生物學(xué)案：課堂探究專題課題酵母細(xì)胞的固定化

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂探究探究點(diǎn)一直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較·問題導(dǎo)引·在食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等領(lǐng)域大規(guī)模使用酶制劑，說明酶制劑使用有很多優(yōu)點(diǎn).但酶通常對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，提高了生產(chǎn)成本，也可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。如果你是工程技術(shù)人員,你如何解決這個(gè)問題？提示:用固定化酶或固定化細(xì)胞取代酶制劑?！っ麕熅v·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、物理吸附法包埋法是否需要營養(yǎng)物質(zhì)否否是催化反應(yīng)單一或多種單一一系列反應(yīng)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(diǎn)催化效率高,低耗能、低污染等酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用成本低，操作更容易不足對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)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(yīng)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(xué)反應(yīng),而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物都是通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到固定后的細(xì)胞與反應(yīng)物不容易接近,尤其是大分子物質(zhì)，可能導(dǎo)致反應(yīng)效率下降等【例題1】下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)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(xì)胞技術(shù)一次只能固定一種酶C．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D．固定化酶和固定化細(xì)胞都能反復(fù)使用，但酶的活性迅速下降解析：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(xì)胞技術(shù)固定的是細(xì)胞內(nèi)的一系列酶;固定化酶和固定化細(xì)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.答案：C方法點(diǎn)撥固定化酶和固定化細(xì)胞所固定的酶都可以反復(fù)使用。變式訓(xùn)練1下列說法不正確的是(）A．固定化酶和固定化細(xì)胞的方法包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法B．固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法C．細(xì)胞由于個(gè)體大，多采用物理吸附法固定D．反應(yīng)物是大分子物質(zhì)時(shí)應(yīng)采用固定化酶解析：在酶和細(xì)胞的固定化技術(shù)中,通常有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法.酶分子小,又多帶電荷,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，因而多采用包埋法。答案:C探究點(diǎn)二制備固定化酵母細(xì)胞·問題導(dǎo)引·李超學(xué)習(xí)了制備固定化酵母細(xì)胞后，將葡萄清洗干凈,用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵制葡萄酒，但是效果卻不理想。這是為什么呢？你能給他解決這個(gè)問題嗎？提示:固定化酵母細(xì)胞包埋在海藻酸鈉內(nèi)，不容易與葡萄接觸?？上葘⑵咸颜ブ谥褐屑尤牍潭ɑ湍讣?xì)胞，汁液中的葡萄糖容易透過海藻酸鈉進(jìn)入凝膠珠內(nèi)部?！っ麕熅v·1．酵母細(xì)胞所需要的活化時(shí)間較短，一般需要1h左右.此外，酵母細(xì)胞活化時(shí)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(xì)胞的活化液溢出容器外。2．加熱海藻酸鈉加速溶解的過程中,需使用小火，或者間斷加熱，防止加熱過快，使海藻酸鈉焦糊.海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量。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(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí)驗(yàn)效果.3．用蒸餾水定容和最后沖洗凝膠珠,不用自來水，防止自來水中的離子對固定好的酵母細(xì)胞產(chǎn)生影響。4．海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合：冷卻后再混合，防止過熱殺死酵母菌。注意混合均勻，不要進(jìn)入氣泡。5．細(xì)胞的固定要在嚴(yán)格無菌條件下進(jìn)行；反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞時(shí),需要避免微生物的污染.6．剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。7．凝膠珠的顏色和形狀：如果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)目較少；如果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，制作失敗,需要再作嘗試。8．檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法.一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D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。二是在實(shí)驗(yàn)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?！纠}2】下圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)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(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液B．圖1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠C．圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸D．圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中解析:剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)冷卻后再與酵母菌混合,否則溫度過高會導(dǎo)致酵母菌死亡。答案：A變式訓(xùn)練2下列有關(guān)配制海藻酸鈉溶液的敘述，不準(zhǔn)確的是(）A．加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán)B．海藻酸鈉的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的