高中生物 專題4 課題3 酵母細(xì)胞的固定化課件 新人教版選修1

專題4課題3課前預(yù)習(xí)巧設(shè)計(jì)名師課堂一點(diǎn)通重點(diǎn)突破創(chuàng)新演練大沖關(guān)知識(shí)清單案例師說課堂強(qiáng)化每課一練了解了解 固定化酶和固定化細(xì)胞的作用及固定化酶和固定化細(xì)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(xì)胞的原理固定化酶和固定化細(xì)胞的原理制備固定化酵母細(xì)胞制備固定化酵母細(xì)胞 一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)例一、固定化酶的應(yīng)用實(shí)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(diǎn)：反應(yīng)柱可以連續(xù)使用半年，大大降低優(yōu)點(diǎn)：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(xì)胞技術(shù)二、固定化細(xì)胞技術(shù) (1)概念：利用概念：利用 或或 方法將酶或細(xì)胞固定在一方法將酶或細(xì)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：包括方法：包括 法、法、 法和法和 法。法。 細(xì)胞多采用細(xì)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(xué)化學(xué)包埋包埋化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合物理吸附物理吸附包埋包埋化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合物理吸附物理吸附三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)固定化酵母細(xì)胞的制備固定化酵母細(xì)胞的制備1制備固定化酵母細(xì)胞制備固定化酵母細(xì)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(xì)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(xì)胞經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程？利用文字和箭頭表示。箭頭表示。 提示：提示：酶酶固定化酶固定化酶固定化細(xì)胞。固定化細(xì)胞。 (2)生產(chǎn)上直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化反應(yīng)，生產(chǎn)上直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化反應(yīng)，各有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？各有哪些優(yōu)點(diǎn)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(shí)基礎(chǔ)知識(shí)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(xì)胞的固定化方法有哪些？酶或細(xì)胞的固定化方法有哪些？ 提示：提示：包埋法、化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法。包埋法、化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法。 (2)討論并交流：酶的固定化和細(xì)胞固定化的最適方法是討論并交流：酶的固定化和細(xì)胞固定化的最適方法是什么？說明其原因。什么？說明其原因。 提示：提示：酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定；酶適合采用化學(xué)結(jié)合和物理吸附法固定； 細(xì)胞固細(xì)胞固定化多采用包埋法。因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大，難以被吸附或結(jié)合，酶定化多采用包埋法。因?yàn)榧?xì)胞個(gè)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(xì)胞中，哪一種對(duì)酶分析交流：固定化酶和固定化細(xì)胞中，哪一種對(duì)酶的活性影響最?。抗潭ɑ?xì)胞使用的是活細(xì)胞，怎樣保證的活性影響最??？固定化細(xì)胞使用的是活細(xì)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(xì)胞。因?yàn)楣潭ɑ?xì)胞保證了細(xì)胞的固定化細(xì)胞。因?yàn)楣潭ɑ?xì)胞保證了細(xì)胞的完整性，酶環(huán)境改變小，對(duì)其活性影響小。完整性，酶環(huán)境改變小，對(duì)其活性影響小。 固定化細(xì)胞使用的是活細(xì)胞，為了保證活細(xì)胞生活固定化細(xì)胞使用的是活細(xì)胞，為了保證活細(xì)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(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)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(xì)胞的關(guān)鍵？配制海藻酸鈉溶液為什么是固定化酵母細(xì)胞的關(guān)鍵？ 提示：提示：因?yàn)槿绻Ｔ逅徕c濃度過高，將很難形成凝膠珠，因?yàn)槿绻Ｔ逅徕c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，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，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。 (2)在固定化酵母細(xì)胞過程中，在固定化酵母細(xì)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(yàn)制作的凝膠珠是否符合實(shí)驗(yàn)要求？如何檢驗(yàn)制作的凝膠珠是否符合實(shí)驗(yàn)要求？ 