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專題3.3 酵母細(xì)胞的固定化 一、選擇題（12小題） 1．下列關(guān)于酶制劑和固定化酵母細(xì)胞的研究與應(yīng)用的敘述，正確的是 A．從酶的固定方式看，吸附法比交聯(lián)法對(duì)酶活性影響大 B．可以用包埋法將各種消化酶固定化形成多酶片，并口服使用 C．探究加酶洗衣粉洗滌效果的實(shí)驗(yàn)中，洗滌方式、水溫、浸泡時(shí)間等都屬無關(guān)變量，不影響洗滌效果 D．將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2 【答案】D 2．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 【答案】B 【解析】固定化酶既能與反應(yīng)物接觸，又容易與反應(yīng)物分離，同時(shí)可以重復(fù)利用，A正確；溶解氧交換受阻會(huì)影響細(xì)胞呼吸，是固定化細(xì)胞應(yīng)用的重要限制因素，B錯(cuò)誤；固定化細(xì)胞能產(chǎn)生一系列的酶并分泌到細(xì)胞外，可催化一系列的化學(xué)反應(yīng)，例如固定化酵母細(xì)胞可用于酒精發(fā)酵，C正確；用海藻酸鈉固定酵母細(xì)胞的方法屬于包埋法，D正確。 3．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高時(shí)凝膠珠呈白色，過低時(shí)凝膠珠易呈蝌蚪狀 【答案】A 【考點(diǎn)定位】固定化酵母細(xì)胞。 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查酵母細(xì)胞的固定化，要求學(xué)生理解酵母細(xì)胞固定化的過程以及異常情況。 4．下圖表示科研人員利用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的過程，相關(guān)敘述正確的是 A．固定葡萄糖異構(gòu)酶時(shí)，采用方法2比方法3對(duì)酶的活性影響要小 B．在生產(chǎn)過程中，通過控制閥調(diào)節(jié)果糖流出的速率以保證反應(yīng)充分進(jìn)行 C．在生產(chǎn)過程中，須嚴(yán)格控制好pH、溫度、溶解氧等環(huán)境因素 D．由于固定化葡萄糖異構(gòu)酶活性不會(huì)降低，此反應(yīng)柱可持續(xù)用于生產(chǎn) 【答案】B 【解析】固定葡萄糖異構(gòu)酶時(shí)，采用方法2比方法3對(duì)酶的活性影響要大，A錯(cuò)誤；反應(yīng)過程中可通過控制閥調(diào)節(jié)蘋果汁流出的速率，保證反應(yīng)充分進(jìn)行，B正確；酶的活性受pH、溫度的影響，但不受溶解氧的影響，C錯(cuò)誤；固定化葡萄糖異構(gòu)酶可多次重復(fù)使用，但一定時(shí)間后酶的活性也會(huì)降低，D錯(cuò)誤。 5．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 【答案】D 【解析】（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，否則溫度過高會(huì)導(dǎo)致酵母菌死亡。在酵母細(xì)胞固定化實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該用小火、間斷加熱的方式使海藻酸鈉緩慢溶解，A錯(cuò)誤；將混合液用注射器緩慢滴加到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錯(cuò)誤；注射器(或滴管)出口應(yīng)與液面保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以保證凝膠珠成為球狀，C錯(cuò)誤；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，D正確。 6．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氧化氫酶，可以反復(fù)使用 D．將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌 【答案】C 考點(diǎn)：制備和應(yīng)用固相化酶。 7．下列有關(guān)固定化技術(shù)的敘述中，錯(cuò)誤的是 A．加酶洗衣粉是將固定化酶加入洗衣粉中制作而成的 B．化學(xué)結(jié)合法比包埋法更有利于底物與酶的接觸 C．10%的葡萄糖溶液為固定化酵母細(xì)胞提供能源物質(zhì)并維持滲透壓 D．與固定化酶相比，固定化細(xì)胞操作更簡便，成本低 【答案】A 【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，加酶洗衣粉中的酶是完全游離狀態(tài)的，不是固定化酶，A錯(cuò)誤；化學(xué)結(jié)合法是將酶分子相互結(jié)合或?qū)⑵浣Y(jié)合到載體上，包埋法是將酶分子均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中，因此化學(xué)結(jié)合法比包埋法更有利于底物與酶的接觸，B正確；10%的葡萄糖溶液為固定化酵母細(xì)胞提供能源物質(zhì)并維持滲透壓，C正確；細(xì)胞個(gè)大，而酶分子小，所以與固定化酶相比，固定化細(xì)胞操作更簡便，成本低，D正確。 8．某校學(xué)生嘗試用瓊脂作載體，用包埋法固定α淀粉酶來探究固定化酶的催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表(假設(shè)加入試管中的固定化淀粉酶量與普通α淀粉酶量相同)。實(shí)驗(yàn)表明1號(hào)試管中淀粉未被水解，你認(rèn)為最可能的原因是 比較項(xiàng)目 1號(hào)試管 2號(hào)試管 固定化淀粉酶 √ 普通α淀粉酶 √ 淀粉溶液 √ √ 60 ℃保溫5分鐘，取出冷卻至室溫，滴加碘液 現(xiàn)象 變藍(lán) 不變藍(lán) A．