《2017-2018學(xué)年高中生物 第三章 酶的應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐 第8課時(shí) 固定化酶的制備和應(yīng)用同步備課教學(xué)案 蘇教版選修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中生物 第三章 酶的應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐 第8課時(shí) 固定化酶的制備和應(yīng)用同步備課教學(xué)案 蘇教版選修1（16頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第8課時(shí)　固定化酶的制備和應(yīng)用 [學(xué)習(xí)導(dǎo)航]　1.簡述固定化酶的制作方法。2.簡述固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用及酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)。 [重難點(diǎn)擊]　1.簡述固定化酶的制作方法。2.簡述酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)。 一、固定化酶和制備固定化酶的常用方法 1.固定化酶 (1)概念：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。 (2)特點(diǎn)：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。 2.制備固定化酶的常用方法 (1)物理吸附法是將酶吸附在纖維素、瓊脂糖等多糖類或多孔玻璃、離子交換樹脂等載體上的

2、固定方式，其顯著特點(diǎn)是工藝簡便且條件溫和。 (2)化學(xué)結(jié)合法是利用多功能試劑進(jìn)行酶與載體之間的交聯(lián)，在酶和多功能試劑之間形成共價(jià)鍵，從而得到三維的交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 (3)包埋法是將酶包埋在能固化的載體中，如將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中包埋成格子型，或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中包埋成微膠囊型。 由于酶的分離與提純有許多技術(shù)性難題，造成酶制劑來源有限、成本高、不利于大規(guī)模地使用。人們針對酶不能被廣泛應(yīng)用這一情況，一直在尋求改善方法，其中之一就是固定化酶技術(shù)的應(yīng)用。觀察下圖有關(guān)制備固定化酶的常用方法，結(jié)合教材回答下列問題： (1)圖A為物理吸附法，它的顯著特點(diǎn)是工

3、藝簡便且條件溫和，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。 (2)圖B為化學(xué)結(jié)合法，它是利用多功能試劑進(jìn)行酶與載體之間的交聯(lián)，在酶和多功能試劑之間形成共價(jià)鍵，從而得到三維的交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 (3)包埋法是將酶包埋在能固化的載體中。將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分子凝膠中(如圖C)，包埋成格子型；或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中(如圖D)，包埋成微膠囊型。 歸納提煉　各種固定化酶方法的比較 比較項(xiàng)目 物理吸附法 包埋法 化學(xué)結(jié)合法 制備 易 較難 較難 結(jié)合程度 弱 強(qiáng) 強(qiáng) 活力回收率 高，但酶易流失 高 中等 再生 可能 不可能 不可能 固定化成本 低 低

4、中等 底物專一性 不變 不變 可變 1.如圖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 答案　D 解析?、賵D表示酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里，應(yīng)屬于包埋法；②圖表示許多酶分子通過特殊載體連接起來，成交聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，應(yīng)屬于化學(xué)結(jié)合法；③圖表示將酶固定在一定的支持物上，屬于物理吸附法。 2.下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法，錯(cuò)誤的是(　　) A.固定化酶可長久使用 B.一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起

5、，產(chǎn)物的純度不高 C.一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)利用 D.固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量 答案　A 解析　固定化酶是將酶固定在不溶于水的載體上，使酶既能與底物接觸，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，降低成本，產(chǎn)物中也不含酶，提高了產(chǎn)品的純度。固定化酶雖可以多次利用，但不可長久使用。 二、固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用 1.固定化細(xì)胞的概念 通過各種方法將細(xì)胞與一定的載體結(jié)合，使細(xì)胞仍保持原有的生物活性，這一過程稱為細(xì)胞固定化。固定化細(xì)胞仍能進(jìn)行正常的生長、繁殖和代謝，可以像游離的細(xì)胞一樣用于發(fā)酵生產(chǎn)。 2.應(yīng)用：固定化細(xì)胞可以取代游離的細(xì)胞

