专题4 酶的研究与应用
课题3 酵母细胞的固定化
一、选择题
1．下列关于固定化技术的说法，正确的是( )
A．物理吸附法的优点是操作简单，吸附牢固
B．包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性
C．物理吸附法容易对酶活性产生影响
D．包埋法常用的载体有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等
解析：选D 固定化技术的主要方法有化学结合法、物理吸附法和包埋法。它们各有利弊，物理吸附法的主要优点是酶活性不受影响，但吸附过程相当复杂，这一过程与微生物细胞的性质、载体的性质以及两者之间的相互作用等有关，且吸附力较弱，吸附不牢固，细胞容易脱落。包埋法操作简便，条件温和，对细胞无毒性，适合于细胞的固定化，包埋法常用的载体有琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、明胶和聚丙烯酰胺等。
2．(2019·扬州模拟)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 细胞个大，但酶分子很小；个大的细胞难以被吸附或结合，而个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和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。
3．(2019·泰安模拟)下列关于酶和细胞的固定化的叙述，不正确的是( )
A．酶分子很小，易采用包埋法固定
B．酶分子很小，易采用化学结合法或物理吸附法固定
C．细胞个大，难被吸附或结合
D．细胞易采用包埋法固定
解析：选A 酶分子很小，易采用化学结合法或物理吸附法固定，A项错误，B项正确；细胞体积大，难被吸附或结合，易采用包埋法固定，故C、D两项正确。
4．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( )
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B．固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧
C．利用固定化酶技术能降解水中所有的污染物
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物
解析：选A 固定化细胞与固定化酶有许多相似之处，但也有较大的区别(酶与活细胞有区别)，固定化细胞主要应用在一些需要活体细胞进行持续性处理的生产过程中，A项正确；固定化酶不像普通酶那样对环境要求那么高，耐受性比较好，和溶解氧没什么关系，B项错误；酶具有专一性，只能降解部分有机污染物，C项错误；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类作为反应底物，同时也作为碳源来提供能量和营养物质，D项错误。
5．下列有关利用固定化酶技术生产高果糖浆的说法不正确的是( )
A．葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成的是果糖
B．从固定化酶反应柱下端流出的只有果糖
C．高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管疾病，对人类的健康更有益
D．用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量
解析：选B 利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例中，反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗粒通过，但是不影响反应物和产物的通过，因此下端流出的既有果糖，又有没反应完的葡萄糖。
6．与直接使用酶相比，固定化酶的优势是( )
A．催化效率高，低耗能、低污染
B．对环境条件非常敏感，容易失活
C．既能与反应物充分接触，又能与产物分离
D．不能重复利用
解析：选C 与直接使用酶相比，固定化酶的优势是：既能与反应物接触，又能与产物分离，可被重复利用。
7．(2019·南京期末)下列说法正确的是( )
A．酵母菌可以利用海藻酸钠进行固定化，但是不能用琼脂糖进行固定化
B．海藻酸钠浓度越高，固定酵母菌的效果越好
C．在实验过程中为防止海藻酸钠发生焦糊，要用小火或间断加热溶化海藻酸钠
D．酶分子较小，常采用包埋法固定
解析：选C 多孔的材料可用于包埋微生物，琼脂糖和海藻酸钠都可用于酵母菌的固定化，A错误；海藻酸钠浓度应适宜，浓度太高很难制备大小均匀的凝胶珠，B错误；海藻酸钠在水中的溶解速度慢，为防止焦糊，应采用小火或者间断加热的方式，C正确；酶分子较小，易从包埋材料中漏出，常采用物理吸附法或化学结合法固定，D错误。
8．(2019·中山模拟)下列有关固定化酶和固定化细胞的说法正确的是( )
A．固定化酶的优势在于它能催化一系列生化反应
B．固定化细胞技术一次只能固定一种酶
C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶可在细胞外起作用
D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性迅速下降
