高中生物 专题四 课题3 酵母细胞的固定化课件 新人教版选修1

专题专题4酶的研究与应用酶的研究与应用 课题课题3酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化 栏目链接栏目链接我们知道，酶是生物催化剂，能改变化学反应速我们知道，酶是生物催化剂，能改变化学反应速度，但反应前后酶的结构、性质并未改变。度，但反应前后酶的结构、性质并未改变。我们在使用加酶洗衣粉将衣服清洗干净的同时，我们在使用加酶洗衣粉将衣服清洗干净的同时，也将洗衣粉中的也将洗衣粉中的“有功之臣有功之臣”连同污水一块倒掉了，多连同污水一块倒掉了，多可惜啊！这也造成了一定程度上的污染和浪费。现在酵可惜啊！这也造成了一定程度上的污染和浪费。现在酵母细胞的固定化技术可使酶重复使用。母细胞的固定化技术可使酶重复使用。 栏目链接栏目链接请思考：请思考：1如何将酶进行固定化？如何将酶进行固定化？2固定化细胞的方法有几种？固定化细胞的方法有几种？ 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接(1)能将葡萄糖转化成果糖的酶是能将葡萄糖转化成果糖的酶是_。(2)固定化酶技术使用的反应柱上的孔应满足酶颗固定化酶技术使用的反应柱上的孔应满足酶颗粒粒_通过，反应溶液通过，反应溶液_通过，若反应物颗粒过通过，若反应物颗粒过大则不能用此法。大则不能用此法。一、固定化酶的应用实例一、固定化酶的应用实例 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 无法无法 自由自由 栏目链接栏目链接二、固定化细胞技术二、固定化细胞技术(1)固定化酶和固定化细胞是利用固定化酶和固定化细胞是利用_或或_方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括_、_和和_。其中细胞多采。其中细胞多采用用_固定化。固定化。(2)包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋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。常用的载体有在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有_、_、_、醋酸纤维素和聚丙烯酰、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。胺等。 物理物理 化学化学 包埋法包埋法 化学结合法化学结合法 物理吸附法物理吸附法 包埋法包埋法 明胶明胶 琼脂糖琼脂糖 海藻酸钠海藻酸钠 栏目链接栏目链接三、实验操作三、实验操作1制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞(1)酵母细胞的活化：向干酵母中加入酵母细胞的活化：向干酵母中加入_，搅拌混匀。搅拌混匀。(2)配制配制CaCl2溶液：向无水溶液：向无水_加入蒸馏水，加入蒸馏水，充分溶解。充分溶解。(3)配制海藻酸钠溶液：酒精灯加热时要用配制海藻酸钠溶液：酒精灯加热时要用_或或_，且边加热边，且边加热边_，直至完全溶化，最，直至完全溶化，最后用蒸馏水定容。后用蒸馏水定容。 蒸馏水蒸馏水 CaCl2 小火小火 间断加热间断加热 搅拌搅拌 栏目链接栏目链接(4)海藻酸钠溶液与海藻酸钠溶液与_混合。混合。(5)固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢将上述混合固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢将上述混合液滴加到液滴加到_中，形成凝胶珠，并在中，形成凝胶珠，并在CaCl2溶溶液中浸泡。液中浸泡。 酵母细胞酵母细胞 CaCl2溶液溶液 栏目链接栏目链接2用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵将固定好的酵母细胞将固定好的酵母细胞(凝胶珠凝胶珠)加入用于发酵的加入用于发酵的_溶液后，发现有溶液后，发现有_产生，同时有产生，同时有_味散发味散发。 葡萄糖葡萄糖 气泡气泡 酒酒 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接一、固定化酶和固定化细胞的方法一、固定化酶和固定化细胞的方法(1)包埋法包埋法(A、B图图)：是指将酶包裹在多孔的载体：是指将酶包裹在多孔的载体中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，中，如将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在醋酸纤维素等半透性高分子膜中。或包裹在醋酸纤维素等半透性高分子膜中。(2)化学结合法化学结合法(C图图)：将酶分子相互结合，或将：将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖等载体上的固定方式。其结合到纤维素、琼脂糖等载体上的固定方式。(3)物理吸附法物理吸附法(D图图)：指将酶吸附到固体吸附剂：指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法，固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。表面的方法，固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例例1试分析下图中哪一种与用海藻酸钠作载体试分析下图中哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似？制备的固定化酵母细胞相似？() 栏目链接栏目链接解析：解析：A、B选项适合于酶的固定化，选项适合于酶的固定化，C选项既用选项既用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用于酶固定，也可用于细胞固定。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与中，所以与D选项相似。选项相似。答案：答案：D 栏目链接栏目链接变式变式训练训练1相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响较小，根本原因是影响较小，根本原因是()A避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程B固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用C催化反应结束后，能被吸收和重复利用催化反应结束后，能被吸收和重复利用D细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用中有效地发挥作用 栏目链接栏目链接变式变式训练训练解析：解析：固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为固定化细胞维持了细胞结构的完整性，为酶充分地发挥作用提供了稳定的内环境。酶充分地发挥作用提供了稳定的内环境。