2023學(xué)年高中生物選修一教學(xué)案：第二節(jié)

第 固定化酶的制備和應(yīng)用1定化細(xì)胞則常承受包埋法。2pH夕卜，還需要有機(jī)養(yǎng)分的供給。3適合于多種細(xì)胞的固定化。4.配制海藻酸鈉溶液應(yīng)小火加熱或連續(xù)加熱。545CI* 6鍵語(yǔ)利用，降低了本錢，又可使酶與產(chǎn)物分別，提咼了產(chǎn)品質(zhì)量。1解-教材知

層級(jí)比設(shè)計(jì)

對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P32固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)教材

玳繊F為基臥究恵鈾主學(xué)習(xí)”(1)

固定化酶：指用物理學(xué)或化學(xué)的方法將酶與固相載體結(jié)合在一起形成的仍具有酶活性的 物。(2)制備固定化酶的方法:

酶復(fù)合種類附法化學(xué)結(jié)合法包埋法

制備方法將酶吸附在纖維素、瓊脂糖等多糖類或多孔玻璃、離子交換樹脂等載體上利用多功能試劑進(jìn)展酶與載體之間的交聯(lián)，在酶和多功能試劑之間形成共價(jià)鍵，從而得到三維的交聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)造將酶包埋在能固化的載體中。常用的載體有聚丙烯酰胺凝膠和硝酸纖維素等反響物和產(chǎn)物分別，可被反復(fù)使用。?固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用：固定化細(xì)胞可以取代游離的細(xì)胞進(jìn)展發(fā)酵，生產(chǎn)各種物質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：①固定化細(xì)胞技術(shù)無須進(jìn)展酶的分別和純化，削減了酶的活力損失，同時(shí)大大降低了生產(chǎn)成 本。③對(duì)于活細(xì)胞來說，保持了酶的原始狀態(tài)，酶的穩(wěn)定性更高。④細(xì)胞生長(zhǎng)停滯時(shí)間短，反響快等。缺點(diǎn)：①固定化細(xì)胞只能用于生產(chǎn)細(xì)胞外酶和其他能夠分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物。②由于載體的影響，養(yǎng)分物質(zhì)和產(chǎn)物的集中受到肯定的限制。③在好氧性發(fā)酵中，溶解氧的傳遞和輸送成為關(guān)鍵的限制因素。抽問題 聯(lián)F7為鋪企突出嶺作畫流”?固定化酶和固定化細(xì)胞一般承受什么方法？為什么？提示：固定化酶常用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法。因酶分子小，易從包埋材料中漏出，故一般不用包埋法進(jìn)展固定。固定化細(xì)胞常用包埋法，因個(gè)大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合。(1)你認(rèn)為固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)哪一種方法對(duì)酶活性的影響更??？(2) 假設(shè)想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反響，應(yīng)中選擇哪種方法？提示：⑴固定化細(xì)胞由于保證了細(xì)胞的完整性，酶的環(huán)境轉(zhuǎn)變小，所以對(duì)酶的活性影響最小。(2)選固定化細(xì)?假設(shè)反響物是大分子物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)承受哪種方法？提示：由于大分子物質(zhì)不簡(jiǎn)潔進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，因此不宜承受固定化細(xì)胞技術(shù)，應(yīng)承受固定化酶技術(shù)。占曹1.直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較工程工程直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種類一種或幾種一種一系列酶纖維素、瓊脂糖、明膠、瓊脂、海藻酸鈉常用載體硝酸纖維素、聚丙凝膠、角叉菜膠烯酰胺凝膠制作方法物理吸附法、化學(xué)包埋法、物理吸附法催化反響反響底物

否單一或多種〔

〕

定化技術(shù)否各種物質(zhì)〔

是小分子物質(zhì)各種物質(zhì)

大分子、小分子

小分子〕①對(duì)環(huán)境條件格外敏感，易失活缺點(diǎn)②難回收，本錢咼，影響產(chǎn)口口質(zhì)里

降違教材朕玖TT為雖礎(chǔ).究岀苛至學(xué)習(xí)”種如驗(yàn)藥品

扌聲干麥序粉、干酵母、聚乙烯醇｛PVA〕、誨鶴呂藻酸鈉-硼戰(zhàn)-氯化拌藩液馨干冊(cè)粉耿倍融的迪如“麥券汁遁邑警単丄.無苗麥券汁靖細(xì)咆M財(cái)和耐臥転馳F皿鈉碗紳棚畀化砂凝膠珠

