《酵母細胞的固定化》教案盛黎春

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1、 專題四 課題 3 酵母細胞的固定化 【考試要求 】 制備和應(yīng)用固相化酶 (A) ①說出固定化酶和固定化細胞的作用和原理。 ②說出制備固定化酶、固定化細胞的一般方法。 ③嘗試制備固定化酵母細胞，并利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵。 ④酵母細胞的固定化技術(shù) (b) 。 學(xué)習(xí)重難點： 制備固定化酵母細胞。 【創(chuàng)設(shè)情境 】 酶具有催化效率高，低耗能、低污染等優(yōu)點，被大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域。在應(yīng)用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些問題。 下列屬于酶應(yīng)用中面臨的實際問題的是①酶對有機溶劑、對高溫、強酸、強堿非常敏感

2、②加酶洗衣粉因為額外添加了酶制劑，比普通洗衣粉更易污染環(huán)境③酶的催化功能很強，但需給以適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)才能較長時間維持其作用④溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本⑤反應(yīng)后會混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量⑥酶能提供反應(yīng)所需的活化能，所以具低耗能的優(yōu)點 【教學(xué)活動】 活動一、認識固定化酶和固定化細胞技術(shù) [ 問題思考一 ] 問題 1：右圖是固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，圖中所放置的篩板上的孔應(yīng)滿足什么要求？ 在圖中補全原料和產(chǎn)物的位置。 問題 2：固定酶和固定細胞采用的方法有何不同？為什么？ 問題 3

3、：包埋法固定細胞常用的載體有哪些？ 問題 4：從操作角度來考慮，你認為固定化酶技術(shù)與固定化細胞技術(shù)哪一種方法更容易、成本更低？哪一種方法對酶活性的影響更小？ 問題 5：如果想將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種方法？ 問題 6：如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該選擇哪種方法？ ［典例引路一］ 例 1. 下列關(guān)于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是 A．固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度和溶解氧 B．利用固定化酶降解水體中有機磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件 C．利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作

4、用只是作為反應(yīng)底物 D．固定化細胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢明顯 例 2. （多選）下列關(guān)于生物技術(shù)實踐活動的敘述正確的是 A. 在果酒和果醋的制作中，發(fā)酵原料一定不同 B. 固定化酶固定時可能會造成酶的損失而影響活性 C. 若酵母菌培養(yǎng)液濃度過低，酵母菌會吸水脹破而死亡 D. 制作腐乳時，加鹽腌制可使豆腐塊變硬且能抵制雜菌生長 [ 變式訓(xùn)練一 ] 1. 隨著生物技術(shù)的發(fā)展，酶在社會生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越廣泛。下列說法錯誤的是 A. 利用酶生產(chǎn)某些化工產(chǎn)品，能顯著降低能耗、減少污染、節(jié)約成本 B．參與蛋白酶合成分泌的膜性細胞器有核

5、糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體 C. 用于治療消化不良癥的腸溶多酶片含有多種消化酶，但嚼服后會失去療效 D. 要較長時間保持酶活性，各種酶制劑都應(yīng)保存在低溫的條件下 2. 如圖是應(yīng)用固定化酵母進行葡萄糖發(fā)酵的裝置， 下列說法中不正確的是A．為使固定化酵母可以反復(fù)使用，實驗過程一定要在無菌條件下進行 B．加入反應(yīng)液后應(yīng)保持活塞 1 始終打開，活塞 2 則必須關(guān)閉 C．裝置的長導(dǎo)管主要是為了釋放 CO2并防止雜菌進入反應(yīng)柱 D．加入反應(yīng)液的濃度不能過高以免酵母細胞因失水過多而死亡 活動二、說出固定酵母細胞中的操作要點 [ 問題思考二 ] 觀看實驗錄像，

