4.3酵母细胞的固定化 课件2020-2021学年高二生物人教版选修一 （44张ppt）

(共44张PPT)
酵母细胞的固定化
选修1:生物技术实践
专题4
酶的研究与应用
知识回顾：
1、洗衣粉中添加________，可以更有效地清除顽渍。常用的酶制剂有_________________四类。
2、影响酶活性的因素有_______、
________和_________。
3、影响洗衣粉洗涤效果的因素有
_______
。
在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用酶制剂，说明酶制剂使用有很多优点，你能举出一些例子吗？
催化效率高、低能耗、低污染等。
酶制剂的使用有缺点吗？
你能举出一些例子吗？
酶制剂存在的缺陷：
1、通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；
2、溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；
3、反应后会混在产物中，可能影响产品质量。
如果你是工程技术人员，你如何解决这个问题？
1、固定化酶技术。即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）。
2、固定化酶技术的优点：
（1）使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；
（2）固定在载体上的酶可以被反复利用。
3、高果糖浆是果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人的健康有利。
4、生产高果糖浆需要葡萄糖异构酶；其作用是将葡萄糖转化为果糖；这种酶稳定性好，可持续发挥作用。
5、固定化酶技术生产高果糖浆的图示：
注意反应柱的各部分名称。
你能说出反应柱的优点吗？
2、固定化酶技术生产高果糖浆
使用固定化酶技术，将葡萄糖异构酶固定在一种颗粒状的载体上，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筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而反应液却可以自由出入。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，与固定化葡萄糖异构酶接触转化成果糖，从反应柱的下端流出
①生产过程
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。
优点：
在生产实际中使用固定化酶技术有无不足?如有不足,怎么办?
有。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行，所以操作比较麻烦。
可采用固定化细胞技术。
二、固定化细胞技术
1、概念：
利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。
细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。
阅读P50：思考第二段的问题
2.将酶或细胞固定化的方法
将酶（或细胞）包埋在细微网格里
将酶（或细胞）相互连接起来
将酶（或细胞）吸附在载体表面上
包埋法
化学结合法
吸附法
方法
原
理
适用对象
化学结合法
酶蛋白的侧链基团和载休表面上的功能基团之间形成共价键而固定的方法
酶
物理吸附法
通过氢键、疏水作用和电子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上。从而制成固定化酶
酶
方法
原
理
适用对象
包埋法
将聚合物的单体与酶溶液混合，再借助于聚合助进剂(包括交联剂)的作用进行聚合，酶被包埋在聚合物中以达到固定化
酶或细胞
酶和细胞固定方法的选择
①酶适合采用化学结合和物理吸附法固定
②细胞适合采用包埋法固定
（1）、方法
（2）、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
3、固定化细胞常用的载体
常用的不溶于水的多孔性载体有哪些？
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等
如果反应底物是大分子物质，能否用固定化细胞技术?
为什么？
那应该采用何种技术?
三、实验操作
（一）制备固定化酵母细胞
活化：
让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态；
本质：
加快新陈代谢；
方法：
加入适量的水。
取1g干酵母，放入50ml的小烧杯中，加入蒸馏水10ml，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化，酵母细胞活化后体积增大。
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液
称取无水Cacl2
0.83g。放入200mL的烧杯中，加入150mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。
操作：
称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中.加人10mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止
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，一定要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。
应当注意什么问题？
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，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。
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Cacl2溶液中，观察液滴在Cacl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在Cacl2溶液中浸泡30
min左右。
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。
这一阶段成功与否呢？怎样评价？
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）用固定化细胞发酵
1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗2-3次。
2、
将150mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200mL的锥形瓶中，再加入固定好的酵母细胞，置于25℃下发酵24h。
这一阶段成功与否呢？怎样评价？
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。
请思考课后练习
P52
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。
类型
优点
不足
练习：
1、下列说法不正确的是（
）
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是果糖
C、高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病
D、酶溶解于葡萄糖溶液，可以从糖浆中回收
2、研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的。如将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上制成制剂，可以用来降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的（
）
A、温度
B、PH
C、水分
D、营养
3、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
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、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、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
5.
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
6、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
练习:
1、制备固定化酵母细胞的过程中错误的是（
）
A、取干酵母，加入蒸馏水，使其活化
B、配制海藻酸钠时，加热用大火，直到海藻酸钠溶化为止
C、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
D、将凝胶珠在Cacl2溶液中浸泡30
min左右
2、下列叙述不正确的是（
）
A、从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶容易
B、固定化细胞比固定化酶对酶的活性影响更小
C、固定化细胞固定的是一种酶
D、将微生物的发酵过程变成连续的酶反应应选择固定化细胞技术