口

配制區(qū)優(yōu)細(xì)胞的處即

83g無水氯化鈣+150ml蒸惆水聚乙坤醉〔PVA〕+擁餐戰(zhàn)訥+蒸詡水抑熱、冷即特凝膠珠在廨液屮殺泡翌n后，取出井用裁惚3歡畀用9“軸麥芽汁 將嵌膠珠參加無曲麥芽汁中，置-F25r下發(fā)酵T9“議說鷲為1 ?酵母細(xì)胞固定前要活化，緣由是什史提示：在缺水狀態(tài)，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的酵母細(xì)胞恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。?為什么麥芽汁可以被質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%勺葡萄糖溶液替代？提示：酵母菌也可以利用葡萄糖作為養(yǎng)分物質(zhì)。?為什么說海藻酸鈉適用于多種細(xì)胞的固定化？提示：用海藻酸鈉凝膠包埋法制備固定化細(xì)胞，除對(duì)細(xì)胞無毒性外，還具有操作簡(jiǎn)便、條件溫順等特性。通過轉(zhuǎn)變海藻酸鈉的濃度可以轉(zhuǎn)變凝膠的孔徑，適合于多種細(xì)胞的固定化。占 1?制備固定化酵母細(xì)胞的留意事項(xiàng)酵母菌細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)變大，因此活化前應(yīng)選擇體積足夠大的容器，防止酵母菌細(xì)胞的活化液溢出。海藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。假設(shè)海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；假設(shè)濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)量少，也會(huì)影響試驗(yàn)效果。溶化海藻酸鈉時(shí)要用小火或連續(xù)加熱，避開海藻酸鈉發(fā)生焦糊。將溶化后的聚乙烯醇-海藻酸鈉溶液先冷卻至

45C,再與預(yù)熱至35C的酵母菌培育液混合，避開高溫殺死酵母菌細(xì)胞。固定化酵母菌細(xì)胞時(shí)，應(yīng)將酵母菌-聚乙烯醇-海藻酸鈉膠液用注射器以恒定速度緩慢滴入飽和硼酸-氯化鈣溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。海藻酸鈉膠體在CaCL這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，需穩(wěn)定 30min左2 ?試驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)假設(shè)制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目|§|把握■命題熱點(diǎn)

較少；假設(shè)形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在試驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，假設(shè)凝膠珠不簡(jiǎn)潔裂開，沒有液體流出,就說明凝膠珠的制作成功。在試驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，假設(shè)凝膠珠很簡(jiǎn)潔彈起，也能說明制研考融知害恠 即規(guī)律憚披巧 知能步幽升級(jí)

對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P33固定化酶和固定化細(xì)胞的原理、作用固定化酶和固定化細(xì)胞的原理、作用[例1](江蘇高考)以下有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的表達(dá)，正確的選項(xiàng)是 ( )可用包埋法制備固定化酵母細(xì)胞反響產(chǎn)物對(duì)固定化酶的活性沒有影響葡萄糖異構(gòu)酶固定前后專一性不同固定化細(xì)胞可以催化各種反響底物的一系列反響［思路點(diǎn)撥］〈一明明確囲定化疇和囲定牝細(xì)胞的制畚對(duì)程\」僉析因定牝萍和因定化細(xì)胞在固定方法和催北眞應(yīng)等方甌的區(qū)則逐項(xiàng)分析.作出解蓉［精講精析］此題考察酶或細(xì)胞的固定化技術(shù)，意在考察對(duì)固定化酶和固定化細(xì)胞在方法選擇和催化反響等方面異同的比較區(qū)分力量。細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，固定化細(xì)胞多承受包埋法，A項(xiàng)正確；反響產(chǎn)物積存能影響酶的構(gòu)造，從而使酶的活性下降， B項(xiàng)錯(cuò)誤；葡萄糖異構(gòu)酶在固定前后專一性不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；固定化細(xì)胞固定的是一系列的酶，可以催化一系列的反響，但不能催化各種反響底物的一系列反響， D項(xiàng)錯(cuò)誤。2是利用固定化酵CHH 固定化酵母細(xì)胞的制作及其發(fā)酵過程［答案］A［2］〔江蘇高考改編〕1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖n ［二:---O-G母細(xì)胞進(jìn)展酒精發(fā)酵的示意圖。以下表達(dá)不 正確的選項(xiàng)是〔剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)快速與活化的酵母細(xì)胞混合制備混合液1中X溶液為CaCb溶液，其作用是使酸鈉形成凝膠珠2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培育液與醉胞｝接觸1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖 2裝置中圖2 ［思路點(diǎn)撥］廠析圖--------分析題用，明確 #的項(xiàng) 逐項(xiàng)分析憶固定化酵毋削胞的酵回 憶程

