《酵母细胞的固定化》教案 (2)

1 酵母细胞的固定化

【重难点突破】

一、如何理解固定化酶的作用和原理？

1．酶的催化活性依赖于酶的空间结构及活性中心。所以在固定化要选择适当条件，力图不使其活性中心的基团受到影响。

2．酶固定化的方法很多，目前采用的固定化技术大致可分为三类：载体结合法(包括共价键结合法、离子结合法、物理吸附法)、交联法和包埋法。上述几种方法也可并用，称为混合法。

(1)载体结合法：利用共价键、离子键和物理吸附法把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃和离子交换树脂等载体的固定化处。

(2)交联法：交联法是利用双功能试剂的作用，在酶分子之间发生交联，凝集成网状结构而制成的固定化酶。酶蛋白中的游离基团(如氨基、巯基等)可参与交联反应。

(3)包埋法：包埋法是将酶包埋在聚合物凝胶的微细网络中或被半透性的聚合物膜所包围，使酶分子不能从凝胶的网络中或膜中漏出，而小分子的底物和产物则可以自由通过凝胶网格和半透膜。

3．固定化酶应用实例

将葡萄糖异化酶固定在果颗状载体上→放入底部有许多小孔的反应柱(酶颗粒不能通过，反应液能通过)→葡萄糖溶液从反应柱上端注入→流经反应柱→与葡萄糖异构酶接触→果糖从反应柱下端流出。

4.对固定化酶的理解：可以使反应过程管道化、自动化，产物易从反应液中回收；酶的稳定性有所改进；酶的使用效率提高。

【典题演示1】

1. (2010苏南四市一模)固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量。下图甲、乙、丙为部分研究结果。下列有关叙述中，错误的是

2

A．由甲图可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强

B．由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好

C．由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降

D．固定化酶的酶活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积

酵母细胞的固定化技术

学习目标：

1.简述固定化酶、固定化细胞的应用、原理和意义；

2.说出制备固定化酶、固定化细胞的一般方法；

3.尝试用包埋法制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行发酵。

课前导学：

一、固定化酶技术的应用

1．固定化酶：是指用物理学或化学的方法将___________与_______________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主要有：______________、交联法、______________等。

二、固定化细胞技术

1．固定化细胞：通过各种方法将________与_________结合，使细胞仍保持原有的生物活性。

2. 固定化细胞的方法：吸附法和 两大类。

3．直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点比较

类 型 优 点 不 足

直接使用酶 催化效率高，低耗能、低污染等。 对环境条件非常敏感，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，不易分离，可能影响产品质量。

固定化酶 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。 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的。

固定化细胞 成本低，操作更容易。 固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。

三、实验操作程序

(一)制备固定化酵母细胞

1．活化酵母细胞：活化就是处于________状态的微生物重新恢复正常的生活状态。

2．配制CaCl2溶液：

3．配制海藻酸钠溶液：溶解海藻酸钠，最好采用酒精灯 的方法，直至海藻酸钠完全融化。如果加热太快，海藻酸钠会发生 。

4．海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合：一定要将溶化好的海藻酸钠溶液________，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器。

酵母细胞的固定化

一、研究背景

酶是生物细胞产生的具有催化作用的一种有机物，对于细胞的代谢极其重要。同学们知道，理论上催化剂在反应前后物质的质量等均不改变，那么酶应该可以为人们所反复利用。而实际上，大多数情况下，人们发现：

1、酶对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感；

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、反应后的酶混在产物中，可能影响产品质量。

怎样解决这样的问题呢？

二、设想

将酶固定在不溶于水的载体中，使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反复利用。

三、实际操作

1、固定化细胞技术：

a、概念： 固定化酶和固定化细胞技术是医用物理或化学技术将酶或细胞固定在一定空间的技术

b、操作方法：

包埋法：适合固定化细胞，酶分子太小；

常用的包埋材料为：琼脂糖，醋酸纤维素，聚丙烯酰胺，明胶和海藻酸钠。

物理吸附法和化学结合法

c、特点：

固定化酶技术优点：既能与反应物接触，又能与产物分离，可反复利用；

固定化酶技术不足：只能催化一类反应；

固定化细胞技术优点：能催化一系列反应，成本低，操作容易

固定化细胞技术不足：与反应物不容易接触，可能导致催化效率下降

2、酵母细胞的固定化操作 a 酵母细胞的活化：称取1g干酵母，置于50ml小烧杯中，加10ml水，搅拌均匀，放置1h，活化

b 配置物质的量浓度为0.05mol/l的CaCl2溶液：称取0.83g无水CaCl，置于200ml小烧杯中，加入150ml水，充分溶解备用；

c 配置海藻酸钠溶液：取0.7g海藻酸钠置于50ml小烧杯中，加入10ml水，用酒精灯小火或间断加热，并充分搅拌，反复几次，直至海藻酸钠溶化，并定容至10ml（保证海藻酸钠溶液浓度：过高，很难形成凝胶珠；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。）

学习好资料 欢迎下载

课题３ 酵母细胞的固定化

［课题目标］：

1、 了解固定化酶和固定化细胞的作用和原理。

2、尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。

［课题重点］：

制备固定化酵母细胞

［课题难点］：

制备固定化酵母细胞

［学习过程］：

活动一：了解制备固定化酵母细胞的基本过程。

认真观看“制备固定化酵母细胞”的录象，总结实验的操作步骤。

活动二：学生制备固定化酵母细胞

1.酵母菌的活化：1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。

2.配制CaCl2溶液：0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。

3.配制海藻酸钠溶液：0.7g海藻酸＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL(要补1mL左右的水)。

4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合：冷却至室温，加入活化酵母细胞液，搅拌

5.固定化酵母细胞：推注射器时，速度要恒定、缓慢。

活动三：展示，评比所制作的凝胶珠。

通过实物投影仪展示自己制作的凝胶珠，比较凝胶珠的形状，颜色和多少。

活动四：总结、讨论、交流实验中的成败得失

1、凝胶珠质量从外型看哪种好？请展示你所做的凝胶珠，并作自我评价。

2.本实验中固定酵母细胞的技术所用的方法是哪一种？其中海藻酸钠的作用和特点是什么？

3.如果配置的海藻酸钠溶液的浓度过高或过低，会对实验结果产生什么影响？

4.你在实验中遇到的困难是什么？怎么解决的？

［课堂反馈］

1、 与固定化酶相比，固定化细胞的优点是 （ ）

A催化效率高，低耗能，低污染 B 既能与反应物接触，又容易与产物分离

C 可以反复利用 D成本低，操作更容易

2、固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化，其原因是（ ）