備戰(zhàn)2019年高考生物考點(diǎn)一遍過(guò)考點(diǎn)74固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)(含解析)

考點(diǎn)74固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)1．利用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的實(shí)例（1）高果糖漿的生產(chǎn)需要葡萄糖異構(gòu)酶。（2）葡萄糖異構(gòu)酶的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好、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)：無(wú)法回收，造成浪費(fèi)。2．固定化酶的反應(yīng)如圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖使用固定化酶技術(shù)，將這種酶（葡萄糖異構(gòu)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)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。酶顆粒無(wú)法通過(guò)篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過(guò)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(guò)反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，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。3．固定化細(xì)胞技術(shù)（1）概念講解固定化細(xì)胞技術(shù)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(guò)程中，通過(guò)代謝產(chǎn)生所需要的代謝產(chǎn)物。（2）將酶或細(xì)胞固定化的方法①包埋法：將酶（或細(xì)胞）包埋在細(xì)微網(wǎng)格里。②化學(xué)結(jié)合法：將酶（或細(xì)胞）相互連接起來(lái)。③吸附法：將酶（或細(xì)胞）吸附在載體表面上。4．固定化酶和固定化細(xì)胞的聯(lián)系與區(qū)別（1）聯(lián)系：應(yīng)用相同，都能催化某些反應(yīng)。（2）區(qū)別①固定化細(xì)胞技術(shù)操作容易，成本低，容易回收；②固定化細(xì)胞技術(shù)對(duì)酶活性影響更??；③固定化細(xì)胞固定的是一系列酶；由于大分子難以通過(guò)細(xì)胞膜，固定化細(xì)胞的應(yīng)用有一定的限制。（3）固定化酶和固定化細(xì)胞常用的載體材料固定化酶和固定化細(xì)胞常用的載體材料有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等，其共同的特點(diǎn)是不溶于水的多孔性載體。5．制備固定化酵母細(xì)胞（1）酵母細(xì)胞的活化活化：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)。本質(zhì)：加快新陳代謝；方法：加入適量的水。步驟：取1g干酵母，放入50mL的小燒杯中，加入蒸餾水10mL，用玻璃棒攪拌，使酵母細(xì)胞混合均勻，成糊狀，放置1h左右使其活化。（2）配制物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液稱(chēng)取無(wú)水CaCl20.83g，放入200mL的燒杯中，加入150mL的蒸餾水，使其充分溶解，待用。（3）配制海藻酸鈉溶液稱(chēng)取0.7g海藻酸鈉，放入50mL小燒杯中。加人10mL水，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，將海藻酸鈉調(diào)成糊狀，直至完全溶化，用蒸餾水定容至10mL。注意，加熱時(shí)要用小火，或者間斷加熱，反復(fù)幾次，直到海藻酸鈉溶化為止。（4）海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的醉母細(xì)胞，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使其混合均勻，再轉(zhuǎn)移至注射器中。（5）固定化酵母細(xì)胞以恒定的速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中，觀察液滴在CaCl2溶液中形成凝膠珠的情形。將這些凝膠珠在CaCl2溶液中浸泡30min左右?？枷蛞还潭ɑ负凸潭ɑ?xì)胞1．下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是A．固定化酶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)酶的重復(fù)利用B．溶解氧交換受阻是固定化酶應(yīng)用的重要限制因素C．固定化細(xì)胞中的酶可催化一系列的化學(xué)反應(yīng)D．利用海藻酸鈉固定酵母細(xì)胞的方法是包埋法【參考答案】B解題技巧酶和細(xì)胞固定方法的選擇酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定，細(xì)胞適合采用包埋法固定。原因：細(xì)胞個(gè)大，酶分子很小，個(gè)體大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，而個(gè)小的酶容易從包埋的材料中漏出。2．固定化細(xì)胞對(duì)酶的活性影響最小，根本原因是A．酶的提取純化過(guò)程，避免了細(xì)胞破碎B．固酶化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮作用C．酶促反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用D．