6、進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)各種物質(zhì)。 (1)在工業(yè)生產(chǎn)上，利用固定化植物細(xì)胞可以生產(chǎn)多種色素、香精、藥物、酶等。 (2)利用固定化微生物細(xì)胞可以生產(chǎn)酒精、啤酒、谷氨酸、α－淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、青霉素、頭孢霉素等。 (3)在醫(yī)學(xué)上，利用固定化動(dòng)物細(xì)胞可以生產(chǎn)小兒麻痹癥疫苗、狂犬病疫苗、麻疹疫苗、肝炎疫苗、口蹄疫疫苗等，還可以生產(chǎn)生長激素、干擾素、胰島素、催乳素、促性腺激素等。 (4)將固定化的胰島細(xì)胞制成微囊，能治療糖尿病。 (5)用固定化細(xì)胞制成的生物傳感器可用于醫(yī)療診斷。 (6)在化學(xué)分析方面，可制成各種固定化細(xì)胞傳感器，用來測定醋酸、乙醇和氨等。 (7)固定化細(xì)胞在環(huán)境保護(hù)

7、、能源開發(fā)等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。 3.固定化細(xì)胞技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) (1)固定化細(xì)胞技術(shù)無須進(jìn)行酶的分離和純化，減少了酶的活力損失，同時(shí)大大降低了生產(chǎn)成本。 (2)固定化細(xì)胞不僅可以作為單一的酶發(fā)揮作用，而且可以利用細(xì)胞中所含的復(fù)合酶系完成一系列的催化反應(yīng)。 (3)對于活細(xì)胞來說，保持了酶的原始狀態(tài)，酶的穩(wěn)定性更高。 (4)細(xì)胞生長停滯時(shí)間短，反應(yīng)快。 正是由于固定化細(xì)胞的這些無可比擬的優(yōu)勢，盡管固定化細(xì)胞技術(shù)的出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于固定化酶技術(shù)，但它的應(yīng)用范圍比固定化酶更廣泛。 4.固定化細(xì)胞技術(shù)的缺點(diǎn) (1)固定化細(xì)胞只能用于生產(chǎn)細(xì)胞外酶和其他能夠分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物。 (2)由于載體的影

8、響，營養(yǎng)物質(zhì)和產(chǎn)物的擴(kuò)散受到一定限制。 (3)在好氧性發(fā)酵中，溶解氧的傳遞和輸送成為關(guān)鍵的限制因素。 5.細(xì)胞的固定化方法 凝膠包埋法是應(yīng)用最廣泛的細(xì)胞固定化方法，適用于各種微生物、動(dòng)物和植物細(xì)胞的固定化。凝膠包埋法所使用的載體主要有海藻酸鈉凝膠、瓊脂、角叉菜膠、明膠等。用海藻酸鈉凝膠包埋法制備固定化細(xì)胞的操作簡便，條件溫和，對細(xì)胞無毒性。 6.酵母菌細(xì)胞的固定化技術(shù)的過程 準(zhǔn)備各種實(shí)驗(yàn)藥品和器材―→制備麥芽汁―→活化酵母菌細(xì)胞―→配制物質(zhì)的量濃度為0.05 mol/L的氯化鈣溶液―→制備固定化細(xì)胞―→浸泡和洗滌―→發(fā)酵麥芽汁。 分析下列酵母菌細(xì)胞固定化操作流程，回答問題。

9、主要藥品有：干麥芽粉、干酵母、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸鈉、 無水氯化鈣、蒸餾水、葡萄糖溶液、碘液 　 ↓ 干麥芽粉＋蒸餾水麥芽汁無菌麥芽汁 　 ↓ 干酵母＋蒸餾水→活化的酵母菌 　 ↓ 無水氯化鈣＋蒸餾水 　 ↓ 聚乙烯醇(PVA)＋海藻酸鈉＋蒸餾水酵母菌—聚乙烯醇— 海藻酸鈉溶液凝膠珠 　 ↓ 待凝膠珠在溶液中浸泡30 min后，取出并用蒸餾水洗滌3次 備用 　 ↓ 將凝膠珠加入無菌麥芽汁中 1.在酵母菌細(xì)胞的活化和配制CaCl2溶液時(shí)，都使用了蒸餾水，為什么不能使用自來水？ 答案　防止自來水中各種離子影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2.配制海藻酸鈉

