶和细胞的固定化，叙解析：解析：选A。一般来。一般来说，酶酶更适合采用化学更适合采用化学结合法和物理吸附法固定，而合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法胞多采用包埋法固定。固定。这是由于是由于细胞相胞相对较大，而大，而酶酶分子相分子相对很小，个大的很小，个大的细胞胞难以被吸附或以被吸附或结合，个小的合，个小的酶酶容易从包埋材料中漏出。容易从包埋材料中漏出。解析：选A。一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定1.方法方法(1)吸附法吸附法动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝将植物细胞吸附在泡沫塑料的大孔隙或裂缝中，或将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。中，或将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。要点二要点二固定化固定化细胞技胞技术及其及其应用、用、优缺点缺点1.方法要点二固定化细胞技术及其应用、优缺点(2)包埋法包埋法含义：将细胞包埋在多孔载体的内部而制含义：将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。成固定化细胞的方法。凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于微生物、动物和植物细胞的固定法，适用于微生物、动物和植物细胞的固定化。所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝化。所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。胶、角叉菜胶、明胶等。(2)包埋法2.应用应用(1)固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发发酵，生产各种物质。酵，生产各种物质。(2)科学家们还成功地用固定化原生质体生产科学家们还成功地用固定化原生质体生产出谷氨酸。出谷氨酸。3.点点(1)固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代代谢，可以像游离的细胞一样用于发酵生产。谢，可以像游离的细胞一样用于发酵生产。2.应用(2)固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而，固定步骤，能充分利用细胞内的酶，因而，固定化细胞内酶的活性基本没有损失。化细胞内酶的活性基本没有损失。(3)保留了细胞内原有的多酶系统，对于多步保留了细胞内原有的多酶系统，对于多步催化的连续反应优势就更加明显。催化的连续反应优势就更加明显。4.缺点缺点(1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。能够分泌到细胞外的产物。(2)固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细(2)由于载体的影响，使营养物质和产物的扩由于载体的影响，使营养物质和产物的扩散受到一定的限制。散受到一定的限制。(3)在好氧性发酵中，限制了溶解氧的传递和在好氧性发酵中，限制了溶解氧的传递和输送。输送。(2)由于载体的影响，使营养物质和产物的扩散受到一定的限制。(2012江苏仪征中学高二检测江苏仪征中学高二检测)下图是下图是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是法依次是()例例例例2 2(2012江苏仪征中学高二检测)下图是酶的几种固定方式A吸附法、交联法、包埋法吸附法、交联法、包埋法B交联法、吸附法、包埋法交联法、吸附法、包埋法C包埋法、吸附法、交联法包埋法、吸附法、交联法D包埋法、交联法、吸附法包埋法、交联法、吸附法A吸附法、交联法、包埋法【解析】【解析】图表示表示酶酶包埋在包埋在细微网格里，微网格里，应属包埋法；属包埋法；图表示表示许多多酶酶分子通分子通过特殊特殊试剂连接起来，成网状接起来，成网状结构，构，应属交属交联法；法；图表表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子离子结合法和共价合法和共价结合法固定，合法固定，应属吸附法。属吸附法。【答案】【答案】D【解析】图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；图表示许【探规寻律】【探规寻律】酶和细胞的固定方法和特点酶和细胞的固定方法和特点固定固定对象象酶酶细胞胞适宜固定法适宜固定法交交联法、吸附法法、吸附法包埋法包埋法特点特点体体积小，固定一小，固定一种种酶酶。包埋法容。包埋法容易易丢失失体体积大，固定一大，固定一系列系列酶酶。难以化以化学学结合和吸附合和吸附发挥作用需作用需要的条件要的条件适宜的温度、适宜的温度、pH适宜的温度、适宜的温度、pH、还需要需要营养物养物质和氧气和氧气【探规寻律】酶和细胞的固定方法和特点固定对象酶细胞适宜固定变式训练变式训练2.(2012南通高二检测南通高二检测)下列关于固定化细胞下列关于固定化细胞技术的说法中，正确的是技术的说法中，正确的是()A吸附法的优点是操作简单，吸附牢固吸附法的优点是操作简单，吸附牢固B包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性细胞无毒性C吸附法容易对酶活性产生影响吸附法容易对酶活性产生影响D凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂、海藻凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等变式训练解析：解析：选D。固定化。固定化细胞的主要方法有吸附法胞的主要方法有吸附法和包埋法。它和包埋法。它们各有利弊，吸附法的主要各有利弊，吸附法的主要优点点是是酶酶活性不受影响，但吸附活性不受影响，但吸附过程相当复程相当复杂，这一一过程与微生物程与微生物细胞的性胞的性质、载体的性体的性质以及以及两者之两者之间的相互作用等有关，吸附力的相互作用等有关，吸附力较弱且吸弱且吸附不牢固，附不牢固，细胞容易脱落。包埋法操作胞容易脱落。包埋法操作简便，便，条件温和，条件温和，对细胞无毒性，适合于生胞无毒性，适合于生长细胞的胞的固定化。凝胶包埋法常用的凝胶种固定化。凝胶包埋法常用的凝胶种类有有琼脂、脂、海藻酸海藻酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等。凝胶、角叉菜胶和明胶等。解析：选D。固定化细胞的主要方法有吸附法和包埋法。