人教版選修一43酵母細胞的固定化

第12課時酵母細胞的固定化專題4酶的研究與應用一、固定化酶和固定化細胞技術基礎梳理1.固定化酶的應用實例——生產高果糖漿(1)反應原理：葡萄糖

。(2)生產過程將

固定在顆粒狀載體上↓放入底端裝有分布著許多小孔的篩板的

內(酶顆粒不能通過，反應液能通過)↓果糖葡萄糖異構酶反應柱葡萄糖溶液從反應柱的上端注入↓流過反應柱↓與固定化葡萄糖異構酶接觸，轉化成果糖↓果糖從反應柱的

流出下端2.固定化酶和固定化細胞技術(1)概念：利用

方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術。(2)方法及適用范圍(3)優(yōu)點①固定化酶：酶既能與

接觸，又能與

分離，可以反復利用。②固定化細胞：與固定化酶技術相比，固定化細胞制備的成本更低，操作更容易。包埋法：多適用于

的固定化

：多適用于酶的固定化物理或化學細胞物理吸附法反應物產物問題探究答案將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應物接觸，又能與產物分離；同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用。1.固定化酶和固定化細胞的原理(1)根據教材“高果糖漿的生產”分析固定化酶依據的原理與其優(yōu)點分別是什么？答案包埋法。包埋法的原理是：將微生物細胞包埋在不溶于水的多孔性載體中。與固定化酶技術相比較，該方法成本更低，操作更容易。(2)固定化細胞多采用哪種方法？該方法的原理與優(yōu)點是什么？答案答案可采用固定化細胞技術。因為固定化細胞固定的是活細胞，而細胞中有多種酶，因此可以催化一系列反應。2.固定化酶和固定化細胞的特點分析(1)一種酶只能催化一種或一類化學反應，而在實際生產中很多產物的形成都需要通過一系列的酶促反應才能進行，怎樣解決這一問題？答案固定化細胞中含有多種酶，能催化一系列生化反應，而固定化酶中只含有一種酶，只能催化一種生化反應。(2)固定化細胞與固定化酶所固定的酶種類有何區(qū)別？答案答案不能。因為大分子難以通過細胞膜進入細胞，不能與細胞內的酶接觸而發(fā)生反應，因此不能用固定化細胞技術，應該用固定化酶技術。(3)如果反應物是大分子，能否采用固定化細胞技術？為什么？答案都需要適宜的溫度和pH等影響酶活性的條件，但固定化細胞還需要提供溶解氧和營養(yǎng)物質。(4)固定化酶和固定化細胞活性的維持需要的條件有何異同？答案歸納總結固定化酶和固定化細胞的兩個區(qū)別(1)固定方法的區(qū)別①在實際應用中，酶更適用化學結合法和物理吸附法固定，原因是酶分子小，容易被多孔性物質吸附，更適合與化學物質結合，但容易從包埋材料中漏出。②細胞體積大難以吸附或結合，因而多采用包埋法固定。(2)催化作用的區(qū)別固定化細胞操作更容易，對酶活性的影響更小，可以催化一系列反應，但是，由于大分子物質難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的應用也受到限制。所以，催化的反應物為大分子物質時，最好選用固定化酶技術。二、實驗操作基礎梳理1.制備固定化酵母細胞(1)固定方法：

。(2)常用載體：一些不溶于水的

載體，如

、瓊脂糖、

、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。包埋法多孔性明膠海藻酸鈉(3)實驗操作酵母細胞的_____↓配制

的CaCl2溶液↓配制海藻酸鈉溶液↓海藻酸鈉溶液與

混合↓固定化酵母細胞活化物質的量濃度為0.05mol/L酵母細胞2.用固定化酵母細胞發(fā)酵將固定好的酵母細胞(凝膠珠)用

沖洗2～3次↓將150mL質量分數為10%的

溶液轉移到錐形瓶中↓加入固定好的酵母細胞(凝膠珠)↓置于25℃下發(fā)酵24h↓觀察是否有

產生，聞聞是否有酒味蒸餾水葡萄糖氣泡問題探究1.實驗過程分析(1)用于固定酵母細胞的載體是什么？載體的濃度越高固定效果越好嗎？答案海藻酸鈉。海藻酸鈉濃度過高不易形成凝膠珠；濃度過低形成的凝膠珠內包埋的細胞過少。答案海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促進其溶解，用小火或間斷加熱并不斷攪拌的目的是防止加熱過程中海藻酸鈉焦糊。(2)配制海藻酸鈉時小火或間斷加熱并不斷攪拌的目的是什么？答案固定的酵母細胞必須保持活性才能發(fā)揮作用，冷卻后加入酵母細胞的原因是防止高溫殺死酵母細胞。(3)為什么要等海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？答案2.實驗結果分析(1)若凝膠珠顏色過淺、呈白色，你知道是什么原因造成的嗎？答案海藻酸鈉濃度偏低，固定的酵母細胞數目較少。答案海藻酸鈉濃度偏高。(2)若凝膠珠不呈圓形或橢圓形，你知道是什么原因造成的嗎？答案如果看到產生很多氣泡，同時聞到酒味，則證明實驗獲得成功。(3)利用固定的酵母細胞發(fā)酵產生酒精時，當觀察到哪些現(xiàn)象時，則可以說明實驗獲得成功？答案歸納總結固定化酵母細胞的三個注意事項(1)溶化海藻酸鈉，應采用小火或間斷加熱，直到海藻酸鈉完全溶化，以防加熱過快，導致海藻酸鈉焦糊。(2)制備固定化酵母細胞時，加入酵母細胞的海藻酸鈉溶液不能直接“注入”而應緩慢“滴入”CaCl2溶液中，使剛形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結構。(3)要控制好海藻酸鈉的濃度。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數目少，影響實驗效果。(5)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞數目

。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明

。解析海藻酸鈉濃度過低，包埋的酵母細胞就過少；海藻酸鈉濃度過高，不易與酵母細胞混合均勻。