10、溶液時(shí)加熱是關(guān)鍵，為什么要用小火間斷加熱？ 答案　防止海藻酸鈉溶液焦糊。 3.能否在剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入活化的酵母菌細(xì)胞？ 答案　不能，因?yàn)閯側(cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液溫度較高，會將酵母菌細(xì)胞殺死。 歸納總結(jié)　(1)固定化細(xì)胞與固定化酶的主要區(qū)別 ①固定化細(xì)胞使用的是活細(xì)胞，因而為了保證其生長、增殖的需要，應(yīng)該為其提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)。 ②固定化細(xì)胞由于保證了細(xì)胞的完整性，酶的環(huán)境改變小，所以對酶的活性影響最小。 (2)凝膠珠的檢測：剛形成的凝膠珠應(yīng)在氯化鈣溶液中浸泡一段時(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

11、壓，如果凝膠珠不容易破裂，且沒有液體流出，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。 3.關(guān)于固定化酵母菌細(xì)胞制備過程的敘述，正確的是(　　) A.為使酵母菌活化，應(yīng)讓干酵母與自來水混合并攪拌 B.用小火或間斷加熱可防止海藻酸鈉溶液焦糊 C.向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母菌細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆? D.將與酵母菌細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液倒入CaCl2溶液中，會觀察到CaCl2溶液中有球形或橢球形的凝膠珠形成 答案　B 解析　酵母菌細(xì)胞活化時(shí)，應(yīng)讓干酵母與蒸餾水混合并攪拌，A項(xiàng)錯(cuò)誤；配制海藻酸鈉溶液時(shí)要用

12、小火或間斷加熱的方法，否則海藻酸鈉會發(fā)生焦糊，B項(xiàng)正確；剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)冷卻后再與酵母細(xì)胞混合，否則溫度過高會導(dǎo)致酵母細(xì)胞死亡，C項(xiàng)錯(cuò)誤；將與酵母菌細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液勻速滴入CaCl2溶液中，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 4.下面是制備固定化酵母菌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟，請回答下列問題： 酵母菌細(xì)胞的活化―→配制CaCl2溶液―→配制海藻酸鈉溶液―→海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合―→固定化酵母菌細(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)?；罨皯?yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍妇?xì)胞活化時(shí)____________。 (2)固定化

13、細(xì)胞技術(shù)一般采用包埋法，而固定化酶常用__________和__________________。 (3)影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是__________________________________________________。 (4)海藻酸鈉溶化過程的注意事項(xiàng)是______________________________________________。 (5)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母菌細(xì)胞數(shù)目__________。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明_________________________________________________。 (6

14、)該實(shí)驗(yàn)中CaCl2溶液的作用是_________________________________________________。 答案　(1)缺水　正常(生活)　體積會增大(增多) (2)化學(xué)結(jié)合法　物理吸附法 (3)配制海藻酸鈉溶液 (4)小火加熱(或小火間斷加熱)，不斷攪拌 (5)較少　(海藻酸鈉濃度偏高)制作失敗 (6)使膠體聚沉(或形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)) 解析　(1)酵母菌細(xì)胞在缺水的狀態(tài)下休眠?；罨羌尤胨菇湍妇謴?fù)到生活狀態(tài)。酵母菌細(xì)胞活化后體積會增大。(2)固定化酶常用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化。(3)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是配制海藻酸鈉溶液，得到凝膠珠。(4)海藻酸鈉溶化過