6、思考以下列出的問題。問題 1：什么是活化？酵母細胞活化時體積會如何變化？ 問題 2：配制的海藻酸鈉溶液在加熱的過程中的注意點是什么？ 問題 3：剛?cè)诨玫暮Ｔ逅徕c溶液能直接和酵母細胞混合嗎？為什么？ 問題 4：若注射器離 CaCl2 溶液液面的距離過近，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 問題 5：將固定的酵母細胞凝膠珠用蒸餾水沖洗 2～ 3 次的目的是什么？ 問題 6：用固定化酵母細胞進行發(fā)酵時為什么選擇質(zhì)量分數(shù)為 10％葡萄糖溶液？發(fā)酵溫度 為何控制在 25℃？發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？

7、 疑難點撥 圖 2 是利用固定化酵 , 固定化酵母細胞的 1. 海藻酸鈉膠體在 CaCl2 這種電解質(zhì)的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 2. 如何檢驗?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格？ ①可以采用以下方法：一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手 珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功；二是在實驗桌上用力 珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。 ②觀察凝膠珠的顏色和形狀  擠壓 ，如果凝膠 摔打 凝膠 如果制作的凝膠珠顏色過淺，呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數(shù)目較少；如果形成的凝

8、膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高。 3. 利用固定化酵母細胞發(fā)酵，溶液中會看到有氣泡產(chǎn)生，能聞到酒味凝膠珠在發(fā)酵過程中會上浮。 ［典例引路二］ 例 1. (2010 江蘇生物 ) 下圖 1 表示制備固定化酵母細胞的有關(guān)操作， 母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述正確的是 ( 多選 ) A．剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B．圖 1 中 X 溶液為 CaCl2 溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C．圖 2 發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母

9、菌充分接觸 D．圖 1 中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖 2 裝置中 例 2. 右圖為某同學(xué)利用海藻酸鈉固定酵母菌細胞的實驗結(jié)果， 出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因不包 括 A．海藻酸鈉濃度過高 B．酵母細胞已經(jīng)死亡 C．注射器中的溶液推進速度過快 D．注射器距離 CaCl2 溶液液面太近 [ 變式訓(xùn)練二 ] 1. 下列關(guān)于酵母細胞活化的說法，不正確的是 A. 酵母細胞活化 后呼吸作用增強，線粒體中分解掉的葡萄糖增加 B. 酵母細胞活化所需要的時間較短 C. 活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細胞恢復(fù)生活狀態(tài) D. 酵母細胞

10、活化后體積增大 2. ( 多選 ) 某小組為研究固定化酵母細胞在不同條件下的呼吸方式和強度 , 進行了甲、乙兩 組實驗，實驗裝置如下圖所示。下列有關(guān)該實驗的敘述中，錯誤的是 A. 該實驗中，葡萄糖的作用只是作為反應(yīng)的底物 B. 實驗結(jié)束時，甲、乙兩組燒杯中石灰水渾濁程度相同 C. 若因未攪拌而導(dǎo)致溶氧不足，裝置甲的錐形瓶中也可能出現(xiàn)少量酒精 D. 同等條件下，固定化酵母細胞呼吸方式與游離的細胞相同 3．(2011 南京二模 ) 根據(jù)材料回答下列有關(guān)問題： Ⅰ

11、. 某大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑 ( 使酶相互連接 ) ，海藻酸鈉來包埋小麥酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對其最佳固定條件進行了探究。下圖顯示的 是部分研究結(jié)果。 ( 注：酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率，包括酶的活性和酶的數(shù)量 ) (1) 從圖 1 可以看出： 固定化小麥酯酶比游離的小麥酯酶對溫度變化的適應(yīng)性更 ________。 (2) 從圖 2 可以看出：海藻酸鈉濃度為 ________時的小麥酯酶活力最強。當(dāng)海藻酸鈉濃度 較低時，酶活力較低的原因是： __

12、______________________________ 。 (3) 根據(jù)介紹，科研人員所采用的固定化技術(shù)可用下圖中的 ______ 表示。 Ⅱ . 某實驗小組的同學(xué)制備固定化酵母細胞的過程如下： ①活化酵母細胞：稱取定量干酵母與定量蒸餾水混合并攪拌，使酵母細胞活化； ②配制 CaCl2 溶液：將無水 CaCl 2 溶解在定量蒸餾水中， 配制成一定濃度的 CaCl2 溶液； ③配制海藻酸鈉溶液：用定量的海藻酸鈉直接溶解在定量的蒸餾水液；  / 無菌水中，配制成溶 ④海藻酸鈉溶液和酵母細胞混

