高中人教版生物選修1課件專題4課題3酵母細(xì)胞的固定化

課題3酵母細(xì)胞的固定化課標(biāo)闡釋思維脈絡(luò)1.結(jié)合具體實(shí)例,分析固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。2.列舉固定化技術(shù)的常用方法,認(rèn)識(shí)到技術(shù)對(duì)科學(xué)的促進(jìn)作用。3.歸納概括固定化細(xì)胞的制備流程。4.制訂實(shí)驗(yàn)方案,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。

一二三一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例——高果糖漿的生產(chǎn)

一二三一二三一二三二、固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)

一二三一二三三、實(shí)驗(yàn)操作

一二三一二三一二三探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記制備固定化酵母細(xì)胞問(wèn)題導(dǎo)引制備固定化酵母細(xì)胞的關(guān)鍵是什么?剛形成的凝膠珠應(yīng)該怎么處理?據(jù)教材P50~51制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟,思考下列問(wèn)題。(1)本實(shí)驗(yàn)固定酵母細(xì)胞采用的是什么方法?海藻酸鈉起什么作用?(2)在用海藻酸鈉包埋酵母細(xì)胞形成凝膠珠的過(guò)程中,加熱溶解海藻酸鈉時(shí)需注意用

加熱,然后將溶化好的海藻酸鈉溶液

后,加入已活化的酵母細(xì)胞充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉?/p>

探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記(3)下圖為某同學(xué)利用海藻酸鈉固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因包括

。

①海藻酸鈉濃度過(guò)高②酵母細(xì)胞已經(jīng)死亡③注射器中的溶液推進(jìn)速度過(guò)快④注射器距離CaCl2溶液液面太近探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記(4)下圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作,圖2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記①圖1中X溶液為

,其作用是

。

②圖1中剛制備的凝膠珠應(yīng)在

中浸泡一段時(shí)間,然后用

洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中。圖2發(fā)酵過(guò)程中攪拌的目的是

。

答案:(1)包埋法。海藻酸鈉作為載體(或包埋材料)包埋酵母細(xì)胞。(2)小火或間斷冷卻至室溫(3)①③④

(4)①CaCl2溶液使海藻酸鈉形成凝膠珠②CaCl2溶液蒸餾水使葡萄糖溶液與固定化酵母細(xì)胞充分接觸探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記名師精講1.制備固定化酵母細(xì)胞的注意事項(xiàng)(1)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。(2)加熱海藻酸鈉使其溶化的過(guò)程中,需使用小火,或者間斷加熱,防止加熱過(guò)快,使海藻酸鈉焦糊。(3)定容和最后沖洗凝膠珠時(shí),不用自來(lái)水,防止自來(lái)水中的離子對(duì)固定好的酵母細(xì)胞產(chǎn)生影響。(4)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)。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記特別提醒(1)海藻酸鈉溶液必須冷卻至室溫,才能加入活化的酵母細(xì)胞,以免溫度過(guò)高殺死酵母細(xì)胞。(2)制作符合要求的凝膠珠應(yīng)選擇合適濃度的海藻酸鈉溶液;若濃度偏低,則制作的凝膠珠顏色過(guò)淺,呈白色,固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少;若海藻酸鈉溶液濃度過(guò)高,則形成的凝膠珠不為圓形或橢圓形,制作失敗。(3)細(xì)胞的固定化要在嚴(yán)格無(wú)菌條件下進(jìn)行;反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞時(shí),需要避免其他微生物的污染。(4)CaCl2要稱量準(zhǔn)確,不能用自來(lái)水配制溶液,防止自來(lái)水中的離子影響實(shí)驗(yàn)效果,應(yīng)用蒸餾水。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記2.檢驗(yàn)?zāi)z珠的質(zhì)量是否合格,可以使用下列方法(1)機(jī)械法: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(méi)有液體流出,就表明凝膠珠的制作成功;也可以在實(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。(2)目測(cè)法:合格的凝膠珠應(yīng)是淡黃色、圓形或橢圓形。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記典例剖析類型一

固定化酶和固定化細(xì)胞的比較例1下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的說(shuō)法,正確的是(

)A.某種固定化酶的優(yōu)勢(shì)在于能催化一系列生化反應(yīng)B.固定化細(xì)胞技術(shù)一次只能固定一種酶C.固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點(diǎn)是都可以反復(fù)使用D.固定化酶和固定化細(xì)胞都能反復(fù)使用,但酶的活性迅速下降答案:C解析:酶具有專一性,一種酶固定后不能催化一系列生化反應(yīng);固定化細(xì)胞技術(shù)實(shí)際上固定的是一系列酶;固定化酶和固定化細(xì)胞都能反復(fù)使用,若條件適宜,一般不會(huì)出現(xiàn)酶的活性迅速下降的問(wèn)題。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記反思總結(jié)

