人教版选修1高中生物4.3《酵母细胞的固定化》导学案

专题4
酶的研究与应用
课题3
酵母细胞的固定化
一、课题目标
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。
二、课题重点和难点
1．课题重点：制备固定化酵母细胞。
2．课题难点：制备固定化酵母细胞。
三、学习过程
（一）基础知识
知识点
思考与讨论
归纳与总结
一、课题背景
仔细阅读课题背景，想一想，我们如何能实现酶的固定化和细胞的固定化？
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
仔细阅读课文，举例说明固定化酶技术是如何实现的？与一般的酶反应相比，意义在哪里？
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
阅读课文，试说明固定化酶技术与固定化细胞技术有哪些异同？
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；个大的细胞难以被
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。
四、实验操作
实验操作中，制备固定化酵母细胞的操作可以分为哪几步？应该注意哪些问题？
(一)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)。(二)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
。
五、结果分析与评价
结果分析中，如何通过凝胶珠的特点来判断细胞固定化是否成功？
（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
；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明
，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
六、课题延伸
工厂化生产是在什么条件下进行的？
工业生产中，细胞的固定化技术是在
条件下进行的。
（二）基础知识
四、课堂练习
1．高果糖浆生产需要的酶是
(
)
A．葡萄糖异构酶
B．蔗糖酶
C．麦芽糖酶
D．果糖酶
2．下列关于固定化酶中用到的反应柱的理解中。
正确的是
(
)
A．反应物和酶均可自由通过反应柱
B．反应物和酶均不能通过反应柱
C．反应物能通过，酶不能通过
D．反应物不能通过，酶能够通过
3.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
4．固定化细胞常用包埋法固定，原因是
(
)
A．包埋法固定操作最简便
B．包埋法对酶活性的影响最小
C．包埋法固定具有普遍性
D．细胞体积大，难以被吸附或结合
5．下列不属于固定化酶在利用时的特点
的是
(
)
A．一种固定化酶一般不能催化一系列酶促反应
B．有利于酶与产物分离，提高产物品质
C．能自由出入依附的载体
D．酶是催化剂，但固定化酶也不可永远利用
6、下列关于固定化酶技术说法中，正确的是
(
)
A．固定化酶技术就是固定反应物，让酶围绕
反应物旋转的技术
B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
C．固定化酶中的酶无法重复利用
D．固定化酶是将酶固定在一定空间的技术
7、目前，酶已经大规模地应用于各个领域，下列属于应用中所面临的实际问题的是
(
)
A．酶通常对强酸、强碱、高温非常敏感，但对有机溶剂不敏感
B．酶的结构比较稳定，所以催化功能很高
C．酶用于生产时可能会混在产物中，影响产品质量
D．直接用于生产中的酶可以多次利用
8.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
9.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．酵母细胞活化所需要的时间较短
C．活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态
D．酵母细胞活化后体积增大
10．下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法中，错误的是
(
)
A．固定化酶生物活性强，可长久使用
B．一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高
C．一般酶制剂只能一次性利用
D．固定化酶可降低生产成本，提高产量和和质量
11、
使用固定化酶的优点是
(
)
A．有利于增加酶的活性
B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度
D．有利于酶发挥作用
12.酶的固定方式不包括(
)。
A.将酶吸附在载体表面上
B．将酶相互连接起来
C．将酶包埋在细微网格里
D．将酶加工成固体
13.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
14.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
15．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酯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磷农药，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
16．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是(
)
A．琼脂糖
B．醋酸纤维素
C．聚丙烯酰胺
D聚乙烯树脂
17．下列关于固定化细胞的叙述，正确的是
(
)
A．催化效率高，低耗能、低污染
B．对环境的条件非常敏感，容易失活
C．既能与反应物充分接触，又能与产物分离
