课件44张PPT。专题4 酶的研究与应用
课题1 果胶酶在果汁生产中的作用一、果胶和果胶酶
1.果胶:
(1)成分:由___________聚合而成的一种高分子化合物。
(2)特点:_________。
(3)作用:是植物_______以及胞间层的主要组成成分之一。半乳糖醛酸不溶于水细胞壁2.果胶酶:
(1)作用:分解果胶,使植物的_______及胞间层瓦解。
(2)组成:_________________、果胶分解酶和_________等。
(3)在果汁生产中的作用:
①把不溶于水的果胶分解成可溶性的___________,可使浑浊的
果汁变得澄清。
②使榨取果汁变得更加容易,提高_______。细胞壁多聚半乳糖醛酸酶果胶酯酶半乳糖醛酸出汁率二、酶的活性与影响酶活性的因素
1.酶的活性:
(1)概念:酶催化一定_________的能力。
(2)表示方法——反应速度:单位时间内、单位体积中反应物的
_______或产物的_______。
2.影响酶活性的因素:_____________________等。化学反应减少量增加量温度、pH和酶的抑制剂三、探究温度和pH对酶活性的影响及果胶酶的用量
1.探究温度和pH对酶活性的影响:
(1)操作思路:
①探究最适pH:在一恒定温度下,通过设置_______来确定。
②探究最适温度:在一恒定的pH下,通过设置_________来确
定。
(2)操作方法:在不同_________下,将一定量的_______加入一
定量的_______中,反应同样长时间,再将反应液过滤同样长时
间,收集滤液,用量筒测量并比较产生的苹果汁的体积。pH梯度温度梯度温度或pH果胶酶苹果泥(3)判断果胶酶活性高低的方法:
①测定单位时间内_________________来判断。获得的苹果汁
越多,说明_________________。
②比较果汁的_______来判断果胶酶的活性。果汁越澄清,表明
果胶酶的活性越高。产生苹果汁的体积果胶酶的活性越高澄清度2.探究果胶酶的用量:
(1)分析该实验的变量:
①自变量:_________。
②无关变量:_________、酶催化反应的时间、苹果泥的用量
等。
(2)判断的方法:
①如果随着酶的用量增加,过滤到的果汁的体积也增加,说明
_____________。
②如果当酶的用量增加到某个值后,再增加酶的用量,过滤到的
果汁的体积不再改变,说明_________________。酶的用量温度、pH酶的用量不足酶的用量已经足够【思考辨析】
1.判断正误
(1)果汁生产过程中,加入果胶酶,即可彻底水解掉细胞壁。
( )
【分析】细胞壁的成分除了果胶,还有纤维素,要彻底水解细
胞壁,还需加入纤维素酶。
(2)为有效地提高果汁的出汁率和澄清度,需加入大量的果胶
酶。( )
【分析】酶具有高效性,只需少量的酶即可达到理想的效
果。××(3)梯度变量的设置过程中,梯度差越小,实验结果越准确。
( )
(4)在探究pH对酶活性的影响实验中,最好将温度都控制在最适
温度。( )√√2.问题思考
(1)在探究温度(或pH)对酶活性的影响时,思考是否需要设置对照实验?如果需要,应该如何设置?
提示：需要设置对照实验。不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间就可以作为对照,这种对照称为相互对照。(2)为什么能够通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低?