直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞的比較

方式直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞酶的種數(shù)一種或幾種一種一系列酶常用載體—高嶺土、皂土、硅膠、凝膠明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺制作方法—化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法包埋法催化反應(yīng)單一或多種單一一系列探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記方式直接使用酶固定化酶固定化細(xì)胞缺點(diǎn)①對(duì)環(huán)境條件非常敏感,易失活②難回收,成本高,影響產(chǎn)品質(zhì)量不利于催化一系列的酶促反應(yīng)反應(yīng)物不易與酶接觸,尤其是大分子物質(zhì),反應(yīng)效率下降優(yōu)點(diǎn)催化效率高、耗能低、污染低①既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離;②可以反復(fù)利用成本低、操作容易探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記關(guān)于固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)的關(guān)系,下列選項(xiàng)正確的是(

)A.固定化酶技術(shù)是固定化細(xì)胞技術(shù)的基礎(chǔ)B.固定化細(xì)胞技術(shù)是固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)C.固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)是同時(shí)發(fā)展起來(lái)的D.固定化細(xì)胞技術(shù)先于固定化酶技術(shù)答案:A解析:固定化細(xì)胞技術(shù)是在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記類型二

制備固定化酵母細(xì)胞例2為了探究啤酒酵母固定化的最佳條件,科研人員研究了CaCl2溶液濃度對(duì)固定化酵母發(fā)酵性能的影響,結(jié)果如下圖。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記(1)與利用游離酵母生產(chǎn)啤酒相比,利用固定化酵母的優(yōu)點(diǎn)有

。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨CaCl2溶液濃度的增大,凝膠珠機(jī)械強(qiáng)度增大,完整率

。

(3)結(jié)合發(fā)酵性能分析,制備凝膠珠適宜的CaCl2溶液濃度為

。當(dāng)CaCl2溶液濃度過(guò)高時(shí),發(fā)酵液中的糖度升高,酒精度下降,發(fā)酵受到影響,原因是

。

(4)用海藻酸鈉作為載體包埋酵母細(xì)胞,溶化海藻酸鈉時(shí)最好采用

的方法,以防發(fā)生焦糊。溶化好的海藻酸鈉溶液應(yīng)

后,再與已活化的酵母細(xì)胞充分混合。若海藻酸鈉濃度過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致

,大大降低固定效果。

探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記答案:(1)可重復(fù)使用、便于產(chǎn)物分離、提高產(chǎn)品質(zhì)量等(2)增加(3)2.0mol/L凝膠珠機(jī)械強(qiáng)度過(guò)大,通透性降低,影響糖進(jìn)入其內(nèi)部(4)小火或間斷加熱冷卻至室溫酵母細(xì)胞從顆粒中漏出解析:(2)由題圖可知,隨著CaCl2溶液濃度的增大,凝膠珠的完整率增加。(3)由題圖可知,當(dāng)CaCl2溶液濃度為

mol/L時(shí),發(fā)酵產(chǎn)生的酒精度最高。CaCl2溶液濃度過(guò)高會(huì)使凝膠珠機(jī)械強(qiáng)度過(guò)大,影響凝膠珠的通透性,從而影響糖進(jìn)入其內(nèi)部。(4)為防止發(fā)生焦糊,溶化海藻酸鈉時(shí)最好采用小火或間斷加熱的方法。為保護(hù)活化的酵母細(xì)胞的活性,溶化好的海藻酸鈉溶液必須冷卻到室溫后再與酵母細(xì)胞混合。若海藻酸鈉濃度過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致酵母細(xì)胞從顆粒中漏出。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)制備固定化酵母細(xì)胞的過(guò)程如下。①活化酵母細(xì)胞:稱取定量干酵母與定量蒸餾水混合并攪拌,使酵母細(xì)胞活化。②配制CaCl2溶液:將無(wú)水CaCl2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:將定量的海藻酸鈉直接溶解在定量的蒸餾水中,配制成溶液。④海藻酸鈉溶液和酵母細(xì)胞混合:將活化的酵母細(xì)胞迅速加入剛配制成的海藻酸鈉溶液中,充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?。⑤固定化酵母?xì)胞:用注射器以恒定的速度緩慢將海藻酸鈉和酵母細(xì)胞混合液滴加到配制好的CaCl2溶液中,觀察凝膠珠的形成。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記(1)請(qǐng)你改正其中兩處錯(cuò)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30min左右,目的是