得出蓉案?jìng)溥^程

用的細(xì)［精講精析］剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c溶液要冷卻后，才能與活化的酵母細(xì)胞混合制備混合液，以免高溫使酵母細(xì)胞失活；混合液參加 CaCl2溶液進(jìn)展固定化酵母細(xì)胞，CaCl2溶液的作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠；發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培育液與酵母細(xì)胞充分接觸，以利于發(fā)酵過程的順利進(jìn)展；制備的凝〔CaCb〕2裝置中進(jìn)展發(fā)酵。［答案］A應(yīng)用?落實(shí)體驗(yàn) 對(duì)應(yīng)學(xué)生用書慄堂針對(duì)堀 慄下綜合練 藻季節(jié)節(jié)通關(guān) P34［課堂回扣練習(xí)］?以下有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 〔 〕固定化酶的缺乏之處是不能催化一系列反響固定化酶可再次利用，降低了生產(chǎn)本錢固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反響方面優(yōu)勢(shì)明顯固定化細(xì)胞需要進(jìn)展酶的分別和純化解析：選D固定化酶固定的是一種具體的酶，不能催化一系列化學(xué)反響；與直接使用酶相比，固定化酶實(shí)現(xiàn)了酶的反復(fù)利用，降低了生產(chǎn)本錢；固定化細(xì)胞主要應(yīng)用在一些需要活體細(xì)胞進(jìn)展持續(xù)性處理的生產(chǎn)過程中，可多步連續(xù)催化反響；固定化細(xì)胞不需要進(jìn)展酶的分別和純化。.關(guān)于固定化酶和一般酶制劑應(yīng)用效果的說法，錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 〔 〕固定化酶生物活性強(qiáng)，可長(zhǎng)期使用—般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高一般酶制劑參與反響后不能重復(fù)利用固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)本錢，并能提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量解析：選A固定化酶是由于可回收重利用而可以較長(zhǎng)時(shí)間使用的，并不是由于生物活性強(qiáng)而長(zhǎng)期使用。單純從生物活性方面分析，固定化酶與一般酶制劑的活性差異不大。.以下說法不.正確的選項(xiàng)是〔 〕固定化酶和固定化細(xì)胞的技術(shù)方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化酶更適合承受化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法由于細(xì)胞個(gè)大，而酶分子很小，因此細(xì)胞多承受物理吸附法反響物是大分子物質(zhì)時(shí)應(yīng)承受固定化細(xì)胞技術(shù)解析：選C酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)通常有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。由于酶分子小，又多帶有電荷，易從多孔性物質(zhì)中漏出，因此多使用化學(xué)結(jié)合法與物理吸附法。而細(xì)胞個(gè)體大，難以被多孔性物質(zhì)吸附或結(jié)合，因而.關(guān)于固定化酵母細(xì)胞制備過程的表達(dá)，正確的選項(xiàng)是 〔 〕為使酵母菌活化，應(yīng)讓干酵母與自來水混合并攪拌用小火或連續(xù)加熱可防止海藻酸鈉溶液焦糊向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中參加已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆驅(qū)⑴c酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液倒入硼酸-氯化鈣溶液中，會(huì)觀看到溶液中有球形或橢圓形的凝膠珠形成解析：選B由于在缺水狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)，為了加速酵母細(xì)胞的活化，將干酵母與蒸餾水混合后應(yīng)用玻璃棒充分?jǐn)嚢琛楸荛_海藻酸鈉發(fā)生焦糊，溶化時(shí)要用小火連續(xù)加熱。假設(shè)將剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c與已活化的酵母細(xì)胞混合，有可能會(huì)因溫度過高而殺死酵母細(xì)胞。應(yīng)將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉用注射器緩慢滴加到硼酸-氯化鈣溶液中，而不是倒入。?下面為固定化酵母細(xì)胞及其應(yīng)用的相關(guān)圖解，請(qǐng)據(jù)圖答復(fù)以下問題：21丙〔1〕某生物小組利用海藻酸鈉制備固定化酵母細(xì)胞，應(yīng)使用圖甲中方法及名稱〕，而制備固定化酶則不宜用此方法，緣由是

