1、課題課題3酵母細胞的固定化酵母細胞的固定化課標領航課標領航1說出固定化細胞和固定化酶的作用和原說出固定化細胞和固定化酶的作用和原理。理。2嘗試制備固定化酵母細胞，并利用固定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酵。化酵母細胞進行酒精發酵。3結合必修教材有關酶的性質及作用特點結合必修教材有關酶的性質及作用特點等分析固定化酶和固定化細胞在生產實踐中等分析固定化酶和固定化細胞在生產實踐中的優越性。的優越性。【重點】【重點】固定化細胞和固定化酶的作用及固定化細胞和固定化酶的作用及原理。原理。【難點】【難點】固定化酵母細胞的制備。固定化酵母細胞的制備。情境導引情境導引20世紀世紀70年代

2、后期出現了固定化細年代后期出現了固定化細,胞技術。通胞技術。通過各種方法將細胞與一定的載過各種方法將細胞與一定的載,體結合，使細胞體結合，使細胞仍保持原有的生物活性，這仍保持原有的生物活性，這,一過程稱為細胞的一過程稱為細胞的固定化。固定化細胞仍固定化。固定化細胞仍,能進行正常的生長、繁能進行正常的生長、繁殖和代謝，可以像游殖和代謝，可以像游,離的細胞一樣用于發酵生離的細胞一樣用于發酵生產。產。1976年，法國科學家首次用固定化酵母菌細年，法國科學家首次用固定化酵母菌細胞生產啤酒和酒精。胞生產啤酒和酒精。核心要點突破核心要點突破知能過關演練知能過關演練課課題題3酵酵母母細細胞胞的的固固定定化化

3、基礎自主梳理基礎自主梳理基礎自主梳理基礎自主梳理一、固定化酶的應用實例一、固定化酶的應用實例1能將葡萄糖轉化為果糖的酶是能將葡萄糖轉化為果糖的酶是_，該酶穩定性好。，該酶穩定性好。2反應柱上的孔應滿足反應柱上的孔應滿足_無法通過，反無法通過，反應溶液可以自由通過。應溶液可以自由通過。二、固定化酶和固定化細胞技術二、固定化酶和固定化細胞技術1概念：利用概念：利用_或或_方法將酶或細方法將酶或細胞固定在一定空間內的技術。胞固定在一定空間內的技術。葡萄糖異構酶葡萄糖異構酶酶顆粒酶顆粒物理物理化學化學2方法：包括方法：包括_、化學結合法和、化學結合法和_。細胞多采用。細胞多采用_固定化，而酶固定化，而

4、酶多采用多采用_和物理吸附法固定化。和物理吸附法固定化。3載體：包埋法固定化細胞常用的是載體：包埋法固定化細胞常用的是_載體材料，如明膠、瓊脂糖、載體材料，如明膠、瓊脂糖、_、醋酸纖維、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺。素和聚丙烯酰胺。4優點優點(1)固定化酶既能與固定化酶既能與_接觸，又能與接觸，又能與_分分離，可以反復利用。離，可以反復利用。(2)固定化細胞技術制備的成本更低，操作更容易。固定化細胞技術制備的成本更低，操作更容易。包埋法包埋法物理吸附法物理吸附法包埋法包埋法化學結合化學結合海藻酸鈉海藻酸鈉反應物反應物產物產物微生物細胞微生物細胞思考感悟思考感悟為什么酶適合采用化學結合法和物理吸附法固

5、定為什么酶適合采用化學結合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化？化，而細胞多采用包埋法固定化？【提示】【提示】細胞體積大，而酶分子很小，個大的細胞體積大，而酶分子很小，個大的細胞難以被吸附或結合，而個小的酶容易從包埋細胞難以被吸附或結合，而個小的酶容易從包埋材料中漏出。材料中漏出。三、實驗操作程序三、實驗操作程序1酵母細胞的活化：向干酵母中加入酵母細胞的活化：向干酵母中加入_，使其恢復正常的使其恢復正常的_。2配制配制CaCl2溶液。溶液。3配制海藻酸鈉溶液。在加熱時要用小火或配制海藻酸鈉溶液。在加熱時要用小火或_。4海藻酸鈉溶液與海藻酸鈉溶液與_混合。混合。5固定化酵母細胞。固定化

6、酵母細胞。6用固定化酵母細胞發酵：將凝膠珠加入用于發用固定化酵母細胞發酵：將凝膠珠加入用于發酵的酵的_溶液后，發現有溶液后，發現有_產生，同時有產生，同時有酒味散發。酒味散發。蒸餾水蒸餾水生活狀態生活狀態間斷加熱間斷加熱酵母細胞酵母細胞葡萄糖葡萄糖氣泡氣泡核心要點突破核心要點突破直接使用酶、固定化酶、固定化細胞直接使用酶、固定化酶、固定化細胞的比較的比較直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化細胞固定化細胞酶的種數酶的種數一種或幾種一種或幾種一種一種一系列酶一系列酶常用載體常用載體高嶺土、皂土、高嶺土、皂土、硅膠、凝膠硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸海藻酸鈉、醋酸纖維素、

