4、 制备和应用固定化酶 【学习目标】 1. 简述固定化酶的作用 和原理。 2. 说出 酶固定化的方法 3. 尝试用 包埋法制备固定化酵母细胞 4. 探讨固定化酶的应用 价值。 【考纲要求】 酵母细胞的固定化技术: B 级 【基础回顾】 一、 基础知识 1、 固定化酶: 利用物理或化学的方法将酶与 结合在一起形成的仍具有 的酶复合物。 常用方法: 包括 、 和 法。 2、 固定化细胞是通过各种方法将细胞与一定载体结合, 是细胞仍具有原有的生物活性的技术。 3、 包埋法固定化细胞是指将微生物细胞均匀地包埋在 的 性载体中。 常用的载体有 等。 二、 实验操作 1、 制备固定化酵母细胞: 包括步骤为① , ② , ③ , ④ , ⑤ 。 2、 用固定化酵母细胞发酵: ①将固定好的酵母细胞(凝胶珠) 用 冲洗 2-3次, ②将 10%的葡萄糖溶液加入锥形瓶中, 再加入固定好的酵母细胞, 置于 ℃下发酵 24h。 【共同探究】 一、 基础知识 1、 固定化酶的概念: 优缺点 。 【思考题 1 】 下列属于固定化酶在利用时特点的是 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 2、 固定化细胞技术 一般来说, 酶更适合采用 和 法固定, 而细胞多采用 法固定化。 这是因为细胞个大, 而酶分子很小; 个大的难以被 或 , 而个小的酶容易从 中漏出。 从操作的角度考虑, 固定化酶和固定化细胞两种技术中, 更为容易的是 ,对酶活性影响更小的是 。 固定化细胞固定的是 (一种或一系列) 酶。如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应, 应选择 技术。 如果反应物是大分子, 应该采用 技术。 二、 实验操作 1、 制备固定化酵母细胞: 酵母细胞的活化→配制 CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。 【思考题 2】 实验操作步骤中最重要的一环是哪一步? 如操作不当后果如何? 应如何操作? 配制海藻酸钠溶液中 加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环。 海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。 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母细胞的数目 少, 影响实验效果。 加热溶解海藻酸钠时, 最好采用小火间断加热的方法。 【思考题 3】 下列有关制备固定化酵母细胞叙述错误的是 A. 在向溶化好的海藻酸钠溶液中加入的必须是已活化的酵母细胞 B. 溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温, 才能加入细胞 C. 溶解海藻酸钠, 最好采用小火, 或者持续加热的方法 D. 在固定化酵母过程中, 要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中 2、 用固定化酵母细胞发酵 【思考题 4】 (10 江苏卷) 右图 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 三、 结果分析 【思考题 5】 制作的凝胶珠的颜色和形状如何? 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。 【思考题 6】 发酵的葡萄糖溶液状态如何? 利用固定的酵母细胞发酵产生酒精, 可以看到产生了 很多气泡, 同时会闻到酒味。 【思考题 7】 是否可以利用固定化细胞发酵果酒和果醋? 【思考题 8】 固定化酶和固定化细胞是否可以长期使用? 为什么? 【思考题 9】 直接使用酶、 使用固定化酶和使用固定化细胞催化反应, 各有哪些优点和不足? 请填写下列表格中的相关内容 类型 优点 不足 直接使用酶 固定化酶 固定化细胞 【思考题 1 0】 请根据上述过程回答下列问题 (1) 酵母菌活化就是 状态。 活化前应选择足够大的容器, 因为酵母细胞活化时 。 (2) 影响此实验成败的关键步骤是 。 此步的操作应采用 。 (3) CaCl 2溶液在形成凝胶珠时的作用原理是 。 观 察形 成 的 凝胶珠颜色 和 形 状: 如果颜色 过浅, 说明 ; 如果形成的凝胶珠不是 形, 说明实验操作失败。 (4) 在工业生产中, 细胞的固定化是在严格 的条件下进行的。 【课堂巩固】 1. 下列关于固定化酶的说法正确的是 A. 酶被固定在不溶于水的载体上, 可反复利用 B. 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 C. 酶由于被固定在载体上, 所以丧失了其高效性和专一性 D. 