苏教版生物选修1第二节制备和应用固定化酶

制备和应用固定化酶【教学目标】1、知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题及固定化技术带来的巨大效益；2、知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤、会解释各种现象。

【教学重点、难点】固定化酶与固定化细胞的制备方法及优缺点【教学方法】教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

【教学手段】多媒体【课时安排】1课时【教学过程】温故知新，引出课题：（1）说一说：酶的概念、特性、影响酶活性的因素、应用（2）加酶洗衣粉中常用的酶制剂有哪些？这些酶能直接加入洗衣粉么？（3）在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，请你归纳使用酶制剂的优点？（4）酶制剂的使用有哪些缺陷？师生归纳，小结：酶制剂应用的缺陷：（1）通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；（2）溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；（3）反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。

提出问题：如果你是工程技术人员，你如何解决这些问题？合作探究，解决问题：资料探究1：在应用酶的过程中，人们发现了一些实际问题：酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，提高了生产成本；反应后的酶会混在产物中，可能影响影响产品质量。

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、不利于大规模使用。

因此，酶在大规模生产中，使酶能反复使用，是很有经济价值的课题。

固定化酶的使用，推动了酶在生产上的应用。

固定化酶，就是将酶分子结合在特定的支持物上且不影响酶的功能。

用于固定酶的底物有琼脂糖、丙烯酰胺、藻酸钠等。

固定化酶技术的应用，一是可循环反复使用酶制剂。

据报道，在某些情况下可使用上千次，极大地降低生产成本。

二是在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行。

三是稳定性能好等。

第二节制备和应用固定化酶(时间：30分钟满分：50分)考查知识点及角度难度及题号基础中档稍难固定化酶的制备及应用 5 6固定化细胞技术的应用1、2、3、4、5 7、8一、选择题(共5小题，每小题4分，共20分)1．下列关于固定化细胞技术的说法中，正确的是()。

A．物理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，对细胞无毒性C．物理吸附法容易对酶活性产生影响D．凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等解析固定化细胞的主要方法有物理吸附法和包埋法。

它们各有利弊，物理吸附法的主要优点是酶活性不受影响，但吸附过程相当复杂，这一过程与微生物细胞的性质、载体的性质以及两者之间的相互作用等有关，且吸附力较弱吸附不牢固，细胞容易脱落。

而包埋法操作简便，条件温和，对细胞无毒性，适合于生长细胞的固定化。

凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等。

答案 D2．在制备固定化酵母细胞的实验中，加入硼酸—氯化钙溶液的作用是()。

A．调节溶液pH B．进行离子交换C．胶体聚沉D．为酵母菌提供钙离子解析海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质溶液的作用下发生聚沉，形成凝胶珠，其作用机理是无机盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与凝集素之间的凝集反应。

在制备固定化酵母细胞的过程中，制备CaCl2溶液用的是无水CaCl2。

答案 C3．下面制备固定化酵母菌细胞的正确步骤是()。

①配制饱和硼酸—氯化钙溶液②制备海藻酸钠溶液③海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合④酵母菌细胞活化⑤固定化酵母菌细胞A．①②③④⑤B．④①③②⑤C．④⑤②①③D．④①②③⑤解析制备固定化酵母细胞应先加入蒸馏水进行酵母细胞活化，然后配制饱和硼酸-氯化钙溶液，再制备海藻酸钠—酵母细胞胶液，并将其以恒定的速度滴入预先盛有50 mL饱和硼酸—氯化钙溶液的烧杯中，同时搅拌令凝胶珠形成。

⾼中⽣物第三章酶的应⽤技术实践第⼆节固定化酶的制备和应⽤学案苏教版选修1第⼆节固定化酶的制备和应⽤学习导航明⽬标、知重点难点固定化酶和固定化细胞的应⽤。

(重点)固定化酶与固定化细胞的制备⽅法。

(难点)[学⽣⽤书P43]⼀、阅读教材P63分析固定化酶1．概念：是指⽤物理学或化学的⽅法将酶与固相载体结合在⼀起形成的仍具有酶活性的酶复合物。

2．优点：在催化反应中，它以固相状态作⽤于底物，反应完成后容易与⽔溶性反应物和产物分离，可被反复使⽤，且保持了酶的催化性能，可实现酶促反应的连续化和⾃动化。

3．制备固定化酶的常⽤⽅法⽬前，制备固定化酶的⽅法主要有物理吸附法、化学结合法、包埋法等。

⼆、阅读教材P64～65分析固定化细胞技术的应⽤1．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。

2．优点(1)固定化细胞技术⽆须进⾏酶的分离和纯化，减少了酶的活⼒损失，同时⼤⼤降低了⽣产成本。

(2)固定化细胞不仅可以作为单⼀的酶发挥作⽤，⽽且可以利⽤细胞中所含的复合酶系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，酶的稳定性更⾼。

