人教版高中生物选修一4.3 酵母细胞的固定化(24张PPT)

(共24张PPT)
专题4
酶的研究与应用
1.直接使用酶制剂
（1）优点：催化效率高、低耗能、低污染
有什么办法可以使酶反复使用？
解决办法：将酶固定在不溶于水的载体上。
（2）缺点：
①酶对高温、强酸强碱等条件非常敏感，容易失活
②溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生
产成本
③反应后，酶会混在产物中，影响产品口感、质量
2.固定化酶
（1）优点：使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。
（2）应用实例——高果糖浆的生产
①原理
②优点：反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高果糖的产量和质量。
③不足：一种酶只能催化一种化学反应，而实际生产中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能得到。
葡萄糖
葡萄糖异构酶
高果糖浆
＊
利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术
葡萄糖
葡萄糖异构酶
高果糖浆
＊
C
3.固定化细胞
（1）含义：利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术
（2）方法：包埋法、化学结合法、物理吸附法
酶
物理吸附法
化学结合法
包埋法
细胞
原因：①细胞个大，酶分子很小；②个体大的细胞难以被吸附或结合而个小的酶容易从包埋的材料中漏出
包埋法固定化细胞，即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。
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
对酶的活性影响较小
操作简单
（1）从操作角度来考虑，哪一种方法更容易？
（2）哪一种方法对酶活性的影响更小？
（3）固定化细胞的固定一种酶还是一系列酶？
（4）想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应该选择哪种方法？
（5）如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？
固定化酶
or
固定化细胞？
固定化细胞
固定化细胞：维持细胞结构的稳定性，为酶充分发挥作用提供稳定的环境。
一系列酶
固定化细胞
固定化酶
（6）如果要固定胞外酶，应该采用哪种方法？
固定化酶
固定化酶可以固定胞内酶和胞外酶，而固定化细胞只能固定胞内酶
3.固定化细胞
（3）优点：
成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收
（4）缺点：
固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。
教材习题答案
1.
直接使用酶、使用固定化酶和使用固定化细胞催化反应，有哪些优点与不足？
类型
优点
缺点
直接使用酶
催化效率高
低耗能
低污染
对环境条件非常敏感，容易失活；
溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；
反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量
类型
优点
缺点
固定化酶
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
一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到
固定化细胞
成本低
操作更容易,对酶活性影响小、可以使酶再利用。
固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反映效果下降等
v
v
D
1.
2.研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三脂磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机农药，与微生物降解相比，其作用不需要适宜的（
）
A.温度
B.酸碱度
C.水分
D.营养
D
4.制备固定化酵母细胞
（1）酵母细胞的活化
1g干酵母
+
10ml蒸馏水→50ml烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化
在
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
注意事项！酵母活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以免酵母细胞活化液溢出容器外。
（2）配置物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液
0.83gCaCl2
+
150ml蒸馏水→200ml烧杯→溶解备用
防止自来水中各种离子影响实验结果
（3）配置海藻酸钠溶液
0.7g海藻酸钠
+
10ml水→50ml烧杯→酒精灯小火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10ml
最重要的环节
防止海藻酸钠发生焦糊
海藻酸钠的浓度影响固定化细胞的质量
过高——很难形成凝胶珠——形状不是球形或椭球性
过低——形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞少——颜色过浅，呈
白色。
（4）海藻酸钠与酵母细胞混合
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，再转移到注射器中。
以免海藻酸钠温度过高杀死酵母菌
（5）固定化酵母细胞
以恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加CaCl2溶液中，将形成的凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30
min左右。
使胶体聚沉，使海藻酸钠形成凝胶珠，刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。
如何检验凝胶珠是否合格？
观察凝胶珠颜色和形状，呈乳白色、球形或椭球形，就说明合格。
在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能说明制备的凝胶珠是成功的。
用镊子夹起一个凝胶珠放在实验室桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就说明凝胶珠的制作成功。
【归纳】凝胶珠不是球形或椭球性的原因：
①海藻酸钠溶液浓度过高
②混合液滴加速度过快（或针筒口离CaCl2溶液液面距离太近）
5.用固定化酵母细胞发酵
①将固定化酵母细胞（凝胶珠）用蒸馏水冲洗2－3次
②将150ml质量分数为10％的葡萄糖溶液转移至200ml的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25°C下发酵24h
思考1.为什么要用蒸馏水冲洗凝胶珠
思考2.葡萄糖有什么作用？
思考3.酵母菌发酵需要什么条件？
洗去凝胶珠表面多余的CaCl2溶液。以免对实验造成影响
既可以作为发酵底物，也作为酵母细胞的营养物质
无氧密封、25°C
酵母菌酒精发酵反应式：
C6H12O6
2C2H5OH
+
2CO2+能量
酶
结果分析与评价：
2.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气泡，同时会闻到酒味
课题延伸：如果希望反复使用固定化酵母细胞，就需要在严格无菌条件下进行。
固定化酵母细胞的实验过程
酵母细胞的活化
配置物质的量浓度为0.05mol/L的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
利用固定化酵母细胞发酵
1.
2.
D
D
3.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述中，正确的是(
)
A．温度和
pH
对固定化酶的活性没有影响
B．作为消化酶使用，蛋白酶制剂以口服的方式给药
C．尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用
D．固定化酶和固定化细胞相比，可以催化多步连续反应
B
4.下列关于酶和细胞的固定化研究及应用的叙述，正确的是(
)
A．用海藻酸钠固定酵母细胞的方法属于物理吸附法
B．用化学结合法固定化酶不会对其活性产生影响
C．固定化酶和固定化细胞催化反应的底物都可以是大分子
D．固定化酶和固定化细胞都可反复使用，催化反应的速率会受环境影响
D
5,下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是
A.固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用
B.溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素
C.固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物
D.凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合
B
6．下列有关酶的应用及固定化酶技术的叙述，错误的是(　　)
A．用包埋法将果胶酶固定化后，其活性明显增强
B．固定化酶和固定化细胞都可以被重复利用
C．利用固定化酶生产高果糖浆，葡萄糖的作用只是作为反应底物
D．为较长时间保持酶活性，酶制剂应保存在低温条件下
A
B
请回答有关果酒制作及固定化细胞的问题：
(1)葡萄汁发酵后是否有酒精产生，可用__________检验，若在酸性条件下液体呈现________色，则证明有酒精产生。
(2)为提高果汁的出汁率及使果汁变得澄清，在果汁生产中常用到____________。
(3)利用果汁可以酿制果酒，现为提高果酒的品质及节约生产成本，某厂家已尝试使用固定化细胞技术。在制备固定化酵母细胞时，常采用下图中的方法____________(填出序号及名称)。采用该方法的原因是________________________________________________________________。
重铬酸钾
灰绿
果胶酶
③包埋法
体积大的细胞难以被吸附或结合，但它不容易从包埋材料中漏出
(4)制作固定化酵母细胞时，要将已冷却至________的溶化好的海藻酸钠溶液与已________的酵母细胞充分搅拌，经充分混合均匀的酵母细胞溶液可在饱和的________溶液中形成凝胶珠。如果得到的
凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明_____________________，
如果得到的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则可能的原因是_______________________________________________________________________________。
室温
活化
CaCl2
海藻酸钠溶液浓度偏低
海藻酸钠浓度偏高或混合液滴加速度过快（或针筒口离CaCl2溶液液面距离太近）