1、第,12,課時(shí),酵母細(xì)胞的固定化,專題,4,酶的研究與應(yīng)用,學(xué)習(xí)導(dǎo)航,1,閱讀教材,P,49,課題背景,認(rèn)識(shí)在應(yīng)用酶的過程中，存在的實(shí)際問題,及解決辦法,2,通過閱讀教材,P,49,一,了解高果糖漿及生產(chǎn)高果糖漿的固定化酶技術(shù),3,結(jié)合教材,P,50,二,掌握固定化技術(shù)的方法及適合不同固定方法的材料,4,閱讀教材,P,50,實(shí)驗(yàn)操作,掌握固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)操作過程，達(dá)到,能夠進(jìn)行實(shí)際操作的目的,重難點(diǎn)擊,1,說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理,2,嘗試制備固定化酵母細(xì)胞，并利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵,一、固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù),當(dāng)堂檢測(cè),二、實(shí)驗(yàn)操作,內(nèi)容索引,一、固定化酶和固定化細(xì)

2、胞技術(shù),基礎(chǔ)梳理,1,固定化酶的應(yīng)用實(shí)例,生產(chǎn)高果糖漿,1,反應(yīng)原理：葡萄糖,2,生產(chǎn)過程,將,固定在顆粒狀載體上,放入底端裝有分布著許多小孔的篩板的,內(nèi),酶顆粒不能通過，反應(yīng),液能通過,葡萄糖異構(gòu)酶,果糖,葡萄糖異構(gòu)酶,反應(yīng)柱,葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入,流過反應(yīng)柱,與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖,果糖從反應(yīng)柱的,流出,下端,2,固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù),1,概念：利用,方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù),2,方法及適用范圍,3,優(yōu)點(diǎn),固定化酶：酶既能與,接觸，又能與,分離，可以反復(fù)利用,固定化細(xì)胞：與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞制備的成本更低，操,作更容易,包埋法：多適用于,的固

3、定化,多適用于酶的固定化,物理或化學(xué),細(xì)胞,物理吸附法,反應(yīng)物,產(chǎn)物,問題探究,答案,將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與,產(chǎn)物分離；同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用,1,固定化酶和固定化細(xì)胞的原理,1,根據(jù)教材,高果糖漿的生產(chǎn),分析固定化酶依據(jù)的原理與其優(yōu)點(diǎn)分別,是什么,答案,包埋法。包埋法的原理是：將微生物細(xì)胞包埋在不溶于水的多孔,性載體中。與固定化酶技術(shù)相比較，該方法成本更低，操作更容易,2,固定化細(xì)胞多采用哪種方法？該方法的原理與優(yōu)點(diǎn)是什么,答案,答案,可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。因?yàn)楣潭ɑ?xì)胞固定的是活細(xì)胞，而細(xì),胞中有多種酶，因此可以催化一系列反應(yīng),2,固定化酶

4、和固定化細(xì)胞的特點(diǎn)分析,1,一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)，而在實(shí)際生產(chǎn)中很多產(chǎn)物的形,成都需要通過一系列的酶促反應(yīng)才能進(jìn)行，怎樣解決這一問題,答案,固定化細(xì)胞中含有多種酶，能催化一系列生化反應(yīng)，而固定化酶,中只含有一種酶，只能催化一種生化反應(yīng),2,固定化細(xì)胞與固定化酶所固定的酶種類有何區(qū)別,答案,答案,不能。因?yàn)榇蠓肿与y以通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，不能與細(xì)胞內(nèi)的酶,接觸而發(fā)生反應(yīng)，因此不能用固定化細(xì)胞技術(shù)，應(yīng)該用固定化酶技術(shù),3,如果反應(yīng)物是大分子，能否采用固定化細(xì)胞技術(shù)？為什么,答案,都需要適宜的溫度和,pH,等影響酶活性的條件，但固定化細(xì)胞還需,要提供溶解氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),4,固定化酶和固定化細(xì)