答案：答案：D 栏目链接栏目链接二、固定化酵母细胞的制备与应用二、固定化酵母细胞的制备与应用1固定化酵母细胞的制备固定化酵母细胞的制备 (1)酵母细胞的活化：在缺水的状态下，微生物酵母细胞的活化：在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。重新恢复正常的生活状态。 (2)配制配制CaCl2溶液：溶液：0.83 g无水无水CaCl2150 mL蒸馏水蒸馏水200 mL烧杯烧杯溶解备用。溶解备用。 (3)配制海藻酸钠溶液：配制海藻酸钠溶液：0.7 g海藻酸钠海藻酸钠10 mL水水50 mL烧杯烧杯酒精灯小火酒精灯小火(或间断或间断)加热，并不断搅加热，并不断搅拌，使之溶化拌，使之溶化蒸馏水定容到蒸馏水定容到10 mL。 栏目链接栏目链接 (4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：将溶化好的海海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，充分藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌后吸入到注射器中。搅拌后吸入到注射器中。 (5)固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢地将注射器固定化酵母细胞：以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝胶珠。溶液中，形成凝胶珠。2用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵 (1)冲洗：将固定好的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲冲洗：将固定好的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗洗23次，刚形成的凝胶珠应在次，刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡30 min左右，形成稳定结构左右，形成稳定结构。 (2)发酵：发酵：150 mL质量分数为质量分数为10%葡萄糖溶液固葡萄糖溶液固定化酵母细胞定化酵母细胞200 mL锥形瓶锥形瓶密封密封25 下发酵下发酵24 h。 栏目链接栏目链接 制备固定化酵母细胞的易错提醒制备固定化酵母细胞的易错提醒CaCl2要称量准确，不能用自来水配制溶液，防要称量准确，不能用自来水配制溶液，防止自来水中各种离子影响实验效果，应用蒸馏水。止自来水中各种离子影响实验效果，应用蒸馏水。加入活化酵母细胞时，海藻酸钠溶液必须冷却至加入活化酵母细胞时，海藻酸钠溶液必须冷却至室温，以免温度过高而杀死酵母菌。室温，以免温度过高而杀死酵母菌。制备过程严格要求无菌操作，防止微生物污染。制备过程严格要求无菌操作，防止微生物污染。特特 别别提提 醒醒 栏目链接栏目链接海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量，如海藻酸钠溶液的浓度涉及固定化细胞的质量，如果海藻酸钠浓度过高，很难形成凝胶珠；如果浓度过果海藻酸钠浓度过高，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就少，影低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目就少，影响实验效果。响实验效果。特特 别别提提 醒醒 栏目链接栏目链接三、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的比较三、直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的比较直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化固定化细胞细胞酶的种数酶的种数 一种或几种一种或几种一种一种一系列一系列酶酶制作方法制作方法无无化学结合固定化、物化学结合固定化、物理吸附固定化理吸附固定化包埋法包埋法固定固定化化是否需要是否需要营养物质营养物质否否否否是是催化反应催化反应 单一或多种单一或多种单一单一一系列一系列 栏目链接栏目链接(续表续表)反应物质反应物质各种物质各种物质(大大分子、小分分子、小分子子)各种物质各种物质(大大分子、小分分子、小分子子)小分子物质小分子物质缺点缺点对环境条件对环境条件非常敏感，非常敏感，易失活易失活难难回收、成本回收、成本高、影响产高、影响产品质量品质量催化化学反应催化化学反应比较单一比较单一反应物不易反应物不易与酶接触，与酶接触，尤其是大尤其是大分子物质，分子物质，反应效率反应效率下降下降优点优点催化效率高、催化效率高、低耗能、低低耗能、低污染污染既能与反应既能与反应物接触，又物接触，又能与产物分能与产物分离离可以反复利可以反复利用用成本低、操成本低、操作容易，作容易，使用时间使用时间长长 栏目链接栏目链接例例2下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是()配制配制CaCl2溶液溶液海藻酸钠溶化海藻酸钠溶化海藻酸钠与海藻酸钠与酵母细胞混合酵母细胞混合酵母细胞活化酵母细胞活化固定化酵母细胞固定化酵母细胞A BC D 栏目链接栏目链接解析：解析：制备固定化酵母细胞的基本步骤是：酵母细制备固定化酵母细胞的基本步骤是：酵母细胞的活化胞的活化配制物质的量浓度为配制物质的量浓度为0.05 mol/L的的CaCl2溶溶液液配制海藻酸钠溶液配制海藻酸钠溶液与酵母细胞混合与酵母细胞混合固定化酵固定化酵母细胞。母细胞。答案：答案：D 栏目链接栏目链接2下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是下列有关固定化酵母细胞制备步骤不恰当的是()A应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化化B配置海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法配置海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法C向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵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母细胞，充分搅拌并混合均匀D将酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入将酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶溶液中，会观察到液中，会观察到CaCl2溶液中有球形的凝胶珠形成溶液中有球形的凝胶珠形成变变 式式训训 练练 栏目链接栏目链接解析：解析：将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，方可将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，方可加入已活化的酵母细胞。加入已活化的酵母细胞。答案：答案：C变变 式式训训 练练 栏目链接栏目链接