提示：果胶酶将果胶分解为小分子物质,小分子物质可以通过滤纸,因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力。在不同的温度和pH下,果胶酶的活性越大,苹果汁的体积就越大。一、果胶酶与纤维素酶【易错提醒】果胶酶和纤维素酶的作用辨析
(1)两种酶都是复合酶,是催化几个连续反应的几种不同的酶的总称,不是特指一种酶。
(2)两种酶都是水解酶,可同时发挥作用,不会相互干扰,制作果汁过程中可同时加入。【典例训练1】下列关于酶的说法正确的是( )
A.果胶酶是果胶分解酶的简称,纤维素酶是纤维素分解酶的简称
B.果胶酶能将乳糖醛酸分解成半乳糖醛酸
C.在果汁中加入果胶酶后可使果汁变得澄清,是果胶酶彻底分解了细胞壁的结果
D.果胶酶只改变果胶分解的速度,反应前后果胶酶本身没有发生改变【解题关键】解答本题时需注意两点:
(1)明确果胶酶是一类酶而不是一种酶。
(2)理解酶的特性及作用实质。【解析】选D。果胶酶是多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶的总称,果胶酶的催化作用具有专一性,只能使果胶分解为半乳糖醛酸,不能水解细胞壁中的纤维素。果胶酶只是大大加速了果胶在常温下的分解速度,酶在反应前后其数量和性质均不发生改变。【变式训练】能使植物细胞壁和细胞膜结构均破坏的一组酶是
( )
A.淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶
B.纤维素酶、果胶酶、蛋白酶
C.果胶酶、溶菌酶、纤维素酶
D.磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶
【解析】选B。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,则用纤维素酶和果胶酶可以破坏细胞壁。细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成,所以用蛋白酶能够破坏细胞膜。二、酶的活性与影响酶活性的因素
1.酶的活性是指酶催化一定化学反应的能力:
(1)表示方法:酶的活性用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
(2)实例:如H2O2酶活性可用单位时间内H2O2(反应物)的消耗量或气泡(产物O2)的生成量来表示。2.酶活性的影响因素:
(1)温度:
①低于最适温度时,随着温度的升高,酶的活性逐渐增强,但低温不会使酶失活。
②高于最适温度时,随着温度的升高,酶活性逐渐降低直到活性全部丧失。如图所示:(2)pH:
①低于最适pH时,随着pH的升高,酶的活性逐渐增强,过酸会使酶失活。
②高于最适pH时,随着pH的升高,酶活性逐渐降低直到活性全部丧失。如图所示:(3)酶的抑制剂:能使酶分子某些必需基团(主要是酶活性中心上的一些基团)发生变化,引起酶活性下降,甚至失活,致使酶反应速度降低。【思维拓展】(1)一般情况下,高温、强酸、强碱可以使酶的空间结构改变,而氨基酸的种类、数量、排列顺序都不发生改变。
(2)虽然底物浓度及用量、酶的浓度及用量会影响酶促反应速率,但不会影响酶的活性。【典例训练2】下表是某同学探究温度对果胶酶活性的实验结果。该结果不能说明( )
A.温度影响果胶酶的活性
B.40℃与60℃时酶的活性相等
C.50℃是该酶的最适温度
D.若温度从10℃升高到40℃,酶的活性将逐渐增强【解题关键】解答本题的关键有三点:
(1)分析温度与果汁量的关系。
(2)找出温度影响酶活性的规律。
(3)理解酶最适温度的含义。【解析】选C。果胶酶的最适温度在40℃～60℃之间,题表不能说明50℃就是最适温度。在低于最适温度时,随温度的升高,酶的活性增强;高于最适温度时,随温度的升高,酶的活性降低。温度对酶活性的影响曲线图是钟罩形的,故40℃与60℃时酶的催化效率相同。【误区警示】温度梯度太大时,不能确定哪一温度是最适温度,只能确定一个范围,本题中只能说最适温度在40℃～60℃之间,不能说明50℃就是最适温度,只能说明50℃最接近。要想进一步探究最适温度,还要在40℃～60℃之间设置更小的温度梯度,再做实验。三、探究酶活性影响因素的实验设计
1.探究温度和pH对酶活性的影响:
(1)实验原理:
①当酶处于最适温度或最适pH时,酶的活性最高。
②若温度过高、过酸或过碱,则导致酶变性失活。
③在一定范围内,果肉的出汁率和果汁的澄清度与果胶酶的活性成正比。(2)实验操作流程:
温度或pH对果胶酶活性的影响 (3)结果分析:
①根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性(用酶反应速度表示)影响的曲线图(如图a、b),最终得到果胶酶的最适温度和pH。②由于初次实验的梯度变量选择目的性不强,选择的范围有可能出现过高或过低的情况,这可以从画出的曲线中反映出来,如图所示,实验中可以根据出现的曲线进一步选择合适的梯度变量。2.探究果胶酶的最适用量:
(1)实验原理:在一定的条件下,随着酶浓度的增加,果汁的体积增加;当酶浓度达到某一数值后,再增加酶的用量,果汁的体积不再改变,此值即是酶的最适用量。(2)实验过程:(3)结果分析:根据实验数据绘制出不同果胶酶用量对出汁率影响的曲线图(在浓度和体积相同的条件下,如图所示)。【思维拓展】预实验
(1)概念:在正式实验前,用标准物质或只用少量样品进行实验。
(2)意义:为正式实验选择最佳实验材料,准确控制无关变量,避免造成人力、物力及财力浪费。
