高中生物 專題4 課題3 酵母細胞的固定化課件 新人教版選修1

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1、專題4課題3課前預(yù)習巧設(shè)計名師課堂一點通重點突破創(chuàng)新演練大沖關(guān)知識清單案例師說課堂強化每課一練了解了解 固定化酶和固定化細胞的作用及固定化酶和固定化細胞的作用及 常用方法常用方法理解理解 固定化酶和固定化細胞的原理固定化酶和固定化細胞的原理制備固定化酵母細胞制備固定化酵母細胞 一、固定化酶的應(yīng)用實例一、固定化酶的應(yīng)用實例高果糖漿的生產(chǎn)高果糖漿的生產(chǎn) (1)生產(chǎn)原理：生產(chǎn)原理： 果糖果糖 (2)葡萄糖異構(gòu)酶的固定：將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀的葡萄糖異構(gòu)酶的固定：將葡萄糖異構(gòu)酶固定在顆粒狀的 上，再將這些酶顆粒裝入反應(yīng)柱中。上，再將這些酶顆粒裝入反應(yīng)柱中。 (3)生產(chǎn)操作：生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)操作：生

2、產(chǎn)過程中， 從反應(yīng)柱的上端從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化 接觸，接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。 (4)優(yōu)點：反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年，大大降低優(yōu)點：反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年，大大降低 ，提高果糖的提高果糖的 和和 。 葡萄糖葡萄糖載體載體將葡萄糖溶液將葡萄糖溶液葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本產(chǎn)量產(chǎn)量質(zhì)量質(zhì)量葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶 二、固定化細胞技術(shù)二、固定化細胞技術(shù) (1)概念：利用概念：利用 或或 方法將酶或細胞固定在一方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。定空間內(nèi)的技術(shù)。 (2)方法

3、：包括方法：包括 法、法、 法和法和 法。法。 細胞多采用細胞多采用 法固定化；法固定化； 酶多采用酶多采用 法和法和 法固定化。法固定化。物理物理化學化學包埋包埋化學結(jié)合化學結(jié)合物理吸附物理吸附包埋包埋化學結(jié)合化學結(jié)合物理吸附物理吸附三、實驗設(shè)計三、實驗設(shè)計固定化酵母細胞的制備固定化酵母細胞的制備1制備固定化酵母細胞制備固定化酵母細胞凝膠珠凝膠珠葡萄糖葡萄糖氣泡氣泡酒精味酒精味 1閱讀教材閱讀教材P49課題背景課題背景的相關(guān)內(nèi)容，歸納并回答下列的相關(guān)內(nèi)容，歸納并回答下列問題。問題。 (1)從酶到固定化細胞經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程？利用文字和從酶到固定化細胞經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程？利用文字和箭頭表示

4、。箭頭表示。 提示：提示：酶酶固定化酶固定化酶固定化細胞。固定化細胞。 (2)生產(chǎn)上直接使用酶、固定化酶和固定化細胞催化反應(yīng)，生產(chǎn)上直接使用酶、固定化酶和固定化細胞催化反應(yīng)，各有哪些優(yōu)點和不足？各有哪些優(yōu)點和不足？(完成下表完成下表) 2閱讀教材閱讀教材P4950基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識的相關(guān)內(nèi)容，歸納并回的相關(guān)內(nèi)容，歸納并回答下列問題：答下列問題： (1)酶或細胞的固定化方法有哪些？酶或細胞的固定化方法有哪些？ 提示：提示：包埋法、化學結(jié)合法、物理吸附法。包埋法、化學結(jié)合法、物理吸附法。 (2)討論并交流：酶的固定化和細胞固定化的最適方法是討論并交流：酶的固定化和細胞固定化的最適方法是什么？說明其原

