苏教版教学教案32 制备和应用酶的固定化技术

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X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。

磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，．酵母细胞固定化的实验中，实验操作与目的不相符的是．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后，放置一段时间，使酵母细胞活化．将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液，轻轻搅拌，以免产生气泡酒精发酵的示意图，下列叙述正确的是(多选)．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溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠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中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了发明了固定化酶与固定化细胞技术。

，使用了下图中。

）某研究小组在制备固定化酵母细胞时，进行了如下操作：答案：(1)酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用多酶系统(或一系列酶、多种酶) (2)海藻酸钠③包埋法(3)CaCl2 海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近，高度不够)〖思考4〗加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？防止海藻酸钠焦糊〖思考5〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？防止高温杀死酵母细胞〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？酵母菌进行无氧呼吸产生的〖思考8〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作码？需要看一看：普通酶应用时有哪些缺点？答案：①容易失活，通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感。

②很难回收，不能被再次利用，提高生产成本。

③会影响产物的纯度，降低产品质量。

解析：用注射器滴加溶液时需要距离CaCl2溶液一定的距离，距离太远凝胶珠会出现“尾巴”，距离太近凝胶珠不会形成球形或椭球形。

答案：D解析：本题考查固定化细胞与固定化酶的优点和利用条件。

固定化细胞固定的是一系列酶，因此，在多步连续催化反应方面比固定化酶更有优势；酶属于非生物，因此利用时不必提供氧气、营养物质等；固定化酵母发酵液中葡萄糖等糖类，不仅是发酵作用的反应底物，也是酵母菌生长所需的碳源。

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。

《固定化酶的制备和应用》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够理解固定化酶的概念和基本原理。

（2）学生能够掌握常见的固定化酶的制备方法，如吸附法、共价结合法、交联法和包埋法等。

（3）学生能够了解固定化酶在工业、医疗、环保等领域的应用实例，并分析其优点和局限性。

2、过程与方法目标（1）通过实验操作和观察，培养学生的动手能力和实验观察能力。

（2）通过小组讨论和案例分析，培养学生的合作交流能力和解决实际问题的能力。

3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对生物科学的兴趣，培养学生的创新意识和探索精神。

（2）使学生认识到科学技术在生产生活中的重要作用，增强学生的社会责任感。

二、教学重难点1、教学重点（1）固定化酶的制备方法及其原理。

（2）固定化酶的应用实例和优势。

2、教学难点（1）不同固定化方法的特点和适用范围。

（2）如何根据实际需求选择合适的固定化酶制备方法。

三、教学方法1、讲授法讲解固定化酶的基本概念、原理、制备方法和应用，使学生对相关知识有初步的了解。

2、实验法组织学生进行简单的固定化酶实验，让学生亲身体验固定化酶的制备过程，加深对知识的理解。

3、讨论法引导学生对固定化酶的应用案例进行讨论，分析其优缺点，培养学生的思维能力和合作精神。

4、案例分析法通过实际案例的分析，让学生了解固定化酶在不同领域的应用，增强学生对知识的应用能力。

四、教学过程1、导入新课（5 分钟）通过展示一些酶在工业生产中的应用实例，如洗涤剂中的蛋白酶、果汁生产中的果胶酶等，引出酶在生产中的重要作用。

然后提出问题：“酶在使用过程中存在哪些问题？如何解决这些问题？”从而引入固定化酶的概念。

2、知识讲解（20 分钟）（1）固定化酶的概念和原理讲解固定化酶的定义，即通过物理或化学方法将酶固定在一定的空间内，使其在保持催化活性的同时，能够重复使用和易于与反应体系分离。

解释固定化酶的原理，如通过固定化可以增加酶的稳定性、提高酶的利用率等。

《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。

述果胶酶的作用
泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性的问题。

探究果胶酶的用
解果胶的一类酶的总称
RNA
．果胶酶是催化剂可改变反应速度
D.
．能正确说明酶特性的是………………( )
性
A B C D
．下图中，横轴表示酶的反应条件，纵轴表示酶的反应速率，能正确反映温度、
速率关系的是
．甲、乙、丙、丁 B．甲、甲、丙、丁 C．甲、丁、乙、丙 D．甲、甲、乙、丁
．在“探究果胶酶的用量”实验中，下列说法中，不正确的是（）
A．反应液的pH必须相同
B．底物浓度一定时，酶用量越大，滤出的果汁越多
速度关系的是
二、非选择题
．如图4—5所示，表示温度对酶的催化效率的影响。

请据图回答下列问题：
10 20 30 40 50温度(°
) (1)。

选修一: 考点4: 制备和应用酶固定化技术【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; 溶液中酶极难回收, 不能再次利用, 提升了生产成本; 反应后酶会混合在产物中, 如不除去, 会影响产品质量。

设想: 能否有一个方法使酶发挥它优点, 而没有这些缺点？固定化酶: 优点: 轻易与水溶性反应物和生成物分离, 可被反复使用实际问题: 一个酶只能催化一个化学反应, 而在生产实践中, 很多产物形成都是经过一系列酶促反应才能得到设想: 细胞中有多个酶, 能否用固定化酶类似技术来处理细胞？固定化细胞: 优点: 成本低, 操作更轻易（二）、固定化酶应用实例高果糖浆是指果糖含量为42%糖浆能将葡萄糖转化为果糖酶是葡萄糖异构酶。