(3)应用:在探究酶最适温度或pH时,一般要设置预实验。【典例训练3】工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响,某学生设计了如图所示的实验:①将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管,在10℃水浴中恒温处理10 min(如图中A)。
②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10℃水浴中恒温处理10 min(如图中B)。
③将步骤②处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图中C)。
④在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:根据上述实验,请分析并回答下列问题。
(1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中的
水解。
(2)实验结果表明,在上述8组实验中,当温度为 时
果汁量最多,此时果胶酶的活性 。当温度再升高时,
果汁量降低,说明____________________________________
___________________________________________________。
(3)实验步骤①的目的是______________________________
___________________________________________________。【解题关键】解答本题时,需要掌握温度对酶活性影响的规律,还要学会分析实验变量的方法。【解析】据表中数据分析得出:当温度为40℃时果汁量最多,此时果胶酶的活性相对最强。当温度再升高时,果汁量降低,说明温度升高,降低了酶的活性。实验中要保证单一变量,探究温度对酶活性的影响时,必须保证各试管中在预设温度的反应时间一致。
答案：(1)果胶
(2)40℃ 相对最强 温度升高,降低了酶的活性
(3)使果胶酶与苹果泥处于同一温度条件下【变式训练】下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究有关的叙述正确的是( )
A.探究果胶酶的用量时,pH、温度不影响实验结果
B.果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等
C.应将果泥与果胶酶先混合均匀后再放置到预设温度的水浴锅中
D.可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来定量表示果胶酶的活性【解析】选D。探究果胶酶的用量时,pH、温度会影响实验结果,pH、温度要相同且适宜;果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等;应将果泥与果胶酶分装在不同试管中放置到预设温度的水浴锅中,几分钟后再混合均匀。课件31张PPT。课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果一、加酶洗衣粉
1.定义:指含有_______的洗衣粉。
2.常用酶制剂的种类:蛋白酶、_______、淀粉酶、纤维素酶。
其中应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和___________。酶制剂脂肪酶碱性脂肪酶3.洗涤原理:
(1)蛋白酶可将大分子蛋白质水解为可溶性的_______或小分子
的肽;
(2)脂肪酶可将脂肪水解为_____________;
(3)淀粉酶可将淀粉水解为_______;
(4)纤维素酶可将纤维素水解为_______。
4.优点:加酶洗衣粉降低了表面活性剂和三聚磷酸钠的用量,使
洗涤剂朝_________的方向发展,减少对___________。
5.影响加酶洗衣粉中酶活性的因素:_____、_______和表面活
性剂。氨基酸甘油和脂肪酸麦芽糖葡萄糖低磷无磷环境的污染温度酸碱度二、探究实验设计
1.探究实验遵循的原则:
(1)_____原则;
(2)_________原则;
(3)实验结果与结论的多方面探究原则。对照单一变量2.探究实验变量的控制:
(1)探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的洗涤效果有何
不同时,用_________________作为变量,其他条件完全一致。
(2)探究温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响时,把___________
___作为变量,其他条件完全一致。
(3)探究不同种类加酶洗衣粉对污渍的洗涤效果时,将_______
___________________作为变量,其他条件完全一致。普通、加酶洗衣粉有梯度的温度等量不同种类的加酶洗衣粉【思考辨析】
1.判断正误
(1)蛋白酶可将蛋白质水解为小分子肽或氨基酸,所以可用于
清洁蛋白质类的污渍。( )
(2)为提高加酶洗衣粉的洗涤效果,可先用沸水将洗衣粉尽快
溶化,再调至适宜温度,最后加入衣物。( )
【分析】酶在沸水中已经变性失活,再调回适温,也无法恢复
其活性。√×(3)使用不同水质的水洗涤衣物,加酶洗衣粉的洗涤效果不同。
( )
(4)在探究pH对酶活性影响中,应设计一组不加酶洗衣粉洗涤作
为对照。( )
【分析】为保证pH为单一变量,对照组和实验组都应用加酶洗
衣粉。√×2.问题思考
(1)为什么不能用加蛋白酶的洗衣粉洗涤丝织物?