5、因。什么？說明其原因。 提示：提示：酶適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定；酶適合采用化學結(jié)合和物理吸附法固定； 細胞固細胞固定化多采用包埋法。因為細胞個大，難以被吸附或結(jié)合，酶定化多采用包埋法。因為細胞個大，難以被吸附或結(jié)合，酶分子很小，容易從包埋材料中漏出。分子很小，容易從包埋材料中漏出。 (3)分析交流：固定化酶和固定化細胞中，哪一種對酶分析交流：固定化酶和固定化細胞中，哪一種對酶的活性影響最??？固定化細胞使用的是活細胞，怎樣保證的活性影響最??？固定化細胞使用的是活細胞，怎樣保證其正常的活性？其正常的活性？ 提示：提示：固定化細胞。因為固定化細胞保證了細胞的固定化細胞。因為固定化細胞保證了細

6、胞的完整性，酶環(huán)境改變小，對其活性影響小。完整性，酶環(huán)境改變小，對其活性影響小。 固定化細胞使用的是活細胞，為了保證活細胞生活固定化細胞使用的是活細胞，為了保證活細胞生活的需要，應(yīng)為其提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)。的需要，應(yīng)為其提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)。 3讀教材讀教材P5051實驗操作實驗操作的相關(guān)內(nèi)容，分析討論下的相關(guān)內(nèi)容，分析討論下列問題：列問題： (1)配制海藻酸鈉溶液為什么是固定化酵母細胞的關(guān)鍵？配制海藻酸鈉溶液為什么是固定化酵母細胞的關(guān)鍵？ 提示：提示：因為如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠，因為如果海藻酸鈉濃度過高，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胞的數(shù)量少，如果濃

7、度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數(shù)量少，也會影響實驗效果。也會影響實驗效果。 (2)在固定化酵母細胞過程中，在固定化酵母細胞過程中，CaCl2溶液起到什么作用？溶液起到什么作用？ 提示：提示：使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 (3)如何檢驗制作的凝膠珠是否符合實驗要求？如何檢驗制作的凝膠珠是否符合實驗要求？ 提示：提示：用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠制作如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠制作成功。成功。 在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果

8、凝膠珠很容易彈起，在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也表明制備的凝膠珠是成功的。也表明制備的凝膠珠是成功的。 下列關(guān)于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是下列關(guān)于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是 () A固定化細胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢明顯固定化細胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢明顯 B固定化酶的應(yīng)用中，固定化酶的應(yīng)用中， 要控制好要控制好pH、溫度和溶解氧、溫度和溶解氧 C利用固定化酶技術(shù)能降解水中所有的污染物利用固定化酶技術(shù)能降解水中所有的污染物 D利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作用只是作利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物為反應(yīng)底物 解析解

9、析固定化細胞與固定化酶有許多相似之處，但也有較固定化細胞與固定化酶有許多相似之處，但也有較大的區(qū)別大的區(qū)別(酶與活細胞有區(qū)別酶與活細胞有區(qū)別)，固定化細胞主要應(yīng)用在一些需要，固定化細胞主要應(yīng)用在一些需要活體細胞進行持續(xù)性處理的生產(chǎn)過程中，所以活體細胞進行持續(xù)性處理的生產(chǎn)過程中，所以A正確；固定化酶正確；固定化酶不像普通酶那樣對環(huán)境要求那么高，耐受性比較好，和溶解氧不像普通酶那樣對環(huán)境要求那么高，耐受性比較好，和溶解氧沒什么關(guān)系，所以沒什么關(guān)系，所以B錯；酶具有專一性，只能降解部分有機污染錯；酶具有專一性，只能降解部分有機污染物，所以物，所以C錯；利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類作為反應(yīng)底錯；利