解析：选C 固定化酶固定的只是一种酶，不能催化一系列生化反应，能催化一系列生化反应的应是固定化细胞，因为固定化细胞固定的是一系列酶。固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但不会出现酶的活性迅速下降的情况。固定化酶是在细胞外发挥作用，固定化细胞中的部分酶可在细胞内发挥作用，也有部分可在细胞外发挥作用，所以固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶可在细胞外起作用。
9．(2019·广州模拟)如图为某同学利用海藻酸钠固定化酵母细胞的实验结果，出现此结果的可能原因不包括( )
A．海藻酸钠浓度过高
B．酵母细胞已经死亡
C．注射器中的溶液推进速度过快
D．注射器距离CaCl2溶液液面太近
解析：选B 凝胶珠的形状与酵母细胞的活性没有关系，而与海藻酸钠溶液浓度、注射器推进速度等因素有关。
10．(多选)为了使牛仔裤呈现“穿旧”效果，在工业洗衣机中用酶洗代替传统的浮石擦洗，是目前重要的生产手段(工艺流程如图)。下列叙述中错误的是( )
A．纤维素酶在仿旧中的作用机理与其在洗衣粉中去污的机理相似
B．在上述工艺中，为重复使用纤维素酶，可选用适当的包埋剂固定化酶
C．在上述工艺中，通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅
D．纤维素酶催化葡萄糖残基间磷酸二酯键的水解分解纤维素
解析：选BD 纤维素酶在仿旧中的作用机理是适当水解布料中的纤维素成分，和加酶洗衣粉中的纤维素酶作用类似，都是使织物变得蓬松，有利于染色剂染色和污物脱落，A项正确；纤维素酶的固定不宜用包埋法，固定化酶可使酶重复使用，B项错误；纤维素酶的活性受温度、酸碱度的影响，控制处理时间可控制布料中纤维素成分的水解程度，故通过调节温度、酸碱度、处理时间可控制仿旧颜色的深浅，C项正确；纤维素分子中葡萄糖残基间不形成磷酸二酯键，D项错误。
11．固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员采用双重固定法(即以戊二醛作交联剂使酶相互连接，以海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶)以研究固定化酶的相关性质，并对其最佳固定条件进行了探究。如图甲、乙、丙为部分研究结果。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量。下列有关叙述，错误的是( )
A．由甲图可知，固定化小麦酯酶比游离小麦酯酶对温度变化的适应性弱
B．由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好
C．由丙图可知，固定化小麦酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降
D．固定化小麦酯酶采用双重固定法固定的原因是酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出
解析：选A 由甲图可知，固定化小麦酯酶比游离小麦酯酶对温度变化的适应性更强，A错误；由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，B正确；由丙图可知，固定化小麦酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降，C正确；固定化小麦酯酶采用双重固定法固定的原因是酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出，D正确。
12．(2019·南通模拟)科研人员研究了氯化钙溶液浓度对固定化啤酒酵母发酵性能的影响，结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．实验中氯化钙溶液的主要功能是为酵母细胞的生长增殖提供营养
B．氯化钙溶液浓度在2.0 mol·L－1左右时，凝胶珠硬度最大
C．研究表明，酵母固定化的适宜氯化钙溶液浓度为2.4 mol·L－1左右
D．凝胶珠硬度过大时，发酵产生的酒精反而减少的原因是固定化阻止了酵母细胞与外界的物质交换
解析：选D 实验中氯化钙溶液的主要功能是使海藻酸钠聚沉，形成稳定多孔的含酵母菌的凝胶珠，A错误；据图可知，氯化钙溶液浓度在2.4 mol·L－1左右时，凝胶珠硬度最大，B错误；由图可知，酵母固定化的适宜氯化钙溶液浓度为2.0 mol·L－1左右，C错误；凝胶珠硬度过大时，发酵产生的酒精反而减少的原因是固定化阻止了酵母细胞与外界的物质交换，D正确。
二、非选择题
13．(2019·贵阳期末)下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：
酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→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重新恢复________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时________________。
(2)固定化细胞技术一般采用包埋法，而固定化酶常用__________________和__________________。
(3)影响实验成败的关键步骤是____________________________。
(4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是_____________________________。
(5)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_________________________。