5、胞活性的維持需要的條件有何異同,答案,歸納,總結(jié),固定化酶和固定化細(xì)胞的兩個(gè)區(qū)別,1,固定方法的區(qū)別,在實(shí)際應(yīng)用中，酶更適用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定，原因是酶分,子小，容易被多孔性物質(zhì)吸附，更適合與化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，但容易從包埋,材料中漏出,細(xì)胞體積大難以吸附或結(jié)合，因而多采用包埋法固定,2,催化作用的區(qū)別,固定化細(xì)胞操作更容易，對(duì)酶活性的影響更小，可以催化一系列反應(yīng),但是，由于大分子物質(zhì)難以自由通過細(xì)胞膜，因此固定化細(xì)胞的應(yīng)用也受,到限制。所以，催化的反應(yīng)物為大分子物質(zhì)時(shí)，最好選用固定化酶技術(shù),拓展應(yīng)用,1,下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的說法，不正確的是,A,固定化酶和固定化細(xì)胞的技術(shù)方法包括

6、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(xì)胞體積大，而酶分子很小，因此細(xì)胞多采用物理吸附法固定化,D,反應(yīng)物是大分子物質(zhì)應(yīng)采用固定化酶,解析,由于細(xì)胞體積大，酶分子很小，體積大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合,而較小的酶容易從包埋材料中漏出。因此，細(xì)胞多采用包埋法固定化,酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化,答案,解析,答案,酶分子較小，不適合采用包埋法固定化,可采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化,一題多變,果汁的生產(chǎn)需要果膠酶，用酶固定法可以提高果,膠酶的利用率,如右圖,圖中果膠酶的固定化適合,采用哪種方法,答案,2,如今，固定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)

7、大規(guī)模地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域,1,在實(shí)際生產(chǎn)中，固定化酶技術(shù)能節(jié)約成本的原因是,_,與固定化酶技術(shù)相比，固定化細(xì)胞固定的是,_,解析,將酶固定化后，能使酶在催化反應(yīng)之后與產(chǎn)物分離，可反復(fù)使用,將細(xì)胞固定化后，即可以將一種細(xì)胞內(nèi)的多種酶同時(shí)進(jìn)行固定,固定化酶能被反復(fù),利用,答案,解析,多酶系統(tǒng),或一系列,酶或多種酶,2,填寫下列三種固定化酶的方法：是,是,是,解析,圖示將酶相互連接起來，是化學(xué)結(jié)合法,將酶吸附在載體表面上，是物理吸附法,將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里，是包埋法,化學(xué)結(jié)合法,物理吸附法,答案,解析,包埋法,3,制備固定化酵母細(xì)胞時(shí)，常用的包埋材料是,該載體的特,點(diǎn)是,解析,海藻酸鈉不溶于水，容

8、易與發(fā)酵液分離，在高溫時(shí)容易熔化，溫,度降低時(shí)又可以形成多孔性固體顆粒，是包埋酵母菌的好材料,海藻酸鈉,不溶于水、多孔,答案,解析,答案,不適合。因?yàn)榧?xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合,一題多變,1,題中圖和方法是否適于固定化酵母細(xì)胞？為什么,答案,酶分子很小，容易從包埋材料中漏出,2,題中圖方法用于固定化酶時(shí)有何缺點(diǎn),答案,方法鏈接,選擇固定化酶與固定化細(xì)胞的方法,1,根據(jù)固定方法選擇,固定化酶技術(shù)：由于酶分子較小，可以采用物理吸附法和化學(xué)結(jié)合法,進(jìn)行固定，它催化的是單一的化學(xué)反應(yīng),固定化細(xì)胞技術(shù)：細(xì)胞一般體積較大，適合應(yīng)用包埋法固定，而且細(xì),胞能夠產(chǎn)生多種酶，因此固定化細(xì)胞可以催化一系列化學(xué)反應(yīng)

9、,2,根據(jù)反應(yīng)液中加入物質(zhì)選擇,在固定化酶應(yīng)用過程中，反應(yīng)溶液中只需要加入酶的底物,固定化細(xì)胞在應(yīng)用過程中，要保持細(xì)胞的正常生命活動(dòng)，反應(yīng)溶液中,除需要加入反應(yīng)的底物外，還應(yīng)加入滿足細(xì)胞生命活動(dòng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物,質(zhì)等,3,根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)選擇,固定化酶可以催化的反應(yīng)物是小分子或大分子,固定化細(xì)胞則只能催化小分子反應(yīng)物,二、實(shí)驗(yàn)操作,基礎(chǔ)梳理,1,制備固定化酵母細(xì)胞,1,固定方法,2,常用載體：一些不溶于水的,載體,如,瓊脂糖,醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等,包埋法,多孔性,明膠,海藻酸鈉,3,實(shí)驗(yàn)操作,酵母細(xì)胞的,_,配制,的,CaCl,2,溶液,配制海藻酸鈉溶液,海藻酸鈉溶液與,混合,固定化酵母細(xì)胞,

