苏教版教学教案制备和应用酶的固定化技术.doc

【课题名称】
3.2 制备和应用酶固定化技术
课型
新讲课
总课时
23
【学习目标】
尝试制备和应用固定化酶、 固定化细胞（A）
【学习关键】
固定化酶、 固定化细胞制备优缺点和在生产中应用
【学习难点】
固定化酶、 固定化细胞制备优缺点和在生产中应用
【学法指导】
自主学习、 合作探究
【导学过程】
个案补充
课上自主学习
预习导学（20分钟）
（请同学们在10min内快速阅读教材第三章、 第二节P52～56内容完成下列填空, 并将答案在书本上标出。）
知识点一: 固定化酶技术应用
1、 固定化酶概念: 是指利用 或 方法将酶与
（不溶于水）结合在一起形成仍含有 酶复合物。
2、 优点: 在催化反应中, 它以固相状态作用于底物反应完成后, 轻易与水溶性
分离, 可被 。
3、 制备固定化酶方法关键有 、 、 。
4、 应用: 广泛应用在大家日常生活、 医药、 工业等方面。 如生产多个 、
酶试纸。
知识点二: 固定化细胞技术应用
1、 固定化细胞概念: 经过多种方法将细胞与一定 结合, 使细胞仍保持原有 。
2、 优点: 固定化细胞仍能进行正常 、 和 , 能够像游离细胞一样用于发酵生产等。因为保留了细胞内原有 , 这对多步催化 优势就愈加显著。
3、 关键方法: 和 两大类。
4、 应用:
知识点三: 酵母菌细胞固定化技术
（一）制备固定化酵母细胞
制备固定化酵母细胞需要材料是 、 和 等。
1、 制备麦芽汁: （见教材）
2、 酵母菌活化
活化就是处于 状态微生物重新恢复正常生活状态。
3、 配制物质量为0.05mol/LCaCl2溶液
4、 配制海藻酸钠溶液
加热溶化海藻酸钠时要注意: 。
5、 海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合
6、 固定化酵母细胞
以恒定速度缓慢地将注射器中溶液滴加到配制好 溶液中, 并浸泡
。
（二）用固定化酵母细胞发酵
1、 将固定好酵母细胞用 冲洗2-3次。
2、 发酵时温度为 , 时间24h。
（二）结果分析与评价
1、 观察凝胶珠颜色和形状
假如制作凝胶珠颜色过浅、 呈白色, 说明海藻酸钠浓度偏低, 固定酵母细胞数目较少; 假如形成凝胶珠不是圆形或椭圆形, 则说明海藻酸钠浓度偏高, 制作失败, 需要再作尝试。
2、 观察发酵葡萄糖溶液
利用固定酵母细胞发酵产生酒精, 能够看到产生了很多 , 同时会闻到 。