提示：丝织物的主要成分是蛋白质,蛋白酶可将其水解,降低丝织物的光滑度和强度。
(2)判断洗涤效果的方法和标准有哪些?
提示：可以在相同时间内比较去污程度,也可比较达到同样干净程度所需的时间。一、加酶洗衣粉
1.加酶洗衣粉中酶的特点:
(1)加酶洗衣粉中的酶是通过基因工程生产的,能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度。
(2)加到洗衣粉中的酶是通过特殊的化学物质将酶层层包裹,与洗衣粉的其他成分隔离。隔离层遇到水后,就会很快溶解,包裹在其中的酶就会很快发挥催化作用。2.加酶洗衣粉和普通洗衣粉比较:【易错提醒】关于加酶洗衣粉的两点提醒
(1)在加酶洗衣粉中起主要作用的成分是酶,所以其作用原理是酶的化学催化作用,而不是普通洗衣粉的物理作用。
(2)加酶洗衣粉洗涤衣物时,加入酶后,不要马上洗涤,要浸泡数小时,让酶分解衣物中的污渍,才能达到最佳效果。【典例训练1】(2012·江苏高考)下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的叙述,合理的是( )
A.先用热水溶解洗衣粉,再将水温调节到最适温度
B.实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度
C.相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉
D.衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果
【解题关键】解答本题的关键是:
(1)明确温度和pH影响酶的活性。
(2)理解加酶洗衣粉的作用。【解析】选B。温度会影响酶的活性,高温会破坏酶的结构,导致酶失去活性,且不可恢复,所以应先将水温调节到最适温度,再溶解洗衣粉,A项错误。本实验可以通过观察相同洗涤时间内污渍的残留程度来判断不同洗衣粉的洗涤效果,B项正确。pH会影响酶的活性,只有在最适pH条件下加酶洗衣粉洗涤效果才会好于普通洗衣粉,C项错误。衣物质地和洗衣粉用量会影响实验结果,如加蛋白酶洗衣粉不能洗涤蚕丝类衣物,D项错误。【变式训练】普通含磷洗衣粉与加酶洗衣粉的区别正确的是
( )
A.普通含磷洗衣粉会污染环境
B.表面活性剂只存在于普通洗衣粉中,会产生泡沫,可以将油脂分子分散开
C.水软化剂只存在于普通洗衣粉中,可以分散污垢
D.加酶洗衣粉是将酶直接添加到普通洗衣粉中【解析】选A。普通含磷洗衣粉可能造成水体富营养化,导致水中微生物和藻类的大量繁殖,形成“水华”或“赤潮”,引起水体污染。加酶洗衣粉中含有酶制剂,可以降低表面活性剂和三聚磷酸钠的用量,减少对环境的污染。不论是普通洗衣粉还是加酶洗衣粉都含有表面活性剂和水软化剂,这是两者的相同点。若将酶直接添加到洗衣粉中,酶易失活,故添加的酶需经处理(用特殊的化学物质将酶包裹,与其他成分隔离)。二、探究实验设计
1.实验中变量的控制:
影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的质地、大小及浸泡时间和洗涤时间等,在这些因素中,如果水温是我们研究的对象,那么应设水温为实验的自变量,其他因素(无关变量)都应保持相同、适宜且不变。2.探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果:
(1)实验准备:
①带有污染物实验用布的制作:称取一定量的污染物制成溶液,分别取等量污染物滴加在相同大小和质地的两块新布上。
②称取等量的洗衣粉:用天平准确称取等量普通洗衣粉和加相应酶洗衣粉。(2)实验步骤:
①取大烧杯两个,用量筒量取等量水放入其中。
②将制好的污染布块和洗衣粉混合,一组为污染布块与普通洗衣粉,一组为污染布块与加相应酶洗衣粉,分别放入烧杯中。
③用玻璃棒同时充分搅拌,一段时间后可重复进行。
④相同时间后观察洗涤效果。(3)实验结论:加酶洗衣粉的洗涤效果比普通洗衣粉好。
(4)注意事项:
①加酶洗衣粉中酶的催化作用受温度、pH和某些化合物等因素的影响,所以需要适宜温度、中性的水,并且不能含有酶的抑制剂。
②搅拌的力度要尽可能保持一致,时间相等。3.探究使用加酶洗衣粉的最适温度:
(1)实验原理:温度可以影响酶的活性,从而影响加酶洗衣粉的洗涤效果。
(2)实验步骤:
同上一实验,不同的是,要先做一预实验。需设置温度梯度,如10℃、15℃……55℃,若测出在40℃时洗涤效果较好,可设置更细的实验组,如35℃、36℃……45℃,直至测出较准确的最适温度。(3)注意事项:
①若在各温度梯度中测出效果最好的温度为40℃,但并不能确定40℃为最适温度,需缩小梯度差进一步探究。预实验的目的是缩小二次实验的温度限定范围,减小温度差。
②不同种类的加酶洗衣粉的最适温度不同,即使是同一种加酶洗衣粉也与洗涤时间的长短有关。4.探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果:
(1)实验原理:酶的催化作用具有专一性,复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,与单一加酶洗衣粉相比,对各种污渍都有较好的洗涤效果。
(2)实验步骤:
①制备各种污渍物,分成多份,取1 000 mL烧杯多个,各加入
500 mL水和1 g不同类型的洗衣粉。
②将污渍物分别放入不同烧杯中,用玻璃棒搅拌,洗涤相同时间。
③观察比较洗涤效果,得出结论。【思维拓展】复合酶洗衣粉是指加入多种酶的洗衣粉,在探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果时,不宜选用,否则会造成变量不唯一。【典例训练2】如图是围绕加酶洗衣粉洗涤效果进行的研究结
果。下列有关叙述,不正确的是( )
A.本研究的自变量有温度和洗衣粉是否加酶
B.本研究的因变量可能是污渍残留量
C.两类洗衣粉的最佳使用温度都为t1
D.温度超过t2后加酶洗衣粉中的酶可能失活【解题关键】解答本题的关键有以下两点:
(1)注意图中引起洗涤效果变化的变量有洗衣粉种类和温度。
(2)明确两种洗衣粉的区别,加酶洗衣粉因为有酶,所以作用效果受温度和pH等影响。【解析】选C。本题考查探讨加酶洗衣粉的洗涤效果。根据实验目的而人为改变的变量是自变量,随着自变量的变化而变化的变量是因变量。加入的洗衣粉不同,温度不同,都会造成洗涤效果的差异,故A正确。可用污渍的残留量来表示洗涤效果,故B正确。若纵坐标表示污渍残留量,则加酶洗衣粉的最适温度为t1,普通洗衣粉的最佳使用温度为t2,故C错误。温度过高,酶的活性降低甚至失活,故D正确。【规律方法】坐标图解题方法
(1)准确地判断纵坐标和横坐标的含义,即分别表示什么,如本题中首先应判断纵坐标指污渍的残留量。
(2)找准特殊点对应的纵坐标和横坐标的含义。如本题中t1代表加酶洗衣粉的最佳洗涤温度,t2表示二者的洗涤效果相同时的温度。
(3)分析多条曲线出现不同的原因,如本题中造成差异的根本原因是洗衣粉中是否加入了酶。课件30张PPT。课题3 酵母细胞的固定化一、固定化酶的应用实例——生产高果糖浆
1.反应原理:葡萄糖 果糖。
2.葡萄糖异构酶的优缺点:
(1)优点:这种酶的_______较好,能持续发挥作用。
