酵母細(xì)胞的固定化導(dǎo)學(xué)案

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1、 第 3 節(jié) 酵母細(xì)胞的固定化（共 1 課時，第 1 課時） 【課標(biāo)要求】 說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。 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。 【創(chuàng)設(shè)情景】 [ 思考 1]影響酶的因素有哪些？ [思考 2] 如何理解酶的專一性？ [ 思考 3]發(fā)酵過程中一種能完成所有反應(yīng)嗎？ 【學(xué)習(xí)活動】 活動一：仔細(xì)閱讀課題背景，想一想，我們?nèi)绾文軐崿F(xiàn)酶的固定化和細(xì)胞的固定化？ 精講 ：酶：優(yōu)點(diǎn)：催化效率高，低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個領(lǐng)域。實際問題：對環(huán)境條件敏感，易失活；溶液中的

2、酶很難回收，不能再次利用，提高了 生產(chǎn)成本；反應(yīng)后的酶會混合在產(chǎn)物中，如不除去，會影響產(chǎn)品質(zhì)量。 設(shè)想： 固定化酶：優(yōu)點(diǎn) 實際問題：一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實踐中，很多產(chǎn)物的形成 都是通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。  。 設(shè)想：  。 固定化細(xì)胞：優(yōu)點(diǎn)  。 活動二：仔細(xì)閱讀課文，舉例說明固定化酶技術(shù)是如何實現(xiàn)的？與一般的酶反應(yīng)相比，意義在哪里？ 精講 ：能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的酶是 。使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固 定在一種 上，再將這些酶顆粒裝到一個反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端

3、裝上分布著許多 小孔的 。酶顆粒無法通過篩板的小孔，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)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與 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。 活動三：閱讀課文，試說明固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)有哪些異同？ 精講 ：固定化酶和固定化細(xì)胞是利用 或 方法將酶或細(xì)胞固定在一定空 間內(nèi)的技術(shù)，包括 、 和 法。一般來說，酶更適合采用 和 法固定，而細(xì)胞多采用 法固定化。這是因為細(xì)胞個大，而酶分子很小； 個大

4、的難以被 或 ，而個小的酶容易從 中漏出。 包埋法法固定化細(xì)胞即將微生物細(xì)胞 包埋在不溶于水的 中。 常用的載體有 、 、 、 和 等。 〖思考 1〗對固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？ 〖思考 2〗將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)固定若將蛋白質(zhì)變成氨基酸，應(yīng)當(dāng)固定 。  ； 活動四：實驗操作中，制備固定化酵母細(xì)胞的操作可以分為哪幾步？應(yīng)該注意哪些問題？ 精講 ： (1) 制備固定化酵母細(xì)胞 制備固定化酵母細(xì)胞需要的材料是 1. 酵母菌的活化

5、 、  和  。 活化就是處于 狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。 2. 配制物質(zhì)的量嘗試為 0.05mol/L 的 CaCl2 溶液。 3. 配制海藻酸鈉溶液。 加熱溶化海藻酸鈉時要注意： 4. 海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合。 5. 固定化酵母細(xì)胞： 以 的速度液中，并浸泡 ( 時間 ) 。  地將注射器中的溶液滴加到配制好的  溶 (2) 用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 1. 將固定好的酵母細(xì)胞用 沖洗 2-3 次。 2. 發(fā)

6、酵時的溫度就為 ，時間 。 〖思考 3〗加熱溶化海藻酸鈉時微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？ 〖思考 4〗為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞？ 〖思考 5〗發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？ 〖思考 6〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？ 〖思考 7〗在利用固定化酶或固定化細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，需要無菌操作嗎？ 活動五：結(jié)果分析中，如何通過凝膠珠的特點(diǎn)來判斷細(xì)胞固定化是否成功？ 精講 ：⑴ 觀察凝膠珠的顏色和形狀 如果制作的凝膠珠 ，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少； 如果形成的凝膠珠 ，需要再作嘗試。

