加酶洗衣粉和固定化細(xì)胞酶導(dǎo)學(xué)案

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1、加酶洗衣粉和固定化細(xì)胞(或酶) 【教學(xué)內(nèi)容及課標(biāo)考點要求】 課標(biāo)要求 考點展示 1、 加酶洗衣粉去除衣服污漬的原理 2、 去除衣物上油漬、汗?jié)n、血漬的方法和驗證加酶洗衣 粉的洗滌效果 3、 探究不同溫度條件下加酶洗衣粉的洗滌效果 4、 固定化酶、固定化細(xì)胞的應(yīng)用、原理和意義 5、 制備固定化酶、固定化細(xì)胞的一般方法及固定化酵母 細(xì)胞的制備方法及應(yīng)用 1、 加酶洗衣粉去除衣服污漬的原 理 2、 探究不同溫度條件下加酶洗衣 粉的洗滌效果 3、 固定化酵母細(xì)胞的制備方法和 過程 4、 固定化酵母細(xì)胞制備過程中的 注意事項 5、 固定化酶與固定化細(xì)胞區(qū)別 二、 重要的結(jié)論性

2、語句 1.加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉，目前常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉 酶和纖維素酶，其中，應(yīng)用最廣泛、效果最明顯的是堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。 2?堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽， 使污跡從衣物上脫落。脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶也能分別將大分子的脂肪、淀粉和纖維素 水解為小分子物質(zhì)，使洗衣粉具有更好的去污能力。 3?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。 4、 一般來說，酶更適合采用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定，而細(xì)胞多采用包埋法固定化。 原因：因為細(xì)胞

3、個大，而酶分子很??；個大的難以被吸附或結(jié)合，而個小的酶容易從包埋材 料中漏出。 5、 固定化酶優(yōu)點：使酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，還可以被反復(fù)利用。 固定化細(xì)胞優(yōu)點：成本更低，操作更容易，可以催化一系列的化學(xué)反應(yīng)。 6、 配制海藻酸鈉溶液要注意：小火、間斷加熱；如果加熱太快，海藻酸鈉會發(fā)生焦糊。 7、 如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較 少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再 作嘗試。 8、 CaCb溶液的作用是使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 三、 重、難點知識歸類、整理 1.常用

4、酶制劑的種類及洗滌原理 種類 洗滌原理 洗滌實例 : 蛋白酶 可將蛋白質(zhì)水解為易溶解或分散于洗滌液中的小分子 肽或氨基酸 血漬、奶漬及各種食品 類的蛋白質(zhì)污垢 脂肪酶 把脂肪水解為較易溶解的甘油和游離的脂肪酸 油漬、人體皮脂、口紅 淀粉酶 能使淀粉迅速分解為可溶性的麥芽糖、葡萄糖等 來自面條、巧克力等的 污垢 纖維素酶 使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松，從而使?jié)B入到纖維深處的塵土 和污垢能夠與洗衣粉充分接觸，達(dá)到更好的去污效果 2.探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對衣物上污漬的洗滌效果 (1)實驗過程 ①取大燒杯兩只，用量筒量取等量水放入其中。 ② 將制好的污染布塊和洗衣

5、粉 (一組為污染布塊與普通洗衣粉， 一組為污染布塊與加酶洗衣粉 ) 分別放入兩只燒杯中。 ③ 用玻璃棒同時充分?jǐn)嚢?。一段時間后再攪拌，可重復(fù)進(jìn)行。 ④ 相同的時間后觀測洗滌效果。 (2) 結(jié)果分析與注意事項 ① 加酶洗衣粉有很多種，注意實驗用的加酶洗衣粉的說明，是單一加酶洗衣粉，還是復(fù)合加 酶洗衣粉。 ② 所滴加的污染物種類與實驗結(jié)果有著密切的關(guān)系。 ③ 洗滌材料可選用純棉制品。 3 ?探究不同溫度對加酶洗衣粉的洗滌效果 根據(jù)不同季節(jié)的溫度設(shè)置水溫一一確認(rèn)適于不同季節(jié)使用的洗衣粉，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)匾荒曛械膶? 際氣溫變化來確定水溫， 通常情況下，冬季、春季、秋季和夏季可分別選取