7、聚丙烯纖維素、聚丙烯酰胺酰胺制作方法制作方法化學結合固定化、化學結合固定化、物理吸附固定化物理吸附固定化包埋法固定化包埋法固定化是否需要營養物是否需要營養物質質否否否否是是直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化細胞固定化細胞催化反應催化反應單一或多種單一或多種單一單一一系列一系列反應底物反應底物各種物質各種物質(大分大分子、小分子子、小分子)各種物質各種物質(大分大分子、小分子子、小分子)小分子物質小分子物質缺點缺點對環境條件非對環境條件非常敏感，易失活常敏感，易失活難回收，成本難回收，成本高，影響產品質高，影響產品質量量不利于催化一不利于催化一系列的酶促反系列的酶促反應應反應物不易與反應

8、物不易與酶接近，尤其酶接近，尤其是大分子物質，是大分子物質，反應效率下降反應效率下降優點優點催化效率高、耗催化效率高、耗能低、低污染能低、低污染既能與反應既能與反應物接觸，又能物接觸，又能與產物分離與產物分離可以反復利用可以反復利用成本低、操作成本低、操作容易容易特別提醒特別提醒(1)固定化細胞使用的都是活細胞，因而為了保固定化細胞使用的都是活細胞，因而為了保證其生長、增殖的需要，應該為其提供一定的證其生長、增殖的需要，應該為其提供一定的營養物質。營養物質。(2)固定化細胞由于保證了細胞的完整性，因而固定化細胞由于保證了細胞的完整性，因而酶的環境改變小，所以對酶的活性影響較小。酶的環境改變小，

9、所以對酶的活性影響較小。(2011年南京市高二檢測年南京市高二檢測)下列關于固定化下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述中，正確的是酶和固定化細胞的敘述中，正確的是()A固定化細胞技術在多步連續催化反應方面優固定化細胞技術在多步連續催化反應方面優勢明顯勢明顯B固定化酶的應用中，要控制好固定化酶的應用中，要控制好pH、溫度和溶、溫度和溶解氧解氧C利用固定化酶降解水體中有機磷農藥，需提利用固定化酶降解水體中有機磷農藥，需提供適宜的營養條件供適宜的營養條件D利用固定化酵母細胞進行發酵，糖類的作用利用固定化酵母細胞進行發酵，糖類的作用只是作為反應底物只是作為反應底物【嘗試解答】【嘗試解答】_A_【解析】【

10、解析】固定化酶耐受性比較好，和溶解氧沒固定化酶耐受性比較好，和溶解氧沒有關系；利用固定化酶降解水體中的有機磷農藥，有關系；利用固定化酶降解水體中的有機磷農藥，需要固定化酶發揮作用，不需要提供營養條件；需要固定化酶發揮作用，不需要提供營養條件；利用固定化酵母細胞進行發酵，糖類既可以作為利用固定化酵母細胞進行發酵，糖類既可以作為反應底物，也可以作為碳源來調節酵母菌的代謝反應底物，也可以作為碳源來調節酵母菌的代謝方式。方式。【探規尋律】【探規尋律】(1)酶和細胞的固定方法容易混淆，酶和細胞的固定方法容易混淆，酶分子很小，適于用化學結合法和物理吸附法固酶分子很小，適于用化學結合法和物理吸附法固定；細胞

11、個大，難以被吸附或結合，多采用包埋定；細胞個大，難以被吸附或結合，多采用包埋法固定。法固定。(2)固定化細胞可以保證細胞的完整性，由于環境固定化細胞可以保證細胞的完整性，由于環境條件改變比較小，所以酶的活性較為穩定。條件改變比較小，所以酶的活性較為穩定。跟蹤訓練跟蹤訓練下列關于固定化酶的說法，錯誤的是下列關于固定化酶的說法，錯誤的是()A固定化酶不能催化一系列反應固定化酶不能催化一系列反應B固定化酶可以再次利用，降低了生產成本固定化酶可以再次利用，降低了生產成本C固定后的酶既能與反應物接觸，又能與產物固定后的酶既能與反應物接觸，又能與產物分離分離D固定化酶易溶于水固定化酶易溶于水解析：解析：選

12、選D。酶在水溶液中以自由的游離狀態存。酶在水溶液中以自由的游離狀態存在，被固定后便從游離狀態變為牢固地結合于載在，被固定后便從游離狀態變為牢固地結合于載體的狀態，不溶于水；固定化酶催化反應單一，體的狀態，不溶于水；固定化酶催化反應單一，與反應物可以多次作用，有的達幾十、幾百次，與反應物可以多次作用，有的達幾十、幾百次，甚至連續使用幾年。甚至連續使用幾年。制備固定化酵母細胞的實驗流程制備固定化酵母細胞的實驗流程特別提醒特別提醒(1)干燥的酵母水分含量較少，酵母菌處于休眠狀干燥的酵母水分含量較少，酵母菌處于休眠狀態，此時酶的活性較低。態，此時酶的活性較低。(2)CaCl2的作用是使海藻酸鈉膠體發生