7、 ⑵ 觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液 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 ，同時會聞到 。 【課堂反饋】 1 下列關(guān)于固定化酶技術(shù)說法中，正確的是 A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，讓酶依附著載體圍繞反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù)B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．固定化酶中的酶無法重復(fù)利用 D ．固定化酶是將酶固定在一定空間的技術(shù) 2. 下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟正確的是 A．應(yīng)使干酵母與自來水混合并攪拌，以利于酵母菌活化 B．配制海藻酸鈉溶液時要用小火間斷加熱的方法 C．向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，充

8、分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆? D．將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液注人 CaCl 2 溶液中，會觀察到 CaCl2 溶液中有球形或 橢球形的凝膠珠形成 3. 下列關(guān)于固定化酶中用到的反應(yīng)柱的理解中。正確的是 A．反應(yīng)物和酶均可自由通過反應(yīng)柱 B．反應(yīng)物和酶均不能通過反應(yīng)柱 C．反應(yīng)物能通過，酶不能通過 D ．反應(yīng)物不能通過，酶能夠通過 4. 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 5. 酶的固定方法不包括 ( ) 。 A. 將

9、酶吸附在固體表面上 B ．將酶相互連接起來 C．將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里 D ． 將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶 6. 固定化細(xì)胞常用包埋法固定，原因是A．包埋法固定操作最簡便  B．包埋法對酶活性的影響最小 C．包埋法固定具有普遍性  D．細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合 7.. 固定化細(xì)胞對酶的活性影響最小，根本原因是 A．避免了細(xì)胞破碎、酶的提取純化過程 B．固定化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮作用 C．促化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用 D．細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證了各種酶在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)中有效的發(fā)揮作用 8

10、. 關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說法，不正確的是 A．酵母細(xì)胞活化就是由無氧呼吸變成有氧呼吸C．活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞恢復(fù)生活狀態(tài)  B ．酵母細(xì)胞活化所需要的時間較短 D ．酵母細(xì)胞活化后體積增大 9. 使用固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是 A 有利于增加酶的活性 B 有利于產(chǎn)物的純化 C 有利于提高反應(yīng)速度 D 有利于酶發(fā)揮作用 10. 下列不是用于包埋法固定化細(xì)胞的載體是 A．瓊脂糖 B ．醋酸纖維素 C ．聚丙烯酰胺 D ．聚乙烯樹脂 11. 下列關(guān)于固定化細(xì)胞的敘述，正確的是 A 催化效率高，低耗能、低污染 C既能與反應(yīng)物

11、充分接觸，又能與產(chǎn)物分離  B 對環(huán)境的條件非常敏感，容易失活 D 成本低、操作簡單，但反應(yīng)效率可能很低 12. 在制備固定化酵母細(xì)胞的實驗中，CaCl2 溶液的作用是 A．調(diào)節(jié)溶液 pH B ．進(jìn)行離子交換 C ．膠體聚沉 D ．為酵母菌提供鈣離子 13. 對配制海藻酸鈉溶液的敘述不準(zhǔn)確的是 B. 海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量 C．海藻酸鈉的濃度過高，易形成凝膠珠 D．海藻酸鈉的濃度過低，形成凝膠珠內(nèi)包埋細(xì)胞過少 14 下圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請據(jù)圖回答： ⑴ 請在橫線上填出各標(biāo)號名稱。① ② ③

12、 。 ⑵ 與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn) 是 和  ， 固 定 化 細(xì) 胞 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 _____________________________ 。 ⑶ ③的作用 ⑷ 制 作 固 定 葡 萄 糖 異 構(gòu) 酶 所 用 的 方 式  有  ___________________  或 ___________________ 。 ⑸ 據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理 。 15. 下面是制備固定化酵母細(xì)胞實驗步驟圖解，請據(jù)圖回答： 酵母細(xì)胞活化→配制 Ca

13、Cl2 溶液→配置海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合 →固定化酵母細(xì)胞 ⑴ 在 ________狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物恢復(fù) _______狀態(tài)?；罨皯?yīng)選擇足夠大的容器，因為酵母細(xì)胞活化時 ____________ 。 ⑵ 影響實驗成敗的關(guān)鍵步驟是 。 ⑶ 如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目 ______ 。 ⑷ 觀察形成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 圓 形 或 橢 圓 形 ， 說 明 。 ⑸ 制備固定化酶不宜用包埋法，為什么？