2019_2020学年高二人教版生物选修一课件:4.3 酵母细胞的固定化 .pdf
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1、第12课时 酵母细胞的固定化 专题4 酶的研究与应用 学习导航 1.阅读教材P49“课题背景”,认识在应用酶的过程中,存在的实际问题 及解决办法。 2.通过阅读教材P49“(一)” , 了解高果糖浆及生产高果糖浆的固定化酶技术。 3.结合教材P50“(二)” , 掌握固定化技术的方法及适合不同固定方法的材料。 4.阅读教材P50“实验操作”,掌握固定化酵母细胞的实验操作过程,达到 能够进行实际操作的目的。 重难点击 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。 一、固定化酶和固定化细胞技术 当堂检测 二、实验操作 内容索引 一、固定
2、化酶和固定化细胞技术 基础梳理 1.固定化酶的应用实例固定化酶的应用实例生产高果糖浆生产高果糖浆 (1)反应原理:葡萄糖 。 (2)生产过程 将 固定在颗粒状载体上 放入底端装有分布着许多小孔的筛板的 内(酶颗粒不能通过,反应 液能通过) 果糖 葡萄糖异构酶 反应柱 葡萄糖溶液从反应柱的上端注入 流过反应柱 与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成果糖 果糖从反应柱的 流出 下端 2.固定化酶和固定化细胞技术固定化酶和固定化细胞技术 (1)概念:利用 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。 (2)方法及适用范围 (3)优点 固定化酶:酶既能与 接触,又能与 分离,可以反复利用。 固定化细胞:与固定化酶
3、技术相比,固定化细胞制备的成本更低,操 作更容易。 包埋法:多适用于 的固定化 :多适用于酶的固定化 物理或化学 细胞 物理吸附法 反应物产物 问题探究 答案 答案 将酶固定在不溶于水的载体上,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被反复利用。 1.固定化酶和固定化细胞的原理 (1)根据教材“高果糖浆的生产”分析固定化酶依据的原理与其优点分别 是什么? 答案 答案 包埋法。包埋法的原理是:将微生物细胞包埋在不溶于水的多孔 性载体中。与固定化酶技术相比较,该方法成本更低,操作更容易。 (2)固定化细胞多采用哪种方法?该方法的原理与优点是什么? 答案 答案 答案 可采
4、用固定化细胞技术。因为固定化细胞固定的是活细胞,而细 胞中有多种酶,因此可以催化一系列反应。 2.固定化酶和固定化细胞的特点分析 (1)一种酶只能催化一种或一类化学反应,而在实际生产中很多产物的形 成都需要通过一系列的酶促反应才能进行,怎样解决这一问题? 答案 答案 固定化细胞中含有多种酶,能催化一系列生化反应,而固定化酶 中只含有一种酶,只能催化一种生化反应。 (2)固定化细胞与固定化酶所固定的酶种类有何区别? 答案 答案 答案 不能。因为大分子难以通过细胞膜进入细胞,不能与细胞内的酶 接触而发生反应,因此不能用固定化细胞技术,应该用固定化酶技术。 (3)如果反应物是大分子,能否采用固定化细
5、胞技术?为什么? 答案 答案 都需要适宜的温度和pH等影响酶活性的条件,但固定化细胞还需 要提供溶解氧和营养物质。 (4)固定化酶和固定化细胞活性的维持需要的条件有何异同? 答案 归纳归纳 总结总结 固定化酶和固定化细胞的两个区别 (1)固定方法的区别 在实际应用中,酶更适用化学结合法和物理吸附法固定,原因是酶分 子小,容易被多孔性物质吸附,更适合与化学物质结合,但容易从包埋 材料中漏出。 细胞体积大难以吸附或结合,因而多采用包埋法固定。 (2)催化作用的区别 固定化细胞操作更容易,对酶活性的影响更小,可以催化一系列反应, 但是,由于大分子物质难以自由通过细胞膜,因此固定化细胞的应用也受 到限