10、活化,物質(zhì)的量濃度為,0.05 mol/L,酵母細(xì)胞,2,用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵,將固定好的酵母細(xì)胞,凝膠珠,用,沖洗,2,3,次,將,150 mL,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為,10,的,溶液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中,加入固定好的酵母細(xì)胞,凝膠珠,置于,25,下發(fā)酵,24 h,觀察是否有,產(chǎn)生，聞聞是否有酒味,蒸餾水,葡萄糖,氣泡,問題探究,1,實(shí)驗(yàn)過程分析,1,用于固定酵母細(xì)胞的載體是什么？載體的濃度越高固定效果越好嗎,答案,海藻酸鈉。海藻酸鈉濃度過高不易形成凝膠珠；濃度過低形成的,凝膠珠內(nèi)包埋的細(xì)胞過少,答案,海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要通過加熱促進(jìn)其溶解，用,小火或間斷加熱并不斷攪拌的目的是防止加熱過程中海藻

11、酸鈉焦糊,2,配制海藻酸鈉時(shí)小火或間斷加熱并不斷攪拌的目的是什么,答案,固定的酵母細(xì)胞必須保持活性才能發(fā)揮作用，冷卻后加入酵母細(xì),胞的原因是防止高溫殺死酵母細(xì)胞,3,為什么要等海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞,答案,2,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,1,若凝膠珠顏色過淺、呈白色，你知道是什么原因造成的嗎,答案,海藻酸鈉濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少,答案,海藻酸鈉濃度偏高,2,若凝膠珠不呈圓形或橢圓形，你知道是什么原因造成的嗎,答案,如果看到產(chǎn)生很多氣泡，同時(shí)聞到酒味，則證明實(shí)驗(yàn)獲得成功,3,利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精時(shí)，當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時(shí)，則可以,說明實(shí)驗(yàn)獲得成功,答案,歸納,總結(jié),固定化酵母細(xì)胞的

12、三個(gè)注意事項(xiàng),1,溶化海藻酸鈉，應(yīng)采用小火或間斷加熱，直到海藻酸鈉完全溶化，以,防加熱過快，導(dǎo)致海藻酸鈉焦糊,2,制備固定化酵母細(xì)胞時(shí)，加入酵母細(xì)胞的海藻酸鈉溶液不能直接,注,入,而應(yīng)緩慢,滴入,CaCl,2,溶液中，使剛形成的凝膠珠在,CaCl,2,溶液中,浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),3,要控制好海藻酸鈉的濃度。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠,珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)目少，影響實(shí),拓展應(yīng)用,3,關(guān)于固定化酵母細(xì)胞制備過程的敘述，正確的是,A,為使酵母菌活化，應(yīng)讓干酵母與自來水混合并攪拌,B,用小火或間斷加熱可防止海藻酸鈉溶液焦糊,C,向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c

13、溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒?合均勻,D,將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液倒入,CaCl,2,溶液中，會(huì)觀察到,CaCl,2,溶液中有球形或橢球形的凝膠珠形成,答案,解析,4,下面是制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答下列問題,酵母細(xì)胞的活化,配制,CaCl,2,溶液,配制海藻酸鈉溶液,海藻酸鈉溶液與,酵母細(xì)胞混合,固定化酵母細(xì)胞,1,在,狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微,生物重新恢復(fù),狀態(tài)。活化前應(yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍?細(xì)胞活化時(shí),解析,酵母細(xì)胞在缺水的狀態(tài)下休眠?；罨羌尤胨菇湍讣?xì)胞恢復(fù)到,生活狀態(tài)。酵母細(xì)胞活化后體積會(huì)增大,缺水,正常的生活,答案,