15、程要小火、且間斷加熱、并不斷攪拌，使海藻酸鈉完全溶化，又不會發(fā)生焦糊。(5)海藻酸鈉濃度過低，包埋的酵母菌就會過少；海藻酸鈉濃度過高，不易與酵母菌混合均勻。(6)CaCl2溶液能使海藻酸鈉發(fā)生聚沉，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 一題多變 (1)固定酵母菌細(xì)胞的過程中三次使用到蒸餾水，請說出是哪三個(gè)環(huán)節(jié)？ 答案　酵母菌細(xì)胞的活化、配制CaCl2溶液以及配制海藻酸鈉溶液定容時(shí)需要使用蒸餾水。 (2)本題中固定酵母菌細(xì)胞使用了海藻酸鈉，固定化細(xì)胞還可以使用哪些固定化材料？ 答案　明膠、瓊脂糖、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等。 (3)制備好的固定化酵母菌細(xì)胞可以用于酒精發(fā)酵，如果酵母菌細(xì)胞沒有活化或溶化好的

16、海藻酸鈉溶液沒有冷卻就加入了酵母菌細(xì)胞，則對酒精發(fā)酵會產(chǎn)生怎樣的影響？ 答案　如果酵母菌細(xì)胞沒有活化，則仍處于休眠狀態(tài)；如果溶化好的海藻酸鈉溶液沒有冷卻就加入了酵母菌細(xì)胞，則酵母菌細(xì)胞會被高溫殺死。以上兩種情況都會導(dǎo)致酒精發(fā)酵失敗，而最終無酒精產(chǎn)生。 1.下列屬于固定化酶應(yīng)用特點(diǎn)的是(　　) ①可以被反復(fù)利用?、谟欣诿概c產(chǎn)物分離?、勰茏杂沙鋈胼d體?、芤环N固定化酶只催化一種酶促反應(yīng)　⑤酶多用包埋法固定化 A.①②③ B.③⑤ C.①②④ D.①②⑤ 答案　C 解析　酶被固定后可與產(chǎn)物分離，故可反復(fù)使用，但不能自由出入依附的載體。通常情況下固定化酶種類單一，所以

17、不能催化一系列酶促反應(yīng)，只催化一種或一類酶促反應(yīng)。酶分子較小，不適合采用包埋法進(jìn)行固定化。 2.下列關(guān)于使用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿的說法，正確的是(　　) A.高果糖漿的生產(chǎn)需要使用果糖異構(gòu)酶 B.在反應(yīng)柱內(nèi)的頂端裝上分布著許多小孔的篩板，防止異物進(jìn)入 C.將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，果糖從反應(yīng)柱下端流出 D.固定化酶技術(shù)復(fù)雜，成本較高 答案　C 解析　生產(chǎn)高果糖漿時(shí)所用的酶應(yīng)為葡萄糖異構(gòu)酶，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)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板。酶顆粒無法通過篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)

18、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。 3.下圖所示的幾種固定方式中屬于包埋法的一組是(　　) A.①② B.①③④ C.①④ D.③④ 答案　D 解析　①為吸附法，②為化學(xué)結(jié)合法，③④為包埋法，③包埋于網(wǎng)格中，④包埋于微膠囊中。 4.在制備固定化酵母菌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，CaCl2溶液的作用是(　　) A.用于調(diào)節(jié)溶液pH B.用于進(jìn)行離子交換 C.用于膠體聚沉 D.用于為酵母菌提供Ca2＋ 答案　C 解析　海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質(zhì)溶液的作用下，發(fā)生

19、聚沉，形成凝膠珠，其作用機(jī)理是由于鹽離子的電荷與膠體微粒電荷相互吸引，形成更大的膠體顆粒，類似于人體紅細(xì)胞與抗凝集素之間的凝集反應(yīng)。 5.如圖所示，圖甲為人工種子生產(chǎn)過程示意圖，圖乙為圖甲中③過程的相關(guān)操作。請據(jù)圖回答下列問題： (1)圖甲中，過程①、②分別稱為________、________。(2)圖乙中，包埋形成人工種子的過程中，先適當(dāng)加熱使海藻酸鈉溶化，然后將溶化的海藻酸鈉溶液________________，再加入________充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉? (3)若用圖乙的方法“制備固定化酵母菌細(xì)胞”，海藻酸鈉溶液的濃度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，若濃度過高，則____________