細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，化學(xué)反應(yīng)中能更好的發(fā)揮作用【答案】D【解析】固定化細(xì)胞對(duì)酶的影響最小的根本原因是酶在細(xì)胞內(nèi)，受到細(xì)胞的保護(hù)作用，受外界影響較小，維持相關(guān)酶的活性，保證了各種酶在細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)中有效地發(fā)揮作用，故D項(xiàng)正確，A、B、C項(xiàng)錯(cuò)誤?？枷蚨苽涔潭ɑ湍讣?xì)胞3．下列關(guān)于固定化酵母細(xì)胞制備過(guò)程的敘述，錯(cuò)誤的是A．將干酵母與蒸餾水混合并攪拌，有利于酵母菌的活化B．配制海藻酸鈉溶液時(shí)要進(jìn)行小火或間斷加熱C．將溶化并冷卻的海藻酸鈉溶液直接轉(zhuǎn)移至注射器中D．將制備好的凝膠珠放入氯化鈣溶液中浸泡半小時(shí)左右【參考答案】C易錯(cuò)警示（1）配制海藻酸鈉溶液：小火、間斷加熱、定容，如果加熱太快，海藻酸鈉會(huì)發(fā)生焦糊。（2）海藻酸鈉溶液與酶母細(xì)胞混合：冷卻后再混合，注意混合均勻，不要進(jìn)入氣泡。（3）制備固定化酵母細(xì)胞：高度適宜，并勻速滴入。（4）剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)冷卻后再與酵母菌混合，否則溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致酵母菌死亡。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：活化酵母細(xì)胞→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)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)______________。（2）如果海藻酸鈉溶液濃度過(guò)低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目____________，影響實(shí)驗(yàn)效果。（3）觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過(guò)淺，說(shuō)明_________________；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說(shuō)明______________________________________________。（4）固定化細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法，原因是_______________________________?！敬鸢浮浚?）缺水正常的生活體積會(huì)增大（2）少（3）海藻酸鈉溶液濃度偏低海藻酸鈉溶液濃度偏高，制作失?。?）細(xì)胞個(gè)大，不易從包埋材料中漏出1．下列關(guān)于酶和固定化酵母細(xì)胞的研究與應(yīng)用的敘述，錯(cuò)誤的是A．從酶的固定方式看，吸附法比化學(xué)結(jié)合法對(duì)酶活性影響小B．作為消化酶使用時(shí)，蛋白酶制劑以口服方式給藥C．尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過(guò)氧化氫酶，可以反復(fù)使用D．將海藻酸鈉凝膠珠用無(wú)菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌2．如圖所示是酶的幾種固定方式示意圖，其所采用的固定方法依次是A．物理吸附法、化學(xué)結(jié)合法、包埋法B．化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法、包埋法C．包埋法、物理吸附法、化學(xué)結(jié)合法D．包埋法、化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法3．用固定化酵母進(jìn)行葡萄糖的發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的酒精很少，可能的原因是①干酵母未進(jìn)行活化處理②CaCl2溶液濃度過(guò)高③加入酵母細(xì)胞前海藻酸鈉溶液未冷卻④活化酵母菌用的是蒸餾水A．①②③ B．①②④C．①③④D．①②③④4．關(guān)于酵母細(xì)胞的活化，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．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)B．酵母細(xì)胞所需要的活化時(shí)間較短，一般需要0.5~1hC．酵母細(xì)胞活化時(shí)，體積會(huì)變小D．將干酵母放入盛水的小燒杯中，不斷攪拌成糊狀，放置在適宜的條件下即可活化5．褐藻膠裂解酶的固定化在工業(yè)上的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。圖為褐藻膠裂解酶固定化前后對(duì)酶活性的影響，下列關(guān)于該酶固定化優(yōu)勢(shì)的分析錯(cuò)誤的是A．便于回收再利用B．增強(qiáng)耐熱性C．最佳催化效率提高D．酶活性的穩(wěn)定性提高6．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。相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是A．溶化的海藻酸鈉應(yīng)待其冷卻至室溫時(shí)與活化的酵母菌混合制備混合液B．圖1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠C．圖2中攪拌可以使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸D．圖1中制備的凝膠珠用自來(lái)水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中7．科研人員研究了不同載體（硅膠、活性炭和大孔樹(shù)脂）和不同pH對(duì)固定化蛋白酶分解污水里蛋白質(zhì)（用氨基酸產(chǎn)生速率來(lái)衡量）的影響，其結(jié)果如下圖所示。