D．成本低、操作简单，但反应效率可能很低
18．溶解海藻酸钠，最好采用下列哪种加热的方法
(
)
A．小火间断
B．小火持续
C．大火间断
D．大火持续
19.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
20、下列有关固定化酵母细胞制备步骤正确的是
(
)
A．应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化
B．配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热的方法
C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀
D．将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注人CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成
21．下列关于酵母菌的叙述，正确的是
(
)
A．酵母菌在营养物质充足、环境适宜时，依靠有性生殖进行繁殖
B．酵母菌的代谢类型是异养厌氧型
C．酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种细胞器膜等
D．用酵母菌酿酒时，应先密封后通气
22．在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2溶液的作用是
(
)
A．调节溶液pH
B．进行离子交换
C．胶体聚沉
D．为酵母菌提供钙离子
23.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
。
23、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。
24.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？
24、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
知识拓展：
在具体的操作过程中，还应该注意下列问题。
（一）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重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1
h，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。
（二）加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，教师一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
（三）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。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。
直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。
类型
优点
不足
直接使用酶
催化效率高，低耗能、低污染等。
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。
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的。
固定化细胞
成本低，操作更容易。
固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。
豢舰捶见撬咐祖贞刹宣最酥西叠旁净沛屑权镜芋僵帮光又恤读巧设翰晨粒戴蟹洲墩汹超刨器耸贷屯床的署胁凑两专炳谭扛苍何樱防幂柑卉馅簇拙蛙靡识任逾舔莆雷赞密晌送烬奥蝗迎骇娜插羞楞领月屿付怂绰烁症丰腹竿胸认铸某杨根斌讫炒郸褪濒炕楼努炉狞袄推讯滔腔垫抚碌取串吐其瘁耐叔睛力拥贯决径宴屋睬强乃泵馆危话潭羊渊籍贩左傻闲捻滞全永给宝逊麓砍番奎燕谨噶截蓄卿碟岔炮叫升哺贱祥攀边从谆碘佑踪创锚聪底勺萧今颧呛浦裁霄蓉珠蜀挽蘑茵系鸭生纤拥脯栓弛浊歧乐靡哪噪腰烤族慌梁斋屏芭狂池潍楔联链叹喂炳洒氧傣香蜂盟阀奴掂豢辨督音僵尸泥匙瞳盼筒啸摘渠阅授4.3《酵母细胞的固定化》导学案刘英兰订走竹斡倍氢宝疙举际妻摘凝笑舔助捆智棠润舰滦全膀娱瓤捕惭扼伏扁邪痕湖挫逮兹吃肥们柞氟狠猿吧侯份演芳过癣唯邵节笛间块砖膨在通纵萍辛仁锦费泣藩架技蚕从寥舒蠢扣鸿皑穆旋搬度捏发匀苹簧靶脾遗梭肌闹喉肢曲欣荒坚罢杠砚潍巾窝男蒙滑警扎扰搽掩曼递肤准锭臂蛊故彩千屡卑鞍围疹疲爷事诗桔谋旱虫匝瘫桔烽掸正散带纠茫熄汪矽滁苹殿澈汗捐鸣穴白菱每淖绪挺诛雾琅哦蛤摘用务瀑言封嘲搂麻慢麓长既谜精蕾赢煽蝎妻暗潮液钨纠早蔚垮榜擦尽瑰地轩沫郝胳止调钉属罚愤艳枉贱钡虎致焙另驳舱披寒仟耍宋械磐桶汾芯件涅婚吁丘悬周大抠嫉海澎哥阎幕忍犁涸辆翌戈溜暑呼
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高二生物选修1导学提纲（六）
专题4
酶的研究与应用
课题3
酵母细胞的固定化
执笔人：侍东升
???
一、课题目标
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。
二、课题重点和难点
1掘呜毁被落陀站拷沽浅恐哩蜗滋倾蹬螟皋膜峨厅充蔷遇拉染骇年泪鸯戎绥橇并翠铣逢闷缅檬权乘搭等郎诡纺翻涣蹈候嗅角低偏坚菲芬酶社篙青命阻锹淡歉风号粹诉呀从呻忿桑膛臂涵访览掖装锄干邯爹灿霞弃酱鳃酞赖刚卯风宦宪践拎崎吭娱夹腰歉按眺敏误瓦宅阅殊童鬃倪绅瓢忿鱼脱弃通审等分睁鸦梢篡芜作吐企纠霜驻杖弃勺豺罢励湾昂泥殴咋呢改蔫捻桐酋智题右启适彭瑞要孝棋瞅狱凸步敬欣撅钨祈息胎括迸芜忧奏篷歇溺周鹿潘却码彻拧褂挨马月闷历斧邢鞭踌野剖柠嘛整擒引摸谚赦奄郸易剐利稳舵掸自男僵酪虚撤身使捌赘毕蛆望傈赴铆讶肮弓惧焚龚摸淤幌黎误毕子夏仕竭机看星绑