20、__________________，通常評價(jià)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要是觀察凝膠珠的______________________。 答案　(1)脫分化　再分化 (2)冷卻至室溫　胚狀體 (3)不易形成凝膠珠　顏色和形狀 解析　題圖是利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)人工種子及用海藻酸鈉包埋人工種子的過程。過程①、②分別稱為脫分化、再分化；海藻酸鈉溶液的配制是固定化酵母菌細(xì)胞的關(guān)鍵，如果海藻酸鈉溶液濃度過高，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)量較少，都會影響實(shí)驗(yàn)效果。 課時(shí)作業(yè) [學(xué)考達(dá)標(biāo)] 1.下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是(　　) A.固定化細(xì)胞技術(shù)在

21、多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢明顯 B.在固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度和溶解氧 C.利用固定化酶降解水體中有機(jī)磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件 D.利用固定化酵母菌細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物 答案　A 解析　A項(xiàng)中，固定化細(xì)胞技術(shù)由于保留了細(xì)胞內(nèi)原有的多酶系統(tǒng)，多步連續(xù)催化反應(yīng)的優(yōu)勢非常明顯；B項(xiàng)中，酶的催化受溫度、pH的影響，不受氧濃度的影響；C項(xiàng)中，酶的降解作用不需各種營養(yǎng)條件；D項(xiàng)中，糖類的作用不只是作為反應(yīng)底物，還能維持酵母菌細(xì)胞的滲透壓，防止酵母菌細(xì)胞過多地吸水或失水。 2.細(xì)胞固定化技術(shù)與酶固定化技術(shù)相比，所具備的特點(diǎn)是(　　) A.成本更低、操作更容易、

22、不能連續(xù)性生產(chǎn) B.成本更高、操作更難、不能連續(xù)性生產(chǎn) C.成本更低、操作更容易、能連續(xù)性生產(chǎn) D.成本更低、操作更難、能連續(xù)性生產(chǎn) 答案　C 解析　固定化細(xì)胞技術(shù)操作更容易，對酶活性影響更小，且能更新，容易回收，可連續(xù)性生產(chǎn)，成本自然更低。 3.制備好的凝膠珠是否符合要求，常用的檢驗(yàn)方法有(　　) ①擠壓法?、谒ご蚍ā、塾^察法?、芘囵B(yǎng)法 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④ 答案　A 解析　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

23、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。此外，還可以通過觀察凝膠珠的顏色和形狀來判斷。 4.下面是制備固定化酵母菌細(xì)胞的步驟，正確的是(　　) ①配制CaCl2溶液?、诤Ｔ逅徕c溶化?、酆Ｔ逅徕c溶液與酵母菌細(xì)胞混合　④酵母菌細(xì)胞的活化?、莨潭ɑ湍妇?xì)胞 A.①②③④⑤ B.④①③②⑤ C.④⑤②①③ D.④①②③⑤ 答案　D 解析　制備固定化酵母菌細(xì)胞的基本步驟是：酵母菌細(xì)胞的活化→配制物質(zhì)的量濃度為0.05 mol/L的CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合→固定化酵母菌細(xì)胞。 5.下列關(guān)于制備固定化酵母菌細(xì)胞的操作，正

24、確的是(　　) A.制備好海藻酸鈉溶液后，要立即將其與酵母菌細(xì)胞混合以防凝固 B.制備固定化酵母菌細(xì)胞的過程中需用到注射器 C.以恒定的速度把混合液注射到CaSO4溶液中 D.凝膠珠在CaCl2溶液中應(yīng)浸泡10 min左右 答案　B 解析　應(yīng)將海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，再加入已活化的酵母菌細(xì)胞，否則會把酵母菌細(xì)胞殺死，A錯(cuò)誤；應(yīng)以恒定的速度把混合液滴加到CaCl2溶液中，而不是CaSO4溶液中，C錯(cuò)誤；凝膠珠在CaCl2溶液中應(yīng)浸泡30 min左右，D錯(cuò)誤。 6.下列關(guān)于配制海藻酸鈉溶液的敘述中，不正確的是(　　) A.加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán) B.海藻酸鈉溶液的