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是A．與水溶性酶相比，固定化蛋白酶處理污水具有可反復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)B．污水中的蛋白質(zhì)可為固定化蛋白酶提供營(yíng)養(yǎng)，保持酶的活性C．三種載體固定化蛋白酶的最適pH均為5.5左右D．進(jìn)行污水凈化時(shí)應(yīng)選擇活性炭載體的固定化酶8．固定化酶具有易與反應(yīng)物產(chǎn)物分離，可反復(fù)利用，有利于產(chǎn)物的純化等優(yōu)點(diǎn)，因此在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。酶在固定化過(guò)程中其活性會(huì)受固定的時(shí)間和溫度影響，如圖所示。據(jù)此分析錯(cuò)誤的是A．固定化酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和包埋法B．固定時(shí)間段相對(duì)活性較低的原因可能是酶未完全足量地被固定C．固定溫度為50℃時(shí)，相對(duì)活性低的原因可能是高溫使酶變性失活D．酶的最佳固定條件為固定時(shí)間3h左右，溫度45℃左右9．固定化酶是從20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來(lái)固定小麥酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對(duì)其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的是部分研究結(jié)果(注：酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量)，分析回答：（1）從對(duì)溫度變化適應(yīng)性和應(yīng)用范圍的角度分析，甲圖所示結(jié)果可以得出的結(jié)論是____________________________________________________________。（2）乙圖曲線表明濃度為_(kāi)_______的海藻酸鈉包埋效果最好，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)，酶活力較低的原因是________________________________。（3）固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酯酶一般可重復(fù)使用________次，之后酶活力明顯下降。（4）固定小麥酯酶不采用海藻酸鈉直接包埋，同時(shí)用戊二醛作交聯(lián)劑，這是因?yàn)開(kāi)_________________。10．下面是某同學(xué)所做的生成啤酒釀造實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)根據(jù)其實(shí)驗(yàn)過(guò)程，回答相關(guān)問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)原理：利用固定化酵母菌分解麥芽汁，生成啤酒。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：酵母細(xì)胞活化。取一克干酵母，放入50mL的小燒杯中，加蒸餾水10mL，用玻璃棒攪拌均勻，放置一小時(shí)，使其活化。第二步：配制海藻酸鈉溶液。取0.7g海藻酸鈉，放入另一只50mL的小燒杯中，加蒸餾水10mL，并攪拌，直至溶化，用蒸餾水定容至10mL。加熱時(shí)，注意火候。第三步：海藻酸鈉與酵母細(xì)胞混合。將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢杈鶆颉５谒牟剑河米⑸淦饕院闼賹⑸鲜龌旌弦旱渭拥?.05mol/LCaCl2溶液。制成凝膠珠。第五步：倒去CaCl2溶液，加無(wú)菌水洗滌三次后，將凝膠珠放入500mL三角瓶中，加入300mL麥芽汁溶液，置于25℃下封口，發(fā)酵五天后，倒出發(fā)酵后的麥芽汁即為啤酒，品嘗其口味。（1）酵母細(xì)胞活化的作用是_________________。第二步中注意火候指的是____________。第三步中為什么要等海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，再加入活化的酵母細(xì)胞，原因?yàn)開(kāi)______________。（2）上述固定化細(xì)胞的方法稱(chēng)為_(kāi)_________，形成的凝膠珠顏色為淺黃色，如果凝膠珠顏色過(guò)淺，則配制的海藻酸鈉溶液濃度________，如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則配制的海藻酸鈉濃度__________。（3）與固定化酶相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)是_____________________________。（4）要想反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)過(guò)程要在嚴(yán)格的________________條件下進(jìn)行，同時(shí)要控制適宜的____________和____________。11．（2018·江蘇卷）下列關(guān)于酵母細(xì)胞固定化實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是A．用溫水使海藻酸鈉迅速溶解，待其冷卻到室溫后用于包埋細(xì)胞B．進(jìn)行包埋時(shí)，用于懸浮細(xì)胞的CaCl2溶液濃度要適宜C．注射器（或滴管）出口應(yīng)盡量貼近液面以保證凝膠珠成為球狀D．包埋酵母細(xì)胞的凝膠珠為淡黃色半透明狀，并具有一定的彈性12．（2017·江蘇卷）下列關(guān)于“酵母細(xì)胞的固定化技術(shù)”實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是A．