13、聚沉，形成的作用是使海藻酸鈉膠體發生聚沉，形成凝膠珠。凝膠珠。(2011年泰安市高二質檢年泰安市高二質檢)下面是制備固定下面是制備固定化酵母細胞的實驗步驟，請回答：化酵母細胞的實驗步驟，請回答：酵母細胞的活化酵母細胞的活化配制配制CaCl2溶液溶液配制海藻酸配制海藻酸鈉溶液鈉溶液海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合固定化固定化酵母細胞。酵母細胞。(1)在在_狀態下，微生物處于休眠狀態。活狀態下，微生物處于休眠狀態。活化就是讓處于休眠狀態的微生物重新恢復化就是讓處于休眠狀態的微生物重新恢復_狀態。活化前應選擇足夠大的容器，因狀態。活化前應選擇足夠大的容器，因為酵母細胞活化時為酵母

14、細胞活化時_。(2)影響實驗成敗的關鍵步驟是影響實驗成敗的關鍵步驟是_。(3)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞數目酵母細胞數目_。(4)觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明說明_；如果形成的凝膠；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明珠不是圓形或橢圓形，說明_。(5)固定化細胞技術一般采用包埋法固定化，原因是固定化細胞技術一般采用包埋法固定化，原因是_。(6)該實驗中該實驗中CaCl2溶液的作用是溶液的作用是_。【嘗試解答】【嘗試解答】(1)缺水正常的生活體積會缺水正常的生活體積會增

15、大增大(2)配制海藻酸鈉溶液配制海藻酸鈉溶液(3)少少(4)海藻酸鈉濃度偏低海藻酸鈉濃度偏高，制海藻酸鈉濃度偏低海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗作失敗(5)細胞個體大，不易從包埋材料中漏出細胞個體大，不易從包埋材料中漏出(6)使膠體聚沉使膠體聚沉【解析】【解析】該題以制備固定化酵母細胞的過程為該題以制備固定化酵母細胞的過程為載體，考查實驗的操作程序、關鍵步驟、注意事載體，考查實驗的操作程序、關鍵步驟、注意事項及有關試劑的作用。項及有關試劑的作用。(1)酵母菌在干燥時，處于休眠狀態，需加水活化，酵母菌在干燥時，處于休眠狀態，需加水活化，否則制成的固定化酵母細胞在發酵時酶活性較低否則制成的固定化酵母細胞

16、在發酵時酶活性較低且酵母菌增殖緩慢。且酵母菌增殖緩慢。(2)該實驗的關鍵是海藻酸鈉溶液的配制。該實驗的關鍵是海藻酸鈉溶液的配制。(3)如果海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠所包如果海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數目少，影響實驗效果。埋的酵母細胞的數目少，影響實驗效果。(4)如果制作的凝膠珠顏色過淺呈白色，說明海藻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。如果形成的凝膠珠不是圓形或酸鈉的濃度偏低。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗,需要再作嘗試。需要再作嘗試。(5)由于酵母細胞個體較大，不

17、易從包埋材料中漏由于酵母細胞個體較大，不易從包埋材料中漏出，故細胞的固定化一般采用包埋法。出，故細胞的固定化一般采用包埋法。(6)海藻酸鈉膠體在海藻酸鈉膠體在CaCl2電解質溶液中發生聚沉，電解質溶液中發生聚沉，形成凝膠珠。形成凝膠珠。【互動探究】【互動探究】如果要制作反復使用的固定化如果要制作反復使用的固定化酵母細胞，應該在實驗中注意哪些問題？酵母細胞，應該在實驗中注意哪些問題？【提示】【提示】固定化酵母細胞要能反復使用必須固定化酵母細胞要能反復使用必須保證酵母菌具有非常高的活性，同時要防止微保證酵母菌具有非常高的活性，同時要防止微生物污染。注意事項：生物污染。注意事項：酵母菌菌種要純。酵母

18、菌菌種要純。所有實驗用具和材料要嚴格消毒。所有實驗用具和材料要嚴格消毒。實驗時應實驗時應注意控制溫度，不宜過高，否則易殺死酵母菌。注意控制溫度，不宜過高，否則易殺死酵母菌。應定期提供全面的營養物質，讓酵母菌能夠應定期提供全面的營養物質，讓酵母菌能夠繼續生長繁殖。繼續生長繁殖。【易誤警示】【易誤警示】(1)選用的干酵母要具有較強的活選用的干酵母要具有較強的活性，而且物種單一。性，而且物種單一。(2)酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應選酵母細胞活化時體積會變大，因此活化前應選擇體積足夠大的容器，防止酵母細胞的活化液溢出擇體積足夠大的容器，防止酵母細胞的活化液溢出.(3)溶解溶解CaCl2時勿用自來水，以免雜質離子影響實時勿用自來水，以免雜質離子影響實驗結果。驗結果。(4)海藻酸鈉溶液的配制是固定化酵母細胞的關鍵，海藻酸鈉溶液的配制是固定化酵母細胞的關鍵，因為如果海藻酸鈉濃度過高，將很難