10、用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類作為反應(yīng)底物，同時也作為碳源來提供能量和物質(zhì)，所以物，同時也作為碳源來提供能量和物質(zhì)，所以D錯。錯。 答案答案A 根據(jù)下列實驗內(nèi)容回答問題：根據(jù)下列實驗內(nèi)容回答問題： 實驗原理：麥芽汁可以滲入到海藻酸鈉和啤酒酵母支撐實驗原理：麥芽汁可以滲入到海藻酸鈉和啤酒酵母支撐凝膠珠中。啤酒酵母可以利用自身細胞內(nèi)的一系列酶將發(fā)酵凝膠珠中。啤酒酵母可以利用自身細胞內(nèi)的一系列酶將發(fā)酵性的糖轉(zhuǎn)化成乙醇。性的糖轉(zhuǎn)化成乙醇。 實驗過程：實驗過程：取斜面培養(yǎng)基上的新鮮啤酒酵母，接種于取斜面培養(yǎng)基上的新鮮啤酒酵母，接種于10 mL麥芽汁液體培養(yǎng)基中，麥芽汁液體培養(yǎng)基中，25下培養(yǎng)下培養(yǎng)243

11、0 h。 取取1.6 g海藻酸鈉溶于無菌小燒杯中，加無菌水少許調(diào)海藻酸鈉溶于無菌小燒杯中，加無菌水少許調(diào)成糊狀，再加入無菌水至成糊狀，再加入無菌水至40 mL，在，在98 kPa條件下滅菌條件下滅菌15 min。冷卻至冷卻至45左右后，與預(yù)熱至左右后，與預(yù)熱至35左右的左右的10 mL酵母培養(yǎng)液混酵母培養(yǎng)液混合攪拌均勻，立即倒入帶噴嘴的無菌小塑料瓶中合攪拌均勻，立即倒入帶噴嘴的無菌小塑料瓶中(或裝有或裝有5號針號針頭的注射器外套中頭的注射器外套中)，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化鈣，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖、氯化鈣混合液的容器中，浸泡混合液的容器中，浸泡30 min制成凝膠珠。制成凝膠珠。

12、 倒去葡萄糖、氯化鈣混合液，用無菌水洗滌凝膠珠三倒去葡萄糖、氯化鈣混合液，用無菌水洗滌凝膠珠三次后，將凝膠珠放入次后，將凝膠珠放入500 mL三角瓶中，加入三角瓶中，加入300 mL無菌麥芽無菌麥芽汁液體培養(yǎng)基，置于汁液體培養(yǎng)基，置于25下封口發(fā)酵下封口發(fā)酵5 d左右，倒出發(fā)酵后的左右，倒出發(fā)酵后的麥芽汁即為生啤酒，品嘗其口味。麥芽汁即為生啤酒，品嘗其口味。 (1)凝膠珠是由凝膠珠是由_組成的。組成的。它的作用是它的作用是_。 (2)如果進行多批次的生產(chǎn)，本實驗中的啤酒酵母與普通發(fā)如果進行多批次的生產(chǎn)，本實驗中的啤酒酵母與普通發(fā)酵中的酵母菌在使用上的區(qū)別是酵中的酵母菌在使用上的區(qū)別是_。 (3

13、)固定化酶和固定化細胞技術(shù)是利用固定化酶和固定化細胞技術(shù)是利用_或或_方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括_、_和和_。其中細胞多采用。其中細胞多采用_固固定化，而酶多采用定化，而酶多采用_和和_固定化。固定化。 (4)制作成功的凝膠珠應(yīng)用制作成功的凝膠珠應(yīng)用_沖洗，其顏色為沖洗，其顏色為_。將凝膠珠加入用于發(fā)酵的葡萄糖溶液后發(fā)現(xiàn)有。將凝膠珠加入用于發(fā)酵的葡萄糖溶液后發(fā)現(xiàn)有_產(chǎn)生，同時有產(chǎn)生，同時有_味散發(fā)出來。味散發(fā)出來。 解析解析本題考查固定化細胞的應(yīng)用，同時考查分析實驗本題考查固定化細胞的應(yīng)用，同時考查分析實驗的能力，應(yīng)用固定化酵母細胞可以

