2019-2020年高中生物第三章酶的制备及活力测第四节酶的固定化学案中图版选修.doc

2019-2020年高中生物第三章酶的制备及活力测第四节酶的固定化学案中图版选修1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。2尝试制备固定化大肠杆菌细胞。一、酶的固定化1固定化酶概念：通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与不溶性的载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行催化反应，这样制成的酶称为固定化酶。2酶的固定化方法共价键结合法：将酶通过化学反应以共价键结合到尼龙等载体上。包埋法：将酶均匀包埋在琼脂糖凝胶等多孔性的凝胶中的固定化方法。3固定化酶的特点活性稳定，可以反复使用多次。在生产中，固定化酶能与反应液相互分开，不与产品混合，制品较易纯化，在大规模生产时所需工艺设备简单易行。4固定化酶的实例：木瓜蛋白酶的固定化（1）酶的固定化。在啤酒生产过程中，刚酿制的啤酒往往含有少量的蛋白质而显得浑浊。加入木瓜蛋白酶，可以使蛋白质水解成氨基酸，供酵母菌增殖所需，从而缩短发酵时间，提高啤酒产量，使酒质澄清醇和。将尼龙布浸入等体积的CaCl2溶液和甲醇溶液中，室温下放置10 s左右，并轻轻搅拌至尼龙布发黏。取出后用水冲洗，并用吸水纸吸干。将尼龙布放入盐酸中，室温下水解，用蒸馏水洗至pH中性。再将尼龙布放入戊二醛溶液中，室温下浸泡20 min。取出后用磷酸缓冲液（pH7.8）反复洗涤，洗去多余的戊二醛，吸干后立即放入木瓜蛋白酶溶液中，4 下固定3.5 h。取出尼龙布后用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶，即得到尼龙固定化酶。为防止改变酶的电荷，操作过程中不能使用金属镊子。（2）检验酶的活性。（3）酶的再利用。二、细胞的固定化1细胞固定化技术利用适当的载体将合成酶的细胞固定起来。固定化细胞比固定化酶更简捷，使用寿命更长。2大肠杆菌细胞的固定化可以用液体培养基培养大肠杆菌，取菌液加入生理盐水和琼脂，搅拌均匀，待琼脂凝胶凝固后，切成小块，用生理盐水和蒸馏水洗净，即得到固定化的大肠杆菌细胞。1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固定化酶固定化细胞酶的种类一种或几种一种一系列酶常用载体高岭土、皂土、硅胶、凝胶明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺制作方法共价键结合法、物理吸附法包埋法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、低污染等酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用成本低，操作更简捷不足对强酸、强碱、高温和有机溶剂等环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，尤其是大分子物质，可能导致反应效率下降等对固定化酶的作用影响较小的固定方法是物理吸附法。2固定化微生物细胞利用微生物来生产酶具有生产成本低、周期短、产量大等优点。微生物产生的酶，可以分为分泌在细胞外的胞外酶和包含在细胞内的胞内酶。利用胞内酶时，需要采用手段将细胞破碎后，将酶进行分离纯化，提取后酶的活性和稳定性往往都受到很大的影响。将微生物细胞限制或定位于特定空间位置，即将微生物制成固定化细胞后，既能避免复杂的细胞破碎、酶的提取和纯化过程，又能使酶的活性和稳定性得到较大提高。固定后的微生物细胞可以作为固体催化剂在多步酶促反应中发挥连续催化作用，同时，催化反应结束后又能被回收和重复利用。例如，人们将含有青霉素酰化酶的大肠杆菌细胞进行固定化，用于大规模地生产青霉素母核（青霉素的主体化学结构部分，即6氨基青霉烷酸），然后再对青霉素母核的侧链进行化学修饰，可以生产半合成青霉素，如氨苄青霉素。题型一 固定化酶技术及其应用价值【例题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的技术解析：固定化酶是利用物理或化学的方法将酶固定在一定空间内的技术，其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用，不足是无法同时催化一系列酶促反应。答案：D反思领悟：固定过程中，固定的是酶，而不是反应物。题型二 酶或细胞固定化的方法【例题2】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（）。解析：A、B选项适合于酶的固定化，C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D选项相似。答案：D反思领悟：固定化酶和固定化细胞通常采用包埋法、共价键结合法和物理吸附法。用海藻酸钠作载体制备的是固定化酵母细胞。1 下列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固定化酶生物活性强，可长久使用B一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高C一般酶制剂参加反应后不能重复利用D固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量解析：固定化酶与普通酶制剂相比，在活性上没有多大差别，固定化酶的成分也是蛋白质，蛋白质经过一定的时间后会变性失活，所以固定化酶一般能使用半年，不可能长久使用。答案：A2 固定化酶技术常采用（）。A包埋法B共价键结合法和物理吸附法固定化C活化法D微囊化法解析：酶的体积较小，容易从包埋材料中漏出来，所以一般采用共价键结合法和物理吸附法固定化。答案：B3 关于固定化酶中的酶说法正确的是（）。A酶的种类多样，可催化一系列的酶促反应B酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用 C酶作为催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去D固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点解析：一种载体只能固定化一种酶，一种固定化酶只能催化一种酶促反应；固定化酶可反复利用，但不能永远利用下去；固定化酶保持了一般酶的特性。答案：B4 （xx江苏高考改编）下图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，下列叙述不正确的是（）。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装置中解析：刚溶化的海藻酸钠应冷却后再与酵母菌混合，否则温度过高会导致酵母菌死亡。答案：A