6、5 C、15 C、25 C 和35 C的水溫，因為這 4個水溫較符合實際情況，對現(xiàn)實也具指導(dǎo)意義。 【特別提醒】 ① 在探究溫度或 pH的影響時，不同的溫度梯度之間或不同的 pH梯度之間構(gòu)成了相互對照， 通過相互對照可確定酶的活性的溫度或 pH的最適值。 ② 在混合反應(yīng)物和酶之前，一定要讓兩者分別達(dá)到相應(yīng)的條件。這樣可以避免底物和酶在混 合時條件變化而影響實驗結(jié)果。 4?探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果 (1) 實驗原理：酶的催化作用具有專一性，復(fù)合酶洗衣粉加入的酶制劑種類較多，與單一加酶 洗衣粉相比，對各種污漬都有較好的洗滌效果。 (2) 實驗變量 ① 自變量：加酶洗衣粉

7、的種類。 ② 無關(guān)變量：其他條件相同且適宜 (如溫度、pH等)。 (3) 實驗步驟 步驟 燒杯編號 I n 出 注入自來水 500 mL 500 mL 500 mL 加入物質(zhì)(等量) 奶漬布 奶漬布 奶漬布 控制水溫 37 C 37 C 37 C 加入洗衣粉 蛋白酶 復(fù)合酶 脂肪酶 (等量) 洗衣粉 洗衣粉 洗衣粉 用玻璃棒攪拌 5 min 5 min 5 min 觀察實驗現(xiàn)象 5.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 酶的種數(shù) 一種或幾種 一種 一系列酶

8、 常用載體 高嶺土、皂土、硅膠、 凝膠 明膠、瓊脂糖、海藻 酸鈉、醋酸纖維素、 聚丙烯酰胺 制作方法 化學(xué)結(jié)合固定化、物 理吸附固定化 包埋法固定化 是否需要營養(yǎng)物質(zhì) 否 否 是 催化反應(yīng) 單一或多種 單一 一系列 反應(yīng)底物 各種物質(zhì)（大分子、小 分子） 各種物質(zhì)（大分子、小 分子） 小分子物質(zhì) 缺點 ①對環(huán)境條件非常敏 感，易失活；②難回 收，成本咼，影響產(chǎn) 口口質(zhì)量 不利于催化一系列的 酶促反應(yīng) 反應(yīng)物不易與酶接 近，尤其是大分子物 質(zhì)，反應(yīng)效率下降 優(yōu)點 催化效率咼、耗能低、 低污染 ① 既能與反應(yīng)物接 觸，又能與產(chǎn)物分離

9、； ② 可以反復(fù)利用 成本低、操作容易 6. 制備固定化酵母細(xì)胞的實驗注意事項 （1） 酵母細(xì)胞的活化 酵母細(xì)胞需要的活化時間較長，一般需要 0.5?1 h，需要提前做好準(zhǔn)備。此外，酵母細(xì)胞活 化時體積會變大，因此活化前應(yīng)該選擇體積足夠大的容器，以避免酵母細(xì)胞的活化液溢出容 器外。 （2） 海藻酸鈉溶液的濃度 海藻酸鈉溶液的配制是固定化酵母細(xì)胞的關(guān)鍵，因為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)量少，都會影響實驗效果。 （3） 海藻酸鈉溶液配制注意事項 ① 對海藻酸鈉溶化時要小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊； ② 將

10、溶化后的海藻酸鈉先冷卻至室溫，再與酵母細(xì)胞混合，避免高溫殺死酵母細(xì)胞； ③ 固定化酵母細(xì)胞時， 應(yīng)將海藻酸鈉酵母細(xì)胞的混合液用注射器緩慢滴加到 CaCb溶液中，而 不是注射，以免影響凝膠珠的形成。 ⑷CaCl 2溶液的作用 CaCl2溶液的作用是使海藻酸鈉膠體發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。 四、例題解析 【例1】某校學(xué)生嘗試用瓊脂作載體，用包埋法固定 a-粉酶來探究固定化酶的催化效果。 實驗結(jié)果見下表（假設(shè)加入試管中的固定化淀粉酶量與普通 a-淀粉酶量相同）。實驗表明1號 試管中淀粉未被水解，你認(rèn)為最可能的原因是 （ ）。 1號試管 2號試管 固定化淀粉酶 普通a—