13、合： 將活化的酵母細胞迅速加入到剛配制成的海藻酸鈉溶液 中，充分攪拌混合均勻； ⑤固定化酵母細胞：用注射器以恒定的速率緩慢地將海藻酸鈉和酵母細胞混合液滴加到配 制好的 CaCl2 溶液中，觀察凝膠珠形成。 (1) 請你改正其中兩處錯誤的操作： 第一處： ___ _ ； 第二處： 。 (2) 剛形成的凝膠珠要在 CaCl2 溶液中浸泡 30 min 左右，目的是 ___________ ___ 。 (3) 如果制作的凝膠珠顏色過淺，呈白色，則說明海藻酸鈉濃 ______( 過低 / 過高 ) 。

14、[ 課堂反饋 ] 1．研究認為，用固定化酶技術(shù)處理污染物是很有前途的。如將從大腸桿菌得到的磷酸二酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機磷農(nóng)藥，與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的 A．溫度 B． pH C ．水分 D ．營養(yǎng) 2. 下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法中，錯誤的是 A. 固定化酶的生物活性強，可永久使用 B. 一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高 C. 一般酶制劑只能一次性使用 D. 固定化酶可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量 3. 下列說法不正確的是 A．固定化酶和固定化細胞的技術(shù)方法包

15、括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法 B．固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法 C．由于細胞個大，而酶分子很小，因此細胞多采用物理吸附法固定 D．反應(yīng)物是大分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶 4. 下列不屬于酶的固定方式的是 A．將酶包埋在細微網(wǎng)格中B．將酶相互連接起來 C．將酶吸附在載體表面 D ．將酶加上糖衣 5. 下列關(guān)于生物技術(shù)的敘述中，錯誤的是 A．腐乳制作過程中加入的香辛料也有殺菌作用 B．固定化細胞的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．醋酸菌在氧氣、糖充足的條件下可將葡萄汁中的糖分分解成醋酸D．參與果醋發(fā)酵的微生物是需氧型的，其含有

16、線粒體 6．酵母細胞固定化的實驗中，下列實驗操作與目的不相符的是 A．干酵母加入蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝?，放置一段時間，使酵母細胞活化 B．采用小火間斷加熱的方法，防止海藻酸鈉發(fā)生焦糊 C．將活化的酵母細胞加入海藻酸鈉溶液，輕輕攪拌，以免產(chǎn)生氣泡 D．用注射器滴加溶液時要接近 CaCl2 溶液的液面，防止凝膠珠出現(xiàn)“尾巴” 7. 用固定化酵母細胞發(fā)酵葡萄糖溶液時，為了能產(chǎn)生酒精，下列措施錯誤的是 A．向瓶內(nèi)泵入氧氣 B ．應(yīng)將裝置放于適宜的條件下進行 C．瓶內(nèi)應(yīng)富含葡萄糖等底物 D ．應(yīng)將瓶口密封，效果更好 8. 下列關(guān)于酵母菌發(fā)酵的有關(guān)說法正確的是 A. 酵母菌產(chǎn)生酒精的條件與醋酸菌發(fā)酵產(chǎn)生醋酸的條件相同 B. 利用酵母菌生產(chǎn)酒精的過程中，固定化酶比固定化酵母細胞更好 C. 培養(yǎng)液中是否產(chǎn)生酒精可用溴麝香草酚藍檢驗 D. 若培養(yǎng)液中酵母菌在進行酒精發(fā)酵，則培養(yǎng)液中葡萄糖在變少、培養(yǎng)液的pH在變小 【總結(jié)歸納】 3．Ⅰ .(1)強 (2)3% 酶的數(shù)量不足 BC Ⅱ .(1)③海藻酸鈉溶解應(yīng)適當(dāng)加熱至完全溶化 ④海藻酸鈉溶液冷卻至常溫再加入酵母細 胞 (2) 讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) (3)過低