6、制。所以,催化的反应物为大分子物质时,最好选用固定化酶技术。 拓展应用 1.下列关于固定化酶和固定化细胞的说法,不正确的是 A.固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸 附法 B.固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法 C.由于细胞体积大,而酶分子很小,因此细胞多采用物理吸附法固定化 D.反应物是大分子物质应采用固定化酶 解析 解析 由于细胞体积大,酶分子很小,体积大的细胞难以被吸附或结合, 而较小的酶容易从包埋材料中漏出。因此,细胞多采用包埋法固定化, 酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。 答案解析 答案 答案 酶分子较小,不适合采用包埋法固定化, 可采用化学结合
7、法和物理吸附法固定化。 一题多变一题多变 果汁的生产需要果胶酶,用酶固定法可以提高果 胶酶的利用率(如右图)。图中果胶酶的固定化适合 采用哪种方法? 答案 2.如今,固定化酶与固定化细胞技术已经大规模地应用于各个生产领域。 (1)在实际生产中,固定化酶技术能节约成本的原因是_ 。与固定化酶技术相比,固定化细胞固定的是_ 。 解析 解析 将酶固定化后,能使酶在催化反应之后与产物分离,可反复使用; 将细胞固定化后,即可以将一种细胞内的多种酶同时进行固定。 固定化酶能被反复 利用 答案解析 多酶系统(或一系列 酶或多种酶) (2)填写下列三种固定化酶的方法:是 ,是 , 是 。 解析 解析 图示将酶
8、相互连接起来,是化学结合法; 将酶吸附在载体表面上,是物理吸附法; 将酶包埋在细微网格里,是包埋法。 化学结合法物理吸附法 答案解析 包埋法 (3)制备固定化酵母细胞时,常用的包埋材料是 ,该载体的特 点是 。 解析 解析 海藻酸钠不溶于水,容易与发酵液分离,在高温时容易熔化,温 度降低时又可以形成多孔性固体颗粒,是包埋酵母菌的好材料。 海藻酸钠 不溶于水、多孔 答案解析 答案 答案 不适合。因为细胞体积大,难以被吸附或结合。 一题多变一题多变 (1)题中图和方法是否适于固定化酵母细胞?为什么? 答案 答案 酶分子很小,容易从包埋材料中漏出。 (2)题中图方法用于固定化酶时有何缺点? 答案 方
9、法链接方法链接 选择固定化酶与固定化细胞的方法选择固定化酶与固定化细胞的方法 (1)根据固定方法选择 固定化酶技术:由于酶分子较小,可以采用物理吸附法和化学结合法 进行固定,它催化的是单一的化学反应。 固定化细胞技术:细胞一般体积较大,适合应用包埋法固定,而且细 胞能够产生多种酶,因此固定化细胞可以催化一系列化学反应。 (2)根据反应液中加入物质选择 在固定化酶应用过程中,反应溶液中只需要加入酶的底物。 固定化细胞在应用过程中,要保持细胞的正常生命活动,反应溶液中 除需要加入反应的底物外,还应加入满足细胞生命活动所需要的营养物 质等。 (3)根据反应的特点选择 固定化酶可以催化的反应物是小分子
10、或大分子。 固定化细胞则只能催化小分子反应物。 二、实验操作 基础梳理 1.制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞 (1)固定方法: 。 (2)常用载体:一些不溶于水的 载体, 如 、 琼脂糖、 、 醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。 包埋法 多孔性明胶海藻酸钠 (3)实验操作 酵母细胞的_ 配制 的CaCl2溶液 配制海藻酸钠溶液 海藻酸钠溶液与 混合 固定化酵母细胞 活化 物质的量浓度为0.05 mol/L 酵母细胞 2.用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵 将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用 冲洗23次 将150 mL质量分数为10%的 溶液转移到锥形瓶中 加入固定好的酵母细胞(凝胶珠) 置于25
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