它们各有利实验探究实验探究专项突破专项突破【操作与【操作与实践】践】1.操作流程操作流程固定化酵母菌细胞的制备固定化酵母菌细胞的制备实验探究专项突破【操作与实践】固定化酵母菌细胞的制备制备和应用固定化酶ppt课件（苏教版选修1）2.注意事项注意事项(1)选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单单一。一。(2)酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活应选择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活化液溢出。化液溢出。(3)海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母菌细胞的海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母菌细胞的关关键，因为如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝键，因为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胶珠，如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞的数量少，也会影响实验效果。母菌细胞的数量少，也会影响实验效果。2.注意事项(4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热，避免海藻溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。酸钠发生焦糊。(5)将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌细胞混合，避免高温杀死酵母菌。细胞混合，避免高温杀死酵母菌。(6)固定化酵母菌细胞时，应将海藻酸钠与酵母菌细固定化酵母菌细胞时，应将海藻酸钠与酵母菌细胞的混合液用注射器缓慢滴加到饱和硼酸胞的混合液用注射器缓慢滴加到饱和硼酸氯化钙溶氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。(7)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。对照。(4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊【问题与探究】与探究】如何如何检验凝胶珠的凝胶珠的质量是否合格？量是否合格？【提示】【提示】检验凝胶珠的凝胶珠的质量是否合格，可量是否合格，可以采用以下方法。一是用以采用以下方法。一是用镊子子夹起一个凝胶起一个凝胶珠放在珠放在实验桌上用手桌上用手挤压，如果凝胶珠不破，如果凝胶珠不破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易凝胶珠很容易弹起，也表明制起，也表明制备的凝胶珠是的凝胶珠是成功的。成功的。【问题与探究】三是观察凝胶珠的颜色。如果制作的凝胶珠三是观察凝胶珠的颜色。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。的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。三是观察凝胶珠的颜色。如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明【例【例题】下面的流程下面的流程图示意制示意制备固定化酵固定化酵母菌母菌细胞的胞的过程，程，请据据图回答：回答：(1)图中酵母菌活化就是图中酵母菌活化就是_状状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时细胞活化时_。【例题】下面的流程图示意制备固定化酵母菌细胞的过程，请据图(2)影响此实验成败的关键步骤是影响此实验成败的关键步骤是_。此。此步的操作应采用步的操作应采用_。(3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞数目埋的酵母菌细胞数目_。(4)观察凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅，观察凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅，说明说明_；如果形成的凝胶珠不是；如果形成的凝胶珠不是_，说明实验操作失败。，说明实验操作失败。(5)本实验所用的固定化技术是本实验所用的固定化技术是_，而制，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是备固定化酶则不宜用此方法，原因是_。(2)影响此实验成败的关键步骤是_。此步的操【解析】【解析】(1)酵母菌在干燥酵母菌在干燥时，处于休眠状于休眠状态，需加水活化，否，需加水活化，否则制成的固定化酵母菌制成的固定化酵母菌在在发酵酵时酶酶活性活性较低且酵母菌增殖低且酵母菌增殖缓慢。慢。(2)该实验的关的关键是海藻酸是海藻酸钠的配置。的配置。(3)如果海如果海藻酸藻酸钠的的浓度度过低，形成的凝胶珠所包埋的低，形成的凝胶珠所包埋的酵母酵母细胞的数量胞的数量过少，影响少，影响实验效果。效果。(4)如如果制作的凝胶珠果制作的凝胶珠颜色色过浅呈白色，浅呈白色，说明海藻明海藻酸酸钠的的浓度偏低。度偏低。【解析】(1)酵母菌在干燥时，处于休眠状如果形成的凝胶珠不是如果形成的凝胶珠不是圆形或形或椭圆形，形，则说明海藻酸明海藻酸钠的的浓度偏高，制作失度偏高，制作失败，需要再，需要再作作尝试。(5)由于酵母菌由于酵母菌细胞个体胞个体较大，不易大，不易从包埋材料中漏出，故从包埋材料中漏出，故细胞的固定化一般采胞的固定化一般采用包埋法，而固定化用包埋法，而固定化酶酶不宜用此方法。不宜用此方法。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，【答案】【答案】(1)让酵母菌恢复正常生活酵母菌恢复正常生活体体积增大增大较大大(多多)(2)配制海藻酸配制海藻酸钠溶液小火或溶液小火或间断加断加热(3)较少少(4)固定的酵母菌固定的酵母菌细胞数目胞数目较少少圆形或形或椭圆形形(5)包埋法包埋法酶酶分子很小，容易从包埋材料中分子很小，容易从包埋材料中漏出漏出【答案】(1)让酵母菌恢复正常生活知能演练知能演练 轻巧夺冠轻巧夺冠知能演练轻巧夺冠本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按按按ESCESC键键退出全屏播放退出全屏播放退出全屏播放退出全屏播放本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放