25、濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量 C.海藻酸鈉溶液的濃度過高時(shí)，易形成凝膠珠 D.海藻酸鈉溶液的濃度過低時(shí)，形成的凝膠珠內(nèi)包埋的酵母菌細(xì)胞過少 答案　C 解析　海藻酸鈉溶液的濃度關(guān)系到固定化細(xì)胞的質(zhì)量。如果海藻酸鈉溶液濃度過高，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菌細(xì)胞的數(shù)目過少，影響實(shí)驗(yàn)效果。 [高考提能] 7.固定化酵母菌細(xì)胞在發(fā)酵生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A.利用固定化酵母菌細(xì)胞發(fā)酵，發(fā)酵液濃度不宜過高 B.制備固定化酵母菌細(xì)胞時(shí)，形成的凝膠珠越大越好，越硬越好 C.固定化的酵母菌細(xì)胞不能繁殖，性狀較為穩(wěn)定 D.酵母菌細(xì)胞固定化

26、是為了提高發(fā)酵速度 答案　A 解析　若發(fā)酵液濃度過高，會導(dǎo)致酵母菌細(xì)胞失水過多而死亡。 8.下列關(guān)于固定化酶的說法中，正確的是(　　) A.固定化酶的種類多樣，可催化一系列的酶促反應(yīng) B.酶被固定在不溶于水的載體上，可反復(fù)利用 C.酶作為催化劑，反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)不改變，所以固定化酶可永遠(yuǎn)利用下去 D.固定化酶由于被固定在載體上，所以喪失了酶的高效性和專一性特點(diǎn) 答案　B 解析　固定化酶不能催化一系列酶促反應(yīng)的進(jìn)行；固定化酶被固定在不溶于水的載體上，可以反復(fù)利用，但是隨著利用次數(shù)的增加，受到外界因素的影響，其活性會逐漸降低；固定化酶具有高效性和專一性的特點(diǎn)。 9.如圖表示某同學(xué)進(jìn)

27、行的澄清蘋果汁生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，下列相關(guān)敘述正確的是(　　) A.實(shí)驗(yàn)中所用的固定化果膠酶由海藻酸鈉直接包埋獲得 B.為防止雜菌污染，圖示裝置制作完畢后應(yīng)瞬間高溫滅菌 C.通過控制閥調(diào)節(jié)蘋果汁流出的速率，保證反應(yīng)充分進(jìn)行 D.固定化果膠酶不可重復(fù)使用，每次生產(chǎn)前應(yīng)重新填裝反應(yīng)柱 答案　C 10.如圖甲表示制備固定化酵母菌細(xì)胞的有關(guān)操作，圖乙是利用固定化酵母菌細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述不正確的是(　　) A.剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B.圖甲中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C.圖乙發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母菌充

28、分接觸 D.圖甲中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖乙裝置中 答案　A 解析　在該實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，再加入已活化的酵母菌細(xì)胞，否則高溫會導(dǎo)致酵母菌細(xì)胞死亡；實(shí)驗(yàn)中CaCl2溶液的作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠；固定好的酵母菌細(xì)胞(凝膠珠)用蒸餾水沖洗2～3次，再將其轉(zhuǎn)移至10%的葡萄糖溶液中，并用攪拌器攪拌，目的是使培養(yǎng)液與固定化酵母菌細(xì)胞充分接觸，有利于發(fā)酵的正常進(jìn)行。 11.根據(jù)下列材料，回答下列問題： 材料　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的酶都可以在各種不同的微生物中找到，而微生物有繁殖快、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，所以微生物成了酶制劑的主要原料。從20世紀(jì)70年代開始，人們

