人教版高三復(fù)習(xí)生物選修一課件：專題4 課題3 酵母細(xì)胞的固定化 (共25張PPT)

一、課題目標(biāo)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。1思考：通過課題背景分析，你有何體會(huì)？酶：

優(yōu)點(diǎn)：催化效率高，低耗能，低污染

實(shí)際問題：對(duì)環(huán)境條件敏感，易失活；

溶液中的酶很難收回，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶混在產(chǎn)物中，如不去除，會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)

設(shè)想：將酶固定在不溶于水的載體上

固定化酶：優(yōu)點(diǎn)：酶即能與反應(yīng)物接觸，又容易與產(chǎn)物分離，同時(shí)，還可以反復(fù)利用

實(shí)際問題：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物的形成都是通過一系列的酶促反應(yīng)才能完成的

設(shè)想：酶是細(xì)胞合成的，能否將合成酶的細(xì)胞直接固定？

固定化細(xì)胞：成本低，操作更容易2思考：1、如何利用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿的？（一）固定化酶（1）高果糖漿的生產(chǎn)需要

。（2）葡萄糖異構(gòu)酶的優(yōu)點(diǎn)：

好、可以持續(xù)發(fā)揮作用。（3）在生產(chǎn)中直接使用酶的缺點(diǎn)：

。穩(wěn)定性葡萄糖異構(gòu)酶無法回收，造成浪費(fèi)32.固定化酶的反應(yīng)：

使用固定化酶技術(shù)，將這種酶（

）固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個(gè)

內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。

無法通過篩板上的小孔，而

卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成

，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。（一）固定化酶葡萄糖異構(gòu)酶酶顆粒反應(yīng)柱反應(yīng)溶液果糖41.概念:利用物理或化學(xué)方法將細(xì)胞固定在一定空間的技術(shù)。細(xì)胞中含有一系列酶，在細(xì)胞正常生命活動(dòng)的過程中，通過代謝產(chǎn)生所需要的

。包埋法是指將

包埋在細(xì)微網(wǎng)格里。化學(xué)結(jié)合法是指將將酶（或細(xì)胞）相互結(jié)合或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上。物理吸附法是指將酶吸附到

的表面（二）固定化細(xì)胞技術(shù)2、將酶或細(xì)胞固定的方法：代謝產(chǎn)物酶或細(xì)胞載體5一般來說：酶更適合采用

和

固定化，而細(xì)胞多采用

固定化。這是因?yàn)榧?xì)胞體積大，而酶分子很?。惑w積大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，而體積小的酶容易從包埋材料中漏出。包埋法物理吸附法化學(xué)結(jié)合法1．從操作角度來考慮，你認(rèn)為固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)哪一種方法更容易？哪一種方法對(duì)酶活性的影響更小？2．固定化細(xì)胞固定的是一種酶還是一系列酶？3．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？4．如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該選擇哪種方法？固定化細(xì)胞固定化細(xì)胞固定的是一系列酶固定化細(xì)胞技術(shù)固定化酶技術(shù)固定化細(xì)胞6規(guī)律

總結(jié)固定化酶酶的種類：一種所需條件：適宜的溫度，PH值固定化細(xì)胞酶的種類：多種所需條件：適宜的溫度，PH值，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)1.使用固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是()A.能催化大分子物質(zhì)的水解B.可催化一系列化學(xué)反應(yīng)C.與反應(yīng)物易接近D.有利于酶在細(xì)胞外發(fā)揮作用B2、研究認(rèn)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三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可以用來降解殘留在土壤中的有機(jī)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、PHC、水分D、營(yíng)養(yǎng)D3.關(guān)于固定化酶的敘述不正確的是()A．既能與反應(yīng)物接觸，又能與反應(yīng)物分離B．固定在載體上的酶可被反復(fù)利用C．可催化一系列反應(yīng)D．酶的活性和穩(wěn)定性受到限制C7二、實(shí)驗(yàn)操作——酵母細(xì)胞的固定化用什么方法對(duì)酵母細(xì)胞的固定化？

包埋法常用哪些載體？包埋法：即將微生物細(xì)胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。

明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺等

在缺水的狀態(tài)下，微生物會(huì)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)正常的生活狀態(tài)。

酵母細(xì)胞所需要的活化時(shí)間較短，一般需要0.5～1h，需要提前做好準(zhǔn)備。此外，酵母細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容器外。二．實(shí)驗(yàn)操作（一）制備固定化酵母細(xì)胞1．酵母細(xì)胞的活化思考：1、什么叫酵母細(xì)胞的活化？