11、粉酶 V 淀粉溶液 V 60 C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. 實驗中的溫度過高，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 ?水浴保溫時間過短，固定化淀粉酶未將淀粉水解 D ?實驗程序出現(xiàn)錯誤，試管中應(yīng)先加入碘液后保溫 【例2】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，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 ?利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類

12、的作用只是作為反應(yīng)底物 【例3】下列有關(guān)酶的制備和應(yīng)用的敘述，正確的是 （ ）。 A ?酶解法和吸水漲破法常用于制備微生物的胞內(nèi)酶 B. 透析、電泳和酸解等方法常用于酶的分離與純化 C ?棉織物不能使用添加纖維素酶的洗衣粉進(jìn)行洗滌 D ?多酶片中的胃蛋白酶位于片劑的核心層 【例4】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)。 科研人員用海藻酸鈉作為包 埋劑來固定小麥酯酶，以研究固定化酶的相關(guān)性質(zhì)和最佳固定條件。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。圖甲、乙、丙為部分研究結(jié)果。下列有關(guān)敘述 中，錯誤的是（ 乙 荷便用衣數(shù) A .由甲

13、圖可知，固定化酯酶比游離酯酶對溫度變化適應(yīng)性更強(qiáng) B.由乙圖可知，濃度為 3%的海藻酸鈉包埋效果最好 C ?由丙圖可知，固定化酯酶一般可重復(fù)使用 3次，之后若繼續(xù)使用則酶活力明顯下降 D ?固定化酶的酶活力較高，主要原因是增加了酶與底物的接觸面積 【例5】（多選題）加工橘子罐頭，采用酸堿處理脫去中果皮 （橘絡(luò)），會產(chǎn)生嚴(yán)重污染。目前使 用酶解法去除橘絡(luò)，可減少污染。下列生長在特定環(huán)境中的 4類微生物，可以大量產(chǎn)生所用 酶的有（ ）。 A ?生長在麥麩上的黑曲霉 B?生長在酸奶中的乳酸菌 C .生長在棉籽殼上的平菇 D .生長在木屑上的木霉 【例6】（多選題）圖1表示制備固定化酵

14、母細(xì)胞的有關(guān)操作，圖 2是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行 酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述正確的是 （ ）。 注射器 ——海議酸鈉與 酵母菌混合液 攪拌器 固定化酵母 二 7oQ - o - o - X溶液嚨腳丿 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1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C ?圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是為了使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 D ?圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖 2裝置中 五、課后練習(xí) 1、某學(xué)生進(jìn)行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗滌效果”的課題研究。他的實驗設(shè)計如下

15、： ① 設(shè)置2組實驗，分別使用蛋白酶洗衣粉和復(fù)合酶洗衣粉 ② 2組實驗的洗衣粉用量、被洗滌的衣物量、衣物質(zhì)地、污染物性質(zhì)和量、被污染的時間、洗 滌時間、洗滌方式等全部設(shè)置相同 對這個實驗的評價，正確的是 （ A.未設(shè)置對照實驗 C. 沒有自變量 ③ 根據(jù)污漬去除程度得出結(jié)果 ）° B.無關(guān)變量設(shè)置太多 D. 因變量不能描述 2?下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的說法正確的是 （ ）° A.某種固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列生化反應(yīng) B. 固定化細(xì)胞技術(shù)一次只能固定一種酶 C. 固定化酶和固定化細(xì)胞的共同點是所固定的酶都可在細(xì)胞外起作用 D. 固定化酶和固定化細(xì)胞都能