课中合作探究

展示导思（10分钟）
小组合作讨论: 1、 固定化细胞技术缺点有哪些？

2、 海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞有哪些优点？

3、 加热溶化海藻酸钠时微火加热并不停搅拌目是什么？

4、 为何要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？

5、 发酵过程中锥形瓶为何要密封？

6、 锥形瓶中气泡和酒精是怎样形成？

7、 在利用固定化酶或固定化细胞进行生产过程中, 需要无菌操作吗？

课上自主检测
检测导练（15分钟）

1．相关固定化酶技术说法正确是 （ ） A．固定化酶技术就是固定反应物, 将酶依附着载体围绕反应物旋转技术
B．固定化酶优势在于能催化一系列酶促反应
C．固定化酶中酶无法反复利用
D．固定化酶是将酶固定在一定空间内技术
2．研究认为, 用固定化酶技术处理污染物是很有前途。如将从大肠杆菌得到磷酸二酯酶固定到尼龙膜上制成制剂, 可用于降解残留在土壤中有机磷农药, 与用微生物降解相比, 其作用不需要适宜 （ ）
A．温度 B．pH C．水分 D．营养
3．固定化酶优点是 （ ）
A．有利于增加酶活性 B．有利于产物纯化
C．有利于提升反应速度 D．有利于酶发挥作用
4. 相关固定化酶和通常酶制剂在应用效果上说法错误是 （ ）
A．固定化酶活性强, 可长久使用
B．通常酶制剂应用后和产物混合在一起, 产物纯度不高
C．通常酶制剂使用后不能反复利用
D．固定化酶能够反复利用, 降低生产成本, 提升产量和质量
5．下列不是用于包埋法固定化细胞载体是 （ ）
A．琼脂糖 B．醋酸纤维素 C．聚丙烯酰胺 D．聚乙烯树脂
6. 使用固定化细胞优点是 （ ）
A. 能催化大分子物质水解 　B．可催化一系列化学反应
C．与反应物易靠近 　 D．有利于酶在细胞外发挥作用
7. 下面制备固定化酵母细胞正确步骤是 （ ）
①配制CaCl2溶液 ②海藻酸钠溶化 ③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合
④酵母细胞活化 ⑤固定化酵母细胞
A. ①②③④⑤ B. ④①③②⑤ C. ④⑤②①③ D. ④①②③⑤
8．在制备固定化酵母细胞试验中, CaCl2溶液作用是 （ ）
A．调整溶液pH B．进行离子交换 C．胶体聚沉 D．为酵母菌提供Ca2＋
9.下列相关酶和细胞固定叙述不正确是 （ ）
A. 酶分子很小, 宜采取包埋法
B. 酶分子很小, 宜采取化学结正当或物理吸附法固定酶
C. 细胞个大, 难被吸附或结合
D. 细胞宜采取包埋法固定
10．下列相关固定化酶和固定化细胞叙述, 正确是 （ ）
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势显著
B．固定化酶应用中, 要控制好pH、 温度和溶解氧
C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药, 需提供适宜营养条件
D．利用固定化酵母细胞进行发酵, 糖类作用只是作为反应底物
11. 试分析下图中, 与用海藻酸钠作载体制备固定化酵母细胞相同是（ ）

12．酵母细胞固定化试验中, 试验操作与目不相符是 （ ）
A．干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后, 放置一段时间, 使酵母细胞活化
B．采取小火间断加热方法, 预防海藻酸钠发生焦糊
C．将活化酵母细胞加入海藻酸钠溶液, 轻轻搅拌, 以免产生气泡
D．用注射器滴加溶液时要靠近CaCl2溶液液面, 预防凝胶珠出现“尾巴”
13．图1表示制备固定化酵母细胞相关操作, 图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵示意图, 下列叙述正确是(多选) （ ）

A．刚溶化海藻酸钠应快速与活化酵母菌混合制备混合液
B．图1中X 溶液为CaCl2溶液, 其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C．图2发酵过程中搅拌目是为了使培养液与酵母菌充足接触
D．图1中制备凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中
14. 在上个世纪50年代, 酶已经大规模地应用于各个生产领域, 到了70年代又
发明了固定化酶与固定化细胞技术。
（1）在实际生产中, 固定化酶技术优点是
。与固定化酶技术相比, 固定化细胞固定是 酶。
（2）制备固定化酵母细胞, 常见包埋材料是 , 使用了下图中方法[ ] （填出号码及名称）。
（3）制作固定化酵母菌细胞时, 充足混合均匀
酵母细胞胶液可在饱和 溶液中形成
凝胶珠。部分同学试验制得凝胶珠不是圆形或
椭圆形, 其关键原因是 。
（4）某研究小组在制备固定化酵母细胞时, 进行了以下操作:
A．使干酵母与蒸馏水混合并搅拌, 使酵母菌活化。
B．将无水CaCl2溶解在蒸馏水中, 配成CaCl2溶液。
C．用酒精灯大火连续加热配制海藻酸钠溶液。
D．向刚溶化好海藻酸钠溶液中加入已活化酵母细胞, 充足搅拌并混合均匀。
E．将注射器中海藻酸钠和酵母细胞混合物滴加到氯化钙溶液中, 并观察凝胶珠形成。
请你更正其中错误操作:
① ; ② 。
课后自主反思
课上自主学习

链接: 通常来说, 酶更适合采取化学结正当 和物理吸附法固定, 而细胞多采取包埋法固定。这是因为细胞个大, 而酶分子很小; 个大难以被化学结合或吸附, 而个小酶轻易从包埋料中漏出。

答案: (1)酶既能与反应物接触, 又轻易与产物分离, 固定在载体上酶能反复利用　多酶系统(或一系列酶、 多个酶)　(2)海藻酸钠　③　包埋法　(3)CaCl2　海藻酸钠浓度过高(或针筒离液面过近, 高度不够)
〖思索4〗加热溶化海藻酸钠时微火加热并不停搅拌目是什么？ 预防海藻酸钠焦糊
〖思索5〗为何要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？ 预防高温杀死酵母细胞
〖思索6〗发酵过程中锥形瓶为何要密封？ 酵母菌酒精发酵需要缺氧条件
〖思索7〗锥形瓶中气泡和酒精是怎样形成？酵母菌进行无氧呼吸产生
〖思索8〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产过程中, 需要无菌操作码？ 需要