[] 〔填號(hào)碼〔2〕

局部同學(xué)制得的凝膠珠如圖乙所示，其緣由可能是 、 成的凝膠珠的顏色和外形，假設(shè)顏色過淺，說明 假設(shè)形成的凝膠珠不是 ,說明試驗(yàn)操作失敗?！?〕表 ,b代表漏斗中參加反響液的濃度不能過高的緣由是

某同學(xué)用圖丙所示的裝置來進(jìn)展葡萄糖發(fā)酵。a代。從上端為使該試驗(yàn)中所用到的固定化酵母細(xì)胞可以反復(fù)利用，試驗(yàn)過程肯定要在條件下進(jìn)展。裝置中的長(zhǎng)導(dǎo)管起的作用是解析：固定化酶適宜用化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法；固定化酵母細(xì)胞適宜用包埋法。假設(shè)形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉溶液的濃度偏高或注射器推動(dòng)速度過快離硼酸-氯化鈣液面四周〕。

〔或針筒口答案：〔1〕注射器推動(dòng)速度過快〔或針筒口離液面四周〕固定化酵母細(xì)胞數(shù)目較少

海藻酸鈉溶液的濃度過高圓形或橢圓形 〔3固定化酵母細(xì)胞 反響柱葡萄糖溶液的濃度過高會(huì)使酵母細(xì)胞因失水過多而死亡產(chǎn)生的CO和防止空氣中的雜菌進(jìn)入反響柱

無菌釋放反響[課下綜合檢測(cè)]、選擇題?以下表達(dá)不屬于固定化酶特點(diǎn)的是 〔 〕酶固定化后，活性提高酶對(duì)酸、堿、溫度敏感，易失活在溶液中直接使用酶，難以回收，本錢高固定化酶使酶既可催化反響物，又易與產(chǎn)物分別解析：選A固定化酶可提高酶的穩(wěn)定性，防止酶失活，使酶既可催化反響物，又易與產(chǎn)物分別，催化后的酶易回收，降低生產(chǎn)本錢，但并未提高酶的活性。.以下關(guān)于固定化技術(shù)的表達(dá)，不.正確的選項(xiàng)是〔 〕從操作角度來考慮，固定化細(xì)胞比固定化酶更簡(jiǎn)潔固定化細(xì)胞比固定化酶對(duì)酶活性影響更小固定化細(xì)胞固定的是一種酶將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反響應(yīng)選擇固定化細(xì)胞解析：選C在應(yīng)用操作過程中，固定化細(xì)胞比固定化酶更簡(jiǎn)潔、更便捷，對(duì)酶活性影響更??；固定化細(xì)胞固定的是一系列酶，可使發(fā)酵過程變成連續(xù)反響過程。.以下圖所示的固定化方式中，適宜固定化酶的是〔 〕A. ①②③ B.①②C.②③ D.①③解析：選D圖中①、②、③分別表示化學(xué)結(jié)合法、包埋法和物理吸附法。固定化酶適宜用化學(xué)結(jié)合法、物理吸①附法。以下關(guān)于固定化細(xì)胞的說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是〔〕固定化細(xì)胞技術(shù)是利用物理或化學(xué)方法將細(xì)胞固定在肯定空間內(nèi)的技術(shù)固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點(diǎn)是所固定的酶都可在細(xì)胞外起作用固定化酶和固定化細(xì)胞都能反復(fù)使用，但酶的活性快速下降包埋法常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等解析：選C固定化酶和固定化細(xì)胞都能反復(fù)使用，但不會(huì)消滅酶的活性快速下降的狀況。固定化酶是在細(xì)胞外發(fā)揮作用，固定化細(xì)胞中的局部酶在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，也有局部酶可在細(xì)胞外發(fā)揮作用，所以固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點(diǎn)是所固定的酶都可在細(xì)胞外起作用。以下關(guān)于制備固定化酵母細(xì)胞的操作，正確的選項(xiàng)是〔 〕制備好海藻酸鈉溶液后，要馬上將其與酵母細(xì)胞混合以防凝固制備固定化酵母細(xì)胞的過程中可能用到注射器以恒定的速度把混合液注射到CaSO溶液中凝膠珠在硼酸-氯化鈣溶液中應(yīng)浸泡10min左右B應(yīng)將制備好的海藻酸鈉溶液冷卻后，再參加已活化的酵母細(xì)胞，否則會(huì)因溫度過高殺死酵母細(xì)胞。應(yīng)以恒定的速度把混合液滴加到硼酸-氯化鈣溶液中而不是膠珠在硼酸-30min左右。6.關(guān)于酶和固定化酵母細(xì)胞的爭(zhēng)論與應(yīng)用的表達(dá)，錯(cuò)誤的選項(xiàng)是從酶的固定方式看，吸附法比化學(xué)結(jié)合法對(duì)酶活性影響小作為消化酶使用時(shí)，蛋白酶制劑以口服方式給藥尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過氧化氫酶，可以反復(fù)使用

