高中人教版生物選修1課件專題4課題3酵母細胞的固定化

課題3酵母細胞的固定化課標闡釋思維脈絡(luò)1.結(jié)合具體實例,分析固定化酶和固定化細胞的作用和原理。2.列舉固定化技術(shù)的常用方法,認識到技術(shù)對科學(xué)的促進作用。3.歸納概括固定化細胞的制備流程。4.制訂實驗方案,嘗試制備固定化酵母細胞,并利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵。

一二三一、固定化酶的應(yīng)用實例——高果糖漿的生產(chǎn)

一二三一二三一二三二、固定化酶和固定化細胞技術(shù)

一二三一二三三、實驗操作

一二三一二三一二三探究點當堂檢測本課必記制備固定化酵母細胞問題導(dǎo)引制備固定化酵母細胞的關(guān)鍵是什么?剛形成的凝膠珠應(yīng)該怎么處理?據(jù)教材P50~51制備固定化酵母細胞的實驗步驟,思考下列問題。(1)本實驗固定酵母細胞采用的是什么方法?海藻酸鈉起什么作用?(2)在用海藻酸鈉包埋酵母細胞形成凝膠珠的過程中,加熱溶解海藻酸鈉時需注意用

加熱,然后將溶化好的海藻酸鈉溶液

后,加入已活化的酵母細胞充分攪拌混合均勻。

探究點當堂檢測本課必記(3)下圖為某同學(xué)利用海藻酸鈉固定化酵母細胞的實驗結(jié)果,出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因包括

。

①海藻酸鈉濃度過高②酵母細胞已經(jīng)死亡③注射器中的溶液推進速度過快④注射器距離CaCl2溶液液面太近探究點當堂檢測本課必記(4)下圖1表示制備固定化酵母細胞的有關(guān)操作,圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖。請回答下列問題。探究點當堂檢測本課必記①圖1中X溶液為

,其作用是

。

②圖1中剛制備的凝膠珠應(yīng)在

中浸泡一段時間,然后用

洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中。圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是

。

答案:(1)包埋法。海藻酸鈉作為載體(或包埋材料)包埋酵母細胞。(2)小火或間斷冷卻至室溫(3)①③④

(4)①CaCl2溶液使海藻酸鈉形成凝膠珠②CaCl2溶液蒸餾水使葡萄糖溶液與固定化酵母細胞充分接觸探究點當堂檢測本課必記名師精講1.制備固定化酵母細胞的注意事項(1)酵母細胞活化時體積會變大,因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器,以避免酵母細胞的活化液溢出容器外。(2)加熱海藻酸鈉使其溶化的過程中,需使用小火,或者間斷加熱,防止加熱過快,使海藻酸鈉焦糊。(3)定容和最后沖洗凝膠珠時,不用自來水,防止自來水中的離子對固定好的酵母細胞產(chǎn)生影響。(4)剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間,以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。探究點當堂檢測本課必記特別提醒(1)海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫,才能加入活化的酵母細胞,以免溫度過高殺死酵母細胞。(2)制作符合要求的凝膠珠應(yīng)選擇合適濃度的海藻酸鈉溶液;若濃度偏低,則制作的凝膠珠顏色過淺,呈白色,固定的酵母細胞數(shù)目較少;若海藻酸鈉溶液濃度過高,則形成的凝膠珠不為圓形或橢圓形,制作失敗。(3)細胞的固定化要在嚴格無菌條件下進行;反復(fù)使用固定化酵母細胞時,需要避免其他微生物的污染。(4)CaCl2要稱量準確,不能用自來水配制溶液,防止自來水中的離子影響實驗效果,應(yīng)用蒸餾水。探究點當堂檢測本課必記2.檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格,可以使用下列方法(1)機械法:用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓,如果凝膠珠不容易破裂,沒有液體流出,就表明凝膠珠的制作成功;也可以在實驗桌上用力摔打凝膠珠,如果凝膠珠很容易彈起,也能表明制備的凝膠珠是成功的。(2)目測法:合格的凝膠珠應(yīng)是淡黃色、圓形或橢圓形。探究點當堂檢測本課必記典例剖析類型一

