生物中圖版學案：第三章第四節(jié)酶的固定化

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精第四節(jié)酶的固定化1．說出固定化酶和固定化細胞的作用和原理。2．嘗試制備固定化大腸桿菌細胞.一、酶的固定化1．固定化酶概念：通過物理或化學的方法,將水溶性的酶與不溶性的載體結(jié)合,使酶固定在載體上，并在一定的空間范圍內(nèi)進行催化反應，這樣制成的酶稱為固定化酶。2．酶的固定化方法共價鍵結(jié)合法:將酶通過化學反應以共價鍵結(jié)合到尼龍等載體上.包埋法：將酶均勻包埋在瓊脂糖凝膠等多孔性的凝膠中的固定化方法。3．固定化酶的特點活性穩(wěn)定，可以反復使用多次。在生產(chǎn)中，固定化酶能與反應液相互分開,不與產(chǎn)品混合，制品較易純化，在大規(guī)模生產(chǎn)時所需工藝設備簡單易行。4．固定化酶的實例：木瓜蛋白酶的固定化（1）酶的固定化。在啤酒生產(chǎn)過程中,剛釀制的啤酒往往含有少量的蛋白質(zhì)而顯得渾濁.加入木瓜蛋白酶,可以使蛋白質(zhì)水解成氨基酸，供酵母菌增殖所需，從而縮短發(fā)酵時間，提高啤酒產(chǎn)量，使酒質(zhì)澄清醇和。將尼龍布浸入等體積的CaCl2溶液和甲醇溶液中，室溫下放置10s左右，并輕輕攪拌至尼龍布發(fā)黏。取出后用水沖洗，并用吸水紙吸干。將尼龍布放入鹽酸中，室溫下水解，用蒸餾水洗至pH中性.再將尼龍布放入戊二醛溶液中，室溫下浸泡20min。取出后用磷酸緩沖液(pH＝7.8)反復洗滌，洗去多余的戊二醛，吸干后立即放入木瓜蛋白酶溶液中，4℃下固定3.5h。取出尼龍布后用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶,即得到尼龍固定化酶.為防止改變酶的電荷,操作過程中不能使用金屬鑷子。（2)檢驗酶的活性。（3)酶的再利用。二、細胞的固定化1．細胞固定化技術利用適當?shù)妮d體將合成酶的細胞固定起來。固定化細胞比固定化酶更簡捷，使用壽命更長.2．大腸桿菌細胞的固定化可以用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌,取菌液加入生理鹽水和瓊脂，攪拌均勻，待瓊脂凝膠凝固后，切成小塊，用生理鹽水和蒸餾水洗凈，即得到固定化的大腸桿菌細胞。1．直接使用酶、固定化酶和固定化細胞催化的比較直接使用酶固定化酶固定化細胞酶的種類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-共價鍵結(jié)合法、物理吸附法包埋法是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否是催化反應單一或多種單一一系列反應底物各種物質(zhì)（大分子、小分子)各種物質(zhì)(大分子、小分子）小分子物質(zhì)優(yōu)點催化效率高，低耗能、低污染等酶既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離,同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用成本低，操作更簡捷不足對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應后酶會混在產(chǎn)物中,可能影響產(chǎn)品質(zhì)量一種酶只能催化一種化學反應，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應才能得到固定后的酶或細胞與反應物不容易接近，尤其是大分子物質(zhì)，可能導致反應效率下降等對固定化酶的作用影響較小的固定方法是物理吸附法.2．固定化微生物細胞利用微生物來生產(chǎn)酶具有生產(chǎn)成本低、周期短、產(chǎn)量大等優(yōu)點。微生物產(chǎn)生的酶，可以分為分泌在細胞外的胞外酶和包含在細胞內(nèi)的胞內(nèi)酶。利用胞內(nèi)酶時,需要采用手段將細胞破碎后,將酶進行分離純化，提取后酶的活性和穩(wěn)定性往往都受到很大的影響。將微生物細胞限制或定位于特定空間位置，即將微生物制成固定化細胞后，既能避免復雜的細胞破碎、酶的提取和純化過程,又能使酶的活性和穩(wěn)定性得到較大提高。固定后的微生物細胞可以作為固體催化劑在多步酶促反應中發(fā)揮連續(xù)催化作用，同時，催化反應結(jié)束后又能被回收和重復利用.例如，人們將含有青霉素?；傅拇竽c桿菌細胞進行固定化，用于大規(guī)模地生產(chǎn)青霉素母核（青霉素的主體化學結(jié)構部分，即6－氨基青霉烷酸），然后再對青霉素母核的側(cè)鏈進行化學修飾，可以生產(chǎn)半合成青霉素，如氨芐青霉素.題型一固定化酶技術及其應用價值【例題1】關于固定化酶技術說法正確的是（）。A．固定化酶技術就是固定反應物，將酶依附著載體圍繞反應物旋轉(zhuǎn)的技術B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應C．固定化酶中的酶無法重復利用D．固定化酶是將酶固定在一定空間的技術解析：固定化酶是利用物理或化學的方法將酶固定在一定空間內(nèi)的技術，其優(yōu)點是酶被固定在一定裝置內(nèi)可重復利用，不足是無法同時催化一系列酶促反應.答案:D反思領悟：固定過程中，固定的是酶，而不是反應物。題型二酶或細胞固定化的方法【例題2】試分析下圖中，哪一種與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細胞相似(）。解析：A、B選項適合于酶的固定化，C選項既用于酶固定，也可用于細胞固定。制備固定化酵母細胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠珠中，所以與D選項相似.答案:D反思領悟：固定化酶和固定化細胞通常采用包埋法、共價鍵結(jié)合法和物理吸附法。用海藻酸鈉作載體制備的是固定化酵母細胞.1下列關于固定化酶和一般酶制劑在應用效果上的說法，錯誤的是(）。A．固定化酶生物活性強，可長久使用B．一般酶制劑應用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高C．一般酶制劑參加反應后不能重復利用D．固定化酶可以反復利用，降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)量和質(zhì)量解析：固定化酶與普通酶制劑相比，在活性上沒有多大差別,固定化酶的成分也是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)經(jīng)過一定的時間后會變性失活,所以固定化酶一般能使用半年，不可能長久使用.答案：A2固定化酶技術常采用（）。A．包埋法B．共價鍵結(jié)合法和物理吸附法固定化C．活化法D．微囊化法解析:酶的體積較小,容易從包埋材料中漏出來，所以一般采用共價鍵結(jié)合法和物理吸附法固定化.答案：B3關于固定化酶中的酶說法正確的是（）。A．酶的種類多樣,可催化一系列的酶促反應B．酶被固定在不溶于水的載體上，可反復利用C．酶作為催化劑，反應前后結(jié)構不改變,所以固定化酶可永遠利用下去D．固定化酶由于被固定在載體上，所以喪失了酶的高效性和專一性特點解析:一種載體只能固定化一種酶，一種固定化酶只能催化一種酶促反應；固定化酶可反復利用，但不能永遠利用下去；固定化酶保持了一般酶的特性。答案：B4（2010·江蘇高考改編）下圖1表示制備固定化酵母細胞的有關操作,圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述不正確的是（）。A．剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應迅速與活化的