14、解析,體積增大,2,固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法，而固定化酶常用,和,_,解析,固定化酶常用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化,化學(xué)結(jié)合法,物理,答案,解析,3,影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是,解析,實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是配制海藻酸鈉溶液，得到凝膠珠,配制海藻酸鈉溶液,吸附法,4,海藻酸鈉溶化過程中的注意事項(xiàng)是,_,要用小火或間斷加熱，避免海藻酸,鈉發(fā)生焦糊,解析,海藻酸鈉溶化過程要小火加熱,小火間斷加熱,并不斷攪拌，使海,藻酸鈉完全溶化，又不會(huì)焦糊,5,如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目,如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形,說明,解析,海藻酸鈉濃度過低，包埋的酵母細(xì)胞就過少；海藻酸鈉濃度過高,不

15、易與酵母細(xì)胞混合均勻,過少,海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗,答案,解析,6,該實(shí)驗(yàn)中,CaCl,2,溶液的作用是,解析,氯化鈣溶液能使海藻酸鈉聚沉,用于海藻酸鈉聚沉,答案,酵母細(xì)胞的活化、配制,CaCl,2,溶液以及配制海藻酸鈉溶液定容時(shí)需,要使用蒸餾水,一題多變,1,固定酵母細(xì)胞的過程中三次使用到蒸餾水，請(qǐng)說出是哪三個(gè)環(huán)節(jié),答案,明膠、瓊脂糖、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等,2,本題中固定酵母細(xì)胞使用了海藻酸鈉，固定化細(xì)胞還可以使用哪些固,定化材料,答案,答案,如果酵母細(xì)胞沒有活化，則仍處于休眠狀態(tài)；如果溶化好的海藻,酸鈉溶液沒有冷卻就加入了酵母細(xì)胞，則酵母細(xì)胞會(huì)被高溫殺死。以上,兩種情況都會(huì)導(dǎo)致酒精

16、發(fā)酵失敗，而最終無酒精產(chǎn)生,3,制備好的固定化酵母細(xì)胞可以用于酒精發(fā)酵，如果酵母細(xì)胞沒有活化,或溶化好的海藻酸鈉溶液沒有冷卻就加入了酵母細(xì)胞，則對(duì)酒精發(fā)酵會(huì),產(chǎn)生怎樣的影響,答案,課堂小結(jié),化學(xué)結(jié)合,物理吸附,活化,CaCl,2,海藻酸鈉,固定化,發(fā)酵,當(dāng)堂檢測(cè),2,3,4,5,1,1,下列屬于固定化酶應(yīng)用特點(diǎn)的是,可以被反復(fù)利用,有利于酶與產(chǎn)物分離,能自由出入載體,一,種固定化酶只催化一種酶促反應(yīng),酶多用包埋法固定化,A,B,C,D,答案,解析,酶被固定后可與產(chǎn)物分離，故可反復(fù)使用，但不能自由出入依附,的載體。通常情況下固定化酶種類單一，所以不能催化一系列酶促反應(yīng),只催化一種或一類酶促反應(yīng)。

17、酶分子較小，不適合采用包埋法進(jìn)行固定,化,解析,2,下列關(guān)于使用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的說法，正確的是,A,高果糖漿的生產(chǎn)需要使用果糖異構(gòu)酶,B,在反應(yīng)柱內(nèi)的頂端裝上分布著許多小孔的篩板，防止異物進(jìn)入,C,將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，果糖從反應(yīng)柱下端流出,D,固定化酶技術(shù)復(fù)雜，成本較高,2,3,4,1,5,答案,解析,3,下圖所示的幾種固定方式中屬于包埋法的一組是,2,3,4,1,5,答案,解析,為吸附法,為化學(xué)結(jié)合法,為包埋法，包埋于網(wǎng)格中，包埋于微膠囊中,解析,A,B,C,D,4,在制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中,CaCl,2,溶液的作用是,A,用于調(diào)節(jié)溶液,pH,B,用于進(jìn)行離子交換,C,用于膠體聚沉,D,用于為酵母菌提供,Ca,2,解析,海藻酸鈉膠體在,CaCl,2,這種電解質(zhì)溶液的作用下，發(fā)生聚沉，形成,凝膠珠，其作用機(jī)理是由于鹽離子的電荷與膠體微粒電荷相互吸引，形,成更大的膠體顆粒，類似于人體紅細(xì)胞與抗凝集素之間的凝集反應(yīng),2,3,