實(shí)驗(yàn)中的溫度過高，導(dǎo)致固定化淀粉酶失去活性 B．淀粉是大分子物質(zhì)，難以通過瓊脂與淀粉酶接觸 C．水浴保溫時(shí)間過短，固定化淀粉酶未將淀粉水解 D．實(shí)驗(yàn)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，試管中應(yīng)先加入碘液后保溫 【答案】B 9．某同學(xué)欲通過制備固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行葡萄糖溶液發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖2是進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵的裝置（a是固定化酵母細(xì)胞，b是反應(yīng)柱，c是分布著小孔的篩板），下列敘述正確的是 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．利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用僅是作為反應(yīng)底物 C．圖1中X溶液為CaCl2溶液，將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液迅速注入CaCl2溶液中，會(huì)觀察到有凝膠珠形成 D．圖2裝置中的長導(dǎo)管主要是排出CO2，防止空氣中的雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱 【答案】D 10．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。 【點(diǎn)睛】本題考查固定化酶的相關(guān)知識(shí)，意在考查學(xué)生的識(shí)記和理解能力，解題的突破口是細(xì)胞膜具有保護(hù)作用。固定化細(xì)胞既能避免復(fù)雜的細(xì)胞破碎、酶的提取和純化過程，又能使酶的活性和穩(wěn)定性得到較大提高。固定化細(xì)胞可以作為固體催化劑在多步酶促反應(yīng)中發(fā)揮連續(xù)催化作用，同時(shí)，催化反應(yīng)結(jié)束后又能被回收和重復(fù)利用。缺點(diǎn)是反應(yīng)物不宜與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應(yīng)效率下降。 11．酶制劑、固定化酶、固定化細(xì)胞已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 A．90 ℃高溫會(huì)使Taq酶失去催化活性 B．制備固定化酶的方法主要有包埋法、交聯(lián)法和吸附法 C．固定化酶固定時(shí)可能會(huì)造成酶的損傷而影響活性 D．固定化細(xì)胞可以催化一系列酶促反應(yīng) 【答案】A 【解析】TaqDNA聚合酶是從一種水生棲熱菌株中分離提取的，具有耐高溫的特性，在90 ℃仍具有酶活性，A錯(cuò)誤；固定化酶和固定化細(xì)胞是利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括包埋法、化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法，B正確；某些反應(yīng)產(chǎn)物可能與酶結(jié)合，致使酶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，從而改變酶的催化活性，C正確；固定化細(xì)胞可以催化一系列酶促反應(yīng)，D正確。 【考點(diǎn)定位】制備和應(yīng)用固相化酶。 【名師點(diǎn)睛】解答此題的關(guān)鍵是需要掌握固定化酶、固定化細(xì)胞的區(qū)別 直接使用酶、固定化酶、固定化細(xì)胞的比較： 直接使用酶 固定化酶 固定化細(xì)胞 酶的種類 一種或幾種 一種 一系列酶 制作方法 物理吸附法、化學(xué)結(jié)合法、包埋法 物理吸附法、包埋法 是否需要營養(yǎng)物質(zhì) 否 否 是 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)物不宜與酶接近，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、低污染 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 12．科研人員研究了不同載體（硅膠、活性炭和大孔樹脂）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 【答案】B 二、非選擇題（3小題） 13．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)過程，回答相關(guān)問題： 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50 mL的小燒杯中，加蒸餾水10 mL，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0.7 g海藻酸鈉，放入另一只50 mL的小燒杯中，加蒸餾水10 mL，并攪拌，直至溶化，用蒸餾水定容至10 mL。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? 第四步：用注射器以恒定的速度將上述混合液滴加到0.05 mol/L的CaCl2溶液。制成凝膠珠。 第五步：倒去CaCl2溶液，加無菌水洗滌三次后，將凝膠珠放入500 mL三角瓶中，加入300 mL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？______________________________。 （2）凝膠珠的組成是海藻酸鈉與____________________。海藻酸鈉的主要作用是___________________。 （3）上述固定化細(xì)胞的方法稱為____________________，形成的凝膠珠顏色為____________________色。如果形成的凝膠珠顏色過淺，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____________________。 （4）與固定化酶相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)是________________________________________。 （5）要想反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)過程要在嚴(yán)格的____________________條件下進(jìn)行，同時(shí)要控制適宜的____________________和____________________。 【答案】（1）讓休眠狀態(tài)的酵母細(xì)胞恢復(fù)到正常生活狀態(tài) 用小火或間斷加熱 防止高溫殺死酵母細(xì)胞 （2）酵母細(xì)胞 固定酵母細(xì)胞 （3）包埋法 淺黃 過低 過高 （4）成本更低，操作更容易；省去酶的分離、提純等工序，同時(shí)酶的活性更穩(wěn)定 （5）無菌 溫度 pH （4）與固定化酶相比，固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是成本更低，操作更容易；省去酶的分離、提純等工序，同時(shí)酶的活性更穩(wěn)定。 （5）要想反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)過程要在嚴(yán)格的無菌條件下進(jìn)行，同時(shí)要控制適宜的溫度和pH，以保證酵母細(xì)胞的活性。 14．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)制備固定化酵母細(xì)胞的過程如下： 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配制硼酸氯化鈣溶液； ③配制海藻酸鈉溶液：用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)嚢杌旌暇鶆颍? ⑤固定化酵母細(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硼酸氯化鈣溶液中，觀察凝膠珠的形成。 （1）請(qǐng)你改正其中兩處錯(cuò)誤的操作： 第—處：________________________________________________； 第二處：________________________________________________； （2）剛形成的凝膠珠要在硼酸氯化鈣溶液中浸泡30 min左右，目的是________________。 （3）如果制作的凝膠珠顏色過淺，呈白色，則說明海藻酸鈉濃度________（填“過低”或“過高”）。 【答案】（1）③海藻酸鈉溶解應(yīng)適當(dāng)加熱至完全溶化 ④海藻酸鈉溶液冷卻至45 ℃左右再加入酵母細(xì)胞 （2）讓凝膠珠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) （3）過低 15．科研人員利用固定化酵母直接發(fā)酵甜菜汁生產(chǎn)燃料乙醇，下圖1表示相關(guān)的工藝流程，圖2為不同固定化酵母接種量對(duì)發(fā)酵的影響。請(qǐng)分析回答： （1）圖1的步驟①中，溶化海藻酸鈉時(shí)要注意__________________，步驟②中加入果膠酶的作用是_____________________。步驟③中進(jìn)行增殖培養(yǎng)的目的是____________________________________。 （2）圖1的步驟④體現(xiàn)了固定化酵母______________________________的優(yōu)點(diǎn)。研究表明使用固定化酵母的酒精產(chǎn)量平均值高于游離酵母的對(duì)照組，可能的原因是_____________________。 （3）由圖2可知，固定化酵母接種量為______________________時(shí)酒精產(chǎn)量最高。接種量過高，酒精產(chǎn)量反而有所降低的原因是___________________。 （4）研究表明，固定化酵母更適于甜菜糖液的發(fā)酵環(huán)境，由此可以通過_____________的方法來提高固定化酵母對(duì)發(fā)酵糖液的耐受性，從而達(dá)到提高發(fā)酵效率的目的。 【答案】（1）小火加熱或間斷加熱，防止海藻酸鈉焦糊 分解果膠，瓦解細(xì)胞壁，提高甜菜汁的出汁率和澄清度 增加酵母菌的數(shù)量，提高發(fā)酵效率 （2）容易與產(chǎn)物分離，并能重復(fù)使用 凝膠珠內(nèi)部容易產(chǎn)生無氧環(huán)境，有利于酒精發(fā)酵 （3）15% 酵母菌呼吸的中間產(chǎn)物大量用于自身的生長，導(dǎo)致酒精產(chǎn)量降低（酵母菌生長消耗大量的糖分，使得酒精的產(chǎn)量降低） （4）緩慢提高發(fā)酵液糖度 （2）步驟④循環(huán)利用體現(xiàn)了固定化酵母容易與產(chǎn)物分離，并能重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)；固定化的酵母是與凝膠珠結(jié)合，包裹在凝膠珠內(nèi)，與游離的酵母相比，凝膠珠內(nèi)部容易產(chǎn)生無氧環(huán)境，有利于酒精發(fā)酵，所以使用固定化酵母的酒精產(chǎn)量平均值高于游離酵母的對(duì)照組。 （3）由圖2可知，固定化酵母接種量為15%時(shí)對(duì)應(yīng)的酒精含量值達(dá)到頂點(diǎn)的最大值，接種量超過15%，菌種數(shù)量大，自身的生長會(huì)大量消耗反應(yīng)物，導(dǎo)致酒精產(chǎn)量降低。 （4）固定化酵母更適于甜菜糖液的發(fā)酵環(huán)境，可以通過緩慢提高發(fā)酵液糖度提高固定化酵母對(duì)發(fā)酵糖液的耐受性，從而達(dá)到提高發(fā)酵效率的目的。