使用固定化酶技术, 将这种酶固定在一个颗粒状载体上, 再将这些酶颗粒装到一个反应柱内, 柱子底端装上分布着很多小孔筛板。

酶颗粒无法经过筛板小孔, 而反应溶液却能够自由出入。

生产过程中, 将葡萄糖溶液从反应柱上端注入, 使葡萄糖溶液流过反应柱, 与接触, 转化结果糖, 从反应柱下端流出。

反应柱能连续使用六个月, 大大降低了生产成本, 提升了果糖产量和质量。

（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技术, 包含包埋法、化学结正当和物理吸附法。

通常来说, 酶更适合采取化学结正当和物理吸附法固定, 而细胞多采取包埋法固定化。

这是因为细胞个大, 而酶分子很小; 个大难以被化学结合或吸附, 而个小酶轻易从包埋料中漏出。

包埋法固定化细胞立即微生物细胞均匀包埋在不溶于水多孔性载体中。

常见载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。

〖思索1〗对固定酶作用影响较小固定方法是什么？吸附法〖思索2〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸发酵过程变为连续酶反应, 应该固定（细胞）; 若将蛋白质变成氨基酸, 应该固定（酶）。

3.2 制备和应用固定化酶教案（苏教版选修1）●课标要求1．结合酶固定化技术的相关介绍理解固定化酶的概念、特点及制备固定化酶的方法。

2．结合固定化细胞技术的相关介绍理解其方法、优点、缺点。

●课标解读1．掌握制备固定化酶的常用方法。

2．掌握酵母菌细胞的固定化技术。

●教学地位本节内容涉及固定化酶和固定化细胞的相关知识，特点是制备技术及相关的优缺点，是高考中的常考点。

●教法指导1．可利用实例分析固定化酶和固定化细胞技术。

2．可利用多媒体方法展示、酵母菌细胞固定化技术的操作流程。

●新课导入建议可利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例引入本课。

●教学流程设计学生课前预习：阅读教材P58－62，填写【课前自主导学】，完成“思考交流1、2”。

⇒步骤1：情景导课：以【新课导入建议】引出本节课题。

⇒步骤2：根据创设的情景，引出基因工程的概念，并通过【课堂互动探究】探究1分析、理解固定酶技术。

通过例1巩固、提高。

⇒步骤3：结合固定化酶技术的缺点过渡至酵母菌细胞的固定化技术的教学。

⇓步骤7：通过【当堂双基达标】进行当堂检测验收。

⇐步骤6：引导学生通过合作，整理本节重点、难点内容，利用【本课知识小结】进行总结，建立知识网络。

理解并记忆【结论语句】。

⇐步骤5：回扣基础知识，将检查、批阅【课前自主导学】时学生出错较多的部分进行强化，重点对【正误判断】部分进行辨析。

⇐步骤4：通过【课堂互动探究】探究2帮助学生认识酵母菌细胞固定化技术的操作流程。

利用例2验收、巩固。

1.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。

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。

2．制备固定化酶的方法(1)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)交联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。

《固定化酶的制备及应用》导学案一、学习目标1、了解固定化酶的概念和优点。

2、掌握固定化酶的制备方法。

3、熟悉固定化酶在生产和生活中的应用。

二、知识回顾在学习固定化酶之前，让我们先来回顾一下酶的相关知识。

酶是一种生物催化剂，具有高效性、专一性和温和性等特点。

酶能够在常温常压下，大大加快化学反应的速率，且反应前后自身的性质和数量不变。

然而，在实际应用中，游离态的酶存在着一些局限性，比如稳定性较差、难以回收利用、容易受到环境因素的影响等。

三、固定化酶的概念固定化酶是指通过物理或化学的方法，将酶束缚在一定的空间内，使其既能保持酶的催化活性，又能实现酶与反应体系的分离和回收。

四、固定化酶的优点1、稳定性提高固定化酶可以避免受到外界环境因素（如温度、pH 值、有机溶剂等）的影响，从而提高酶的稳定性，延长其使用寿命。

2、可重复使用固定化酶能够在反应结束后与反应产物分离，经过适当的处理后可以再次使用，降低了生产成本。

3、易于分离和纯化固定化酶与反应体系易于分离，有利于产物的分离和纯化，提高产品质量。

4、反应过程易于控制固定化酶可以控制反应的进程和方向，提高反应的选择性和转化率。

五、固定化酶的制备方法1、吸附法利用各种吸附剂（如活性炭、硅藻土、离子交换树脂等）将酶吸附在其表面而实现固定化。

优点：操作简便，条件温和。

缺点：酶与吸附剂的结合力较弱，容易在使用过程中脱落。

2、包埋法将酶包裹在高分子凝胶或半透膜中，从而实现固定化。

（1）凝胶包埋法常用的凝胶有琼脂、海藻酸钠、明胶等。

（2）微囊包埋法先将酶溶液分散在与水不相溶的有机溶剂中，再在表面形成半透膜，将酶包埋在微囊中。

优点：包埋法对酶的活性影响较小。

缺点：只适用于小分子底物和产物的酶促反应。

3、共价结合法通过酶分子上的官能团（如氨基、羧基、羟基等）与载体表面的活性基团发生共价键结合，从而实现固定化。

优点：酶与载体结合牢固，不易脱落。

缺点：反应条件苛刻，容易导致酶的活性降低。