14、催化一系列化學反應(yīng)，并且的能力，應(yīng)用固定化酵母細胞可以催化一系列化學反應(yīng)，并且能夠連續(xù)使用。能夠連續(xù)使用。 (1)凝膠珠是由海藻酸鈉和啤酒酵母細胞組成的，在此實驗?zāi)z珠是由海藻酸鈉和啤酒酵母細胞組成的，在此實驗中，凝膠珠中的啤酒酵母細胞產(chǎn)生的酶可將滲入凝膠珠的麥芽中，凝膠珠中的啤酒酵母細胞產(chǎn)生的酶可將滲入凝膠珠的麥芽汁中的糖轉(zhuǎn)化為乙醇，同時海藻酸鈉將啤酒酵母細胞固定。汁中的糖轉(zhuǎn)化為乙醇，同時海藻酸鈉將啤酒酵母細胞固定。 (2)該實驗中使用的固定化酵母細胞，可以多次連續(xù)使用，該實驗中使用的固定化酵母細胞，可以多次連續(xù)使用，普通發(fā)酵中的酵母細胞與發(fā)酵液難以分離，不能連續(xù)使用。普通發(fā)酵中的酵母細胞與

15、發(fā)酵液難以分離，不能連續(xù)使用。 (3)固定化酶和固定化細胞技術(shù)是利用物理或化學方法將酶固定化酶和固定化細胞技術(shù)是利用物理或化學方法將酶或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括包埋法、化學結(jié)合法和或細胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括包埋法、化學結(jié)合法和物理吸附法，其中細胞的固定多采用包埋法，而酶的固定化多物理吸附法，其中細胞的固定多采用包埋法，而酶的固定化多采用物理吸附法和化學結(jié)合法固定。采用物理吸附法和化學結(jié)合法固定。 (4)制作成功的凝膠珠應(yīng)用蒸餾水沖洗，顏色為淺黃色，將制作成功的凝膠珠應(yīng)用蒸餾水沖洗，顏色為淺黃色，將其加入到發(fā)酵的葡萄糖溶液中后，啤酒酵母細胞產(chǎn)生的酶將糖其加入到發(fā)酵的葡萄糖溶液中后

16、，啤酒酵母細胞產(chǎn)生的酶將糖轉(zhuǎn)化成乙醇和轉(zhuǎn)化成乙醇和CO2，會有氣泡冒出，同時有酒味散發(fā)出來。，會有氣泡冒出，同時有酒味散發(fā)出來。 答案答案(1)啤酒酵母和海藻酸鈉啤酒酵母產(chǎn)生的酶可啤酒酵母和海藻酸鈉啤酒酵母產(chǎn)生的酶可將滲入凝膠珠的麥芽汁中的糖轉(zhuǎn)化成乙醇將滲入凝膠珠的麥芽汁中的糖轉(zhuǎn)化成乙醇(酒精酒精)，海藻酸鈉能，海藻酸鈉能夠使啤酒酵母細胞固定夠使啤酒酵母細胞固定 (2)能反復(fù)連續(xù)使用能反復(fù)連續(xù)使用 (3)物理化學包理法化學結(jié)合法物理吸附法包物理化學包理法化學結(jié)合法物理吸附法包埋法化學結(jié)合法物理吸附法埋法化學結(jié)合法物理吸附法 (4)蒸餾水淺黃色氣泡酒蒸餾水淺黃色氣泡酒 固定化細胞的活性固定化細胞的活性 (1)固定化細胞使用的都是活細胞，因而為了保證其生活固定化細胞使用的都是活細胞，因而為了保證其生活的需要，應(yīng)該為其提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)。的需要，應(yīng)該為其提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)。 (2)固定化細胞由于保證了細胞的完整性，因而酶的環(huán)境固定化細胞由于保證了細胞的完整性，因而酶的環(huán)境改變小，所以對酶的活性影響變小，酶的活性也就更穩(wěn)定。改變小，所以對酶的活性影響變小，酶的活性也就更穩(wěn)定。