被固定化的酶其活性部位完整, 所以不受高温、 强碱、 强酸等条件影响 2. (09 江苏) 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 3. 右图是应用固定化酵母进行葡萄糖发酵的装置, 下列说法中不正确的是 A. 为使固定化酵母可以反复使用, 实验过程一定要在无菌条件下进行 B. 加入反应液后应保持活塞 1 始终打开, 活塞 2 则必须关闭 C. 装置的长导管主要是为了 释放 CO2并防止杂菌进入反应柱 D. 加入反应液的浓度不能过高以免酵母细胞因失水过多而死亡 4. 用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生, 原因不可能是 A. 试验瓶盖了塞子 B. 瓶内氧气充足, 进行了有氧呼吸 C. 固定化酵母细胞内可能没有酵母细胞 D. 所谓的葡萄糖溶液可能是其他物质 5. 下列有关制备固定化酵母细胞的说法正确的有(多) A. 可根据凝胶珠的颜色和形状检测凝胶珠的质量 B. 酵母细胞更适合采用物理吸附法固定 C. 海藻酸钠溶化可采用间断加热或小火加热的方法 D. 要将酵母细胞活化处理 6、 某一实验小组的同学, 欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验, 实验材料及用具齐全。 (1) 酵母细胞的固定采用的方法是 。 (2) 该实验小组的同学制备固定化酵母细胞的过程为: ( ) 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溶解在自来水中, 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. 将与酵母混匀的海藻酸钠液注入蒸馏水中, 观察凝胶珠形成 请你改正其中错误的操作: (写出 4 点) ① ; ② ; ③ ; ④ 。 (3) 该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵: ①请指出标号为 a、 b 的名称: a , b 。 ②从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是: ③为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用, 实验过程一定要在 条件下进行。 (4)实验过程中, 可能会观察到的现象: 。 7、 酵母菌的生长周期短, 增殖速度快, 是良好的实验材料。 回答下列有关问题: (1) 在利用酵母菌判断细胞死活的实验中, 被台盼蓝染液染成蓝色的是 的酵母菌细胞。 (2) 在探究“培养液中酵母菌种群数量变化” 的实验中, 需使用 在显微镜下对酵母菌细胞进行直接计数。 向装有 10mL 培养液的试管中接种少量酵母菌菌种, 在适宜条件下培养一段时间, 酵母菌种群数量(Y) 随时间(X) 的变化情况最可能是 。 (3) 在果酒的工业制作过程中, 接种完成后要先向发酵罐中通入一段时间的无菌空气后再密封, 这样做的 目 的 是 。 酵母菌利 用 葡萄糖发酵产 生酒精的 反应式是 。 果汁发酵后是否有酒精产生, 可以用 试剂来检验,在果酒酿造过程中, 如果果汁灭菌不严格, 含有醋酸杆菌 , 在酒精发酵旺盛时, 醋酸杆菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸? 。 (4) 在酵母 细 胞 的 固 定 化 实 验 中 , 将 干酵 母 放入 中 , 使 其活 化 , 常 用 作载体包埋酵母细胞。 8、 固定化酶、 固定化细胞技术已被广泛应用于食品、 化工、 医药等各个领域, 大大减低了成本,有利于产品的纯化。 如麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中, 啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇。 (1) 固定化酶的方法主要有 。 (2) 某研究性学习小组通过实验验证固定化酵母细胞能发酵产生啤酒, 发酵条件符合操作要求, 但 10 天后检查发酵瓶却发现几乎无酒味, 请帮助分析发酵失败的可能的原因: 。 (3) 该小组同学用琼脂作载体, 用包埋法固定α -淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。 实验 步骤与结果如下: (注: 加入试管中的固定化淀粉酶量与普通α -淀粉酶量相同) 1 号试管 2 号试管 固定化淀粉酶 √ 普通α -淀粉酶 √ 淀粉溶液 √ √ 600C 水温 5 分钟, 取出冷却至室温, 滴加碘液 现象 变蓝 不变蓝 ①该实验设计体现了 原则。 ②分析 1 号试管实验结果产生的原因 。