29、找到了一種方法可以設(shè)計(jì)連續(xù)操作的生物反應(yīng)系統(tǒng)，即固定化酶?？茖W(xué)家將酶或生產(chǎn)酶的細(xì)菌以一定的方法固定在某種載體上，這樣生產(chǎn)原料從載體的一頭流入，產(chǎn)品就從載體的另一頭流出，而酶可以重復(fù)使用。酶工程具有簡便易行、見效迅速、耗能低、廢物少等優(yōu)點(diǎn)。 (1)以上材料體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是不斷提出問題和解決問題的動(dòng)態(tài)過程，介紹了從________到______________，再到______________的發(fā)展過程。 (2)請列舉利用固定化酶技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。 ______________________________________________________________________

30、__ ________________________________________________________________________。 (3)固定化酶在生產(chǎn)實(shí)踐中的優(yōu)點(diǎn)有_______________________________________________。 (4)固定化酶和固定化細(xì)胞通常采用的方法有____________、____________、____________。 答案　(1)酶　固定化酶　固定化細(xì)胞 (2)利用固定化葡萄糖異構(gòu)酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿(答案合理即可) (3)可反復(fù)使用；既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離 (4)包埋法　化學(xué)結(jié)合法　

31、物理吸附法 12.如圖為固定化酵母菌細(xì)胞及其應(yīng)用的相關(guān)圖解，請據(jù)圖回答下列問題： (1)某生物小組利用海藻酸鈉制備固定化酵母菌細(xì)胞，應(yīng)使用圖甲中方法[　　]________(填號碼及名稱)，而制備固定化酶則不宜用此方法，原因是___________________。 (2)部分同學(xué)制得的凝膠珠如圖乙所示，其原因可能是_________________________________、__________________________等。觀察形成的凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明___________________________；如果形成的凝膠珠不是____________

32、__，說明實(shí)驗(yàn)操作失敗。 (3)某同學(xué)用圖丙所示的裝置來進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵。a代表__________________，b代表________。從上端漏斗中加入反應(yīng)液的濃度不能過高的原因是______________________________。 為使該實(shí)驗(yàn)中所用到的固定化酵母菌細(xì)胞可以反復(fù)利用，實(shí)驗(yàn)過程一定要在________條件下進(jìn)行。裝置中的長導(dǎo)管起的作用是__________________________________________。 答案　(1)③　包埋法　酶分子很小，容易從包埋材料中漏出　 (2)海藻酸鈉溶液的濃度過高　注射器推進(jìn)速度過快(或針筒口離CaCl2液面過近

33、)　海藻酸鈉溶液的濃度過低，固定化酵母菌細(xì)胞數(shù)目較少　圓形或橢圓形　 (3)固定化酵母菌細(xì)胞　反應(yīng)柱　若葡萄糖溶液的濃度過高會使酵母菌細(xì)胞因失水過多而死亡　無菌　釋放反應(yīng)產(chǎn)生的CO2和防止空氣中的雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱 解析　固定化酶適宜用化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法；固定化酵母菌細(xì)胞適宜用包埋法。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉溶液的濃度偏高或注射器推進(jìn)速度過快(或針筒口離CaCl2液面過近)。 13.回答下列有關(guān)酶工程的問題： 固定化酶是從20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的一種技術(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固定小麥

34、酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對其最佳固定條件進(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)。 (1)酶的固定化技術(shù)的應(yīng)用最主要的目的是_______________________________________。 (2)從對溫度變化適應(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________________________________________________________________________ ________________________________________________

35、________________________。 (3)乙圖曲線表明濃度為________的海藻酸鈉包埋效果最好，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)，酶活力較低的原因可能是___________________________________________________。 (4)固定化酯酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酯酶一般重復(fù)使用________次后酶活力明顯下降。 (5)研究人員固定小麥酯酶不采用海藻酸鈉直接包埋，而是同時(shí)用戊二醛作為交聯(lián)劑，這是因?yàn)開_____________________________________________________________

36、__________。 (6)根據(jù)介紹，科研人員所采用的固定化技術(shù)可用下圖中的____________表示。 答案　(1)解決酶的回收和再利用的困難　 (2)固定化酯酶比游離酯酶對溫度變化適應(yīng)性更強(qiáng)，且應(yīng)用范圍較廣　 (3)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　 (4)3　 (5)酶分子過小，很容易從包埋材料中漏出　 (6)BC 解析　(2)通過分析甲圖可知，固定化酯酶與游離酯酶相比，固定化酯酶對溫度變化的適應(yīng)性更強(qiáng)且應(yīng)用范圍較廣。(3)乙圖曲線表明濃度為3%的海藻酸鈉包埋效果最好，此時(shí)的酶活力最高。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)

