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河南省确山县第二高级中学2015-2016学年人教版高二生物选修一教学案专题4《3酵母细胞的固定化》.doc

河南省确山县第二高级中学2015-2016学年人教版高二生物选修一教学案专题4《3酵母细胞的固定化》.doc


确山二高 二 年级 生物 学科共案 时 间:___月___日 星 期:_____ 使用人:

主 备 人:杨启真 【教学主题】 【教学目标】 课题 3 酵母细胞的固定化

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。 【知识梳理】 一、 基础知识 (一)课题背景: 1、问题:酶对环境条件敏感,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。 2、固定化酶技术:将酶固定在不溶于水的载体上。 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反 复利用。 缺点: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。 3、固定化细胞技术:将合成酶的细胞直接固定。 优点:成本更低,操作更容易。 (二) 、固定化酶的应用实例 1、反应原理:葡萄糖被葡萄糖异构酶分解成果糖。 2、固定化酶技术: 使用固定化酶技术,将这种酶(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。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 1、 (1)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内的 技术,包括包埋法、化学结合法和物理吸附法法。

(2)一般来说,酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定,而细胞多采用包埋法固定化。 这是因为细胞个大,而酶分子很小;个大的细胞难以被吸附或结合,而个小的酶容易从 包埋材料中漏出。 2、使用包埋法固定细胞即将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载聚丙烯酰胺等。 二、设计实验 (一)制备固定化酵母细胞 1、酵母细胞的活化:由休眠状态重新恢复为正常的生活状态。 2、配制物质的量浓度为 0.05mol/L 的 CaCl2 溶液。 3、配制海藻酸钠溶液:海藻酸钠在水中溶解的速度较慢,需要通过加热促使其溶解。加热 时最好采用小火间断加热的方法。如果加热太快,海藻酸钠会发生焦糊。 4、海藻酸钠溶液与酵母细胞混合:将海藻酸钠溶液冷却至室温,加入已活化的海藻酸钠溶 液,进行充分搅拌,使其混合均匀,搅拌后吸入到注射器中。 5、 固定化酵母细胞: 将注射器中的混合液滴加到 CaCl2 溶液中, 形成凝胶珠状颗粒, 在 CaCl2 溶液中浸泡 30min 左右。 (二) 、用固定化酵母发酵 1、将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗 2~3 次。 2、将 10%葡萄糖溶液转移至锥形瓶中,加入固定好的酵母细胞,置于 25 ℃下发酵 24h。 (三)结果分析与评价 1、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,说明海藻酸钠浓度浓度偏低,该种凝胶珠包埋的酵母 细胞数目较少,影响实验效果;如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明海藻酸钠浓度 偏高,制作失败,需要再作尝试。 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。 (四) 、课题延伸:工业生产中,细胞的固定化技术是在严格无菌的条件下进行的。 (五) 、归纳: 1、加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一步。海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量: 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。 2、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。 【典型例题】 1、下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是( D ) A.琼脂糖 C.聚丙烯酰胺 2、固定化细胞技术采用的是( A.化学结合法 C.包埋法 B.醋酸纤维素 D.聚乙烯树脂 C ) B.物理吸附法 D.以上方法均不可取 )

3、下列说法中,哪项不是在应用酶的过程中常遇见的一些实际问题? ( D A.酶与反应物混合,产品难以提纯 B.酶在生物化学反应中往往难以回收 C.酶遇强酸、强碱、高温等条件易失活 D.酶作为催化剂,绝大多数酶是蛋白质 4、下列制备固定化酵母细胞的正确步骤是( D )

①配制 CaCl2 溶液 ②海藻酸钠溶液 ③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 ④酵母细胞活化 ⑤ 固定化酵母细胞 A.①②③④⑤ B.④①③②⑤ C.④⑤②①③ D.④①②③⑤ 5、(2015 江苏,11)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是( B 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 6、 (2013 江苏卷,6)下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是 (A) A. 可用包埋法制备固定化酵母细胞 B. 反应产物对固定化酶的活性没有影响 C. 葡萄糖异构酶固定前后专一性不同 D. 固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应 7、 (2012 江苏卷,17)下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述,错误 的是 (C) .. A.从酶的固定方式看,吸附法比化学结合法对酶活性影响小 )

B.作为消化酶使用时,蛋白酶制剂以口服方式给药 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.将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗,目的是洗去 CaCl2 和杂菌 8、如图 1 表示制备固定化酵母细胞的有关操作,图 2 是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵 的示意图,下列叙述不正确的是( B )

A.图 1 中 X 溶液为 CaCl2 溶液,其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠 B.刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液 C.图 1 中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图 2 装置中 D.图 2 发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母菌充分接触


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