看一看: 一般酶应用时有哪些缺点？
答案: ①轻易失活, 通常对强酸、 强碱、 高温和有机溶剂非常敏感。
②极难回收, 不能被再次利用, 提升生产成本。
③会影响产物纯度, 降低产品质量。

解析: 用注射器滴加溶液时需要距离CaCl2溶液一定距离, 距离太远凝胶珠会出现
“尾巴”, 距离太近凝胶珠不会形成球形或椭球形。
答案: D
解析: 本题考查固定化细胞与固定化酶优点和利用条件。固定化细胞固定是一系列酶, 所以, 在多步连续催化反应方面比固定化酶更有优势; 酶属于非生物, 所以利用时无须提供氧气、 营养物质等; 固定化酵母发酵液中葡萄糖等糖类, 不仅是发酵作用反应底物, 也是酵母菌生长所需碳源。
答案: A
解析: 溶化海藻酸钠应冷却至室温后与活化酵母菌混合, A项错误。海藻酸钠与酵母菌混合液应滴入CaCl2溶液中, 以制备凝胶珠; 凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次后, 再转移到发酵装置中; 搅拌可使酵母菌与培养液充足接触, 有利于发酵顺利进行, 故B、 C、 D三个选项正确。

下列属于固定化酶在利用时特点是 (　　)
A．有利于酶与产物分离
B．制成加酶洗衣服能够被反复利用
C．能自由出入依附载体
D．能催化一系列酶促反应

12．下列相关固定化酶和固定化细胞说法正确是 (　　)
A．某种固定化酶优势在于能催化系列生化反应
B．固定化细胞技术一次只能固定一个酶
C．固定化酶和固定化细胞共同点是所固定酶都可在细胞外起作用
D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用, 但酶活性快速下降
解析: 酶含有专一性, 一个酶固定后也不可能催化系列生化反应; 固定化细胞技术固定
是一系列酶; 固定化酶和固定化细胞都能反复使用, 若条件适宜, 通常不会出现酶
活性下降问题。
答案: C
13．(精选考题·苏北四市模拟)现在, 酶已经大规模地应用于各个领域, 下列属于酶应用中面临
实际问题是 (　　)
A．酶对有机溶剂不敏感, 但对高温、 强酸、 强碱非常敏感
B．加酶洗衣粉因为额外添加了酶制剂, 比一般洗衣粉更易污染环境
C．固定化酶能够反复利用, 但在固定时可能会造成酶损伤而影响活性
D．酶催化功效很强, 但需给以合适营养物质才能较长时间维持其作用
解析: 酶对有机溶剂、 强酸、 强碱、 高温等条件都很敏感, 轻易失活; 加酶洗衣粉中添
加了多个酶制剂, 如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等, 这些酶制剂不仅能够有效地
清除衣物上污渍, 而且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解, 不会污染环境;
酶在固定时候会因为损伤而影响酶活性; 酶是催化剂, 本身并不会在化学反应前后
发生改变, 也不会消耗能量, 需给以合适营养物质才能较长时间维持其作用是固定
化细胞。
答案: C

(·苏、 锡、 常、 镇调研一)固定化酶是从20世纪60年代快速发展起来一个技
术。东北农业大学科研人员利用双重固定法, 即采取戊二醛作交联剂(使酶相互
连接), 海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶, 研究固定化酶性质, 并对其最
佳固定条件进行了探究。下图显示是部分研究结果(注: 酶活力为固定化酶催
化化学反应总效率, 包含酶活性和酶数量), 分析回复:

(1)从对温度改变适应性和应用范围角度分析, 甲图所表示结果能够得出结论是
________________。
(2)乙图曲线表明浓度为________海藻酸钠包埋效果最好, 当海藻酸钠浓度较低时, 酶活力较低原因是_________________________________________________。
(3)固定化酶活力随使用次数增多而下降, 由丙图可知, 固定化酯酶通常可反复使用________次, 酶活力显著下降。
(4)固定小麦酯酶不采取海藻酸钠直接包埋, 同时用戊二醛作交联剂, 这是因为
______________________________________________________________________。
答案: (1)固定化酯酶比游离酯酶对温度改变适应性更强且应用范围较广　(2)3%　海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密, 酶分子轻易漏出, 数量不足　(3)3　(4)酶分子过小, 很轻易从包埋材料中漏出