2．配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液配制CaCl2溶液有什么作用？所形成的凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡的目的？9使海藻酸鈉形成凝膠珠使膠體聚沉，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)3．配制海藻酸鈉溶液思考：①配制的海藻酸鈉溶液具體作用是什么？②在加熱的過程中，為什么要用小火，或者間斷加熱？包埋酶或細(xì)胞防止焦糊4．海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合5．固定化酵母細(xì)胞思考：①為什么剛形成的凝膠珠要在CaCl2溶液中浸泡30min左右？

②如何檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格？形成穩(wěn)定的凝膠珠

說明：剛形成的凝膠珠應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時(shí)間，以便形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格，可以使用下列方法：一是用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。10（二）用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵問題思考：發(fā)酵時(shí)為什么要將溫度控制在25℃？四．實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果分析與評(píng)價(jià)1．觀察凝膠珠的顏色和形狀問題思考：①如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，則說明什么？②如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明什么？

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(xì)胞數(shù)目較少；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，需要再作嘗試。11酵母菌酒精發(fā)酵的適宜溫度2．觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液?jiǎn)栴}思考：當(dāng)觀察到哪些現(xiàn)象時(shí)，可說明實(shí)驗(yàn)獲得成功？為什么？

利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多氣泡，同時(shí)會(huì)聞到酒味。3、固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？固定化細(xì)胞常用的載體有哪些？

有包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法。

固定化酶分子小更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，用包埋法卻容易從包埋材料中漏出。固定化細(xì)胞因細(xì)胞大不易被吸附或結(jié)合適宜采用包埋法。

常用載體：明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。124、固定化酶和固定化細(xì)胞的原理是什么？

就是將酶固定在不溶于水的載體上，或者將微生物細(xì)胞均勻地包埋于不溶于水的多孔性載體上，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)利用的技術(shù)。13思考：直接使用酶、固定化酶與固定化細(xì)胞各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？類型優(yōu)點(diǎn)不足直接使用酶

催化效率高，低耗能、低污染等。

對(duì)環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶

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。

一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。固定化細(xì)胞成本低，操作更容易。

固定后的酶或細(xì)胞與反應(yīng)物不容易接近，可能導(dǎo)致反應(yīng)效果下降等。14二、實(shí)驗(yàn)操作——酵母細(xì)胞的固定化（1）酵母細(xì)胞的活化：〖思考1〗活化是指什么？方法？〖思考2〗在活化酵母的過程中要注意？1、酵母細(xì)胞活化時(shí)體積會(huì)變大，所用容器要大一些，防止活化液溢出；2、選用的干酵母有較強(qiáng)的活性且物種單一；二、實(shí)驗(yàn)操作——酵母細(xì)胞的固定化（1）酵母細(xì)胞的活化：（2）配制CaCl2溶液：二、實(shí)驗(yàn)操作——酵母細(xì)胞的固定化（1）酵母細(xì)胞的活化：（2）配制CaCl2溶液：

（3）配制海藻酸鈉溶液：是最重要的環(huán)節(jié)：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)驗(yàn)效果。注意事項(xiàng)：加熱時(shí)要用小火，或者間斷加熱（目的？）（濃度要適宜？）二、實(shí)驗(yàn)操作——酵母細(xì)胞的固定化（1）酵母細(xì)胞的活化：（2）配制CaCl2溶液：（3）配制海藻酸鈉溶液：（4）海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合：必須將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫才能與酵母細(xì)胞進(jìn)行混合。為什么？攪拌的目的？二、實(shí)驗(yàn)操作——酵母細(xì)胞的固定化（1）酵母細(xì)胞的活化：（2）配制CaCl2溶液：（3）配制海藻酸鈉溶液：（4）海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞的混合：（5）固定化酵母細(xì)胞：CaCl2溶液的作用？所形成的凝膠柱在CaCl2溶液中浸泡的目的？使膠體聚沉。形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)如何判斷固定化酵母細(xì)胞是否成功？---觀察凝膠珠的顏色和形狀若凝膠珠顏色過淺，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少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，需要再作嘗試

凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明海藻酸鈉濃度偏高或注射器中的混合液推進(jìn)速度過快形成的。21鞏固練習(xí)1、酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)的關(guān)系是A酶固定化技術(shù)是細(xì)胞固定化技術(shù)的基礎(chǔ)B細(xì)胞固定化技術(shù)是酶固定化技術(shù)的基礎(chǔ)C酶固定化技術(shù)與細(xì)胞固定化技術(shù)是同時(shí)發(fā)展起來的D固定化細(xì)胞技術(shù)先于酶固定化技術(shù)222、固定化酶技術(shù)常采用A包埋法B化學(xué)結(jié)合和物理吸附法C活化法D微囊化法3、海藻酸鈉在水中溶解的速度較慢，需要經(jīng)過加熱促進(jìn)其溶解，采用的最好加熱方法是A快速加熱