CaSQ溶液中。凝()以下( )將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌消化酶在人體消化道內(nèi)發(fā)揮作用，蛋白酶制劑一般在最外面加上糖衣后通過口服方式給藥；尿糖試紙是一種由葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和某種無色的化合物固定于濾紙上制成的酶試紙，不能反復(fù)利用；制備固定化酵母細(xì)胞時(shí)，CaCL和雜菌，防止凝膠珠硬度過大和雜菌污染。7.的是 (

)pH、溫度和溶解氧利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥，需供給適宜的養(yǎng)分條件利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)展發(fā)酵，糖類的作用只是作為反響底物固定化酵母細(xì)胞時(shí)，假設(shè)海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母菌細(xì)胞數(shù)目少解析：選D固定化酶不像一般酶那樣對(duì)環(huán)境要求那么高，耐受性也比較好，和溶解氧沒什么關(guān)系；利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥，不需要供給養(yǎng)分條件；利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)展發(fā)酵時(shí)，糖類不僅是反響底物，同時(shí)8.技術(shù)的表達(dá)正確的選項(xiàng)是

以下有關(guān)固定化酶技術(shù)和固定化細(xì)胞( )固定化酶和固定化細(xì)胞的目的是限制酶與反響物接觸，掌握反響速率酶更適合包埋法固定化，細(xì)胞更適合吸附法固定化加酶洗衣粉是含有固定化酶制劑的洗衣粉固定化細(xì)胞對(duì)酶的活性影響小，與固定化酶相比應(yīng)用更廣泛解析：選D固定化酶和固定化細(xì)胞的目的都是使酶在肯定的空間范圍內(nèi)起催化作用，并能反復(fù)和連續(xù)使用；對(duì)于體積比較大的細(xì)胞適合用包埋法固定，酶適合用吸附法固定；加酶洗衣粉中添加的多種酶制劑，如堿性蛋白酶制劑和堿性脂肪酶制劑等不能重復(fù)利用，不屬于固定化酶。、非選擇題92060年月快速進(jìn)展起來的一種技術(shù)。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即承受戊二醛作交聯(lián)劑 (使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來固定小麥酯酶，爭(zhēng)論固定化酶的性質(zhì)，并對(duì)其最正確固定條件進(jìn)展了探究。以下圖顯示的是局部爭(zhēng)論結(jié)果⑴從對(duì)溫度變化適應(yīng)性和應(yīng)用范圍的角度分析，甲圖所示結(jié)果可以得出的結(jié)論是

(注：酶活力為乙圖曲線說明濃度為 的海藻酸鈉包埋效果最好，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)，酶活力較低的緣由是 固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，