。

(3)如果制作的凝膠珠顏色過(guò)淺,呈白色,則說(shuō)明海藻酸鈉溶液濃度

(填“過(guò)低”或“過(guò)高”)。

探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記(4)研究發(fā)現(xiàn),固定化強(qiáng)度高的酵母顆粒發(fā)酵效果好,且穩(wěn)定性高、使用壽命長(zhǎng)。某科研機(jī)構(gòu)利用上述裝置,將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、2.5%、3%的已配制好的海藻酸鈉溶液分別與等量的已活化的酵母細(xì)胞混合均勻后,分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、3%、4%的X溶液進(jìn)行凝膠處理,所得到的固定化酵母顆粒的強(qiáng)度及在28℃下發(fā)酵48h后的酒精產(chǎn)量如下表所示。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記由表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著X溶液濃度的增加,

逐漸增加;凝膠固定化效果較好的海藻酸鈉溶液與X溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是

、

。

探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記答案:(1)③海藻酸鈉的溶解應(yīng)用小火或間斷加熱至完全溶化④海藻酸鈉溶液應(yīng)冷卻至室溫再加入酵母細(xì)胞(2)讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(3)過(guò)低(4)酵母顆粒的固定化強(qiáng)度2%

4%解析:(1)海藻酸鈉的溶化應(yīng)用小火或間斷加熱至完全溶化,溶化后冷卻至室溫再加入酵母細(xì)胞,否則高溫會(huì)殺死酵母細(xì)胞。(2)剛形成的凝膠珠要在CaCl2溶液中浸泡30

min左右,目的是讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(3)凝膠珠顏色過(guò)淺,呈白色,說(shuō)明海藻酸鈉溶液濃度過(guò)低。(4)從表中可以看出,隨X溶液濃度的增加,酵母顆粒的固定化強(qiáng)度增加,且固定化效果較好的海藻酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是2%,X溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是4%。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記1.下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說(shuō)法,錯(cuò)誤的是(

)A.固定化酶生物活性高,可長(zhǎng)久使用B.一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起,產(chǎn)物純度不高C.一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)使用D.固定化酶可以反復(fù)利用,降低生產(chǎn)成本答案:A解析:一般酶制劑使用后,混在溶液中的酶不能回收利用,增加了生產(chǎn)成本;同時(shí)反應(yīng)后酶會(huì)混在產(chǎn)物中,可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。固定化酶可重復(fù)使用,降低了生產(chǎn)成本,但是固定化酶使用多次后,催化效果也會(huì)下降,并不能長(zhǎng)久使用。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記2.下面是制備固定化酵母細(xì)胞的步驟,正確的是(

)①配制CaC12溶液②配制海藻酸鈉溶液③海藻酸鈉與酵母細(xì)胞混合④酵母細(xì)胞活化⑤固定化酵母細(xì)胞A.①②③④⑤

B.④①③②⑤C.④⑤②①③

D.④①②③⑤答案:D解析:制備固定化酵母細(xì)胞的基本步驟是:酵母細(xì)胞的活化→配制物質(zhì)的量濃度為

mol/L的CaCl2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。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記3.在使用包埋法固定細(xì)胞時(shí),下列哪一項(xiàng)不是常用的載體?(

)A.明膠

B.瓊脂糖C.海藻酸鈉

D.纖維素答案:D解析:包埋法固定細(xì)胞常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記4.固定化酶通常不采用包埋法,原因是(

)A.包埋法固定化酶操作最復(fù)雜B.包埋法對(duì)酶的活性影響較大C.酶分子較小,容易從包埋材料中漏出D.包埋法使用的包埋材料少且價(jià)格昂貴答案:C解析:固定化酶通常不采用包埋法,原因是酶分子較小,容易從包埋材料中漏出。探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記5.在20世紀(jì)50年代,酶已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域,到了70年代又出現(xiàn)了固定化酶與固定化細(xì)胞的技術(shù)。(1)在實(shí)際生產(chǎn)中,固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是

。與固定化酶技術(shù)相比,固定化細(xì)胞固定的是

。

探究點(diǎn)當(dāng)堂檢測(cè)本課必記(2)制備固定化酵母細(xì)胞,最常用的載體是

,使用了下圖中的[

]

(填出標(biāo)號(hào)與名稱)。

(3)制作固定化酵母細(xì)胞時(shí),配制好的海藻酸鈉溶液與活化的酵母細(xì)胞混合后,可在物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的

溶液中形成凝膠珠。

探