37、量不足，因此酶活力較低。(4)由丙圖可知，固定化酯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。(5)由于小麥酯酶分子很小，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。(6)雙重固定法是指采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來固定小麥酯酶，可見科研人員所采用的固定化技術(shù)是化學(xué)結(jié)合法和包埋法，可用圖中的B、C表示。 [真題體驗(yàn)] 14.(2015·浙江自選，17節(jié)選)溫度與植酸酶相對酶活性的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.測試溫度中，固定化與非固定化植酸酶的最適溫度分別為60 ℃和45 ℃ B.

38、測試溫度范圍內(nèi)，固定化植酸酶的相對酶活性波動(dòng)低于非固定化植酸酶 C.固定化與非固定化植酸酶相比，相對酶活性在80%以上時(shí)的溫度范圍較寬 D.65 ℃時(shí)固定化與非固定化植酸酶的相對酶活性因蛋白質(zhì)變性而位于最低點(diǎn) 答案　D 15.(2016·江蘇，29)為了探索海藻酸鈉固定化對綠球藻生長的影響，以及固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，流程及結(jié)果如下。請回答下列問題： (1)實(shí)驗(yàn)中的海藻酸鈉作用是____________________________________________________， CaCl2的作用是_________

39、_____________________________________________________。 (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)24 h后，移去凝膠球，溶液呈綠色，原因是 ________________________________________________________________________。 (3)為探索固定化藻對含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__________

40、_________________。結(jié)合圖1和圖2分析，固定化藻的實(shí)驗(yàn)組24～48 h間Zn2＋濃度下降速度較快的主要原因是_____________________________________；72～96 h間Zn2＋濃度下降速度較慢的原因有___________________________________。 答案　(1)包埋綠球藻(包埋劑)　與海藻酸鈉反應(yīng)形成凝膠球(凝固劑) (2)培養(yǎng)液(生理鹽水)　海藻酸鈉濃度過低(凝膠球孔徑過大) (3)2.0% (4)凝膠球吸附Zn2＋　綠球藻生長(增殖)速度快　綠球藻生長(增殖)速度減慢，溶液中Zn2＋濃度較低 解析　(1)實(shí)驗(yàn)

41、中的海藻酸鈉是包埋劑，作用是包埋綠球藻，而CaCl2是凝固劑，作用是與海藻酸鈉反應(yīng)形成凝膠球。(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，宜采用培養(yǎng)液(或生理鹽水)來洗滌，因?yàn)榕囵B(yǎng)液(或生理鹽水)的濃度與綠球藻的細(xì)胞液濃度相接近。圖1中1.0%海藻酸鈉組培養(yǎng)24 h后，移去凝膠球，由于海藻酸鈉濃度過低，使形成的凝膠球孔徑過大，固定下來的綠球藻數(shù)量少，結(jié)果使溶液呈綠色。(3)分析圖1可知，當(dāng)海藻酸鈉濃度為2.0%的時(shí)候，綠球藻數(shù)量比其他濃度時(shí)要多，所以要探索固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，宜選用濃度為2.0%的海藻酸鈉制備凝膠球。 (4)分析圖2可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長，空白凝膠球組Zn2＋濃度下降，Zn2＋濃度下降的原因是凝膠球吸附Zn2＋；圖1中海藻酸鈉濃度為2.0%時(shí)，24～48 h間綠球藻生長(增殖)速度快，使固定化藻的實(shí)驗(yàn)組在24～48 h間Zn2＋濃度下降速度較快；在72～96 h 間綠球藻生長(增殖)速度減慢，再加上培養(yǎng)液中Zn2＋濃度較低，導(dǎo)致72～96 h間Zn2＋濃度下降速度較慢。 16