(4)细胞⽣长停滞时间短，反应快等。

3．缺点(1)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。

(2)由于载体的影响，营养物质和产物的扩散受到⼀定限制。

(3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。

4．酵母菌细胞的固定化技术的主要流程准备各种实验药品和器材↓制备麦芽汁↓活化酵母菌细胞↓配制物质的量浓度为0.05 mol/L的氯化钙溶液↓制备固定化细胞↓浸泡凝胶珠，⽤蒸馏⽔洗涤↓发酵麦芽汁判⼀判(1)酶在催化时会发⽣变化，不可反复利⽤。

(×)(2)某种固定化酶的优势在于能催化⼀系列⽣化反应。

(×)(3)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作⽤。

(×)(4)制备固定化细胞的⽅法主要有包埋法、化学结合法和物理吸附法。

(×)连⼀连固定化酶技术[学⽣⽤书P44]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、不利于⼤规模使⽤。

第二节固定化酶的制备和应用[学习目标] 1.掌握制备固定化酶的常用方法。

(重点) 2.掌握酵母菌细胞的固定化技术。

(重难点)知识点一| 固定化酶技术1．固定化酶固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。

2．制备固定化酶的方法(1)物理吸附法的显著特点是工艺简便且条件温和，在生产实践中应用广泛。

(2)化学结合法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共价键，从而得到三维的交联网架结构。

(3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。

3．固定化酶的优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物，反应完成后容易与水溶性反应物和产物分离，可被反复使用。

[合作探讨]探讨1：对固定化酶的作用影响最小的固定方法是哪一种？提示：物理吸附法。

探讨2：为什么固定化酶不适合采用包埋法？提示：由于酶分子较小，容易在包埋材料中漏出，所以不适合采用包埋法固定化。

探讨3：如果反应物是大分子物质，应该采用哪种方法？提示：因为大分子物质不容易进入细胞内，应采用固定化酶技术。

[思维升华]1．制备固定化酶的常用方法可用下图所示2．常用的制备固定化酶的方法1．关于固定化酶中酶的说法，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B [固定化酶不能催化一系列酶促反应的进行；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，可以反复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活性会逐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。

]2．下列属于固定化酶应用特点的是( )①可以被反复利用②有利于酶与产物分离③能自由出入载体④一种固定化酶只催化一种酶促反应⑤酶多用包埋法固定化A．①②③B．③⑤C．①②④ D．①②⑤C [酶被固定化后可与产物分离，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。

固定化酶的制备和应用【学习目标】1．尝试制备和应用固定化酶、固定化细胞。

2．固定化酶、固定化细胞制备的优缺点和在生产中的应用。

【学习重难点】知识点一：固定化酶技术的应用1．固定化酶的概念：是指利用或的方法将酶与结合在一起形成的仍具有的酶复合物。

2．优点：在催化反应中，它以固相状态作用于底物反应完成后，容易与水溶性分离，可被。

3．制备固定化酶的方法主要有、、。

4．应用：广泛应用在人们的日常生活、医药、工业等方面。

如生产多种、的酶试纸。

知识点二：固定化细胞技术的应用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。

2．优点：固定化细胞仍能进行正常的、和，可以像游离的细胞一样用于发酵生产等。

由于保留了细胞内原有的，这对多步催化的优势就更加明显。

3．主要方法：和两大类。

知识点三：酵母菌细胞的固定化技术【学习过程】（一）制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞需要的材料是、和等。

1．制备麦芽汁：2．酵母菌的活化活化就是处于状态的微生物重新恢复正常的生活状态。

3．配制物质的量为0.05mol/L的CaCl溶液24．配制海藻酸钠溶液加热溶化海藻酸钠时要注意：。

5．海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合6．固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的溶液中，并浸泡。

（二）用固定化酵母细胞发酵1．将固定好的酵母细胞用冲洗2-3次。

2．发酵时的温度为，时间24h。

（三）结果分析与评价1．观察凝胶珠的颜色和形状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。

2．观察发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多，同时会闻到。

合作探究1．固定化细胞技术的缺点有哪些？2．加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？【课堂检测】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内的技术2．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。

《固定化酶的制备和应用》学案张建尚江苏省赣榆高级中学【情景导学】高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆。

作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、心血管病，对人类健康更有益。

右图是高果糖浆生产车间示意图，高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，但葡萄糖异构酶价格较高，且葡萄糖异构酶溶解于葡萄糖溶液后很难回收，不能再次利用，提高了生产成本。

那么，如何减少葡萄糖异构酶的使用量，降低生产成本呢？【重点和难点】固定化酶与固定化细胞的制备方法及优缺点。

【课前预习】1.固定化酶是指用①的方法将酶与②结合在一起形成的酶复合物。

其在催化反应中，以③作用于与底物，反应完成后，容易与④分离，可被⑤使用。

答案1.①物理学或化学②固相载体③固相状态④水溶性反应物和产物⑤反复2.物理吸附法是将酶固定在①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②，在生产实践中应用广泛；化学结合法是利用③进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成④，从而得到三维的交进行联网架结构；包埋法是将酶包埋在⑤中。