解析：(1)在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。由于酵母菌活化时体积会变大，所以活化前应选择足够大的容器。(2)固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术，其中固定化细胞常采用包埋法，而固定化酶常用化学结合法和物理吸附法，原因是细胞体积大，而酶分子体积小，个体大的细胞难以被吸附或结合，而个体小的酶容易从包埋材料中漏出。(4)海藻酸钠溶化时应用小火或间断加热，期间还要不断搅拌，防止焦糊。
答案：(1)缺水 正常(生活) 体积会增大
(2)化学结合法 物理吸附法
(3)配制海藻酸钠溶液
(4)小火或间断加热，不断搅拌
(5)较少 (海藻酸钠浓度偏高)制作失败
14．如图1所示的探究性实验装置共6个，6个装置中分别加入等量的饱和葡萄糖溶液及两粒固定有酵母菌的凝胶珠，实验开始时，小液滴都在C点(刻度管足够长，瓶内氧气充足)。 6个装置分别在0 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃温度下进行实验，10 min后记录各个装置中小液滴的位置，依结果可描绘出图2所示坐标曲线图。
(1)该实验的目的是_____________________，自变量是______________。
(2)实验中小液滴向________移动，理由是__________________________，移动的距离表示_______________________________。
(3)如果在制备固定化酵母菌的实验中，海藻酸钠的浓度过低，请在图2坐标系中画出实验开始10 min后的曲线乙。
(4)工业生产中利用固定化细胞技术进行生产，从哪些方面做可以达到延长利用固定化细胞时间的目的？(至少答出两点)____________________________。
解析：(1)本实验探究了温度与固定化酵母菌发酵速度之间的关系，所以温度是自变量。(2)酵母菌有氧呼吸消耗氧气，而产生的二氧化碳又被NaOH溶液吸收，使得锥形瓶中气体量减少，小液滴左移，移动的距离表示酵母菌有氧呼吸消耗的氧气量。(3)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌数目就会较少，小液滴移动距离就短，所得曲线乙和原曲线相似，但在原曲线的下面。(4)在利用固定化细胞技术进行生产时，要求无菌操作，同时控制好温度和pH等，以达到延长使用固定化细胞时间的目的。
答案：(1)探究温度与固定化酵母菌发酵速度之间的关系 温度 (2)左 酵母菌有氧呼吸消耗氧气，而产生的二氧化碳又被NaOH溶液吸收，使得锥形瓶中气体量减少，小液滴左移 酵母菌有氧呼吸消耗的氧气量 (3)如图
(4)无菌操作，控制好温度和pH等
15．某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答(1)～(4)题：
时间/d
游离酵母酒精度
固定化酵母酒精度
0
0
0
2
1.0
2.5
4
2.1
4.2
6
3.2
5.0
8
3.9
5.4
10
4.3
6.0
12
4.6
6.4
(1)制作凝胶珠的实验步骤：酵母细胞的活化→_______________________→配制海藻酸钠溶液→______________________________→固定化酵母细胞。
(2)影响实验成败的关键步骤是_____________________________。
(3)图中钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸钠起________________的作用。
(4)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。
①实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是________________，要求条件相同是为了确保___________________________________。
②由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定化酵母在发酵前期的延迟期的时间比游离酵母发酵前期延迟期的时间要__________。
解析：(1)制备固定化酵母细胞的实验步骤：酵母细胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。(2)该实验的关键是配制海藻酸钠溶液。(3)海藻酸钠起载体的作用，用于包埋酵母细胞。(4)①酵母菌酒精发酵过程是酶的催化过程，需要在适宜的温度、pH等条件下进行，两组实验的条件相同，才能够确保无关变量相同，且遵循单一变量原则。②由表可知，在12 d的发酵时间里，固定化酵母发酵产酒酒精度从0度到6.4度，游离酵母发酵产酒酒精度从0度到4.6度。而且固定化酵母发酵产酒酒精度在第4 d即达到4.2度，表明其延迟期短。
答案：(1)配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)包埋酵母细胞(或载体) (4)①适宜的温度、pH等 单一变量 ②短
课件41张PPT。专题4 酶的研究与应用课题3 酵母细胞的固定化课 后·提 能 达 标课前·新知导学葡萄糖异构酶稳定性敏感失活被再次利用产物载体反应柱酶颗粒反应溶液上端固定化葡萄糖异构酶下端物理化学包埋细胞化学结合酶物理吸附酶反应物产物低容易包埋法多孔性明胶海藻酸钠活化CaCl2海藻酸钠酵母细胞蒸馏水葡萄糖气泡√√√×√×××课堂·考点突破课 后·提 能 达 标点 击 进 入
