生物：4.3《酵母菌细胞的固定化》学案（1）（新人教版选修1）

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课题3 酵母细胞的固定化
学习目标
1．说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。
2．尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。
学习重点：制备固定化酵母细胞。
学习难点：制备固定化酵母细胞。
学习过程
（一）课题背景
酶：优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。
实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。
设想：
固定化酶：优点
实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成 都是通过一系列的酶促反应才能得到的
设想：
固定化细胞：优点
（二）、固定化酶的应用实例
高果糖浆是指
能将葡萄糖转化为果糖的酶是 。使用固定化酶技术，将
这种酶固定在一种 上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱
子底端装上分布着许多小孔的 。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应
溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，
使葡萄糖溶液流过反应柱，与 接触，转化成果糖，从反
应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了
果糖的产量和质量。
（三）、固定化细胞技术
固定化酶和固定化细胞是利用 或 方法将酶或细胞固定
在一定空间内的技术，包括 、 和 法。一般
来说，酶更适合采用 和 法固定，而细胞多采用
法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被
或 ，而个小的酶容易从 中漏出。
包埋法法固定化细胞即将微生物细胞 包埋在不溶于水的
中。常用的载体有 、 、 、 和
等。
〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么？
〖思考2〗将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（ ）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（ ）。
（四）、实验操作
(1)制备固定化酵母细胞
制备固定化酵母细胞需要的材料是 、 和
1.酵母菌的活化
活化就是处于 状态的微生物重新恢复正常的生活状态。
2.配制物质的量尝试为0.05mol/L的Cacl2溶液
3.配制海藻酸钠溶液
加热溶化海藻酸钠时要注意：
4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合
5.固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的
溶液中，并浸泡 (时间)。
(2)用固定化酵母细胞发酵
1.将固定好的酵母细胞用 冲洗2-3次。
2.发酵时的温度就为 ，时间 。
〖思考4〗加热溶化海藻酸钠时微火加热并不断搅拌的目的是什么？
〖思考5〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？
〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封？
〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的？
〖思考8〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中，需要无菌操作码？
（五）、结果分析与评价
（一）观察凝胶珠的颜色和形状
如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。
（二）观察发酵的葡萄糖溶液
利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多 ，同时会闻到 。
反馈练习
1.使用固定化细胞的优点是( )
A.能催化大分子物质的水解 　 B．可催化一系列化学反应
C．与反应物易接近 　 D．有利于酶在细胞外发挥作用
2.酶的固定方法不包括( )
A.将酶吸附在固体表面上
B．将酶相互连接起来
C．将酶包埋在细微网格里
D． 将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶
3.下列关于酶制剂的叙述错误的是( )。
A． 酶制剂是包含酶的制品 B．包内酶和包外酶均可用于制成酶制品
C．酶制品的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等
D．固定化细胞不属于酶制剂
4.如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制( )。
A．直接使用酶 B．使用化学方法结合的酶
C．使用固定化细胞 D．使用物理吸附法固定的酶
5.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是( )。
A． 酶分子很小，易采用包埋法
B．酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶
C．细胞个大，难被吸附或结合 D．细胞易采用包埋法固定
6. 关于固定化酶的叙述不正确的是 ( )。
A． 既能与反应物接触，又能与反应物分离
B．固定在载体上的酶可被反复利用
C．可催化一系列反应 D．酶的活性和稳定性受到限制
7.固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是( )。
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用
C．促化反应结束后，能被吸收和重复利用
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用
8.关于酵母细胞活化的说法，不正确的是( )。
A．酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸
B．活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态
C．酵母细胞活化所需要的时间较短 D．酵母细胞活化后体积增大
9.下列关于酶的叙述中正确的是( )。
A． 酶都提取于动植物细胞
B．酶制剂能够重复利用
C．果酒和果汁能够用酶制剂澄清
D．酶固定后称为酶制剂
10.对配制海藻酸钠溶液的叙述不准确的是( )。
A．加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环
B.海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量
C．海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠
D．海藻酸钠的浓度过低，形成凝胶珠内包埋细胞过少
11．目前，日用化工厂大量生产的酶制剂，其中的酶大都来自（ ）
A．化学合成 B动物体内
C植物体内 D微生物体内
12.下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：
(1)请请在横线上填出各标号名称.①________
②_________ ③_________。
(2) 与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点
是_____________和_____________,
固定化细胞的优点是___________________。
(3)③的作用是_______________。
（4）制作固定葡萄糖异构酶所用的方式有__________
或_______________。
（5）据图说出反应柱的作用原理
13.下图是制备固定化酵母细胞实验步骤图解，请据图回答：
酵母细胞活化→配制CaCl2溶液→配置海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞
(1) 在_______________状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休
眠状态的微生物恢复_________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵
母细胞活化时_________。(2) 影响实验成败的关键步骤是 _______ 。
(3) 如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞数目______。
（4）观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明
如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明 。
（5）制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？
参考答案
（一）能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？ 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。 细胞中有多种酶，能否用固定化酶类似的技术来处理细胞？ 成本低，操作更容易
（二） 果糖含量为42%的糖浆 葡萄糖异构酶 颗粒状的载体上 筛板 葡萄糖异构酶 （三） 物理 化学 包埋 化学结合法 物理吸附法 化学结合法、 物理吸附法 包埋法 难以化学结合 吸附 包埋料中 均匀 多孔性载体 明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等
（四） 干酵母 CaCl2 海藻酸钠溶液 休眠 微火加热并不断搅拌，防止海藻酸南焦糊CaCl2 30分钟 25℃ 24h。
思考1 吸附法 思考2 细胞 酶 思考4防止海藻酸南焦糊 思考5防止高温杀死酵母细胞 思考六 酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件
思考7酵母菌进行无氧呼吸产生的。 思考8 需要。
BDDCA CDACC D
12、答案：（1）反应柱； 固定化酶； 分布着小孔的筛板 （2）既能与反应物接触，又能与反应物分离； 能被反复利用，成本更低，操作更容易 （3）酶颗粒无法通过筛板上的小孔，反应溶液可自由出入。（4）将酶相互连接起来；将酶吸附在载体表面上 （5）反应物溶液从反应柱上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到产物，从反应柱下端流出。
13、答案：（1）缺水； 正常生活状态； 体积增大（2）配制海藻酸钠溶液； (3)少
（4）固定化酵母细胞数目较少； 海藻酸钠浓度偏高，制作失败
（5）因为酶分子很小，容易从包埋材料中露出w.k.s.5.u.c
k.s.5.u
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
www.
①
②
③
①
②
③
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