人教版生物选修一专题4课题3：酵母细胞的固定化导学案设计答案不全

课题4 酵母细胞的固定化

【知识回顾】一、基础知识

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。

设想：

固定化酶：优点

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.

设想：

固定化细胞：优点

二、固定化酶的应用实例

高果糖浆是指

能将葡萄糖转化为果糖的酶是 。使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种 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 。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 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、 和 法。

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；个大的细胞难以被 或 ，而个小的酶容易从 中漏出。

包埋法法固定化细胞即将微生物细胞 包埋在不溶于水的 中。常用的载体有 、 、 、 和 等。

四、实验操作

(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

1.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。

2.配制物质的量尝试为0.05mol/L的CaCl2溶液

3.配制海藻酸钠溶液

加热溶化海藻酸钠时要注意：

4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合

5.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 (时间)。

(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.发酵时的温度就为 ，时间 。

五、结果分析与评价

（一）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 ；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明 ，制作失败，需要再作尝试。

（二）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

补充：直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点：

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，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。

注意事项

1.配制海藻酸钠溶液：小火、间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。

2.海藻酸钠溶液与酶母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡

3.制备固定化酵母细胞：高度适宜，并匀速滴入

4．刚形成的凝胶珠应在CaCL2溶液中浸泡一段时间，以便Ca2+与Na+充分交换，形成的凝胶珠稳定。检验凝胶珠是否形成，可用下列方法：用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果不容易破裂，没有液体流出就表明成功地制成了凝胶珠，还可以用手将凝胶珠在实验桌上用力摔打，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的。

5．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。

【典例解析】

1．酶和细胞分别适应哪种固定方法？

【课堂练习】

1．下列关于固定化酶中用到的反应柱的理解中。正确的是 ( )

A．反应物和酶均可自由通过反应柱 B．反应物和酶均不能通过反应柱

C．反应物能通过，酶不能通过 D．反应物不能通过，酶能够通过

2.如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制( )。

A．直接使用酶 B．使用化学方法结合的酶

C．使用固定化细胞 D．使用物理吸附法固定的酶

3．固定化细胞常用包埋法固定，原因是( )

A．包埋法固定操作最简便 B．包埋法对酶活性的影响最小

C．包埋法固定具有普遍性 D．细胞体积大，难以被吸附或结合

4．下列不属于固定化酶在利用时的特点的是 ( )

A．一种固定化酶一般不能催化一系列酶促反应B．有利于酶与产物分离，提高产物品质

C．能自由出入依附的载体D．酶是催化剂，但固定化酶也不可永远利用

5.固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是( )。

A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用

C．促化反应结束后，能被吸收和重复利用

D．细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用

6．下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法中，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．一般酶制剂只能一次性利用 D．固定化酶可降低生产成本，提高产量和和质量

7、 使用固定化酶的优点是 ( )

A．有利于增加酶的活性 B．有利于产物的纯化

C．有利于提高反应速度 D．有利于酶发挥作用

8.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是( )。

A． 酶分子很小，易采用包埋法

B．酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶

C．细胞个大，难被吸附或结合 D．细胞易采用包埋法固定

9．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是( )

A．琼脂糖 B．醋酸纤维素 C．聚丙烯酰胺 D聚乙烯树脂

10．下列关于固定化细胞的叙述，正确的是 ( )

A．催化效率高，低耗能、低污染 B．对环境的条件非常敏感，容易失活 C．既能与反应物充分接触，又能与产物分离 D．成本低、操作简单，但反应效率可能很低

11．溶解海藻酸钠，最好采用下列哪种加热的方法 ( )

A．小火间断 B．小火持续 C．大火间断 D．大火持续

12．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2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

13.下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：

(1)请请在横线上填出各标号名称.①________

②_________ ③_________。

(2) 与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点

是_____________________________________

和______________________

固定化细胞的优点是___________________________________。

(3)③的作用是___________________________________________________________。

（4）制作固定葡萄糖异构酶所用的方式有___________________或_________________________。

（5）据图说出反应柱的作用原理

。

14.下图是制备固定化酵母细胞实验步骤图解，请据图回答：

酵母细胞活化→配制CaCl2溶液→配置海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞

(1) 在_______________状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物恢复_________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_________。

(2) 影响实验成败的关键步骤是_______________ 。

(3) 如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞数目______。

（4）观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明

如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明 。

（5）制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？

1-5CCDCD6-10ABADD11A12C

15、答案：（1）反应柱； 固定化酶； 分布着小孔的筛板 （2）既能与反应物接触，又能与反应物分离； 能被反复利用； 成本更低，操作更容易 （3）酶颗粒无法通过筛板上的小孔，反应溶液可自由出入。（4）将酶相互连接起来；将酶吸附在载体表面上 （5）反应物溶液从反应柱上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到产物，从反应柱下端流出。