边做边学酵母菌细胞的固定化技术

,第,二节,固定化酶的制备和应用,第三章,酶的应用技术实践,一、固定化酶和制备固定化酶的常用方法,1.,固定化酶,(1),概念：固定化酶是指,用,或,的,方法将酶,与,结合,在一起形成的仍具有酶活性,的,。,(2),特点：在催化反应中，它,以,状态,作用于底物，反应完成后,容易与,水溶性,和,分离,，可,被,使用。,基础梳理,物理学,化学,固相载体,酶复合物,固相,反应物,产物,反复,2.,制备固定化酶的常用方法,(1),物理吸附法是将酶吸附,在,、,等,多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式，其显著特点是工艺简便且条件温和。,(2),化学结合法是,利用,进行,酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间,形成,，,从而得到三维,的,。,(3),包埋法是将酶包埋在能固化,的,中,，如将酶包裹,在,_,_,_,等,高分子凝胶中包埋,成,，,或包裹,在,等,半透性高分子膜中包埋,成,。,纤维素,琼脂糖,多功能试剂,共价键,交联网架结构,载体,聚丙烯酰胺凝胶,格子型,硝酸纤维素,微胶囊型,问题探究,由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模地使用。人们针对酶不能被广泛应用这一情况，一直在寻求改善方法，其中之一就是固定化酶技术的应用。观察下图有关制备固定化酶的常用方法，结合教材回答下列问题：,(1),图,A,为,，,它的显著特点,是,且条件,，,在生产实践中应用广泛。,(2),图,B,为,，,它是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间,形成,，,从而得到三维的交联网架结构。,物理吸附法,工艺简便,温和,化学结合法,共价键,(3),包埋法是将酶包埋,在,中,。将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶,等,中,(,如图,C),，包埋,成,型,；,或包裹,在,等,半透性高分子膜中,(,如图,D),，包埋,成,型,。,能固化的载体,高分子凝胶,格子,硝酸纤维素,微胶囊,二、固定化细胞技术的应用,基础梳理,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生物活性,，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样用于发酵生产。,2.,应用：,固定化细胞可以取代游离的细胞进行发酵，生产各种物质。,(1),在工业生产上，,利用,可以,生产多种色素、香精、药物、酶等。,(2),利用,可以,生产酒精、啤酒、谷氨酸、,淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、青霉素、头孢霉素等,。,载体,固定化植物细胞,固定化微生物细胞,(3),在医学上，,利用,可以,生产小儿麻痹症疫苗、狂犬病疫苗、麻疹疫苗、肝炎疫苗、口蹄疫疫苗等，还可以生产生长激素、干扰素、胰岛素、催乳素、促性腺激素等。,(4),将固定化,的,制成,微囊，能治疗糖尿病。,(5),用固定化细胞制成的生物传感器可用于医疗诊断。,(6),在化学分析方面，可制成,各种,传感器,，用来测定醋酸、乙醇和氨等。,(7),固定化细胞,在,、,能源开发等领域都有着重要的应用。,固定化动物细胞,胰岛细胞,固定化细胞,环境保护,3.,固定化细胞技术的优点,(1),固定,化细胞技术无须进行酶,的,，,减少了酶,的,损失,，同时大大降低了生产成本。,(2),固定化细胞不仅可以,作为,发挥,作用，而且可以利用细胞中所含,的,完成,一系列的催化反应。,(3),对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶,的,更,高。,(4),细胞生长停滞,时间,，反应,。,正是由于固定化细胞的这些无可比拟的优势，尽管固定化细胞技术的出现远远晚于固定化酶技术，但它的应用范围比固定化酶更广泛。,分离和纯化,活力,单一的酶,复合酶系,稳定性,短,快,4.,固定化细胞技术的缺点,(1),固定化细胞只能用于,生产,酶,和其他能够分泌到细胞外的产物。,(2),由于载体的影响，营养物质和产物,的,受到,一定限制。,(3),在好氧性发酵中,，,的,传递和输送成为关键的限制因素,。,5.,细胞的固定化方法,是,应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物,、,_,和,细胞,的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要,有,、,琼脂、角叉菜胶、明胶等。用海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的,操作,，条件,，,对,细胞,。,细胞外,扩散,溶解氧,凝胶包埋法,动物,植物,海藻酸钠凝胶,简便,温和,无毒性,6.,酵母菌细胞的固定化技术的过程,准备各种实验药品和器材,制备,酵母菌,细胞,配制物质的量浓度为,0.05 mol/L,的氯化钙溶液,制备,浸泡和洗涤,麦芽汁,。,麦芽汁,活化,固定化细胞,发酵,问题探究,分析下列酵母菌细胞固定化操作流程，回答问题。,准备各种实验药品和器材,主要药品有：干麦芽粉、干酵母、聚乙烯醇,(PVA),、海藻酸钠、无水氯化钙、蒸馏水、葡萄糖溶液、碘液,制备麦芽汁,活化酵母菌细胞,干酵母蒸馏水,活化的酵母菌,配制物质的量浓度,为,0.05,mol/L,的氯化钙溶液,无水氯化钙蒸馏水,制备固定化细胞,浸泡凝胶珠，用蒸馏水洗涤,待凝胶珠在溶液中浸泡,30 min,后，取出并用蒸馏水洗涤,3,次备用,发酵麦芽汁,将凝胶珠加入无菌麦芽汁中,1.,在酵母菌细胞的活化和配制,CaCl,2,溶液时，都使用了蒸馏水，为什么不能使用自来水？,答案,防止自来水中各种离子影响实验结果。,2.,配制海藻酸钠溶液时加热是关键，为什么要用小火间断加热？,答案,防止海藻酸钠溶液焦糊。,3.,能否在刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入活化的酵母菌细胞？,答案,不能，因为刚溶化好的海藻酸钠溶液温度较高，会将酵母菌细胞杀死。,答案,(,1,),固定化细胞与固定化酶的主要区别,固定化细胞使用的是活细胞，因而为了保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的营养物质。,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。,(,2,),凝胶珠的检测：刚形成的凝胶珠应在氯化钙溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格可以使用下列方法：一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，且没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功；二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的,。,归纳总结,课堂小结,包埋法,物理吸附法,化学结合法,包埋法,