16、反復(fù)使用，但酶的活性迅速下降 3、下列對“探究某種加酶洗衣粉使用的最適溫度”的說法，最合理的是 （ ）° A. 加酶洗衣粉在 30 C的水中洗滌效果不如 45 C時好，說明45 C為最適溫度 B. 在不同溫度的水中，加入相同的污物及不等量的洗衣粉，看哪種效果好 C. 取一系列不同溫度、其他條件相同的水，加入等量相同的污物及等量相同的加酶洗衣 粉，看哪一個溫度下洗衣粉的洗滌效果最好 D. 將加酶洗衣粉與普通洗衣粉分別加入 37 C的水中洗滌同樣的污物，發(fā)現(xiàn)加酶洗衣粉 效果好，說明加酶洗衣粉的最適溫度為 37 C 4. 酶制劑、固定化酶、固定化細(xì)胞已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，下列敘

17、述錯誤的是 （ ） A. 90 C高溫會使TaqDNA聚合酶失去催化活性 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 .固定化酶固定時可能會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) 5. 下列有關(guān)固定化酵母技術(shù)的敘述中正確的是 （ ） A .實驗中需要先利用蒸餾水消耗酵母細(xì)胞中的有機(jī)物 B.若制備的凝膠珠的顏色泛白，可能是由于海藻酸鈉的濃度偏低 C .實驗中使用 CaCl2溶液處理的目的是使酵母細(xì)胞處于感受態(tài)，提高發(fā)酵效率 D .固定化酵母細(xì)胞的常用方法是吸附法，這種方法對酵母細(xì)胞活性影響最小 6. （多選題）下列有關(guān)加酶洗衣粉的敘述，

18、正確的是 A .加酶洗衣粉中的酶都是固定化酶 B.溫度影響加酶洗衣粉的洗滌效果 C .與普通的洗衣粉相比，用加酶洗衣粉可以減少 P對河流的污染 D .加酶洗衣粉中的纖維素酶不能直接去除污垢，但可以增強(qiáng)洗滌效果 7. 下面是某同學(xué)所做的啤酒釀造實驗，請根據(jù)其實驗過程，回答相關(guān)的問題。 實驗原理：利用固定化啤酒酵母分解麥芽汁，生成啤酒。 實驗步驟： 第一步：啤酒酵母細(xì)胞活化。取 1 g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 1h，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 1

19、0 mL,并攪拌，直至溶化，用蒸餾水定容至 10 mL°加熱時，注意火候。 第三步：海藻酸鈉與啤酒酵母細(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 CaCl2溶液中，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的三角瓶中，加入 300 mL麥芽汁溶液，置于 25 C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。 ⑴ 啤酒酵母細(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

20、加入活化的酵母細(xì)胞？ 。 (2) 海藻酸鈉的主要作用是 ;上述固定化細(xì)胞的方法稱為 ，形成的 凝膠珠顏色為 色。 (3) 與固定化酶相比，該方法的優(yōu)點是 。 7、答案 (1)讓處于休眠狀態(tài)的啤酒酵母細(xì)胞恢復(fù)到生活狀態(tài) 用小火或間斷加熱，反復(fù)幾 次 防止高溫殺死啤酒酵母細(xì)胞 (2)固定啤酒酵母細(xì)胞 包埋法 淺黃 (3)省去酶的分 離、提純等工序，同時酶的活性更穩(wěn)定 &某一實驗小組的同學(xué)，欲通過制備固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行葡萄糖溶液發(fā)酵實驗，實驗材料及 用具齊全。 ⑴ 酵母細(xì)胞的固定采用的方法是 。 (2) 請完善該實驗小組的同學(xué)在制備固定化酵母細(xì)胞過程的步驟： ① 配制氯

21、化鈣溶液時應(yīng)用蒸餾水。 ② 海藻酸鈉溶液應(yīng)用 加熱。 ③ 海藻酸鈉溶液必須 才能加入酵母細(xì)胞。 ④ 注射器中的海藻酸鈉和酵母細(xì)胞的混合物應(yīng)滴入 中形成 。 (3) 該實驗小組用如圖所示的裝置來進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵。 ① 為使該實驗中所用到的固定化酵母細(xì)胞可以反復(fù)運用，實驗過程 中，一定要在 條件下進(jìn)行。 ② 加入反應(yīng)液后的操作是關(guān)閉 。 ③ 裝置的長導(dǎo)管起到什么作用？ 。 (4) 試分析下圖中，與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細(xì)胞相似的是。 A B C D 8、 (1)包埋法 (2)小火或間斷 冷卻至室溫 氯化鈣溶液 凝膠珠 (3)①無菌②活塞1 和活塞2③釋放