(2)缺点:酶溶解于葡萄糖溶液后,无法从糖浆中回收,造成很大
的浪费。_____________葡萄糖异构酶稳定性3.使用固定化酶的生产原理:将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的
_____上,再将这些酶颗粒装入_______中,柱子底端装上分布着
许多小孔的筛板。_______无法通过筛板上的小孔,而_______
___可以自由出入。
4.生产操作:
(1)将_______溶液从反应柱的上端注入。
(2)使葡萄糖溶液流过反应柱,与___________________接触。
(3)转化成的果糖,从反应柱的下端流出。载体反应柱酶颗粒反应溶液葡萄糖固定化葡萄糖异构酶二、固定化技术的方法
1.固定化酶和固定化细胞技术的概念:是指利用物理或_____
_____将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
2.常用的方法:包埋法、___________和物理吸附法。
(1)酶适合采用化学结合法和___________固定化,而细胞多采
用_______固定化。
(2)包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水
的___________中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、
醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。化学方法化学结合法物理吸附法包埋法多孔性载体三、固定化酵母细胞实验操作
1.酵母细胞的活化:向盛有干酵母的小烧杯中加入_______,让
处于_____状态的酵母菌恢复正常的生活状态。
2.配制CaCl2溶液:配制物质的量浓度为0.05 mol·L-1的_____
溶液。
3.配制海藻酸钠溶液:用酒精灯加热时,边加热边_____,要用小
火,或者_________,直至完全溶化。蒸馏水休眠CaCl2搅拌间断加热4.海藻酸钠溶液与酵母细胞混合:将溶化好的海藻酸钠溶液冷
却至室温,加入已活化的酵母细胞,进行充分搅拌,使其混合均
匀,再转移至_______中。
5.固定化酵母细胞:以_____的速度缓慢地将注射器中的溶液滴
加到配制好的_________中,浸泡___min左右。
6.用固定化酵母细胞发酵:将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用
_______冲洗2～3次,放入用于发酵的葡萄糖溶液中,再置于
25℃下发酵24 h后,会发现有_____产生,同时有酒味散发。 注射器恒定CaCl2溶液30蒸馏水气泡【思考辨析】
1.判断正误
(1)酶的固定化提高了酶的催化效率。( )
【分析】酶的固定化使酶能够反复利用,提高了酶的利用率,
但并未提高酶的催化效率。
(2)柱子底端分布着许多小孔的筛板属于半透膜。( )
【分析】半透膜是只允许离子和小分子自由通过的膜结构。
葡萄糖异构酶已经被固定在载体上,与反应溶液的分离属于
较大固体颗粒与液体的分离,已超出半透膜分离溶质分子的
范畴。××(3)固定化酵母常采用化学结合法和物理吸附法。( )
【分析】化学结合法和物理吸附法是固定化酶常采用的方法,
固定化酵母一般采用包埋法。
(4)酵母细胞的固定化可提高发酵产品的质量。( )×√2.问题思考
(1)固定化酶和固定化酵母在营养物质提供方面有何差别?
提示：固定化酶不需要提供营养物质,固定化酵母需要提供营养物质以保证酵母菌存活。
(2)如果制作的凝胶柱颜色过浅,呈白色,则说明了什么?