活化酵母時(shí)，將適量干酵母與蒸餾水混合并攪拌成糊狀B．配制CaCl2溶液時(shí)，需要邊小火加熱邊攪拌C．將海藻酸鈉溶液滴加到CaCl2溶液時(shí)，凝膠珠成形后應(yīng)即刻取出D．海藻酸鈉溶液濃度過(guò)高時(shí)凝膠珠呈白色，過(guò)低時(shí)凝膠珠易呈蝌蚪狀13．（2016·江蘇卷）為了探索海藻酸鈉固定化對(duì)綠球藻生長(zhǎng)的影響，以及固定化藻對(duì)含Zn2+污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進(jìn)行試驗(yàn)，流程及結(jié)果如下。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)中的海藻酸鈉作用是，CaCl2的作用是。（2）為洗去凝膠球上殘余的CaCl2和其他污染物，并保持綠球藻活性，宜采用洗滌。圖1中1.0%海藻酸鈉組培養(yǎng)24h后，移去凝膠球，溶液呈綠色，原因是______________________。（3）為探索固定化藻對(duì)含Zn2+污水的凈化作用，應(yīng)選用濃度為的海藻酸鈉制備凝膠球。（4）圖2中空白凝膠球組Zn2+濃度下降的原因是。結(jié)合圖1和圖2分析，固定化藻的實(shí)驗(yàn)組24~48h間Zn2+濃度下降速度較快的主要原因是；72~96h間Zn2+濃度下降速度較慢的原因有。1．【答案】C2．【答案】D【解析】據(jù)圖分析，①表示包埋法，將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格內(nèi)；②表示化學(xué)結(jié)合法，將酶互換鏈接起來(lái)；③表示物理吸附法，將酶吸附在載體表面。3．【答案】A【解析】利用酵母菌進(jìn)行葡萄糖的發(fā)酵產(chǎn)生的酒精較少的主要原因是參與發(fā)酵的酵母較少，題中的①②③都會(huì)造成這一結(jié)果，而酵母菌活化時(shí)用的就是蒸餾水，A項(xiàng)正確。4．【答案】C【解析】活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)，A正確；酵母細(xì)胞活化的時(shí)間較短，一般需要0.5~1h，B正確；酵母細(xì)胞活化時(shí)，體積變大，C錯(cuò)誤；將干酵母細(xì)胞放入盛水的小燒杯中，用玻璃棒攪拌，使酵母細(xì)胞混合均勻，成糊狀，使其活化，D正確。5．【答案】C【解析】固定化酶是指用物理學(xué)或化學(xué)的方法將酶與固相載體結(jié)合在一起形成的仍具有酶活性的酶復(fù)合物，在催化反應(yīng)中，它以固相狀態(tài)作用于底物，反應(yīng)完成后，容易與水溶性反應(yīng)物和產(chǎn)物分離，可被反復(fù)使用，便于回收再利用，A正確；對(duì)比分析兩條曲線可知：與游離酶相比，該固定化酶的耐熱性增強(qiáng)，酶活性的穩(wěn)定性提高，B、D正確；該固定化酶的相對(duì)活性的最大值低于游離酶，說(shuō)明該固定化酶的最佳催化效率略有降低，C錯(cuò)誤。6．【答案】D【解析】剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c要冷卻至室溫，才能與活化的酵母細(xì)胞混合制備混合液，以免高溫使酵母細(xì)胞失活，A正確；加入CaCl2溶液進(jìn)行固定化酵母細(xì)胞，CaCl2的作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠，B正確；發(fā)酵過(guò)程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母細(xì)胞充分接觸，以利于發(fā)酵過(guò)程的順利進(jìn)行，C正確；制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌，去除殘留的CaCl2后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中進(jìn)行發(fā)酵，D錯(cuò)誤。7．【答案】B【解析】固定化酶易與反應(yīng)物分離，可多次重復(fù)利用，A正確；固定化酶不需要提供營(yíng)養(yǎng)，B錯(cuò)誤；圖中三條曲線的波峰所對(duì)應(yīng)的pH均為5.5左右，C正確；活性炭固定的蛋白酶催化效率最高，因此進(jìn)行污水凈化時(shí)應(yīng)選擇活性炭載體的固定化酶，D正確。8．【答案】A9．【答案】（1）固定化酶比游離酶對(duì)溫度變化適應(yīng)性更強(qiáng)且應(yīng)用范圍較廣（2）3%海藻酸鈉濃度較低時(shí)包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足（3）3（4）直接包埋不緊密，酶分子容易漏出【解析】由圖甲可知，當(dāng)溫度變化時(shí)，游離酶的酶活力比固定化酶變化明顯；分析圖乙，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)，凝膠的孔徑較大，固定化酶容易流失，所以酶活較低，最適的海藻酸鈉濃度為3%。由圖丙可知，當(dāng)使用次數(shù)多于3次時(shí)，酶活力顯著下降。（1）通過(guò)分析甲圖可知，固定化酶與游離酶相比，對(duì)溫度變化的適應(yīng)性更強(qiáng)且應(yīng)用范圍較廣。（2）乙圖曲線表明濃度為3%的海藻酸鈉包埋效果最好，此時(shí)酶活力最高。當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足，因此酶活力較低。（3）由丙圖可知，固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，且在使用3次以后，酶活力顯著下降。（4）因?yàn)樾←滜ッ阜肿雍苄?，很容易從包埋材料中漏出，因此固定小麥酯酶不采用海藻酸鈉直接包埋，而是采用雙重固定法。10．【答案】（1）讓休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞恢復(fù)到正常的生活狀態(tài)小火或間斷加熱防止高溫殺死酵母細(xì)胞（2）包埋法過(guò)低（偏低）過(guò)高（偏高）（3）成本更低，操作更容易（4）滅菌溫度pH【解析】（1）酵母細(xì)胞