提示：提示：用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，用鑷子夾起一個(gè)凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D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(shí)驗(yàn)桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，在實(shí)驗(yàn)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(xì)胞的敘述，正確的是下列關(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，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(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物為反應(yīng)底物 解析解析固定化細(xì)胞與固定化酶有許多相似之處，但也有較固定化細(xì)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(xì)胞有區(qū)別酶與活細(xì)胞有區(qū)別)，固定化細(xì)胞主要應(yīng)用在一些需要，固定化細(xì)胞主要應(yīng)用在一些需要活體細(xì)胞進(jìn)行持續(xù)性處理的生產(chǎn)過程中，所以活體細(xì)胞進(jìn)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(duì)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(duì)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(cuò)；酶具有專一性，只能降解部分有機(jī)污染錯(cuò)；酶具有專一性，只能降解部分有機(jī)污染物，所以物，所以C錯(cuò)；利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類作為反應(yīng)底錯(cuò)；利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類作為反應(yīng)底物，同時(shí)也作為碳源來提供能量和物質(zhì)，所以物，同時(shí)也作為碳源來提供能量和物質(zhì)，所以D錯(cuò)。錯(cuò)。 答案答案A 根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容回答問題：根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容回答問題： 實(shí)驗(yàn)原理：麥芽汁可以滲入到海藻酸鈉和啤酒酵母支撐實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xì)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(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)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)2430 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(hào)針號(hào)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。 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(jìn)行多批次的生產(chǎn)，本實(shí)驗(yàn)中的啤酒酵母與普通發(fā)如果進(jìn)行多批次的生產(chǎn)，本實(shí)驗(yàn)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)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用_或或_方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括_、_和和_。其中細(xì)胞多采用。其中細(xì)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(shí)有產(chǎn)生，同時(shí)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(xì)胞的應(yīng)用，同時(shí)考查分析實(shí)驗(yàn)本題考查固定化細(xì)胞的應(yīng)用，同時(shí)考查分析實(shí)驗(yàn)的能力，應(yīng)用固定化酵母細(xì)胞可以催化一系列化學(xué)反應(yīng)，并且的能力，應(yīng)用固定化酵母細(xì)胞可以催化一系列化學(xué)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(xì)胞組成的，在此實(shí)驗(yàn)?zāi)z珠是由海藻酸鈉和啤酒酵母細(xì)胞組成的，在此實(shí)驗(yàn)中，凝膠珠中的啤酒酵母細(xì)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(xì)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(shí)海藻酸鈉將啤酒酵母細(xì)胞固定。汁中的糖轉(zhuǎn)化為乙醇，同時(shí)海藻酸鈉將啤酒酵母細(xì)胞固定。 (2)該實(shí)驗(yàn)中使用的固定化酵母細(xì)胞，可以多次連續(xù)使用，該實(shí)驗(yàn)中使用的固定化酵母細(xì)胞，可以多次連續(xù)使用，普通發(fā)酵中的酵母細(xì)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(xì)胞與發(fā)酵液難以分離，不能連續(xù)使用。 (3)固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)是利用物理或化學(xué)方法將酶固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)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，其中細(xì)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(xì)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(xué)結(jié)合法固定。采用物理吸附法和化學(xué)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(xì)胞產(chǎn)生的酶將糖其加入到發(fā)酵的葡萄糖溶液中后，啤酒酵母細(xì)胞產(chǎn)生的酶將糖轉(zhuǎn)化成乙醇和轉(zhuǎn)化成乙醇和CO2，會(huì)有氣泡冒出，同時(shí)有酒味散發(fā)出來。，會(huì)有氣泡冒出，同時(shí)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(xì)胞固定夠使啤酒酵母細(xì)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(xué)包理法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法包物理化學(xué)包理法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法包埋法化學(xué)結(jié)合法物理吸附法埋法化學(xué)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(xì)胞的活性固定化細(xì)胞的活性 (1)固定化細(xì)胞使用的都是活細(xì)胞，因而為了保證其生活固定化細(xì)胞使用的都是活細(xì)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(xì)胞由于保證了細(xì)胞的完整性，因而酶的環(huán)境固定化細(xì)胞由于保證了細(xì)胞的完整性，因而酶的環(huán)境改變小，所以對(duì)酶的活性影響變小，酶的活性也就更穩(wěn)定。改變小，所以對(duì)酶的活性影響變小，酶的活性也就更穩(wěn)定。