提示：说明海藻酸钠浓度偏低,固定的细胞数目少。一、直接使用酶、固定化酶、固定化细胞催化的比较【易错提醒】有关固定化细胞与固定化酶的两点提醒
(1)固定化细胞使用的都是活细胞,应该为其提供一定的营养物质,而固定化酶不需要。
(2)固定化细胞由于固定的是完整的细胞,因而酶的环境较稳定,所以对酶的活性影响较小,更能抵抗外界环境的变化。【典例训练1】(2013·江苏高考)下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是( )
A.可用包埋法制备固定化酵母细胞
B.反应产物对固定化酶的活性没有影响
C.葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
D.固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应【解题关键】解答本题，需要注意以下两点：
(1)明确固定化的对象是细胞还是酶，不同的对象，固定化的方法不同。
(2)明确酶促反应中存在反馈调节，其产物可以和酶结合。【解析】选A。本题考查固定化酶和固定化细胞技术。A项中，固定化酵母细胞使用包埋法，固定化酶适合采用化学结合法和物理吸附法，故正确。B项中，酶促反应的产物积累如pH变化会影响酶的活性，故错误。C项中，酶固定前后专一性不变，故错误。D项中，固定化细胞固定的是一系列酶，可以催化一系列反应，但不能催化各种反应底物的反应，故错误。【变式训练】下列关于固定化细胞的说法错误的是( )
A.固定化细胞技术是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术
B.酶固定化技术是固定化细胞技术的基础
C.一般来说,细胞常采用物理吸附法固定
D.包埋法常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等【解析】选C。细胞体积大,酶分子体积很小;体积大的细胞难以被吸附或结合,而体积小的酶容易从包埋材料中漏出,所以酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化,而细胞多采用包埋法固定化。二、固定化酵母细胞的制备与应用
1.固定化酵母细胞的制备:
(1)酵母细胞的活化:在缺水的状态下,微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物恢复正常的生活状态。
(2)配制CaCl2溶液:0.83 g无水CaCl2+150 mL蒸馏水→200 mL烧杯→溶解备用。
(3)配制海藻酸钠溶液:0.7 g海藻酸钠+10 mL水→50 mL烧杯→酒精灯小火(或间断)加热,并不断搅拌,使之溶化→蒸馏水定容至10 mL。(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合:将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,加入已活化的酵母细胞,充分搅拌后吸入注射器中。
(5)固定化酵母细胞:以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中,形成凝胶珠。2.用固定化酵母细胞发酵:
(1)冲洗:将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2～3次,刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡30 min左右,形成稳定结构。
(2)发酵:150 mL质量分数为10%的葡萄糖→200 mL锥形瓶→加入固定化酵母细胞→25℃发酵24 h。【易错提醒】制备固定化酵母细胞的三点提醒
(1)CaCl2要称量准确,不能用自来水配制溶液,防止自来水中各种离子影响实验效果,应用蒸馏水。
(2)制备过程严格要求无菌操作,防止微生物污染。
(3)海藻酸钠溶液的浓度影响固定化细胞的质量,如果海藻酸钠浓度过高,很难形成凝胶珠;如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目就少,影响实验效果。【典例训练2】(2010·江苏高考改编)如图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。下列叙述不正确的是( )A.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母细胞混合制备混合液
B.图1中X溶液为CaCl2溶液,其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C.图2发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触
D.图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中【解题关键】解题关键是了解制备固定化酵母细胞的过程,明确各种溶液的作用和每个步骤的意义。溶化海藻酸钠时需要加热,图1为凝胶珠的形成过程,图2为酵母细胞发酵的过程。【解析】选A。刚溶化的海藻酸钠溶液要冷却至室温,才能与活化的酵母细胞混合制备混合液,以免高温使酵母细胞失活;混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母细胞,CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠;发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触,以利于发酵过程的顺利进行;制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的CaCl2)后再转移到图2装置中进行发酵。【互动探究】
(1)酵母细胞固定前要活化,原因是什么?
提示：让处于休眠状态的酵母细胞恢复正常的生活状态。
(2)图2容器中的气泡和酒精是怎样形成的?
提示：酵母菌进行无氧呼吸产生CO2(形成气泡)和酒精。