22、CQ減小反應(yīng)柱內(nèi)壓力并可防止其他微生物污染 (4)D 9 ?下面是制備固定化藻菌細(xì)胞的流程，試圖利用固定化細(xì)胞技術(shù)對生活污水進(jìn)行脫氮。試分 析回答以下問題： 混合，離心 沖撫 切唱到人pH嚴(yán)舸卿二+沖洗■兩定優(yōu)小球〔亙私伽!左右〉 2.5%的 CaS 擂合版’ 7h u (1) 活性污泥取自污水處理廠曝氣池.主要原因是經(jīng)過長期 ，曝氣池污泥中的微 生物 。 (2) 關(guān)于本實驗相關(guān)分析不正確的是( ) A固定化小球的直徑不宜過大，否則會影響污水與固定化細(xì)胞的物質(zhì)交換 B固定化小球的直徑越大小球藻接收的光照量越大，除氮效果越好 C固定化小球所用的海藻酸鈉濃度不能

23、過高， 否則會影響污水中有機(jī)物與固定化細(xì)胞的接 觸 D固定化小球所用的海藻酸鈉濃度不能過低，否則會造成包埋細(xì)胞過少 （3）右圖所示為不同濃度的固定化藻菌小球?qū)δM污水中 N元素去除效果關(guān)系曲線， 圖中比 例代表固定化藻菌小球體積與污水體積，如"…?… 1: 9”代表I體積小球與9體積模擬污水 混合液。試回答： rjk.1i ① 研究中“空白實驗”的處理方法是 ，設(shè)置“空白實驗”組的目的是 。 ② 實驗表明最佳的小球濃度是 V球：V水= 。 ③ 要證明固定化藻菌比藻菌混合液凈化 N的能力強(qiáng)，主要實驗思路是利用一定量的固定 化藻菌小球和 ，在 條件下處理等量的模擬污水

24、， 一段時間后檢測 （1）自然選擇 分解污水中有機(jī)物質(zhì)的旨幼強(qiáng) 心）B （3）①是佝等量模擬污水中加入固定了經(jīng)高溫殺死藻菌的固定優(yōu)小球 探究除生物命化以外其它因畫（如物理吸附）是否影響污水N的去除 ②1； 4.5③等量的藻菌混合培養(yǎng)液潟度、光照等相同且適宜的模擬污水中N剩余量 加酶洗衣粉和固定化細(xì)胞（或酶）答案 【例題解析答案：】 例 1 . B 例 2. A 例 3、A 例 4、D 例 5. ACD 例 6. BCD 【課后練習(xí)】 1、A 2、C 3、C 4、A 5、B 6、BCD 7、 答案 （1）讓處于休眠狀態(tài)的啤酒酵母細(xì)胞恢復(fù)到生活狀態(tài) 用小火或間斷加熱，反復(fù)幾 次 防止高溫殺死啤酒酵母細(xì)胞 （2）固定啤酒酵母細(xì)胞 包埋法 淺黃 （3）省去酶的分 離、提純等工序，同時酶的活性更穩(wěn)定 8、 （1）包埋法 （2）小火或間斷 冷卻至室溫 氯化鈣溶液 凝膠珠 （3）①無菌②活塞1 和活塞2③釋放CO,減小反應(yīng)柱內(nèi)壓力并可防止其他微生物污染 （4）D 9、 （1）自然選擇 分解污水中有機(jī)物質(zhì)的自幼強(qiáng) （2） B （3）①是向等重模擬污水中加入固定了經(jīng)高溫殺死藻菌的固定化小球 探究除生物凈化以外其它因養(yǎng)（如物理吸附）是否影響污水N的去除 ②1； 4.5③等量的漠菌混合培養(yǎng)液溫度、光照等相同且適宜的模擬污水中N剩余墨