由于酶分子小，而细胞个体大，因此固定化酶常用⑥法，固定化细胞常采用⑦。

2.①纤维素、琼脂糖②工艺简便且条件温和③多功能试剂④共价键⑤能固化的载体⑥物理吸附法和化学结合法⑦包埋法3.固定化细胞技术无须进行酶的①，减少了酶的活力损失，同时大大降低了生产成本；利用细胞中所含的复合酶系可以完成②的催化反应；对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的③更高；细胞生长停滞④，反应快。

虽然具有许多优点，但也有缺点。

如，固定化细胞只能用于生产⑤和其他能够⑥的产物；由于载体的影响，⑦的扩散受到一定限制；尤其在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键的限制因素。

3.①分离和纯化②一系列③稳定性④时间短⑤细胞外酶⑥分泌到细胞外⑦营养物质和产物4.制备麦芽汁时，称取一定质量的干酵母，加入质量①倍的蒸馏水，在②℃下放置3~4h。

第二节制备和应用固定化酶
学习目标
1.知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题。

2.知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤，会解释各种现象。

学习重、难点
知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的应用原理，理解固定化细胞的具体步骤，会解释各种现象。

学习要点梳理
一、直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
特别提醒①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，应该为其提供一定的营养物质。

②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。

二、酵母菌细胞的固定化技术
1.实验流程的几点提醒：
（1）选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。

（2）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化液溢出。

（3）海藻酸钠溶液的配制是固定化细胞的关键，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母菌细胞的数量少，也会影响实验结果。

（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。

（5）将溶化后的聚乙烯醇—海藻酸钠溶液先冷却至45 ℃，再与预热至35 ℃的酵母菌培养液混合，避免高温杀死酵母菌细胞。

（6）固定化酵母菌细胞时，应将酵母菌—聚乙烯醇—海藻酸钠胶液用注射器以恒定速度缓慢滴入饱和硼酸—氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。

2.结果分析与评价：。

选修一：考点4:制备和应用酶的固定化技术【学习目标】1 •说出固定化酶概念和方法（A）2 •制备固定化酵母细胞（B）【知识梳理】（一）课题背景酶：优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。

实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。

V 设想：能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？固定化酶：优点 :容易与水溶性反应物和生成物分离，可被反复使用实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到的卄设想：细胞中有多种酶，能否用固定化酶类似的技术来处理细胞？固定化细胞：优点：成本低，操作更容易（二）、固定化酶的应用实例高果糖浆是指果糖含量为42%的糖浆能将葡萄糖转化为果糖的酶是葡萄糖异构酶。

使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板。

酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。

生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。

反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。

（三）、固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞是利用物理_____ 或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。

一般来说，酶更适合采用化学结合 ______________ 和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定化。

这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被化学结合或吸附，而个小的酶容易从包埋料中漏出。

包埋法固定化细胞即将微生物细胞均匀____ 包埋在不溶于水的多孔性载体中。

常用的载体有明 _ 胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。

〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？吸附法〖思考2〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（细胞）若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（酶）—。

高中生物 3.2固定化酶学案苏教版选修1【课标要求】尝试制备和应用固相酶。

【教学目标】1、说出直接使用酶的不足2、说出固定化酶的作用和原理。

3、说出固定化酶的优点和在生产实践中的应用。

【知识归纳】知识点一、固定化酶技术的应用（一）酶的不足随着酶在医药、食品、轻工、化工、环境保护和科学研究等方面的广泛应用，酶的一些不足之处也暴露出来：1、酶的稳定性较差：除了某些耐受高温的酶（如、）和耐受较低pH的等以外，大多数酶在、、和等外界因素的影响下，都容易变性失活。

2、酶一般都是在溶液中与底物反应，这样酶在反应系统中，与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有很高的活力，也。

增加了，难以。

3、反应结束后酶成为杂质与产物混在一起，无疑给产物的进一步分离纯化带来一定的困难。

（二）固定化酶技术1、概念：是指用的方法将酶与结合在一起形成的仍具有的酶复合物。

2、优点：在催化反应中，它以作用于底物，反应完成后，容易与水溶性反应物和产物，可被使用。

3、制备方法：（1）吸附法a、具体方法：利用离子键作用、物理吸附等方法将酶固定在载体上。

b、常用载体：纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃，离子交换树脂等。

c、显著特点：工艺简便且条件温和。

（2）交联法：也叫化学结合法a、具体方法：通过交联作用使酶与载体形成共价键将酶与载体结合在一起。

b、常用载体：多功能试剂。

c、交联结构：酶与载体的三维的交联网架结构。

（3）包埋法a、具体方法：将酶包埋在能固化的载体中。

b、常用载体：能固化的半透性高分子膜，如聚丙烯酰胺凝胶和硝酸纤维素等。

c、包埋结果：格子型或微胶囊型固定化酶。

【思考】对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？4、应用（知识海洋）（1）固定化酶在的生产中具有重要作用。

由于长期大量使用，特别是无节制的滥用，造成细菌产生，使的治疗效果明显下降。

为了解决细菌对产生的耐药性问题，除了努力寻找外，更有效的办法是，以克服细菌所产生的抗药性。

现在已经得到几种半合成青霉素，它们都能作用于耐药性菌株，是治疗很好的光谱抗生素。