固定化酶和固定化細胞的比較例1下列有關(guān)固定化酶和固定化細胞的說法,正確的是(

)A.某種固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列生化反應(yīng)B.固定化細胞技術(shù)一次只能固定一種酶C.固定化酶和固定化細胞的共同點是都可以反復(fù)使用D.固定化酶和固定化細胞都能反復(fù)使用,但酶的活性迅速下降答案:C解析:酶具有專一性,一種酶固定后不能催化一系列生化反應(yīng);固定化細胞技術(shù)實際上固定的是一系列酶;固定化酶和固定化細胞都能反復(fù)使用,若條件適宜,一般不會出現(xiàn)酶的活性迅速下降的問題。探究點當堂檢測本課必記反思總結(jié)

直接使用酶、固定化酶和固定化細胞的比較

方式直接使用酶固定化酶固定化細胞酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶常用載體—高嶺土、皂土、硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺制作方法—化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法包埋法催化反應(yīng)單一或多種單一一系列探究點當堂檢測本課必記方式直接使用酶固定化酶固定化細胞缺點①對環(huán)境條件非常敏感,易失活②難回收,成本高,影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接觸,尤其是大分子物質(zhì),反應(yīng)效率下降優(yōu)點催化效率高、耗能低、污染低①既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離;②可以反復(fù)利用成本低、操作容易探究點當堂檢測本課必記關(guān)于固定化酶技術(shù)與固定化細胞技術(shù)的關(guān)系,下列選項正確的是(

)A.固定化酶技術(shù)是固定化細胞技術(shù)的基礎(chǔ)B.固定化細胞技術(shù)是固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)C.固定化酶技術(shù)與固定化細胞技術(shù)是同時發(fā)展起來的D.固定化細胞技術(shù)先于固定化酶技術(shù)答案:A解析:固定化細胞技術(shù)是在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。探究點當堂檢測本課必記類型二

制備固定化酵母細胞例2為了探究啤酒酵母固定化的最佳條件,科研人員研究了CaCl2溶液濃度對固定化酵母發(fā)酵性能的影響,結(jié)果如下圖。請回答下列問題。探究點當堂檢測本課必記(1)與利用游離酵母生產(chǎn)啤酒相比,利用固定化酵母的優(yōu)點有

。(2)實驗結(jié)果表明,隨CaCl2溶液濃度的增大,凝膠珠機械強度增大,完整率

。

(3)結(jié)合發(fā)酵性能分析,制備凝膠珠適宜的CaCl2溶液濃度為

。當CaCl2溶液濃度過高時,發(fā)酵液中的糖度升高,酒精度下降,發(fā)酵受到影響,原因是

。

(4)用海藻酸鈉作為載體包埋酵母細胞,溶化海藻酸鈉時最好采用

的方法,以防發(fā)生焦糊。溶化好的海藻酸鈉溶液應(yīng)

后,再與已活化的酵母細胞充分混合。若海藻酸鈉濃度過低,會導(dǎo)致

,大大降低固定效果。

探究點當堂檢測本課必記答案:(1)可重復(fù)使用、便于產(chǎn)物分離、提高產(chǎn)品質(zhì)量等(2)增加(3)2.0mol/L凝膠珠機械強度過大,通透性降低,影響糖進入其內(nèi)部(4)小火或間斷加熱冷卻至室溫酵母細胞從顆粒中漏出解析:(2)由題圖可知,隨著CaCl2溶液濃度的增大,凝膠珠的完整率增加。(3)由題圖可知,當CaCl2溶液濃度為

mol/L時,發(fā)酵產(chǎn)生的酒精度最高。CaCl2溶液濃度過高會使凝膠珠機械強度過大,影響凝膠珠的通透性,從而影響糖進入其內(nèi)部。(4)為防止發(fā)生焦糊,溶化海藻酸鈉時最好采用小火或間斷加熱的方法。為保護活化的酵母細胞的活性,溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻到室溫后再與酵母細胞混合。若海藻酸鈉濃度過低,會導(dǎo)致酵母細胞從顆粒中漏出。探究點當堂檢測本課必記某實驗小組的同學(xué)制備固定化酵母細胞的過程如下。①活化酵母細胞:稱取定量干酵母與定量蒸餾水混合并攪拌,使酵母細胞活化。②配制CaCl2溶液:將無水CaCl2溶解在定量蒸餾水中,配制成一定濃度的CaCl2溶液。③配制海藻酸鈉溶液:將定量的海藻酸鈉直接溶解在定量的蒸餾水中,配制成溶液。④海藻酸鈉溶液和酵母細胞混合:將活化的酵母細胞迅速加入剛配制成的海藻酸鈉溶液中,充分攪拌混合均勻。⑤固定化酵母細胞:用注射器以恒定的速度緩慢將海藻酸鈉和酵母細胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中,觀察凝膠珠的形成。探究點當堂檢測本課必記(1)請你改正其中兩處錯誤的操作。第一處:

;

第二處:

。

(2)剛形成的凝膠珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右,目的是

。

(3)如果制作的凝膠珠顏色過淺,呈白色,則說明海藻酸鈉溶液濃度

(填“過低”或“過高”)。

探究點當堂檢測本課必記(4)研究發(fā)現(xiàn),固定化強度高的酵母顆粒發(fā)酵效果好,且穩(wěn)定性高、使用壽命長。某科研機構(gòu)利用上述裝置,將質(zhì)量分數(shù)為2%、2.5%、3%的已配制好的海藻酸鈉溶液分別與等量的已活化的酵母細胞混合均勻后,分別用質(zhì)量分數(shù)為2%、3%、4%的X溶液進行凝膠處理,所得到的固定化酵母顆粒的強度及在28℃下發(fā)酵48h后的酒精產(chǎn)量如下表所示。探究點當堂檢測本課必記由表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著X溶液濃度的增加,

逐漸增加;凝膠固定化效果較好的海藻酸鈉溶液與X溶液的質(zhì)量分數(shù)分別是

、

。

探究點當堂檢測本課必記答案:(1)③海藻酸鈉的溶解應(yīng)用小火或間斷加熱至完全溶化④海藻酸鈉溶液應(yīng)冷卻至室溫再加入酵母細胞(2)讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(3)過低(4)酵母顆粒的固定化強度2%

4%解析:(1)海藻酸鈉的溶化應(yīng)用小火或間斷加熱至完全溶化,溶化后冷卻至室溫再加入酵母細胞,否則高溫會殺死酵母細胞。(2)剛形成的凝膠珠要在CaCl2溶液中浸泡30

min左右,目的是讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(3)凝膠珠顏色過淺,呈白色,說明海藻酸鈉溶液濃度過低。(4)從表中可以看出,隨X溶液濃度的增加,酵母顆粒的固定化強度增加,且固定化效果較好的海藻酸鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)是2%,X溶液的質(zhì)量分數(shù)是4%。探究點當堂檢測本課必記1.下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法,錯誤的是(

)A.固定化酶生物活性高,可長久使用B.一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起,產(chǎn)物純度不高C.一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)使用D.固定化酶可以反復(fù)利用,降低生產(chǎn)成本答案:A解析:一般酶制劑使用后,混在溶液中的酶不能回收利用,增加了生產(chǎn)成本;同時反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中,可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶可重復(fù)使用,降低了生產(chǎn)成本,但是固定化酶使用多次后,催化效果也會下降,并不能長久使用。探究點當堂檢測本課必記2.下面是制備固定化酵母細胞的步驟,正確的是(

)①配制CaC12溶液②配制海藻酸鈉溶液③海藻酸鈉與酵母細胞混合④酵母細胞活化⑤固定化酵母細胞A.①②③④⑤

B.④①③②⑤C.④⑤②①③

D.④①②③⑤答案:D解析:制備固定化酵母細胞的基本步驟是:酵母細胞的活化→配制物質(zhì)的量濃度為

mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞。探究點當堂檢測本課必記3.在使用包埋法固定細胞時,下列哪一項不是常用的載體?(

)A.明膠

B.瓊脂糖C.海藻酸鈉

D.纖維素答案:D解析:包埋法固定細胞常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。探究點當堂檢測本課必記4.固定化酶通常不采用包埋法,原因是(

)A.包埋法固定化酶操作最復(fù)雜B.包埋法對酶的活性影響較大C.酶分子較小,容易從包埋材料中漏出D.包埋法使用的包埋材料少且價格昂貴答案:C解析:固定化酶通常不采用包埋法,原因是酶分子較小,容易從包埋材料中漏出。探究點當堂檢測本課必記5.在20世紀50年代,酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個生產(chǎn)領(lǐng)域,到了70年代又出現(xiàn)了固定化酶與固定化細胞的技術(shù)。(1)在實際生產(chǎn)中,固定化酶技術(shù)的優(yōu)點是

。與固定化酶技術(shù)相比,固定化細胞固定的是

。

探究點當堂檢測本課必記(2)制備固定化酵母細胞,最常用的載體是

,使用了下圖中的[

]

(填出標號與名稱)。

(3)制作固定化酵母細胞時,配制好的海藻酸鈉溶液與活化的酵母細胞混合后,可在物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的

溶液中形成凝膠珠。

探