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1、课堂新坐标20162017版高中生物第2部分酶的应用实验6淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测教案 实验6 -淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测 一、酶与固定化酶 1酶 活细胞产生的具有催化作用的一类有机物，它是生物体内各种化学反应的催化剂。 2固定化酶 将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。 3将酶改造成固定化酶的原因 由于酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用，所以要将酶改造成固定化酶。 4酶固定化的方法 吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。本实验用的是吸附法。 5固定化酶作用的机理 将固定化酶装柱，当底物经过该柱时，在酶的作用下转变为产物。
2、 在酶固定化的各种方法中，哪一种方法对酶的作用影响较小？ 【提示】 吸附法 二、-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用检测的实验 1实验目的 (1)制备固定化-淀粉酶。 (2)进行淀粉水解作用的检测。 2实验原理 将-淀粉酶固定在石英砂上，一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精。用淀粉指示剂测试，若流出物呈红色，表明糊精生成。 3本实验使用的酶及特性 本实验使用的酶是枯草杆菌的-淀粉酶，其作用的最适pH为5.57.5，最适温度为5075_。 4实验材料及其制备 (1)-淀粉酶的固定化： 1 在烧杯中将5 mg -淀粉酶溶于4 mL蒸馏水中 (由于酶不纯，可能有些不溶物) 再加入5 g石
3、英砂，不时搅拌30 min 30 min后将上述溶液装入1支注射器中 (该注射器的下端接有气门心，并用夹子封住) 用10倍体积的蒸馏水洗涤此注射器，以除去未吸附的游离淀粉酶，流速为1 mL/min (2)可溶性淀粉溶液：取50 mg可溶性淀粉溶于100 mL热水中，搅拌均匀。 (3)KI-I2溶液：称取0.127 g碘和0.83 g碘化钾。加蒸馏水100 mL，完全溶解后装入滴瓶中。 5实验步骤 (1)淀粉溶液流经固定化酶柱 将灌注了固定化酶的注射器放在注射器架上，用滴管滴加淀粉溶液，使该溶液以0.3 mL/min的流速过柱。 (2)接取流出物 待从固定化酶柱中流出5 mL淀粉溶液后，接收0.
4、5 mL流出液。 (3)流出物鉴定 在流出物中加入KI-I2溶液，观察颜色。用水稀释1倍后再观察颜色。 (4)洗涤、保存固定化酶柱 实验后，用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此柱。放置在4 冰箱中保存。 (5)几天后取出冰箱中该固定化酶柱，重复实验，观察结果。 固定化酶柱为什么放在4 的冰箱中保存？ 【提示】 高温会破坏酶的结构，低温不破坏酶的结构。 1.酶是生物体内各种化学反应的催化剂，具高度专一性和高效性，但酶在水溶液中很不稳定，且不利于工业化使用。固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质(如石英砂、毛玻璃、琼脂糖、明胶、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺等)上，使之成为 2 不溶于
5、水而又有酶活性的制剂。 2酶的常用固定化方法 酶的固定化可分为酶分子固定化及细胞固定化。细胞固定化与直接固定酶相比，成本更低，操作也更容易。常用方法如下： (1)物理吸附法 物理吸附法是指将酶吸附到固体吸附剂表面的方法，固体吸附剂多为活性炭、多孔玻璃、石英砂等。 (2)化学结合法(包括交联法及共价偶联法等) 化学结合法是指将酶分子相互结合，或将其结合到纤维素、琼脂糖、离子交换树脂等载体上的固定方式。工艺简便及条件温和是其显著特点，其载体选择范围很大，涉及天然或合成的无机、有机高分子材料。化学结合法中常见的有交联法、共价结合法、离子结合法等。 (3)包埋法 包埋法是指将酶包裹在多孔的载体中，如将
6、酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中。包埋法又分为凝胶包埋法和微囊化法，前者包埋成格子型，后者包埋成微胶囊型。 固定酶的方法 3直接使用酶和固定化酶的比较 (1)可循环反复使用酶制剂。在某些情况下可使用上千次，极大地降低了生产成本。 3 (2)在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行。 (3)稳定性能好。 下列与固定化酶相关的叙述中正确的是( ) A固定化酶是将水不溶性酶固定于某种介质上，使之成为易溶于水，而又具酶活性的制剂 B将固定化酶装柱，当酶流过该柱时，可催化柱内底物转变为产物 C酶固定的方法有吸附
7、法、共价偶联法、交联法和包埋法等 D固定化酶的缺点是酶在水溶液中很不稳定，且易与产物混在一起不易分离 【思路点拨】 固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学方法固定在某种介质上。使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。与普通酶相比，固定化酶易与产物分离，且固定化酶反应柱中酶已被固定，不能从柱内流出；酶的固定化方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。 【答案】 C 关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法错误的是( ) A固定化酶生物活性强，可长久使用 B一般酶制剂应用后和产物混在一起，产物的纯度不高 C一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D固定化酶可以反复利用，降低生产成本，提高产量和质量 【解析
8、】 固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上，使酶既能与反应物接触又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用，降低成本，产物中也不含酶，提高了产品的纯度，固定化酶虽可以多次利用，但不可长久使用。 【答案】 A 1.(1)高果糖浆生产中面临的问题： 高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。 (2)固定化酶反应柱将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些颗粒装在反应柱内，反应柱底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应溶液却能出入。 (3)使用固定化酶技术生产高
9、果糖浆。 生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。(如图所示) 4 (4)相关技术优势： 上述反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。目前，用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1 000万吨。 2-淀粉酶的固定化 (1)固定方法用吸附法将-淀粉酶固定在石英砂上。 在烧杯中将5 mg -淀粉酶溶于4 mL蒸馏水中，再加入5 g石英砂，不时搅拌，30 min后，装入1支下端接有气门心并用夹子封住的注射器中(石英砂体积约4 mL)。用10倍体积的蒸馏水洗涤注射器以除去未吸附
10、的游离淀粉酶。 (2)固定化-淀粉酶功能检测 -淀粉酶-淀粉酶 原理：淀粉糊精 (遇碘显蓝色) (遇碘显红色) 糖化淀粉酶 麦芽糖葡萄糖 (遇碘不显色) 检测：用吸附法将-淀粉酶固定在石英砂上制成反应柱后，将反应柱(注射器)放在注射器架上，用滴管滴加淀粉溶液，当一定浓度的淀粉溶液流经反应柱时，柱内的-淀粉酶可使淀粉水解成糊精用淀粉指示剂(KI-I2溶液)测试，流出物呈“红色”表明有淀粉水解产物糊精的生成(未水解时，淀粉遇其指示剂应显示蓝色)。 固定化酶在消除污染、保护环境方面的应用：固定化酶和固定化细胞在清除污染、保护环境方面也大有作为，是当代环境保护的出色“卫士”，其主要作用是进行环境监测和
11、处理三废。 环境监测：固定化酶也可以用于测定有毒物质的含量，进行环境监测，如用固定化多酚氧化酶检测水中的酚类物质；利用固定化酶还可以检测有机磷、有机氯农药等环境污染物(如过氯酸盐、氧化物和尿素等) 处理三废：应用固定化酶或固定化细胞可以组成快速、高效、连续运行的污水处理系 5 统，如用固定化分解氰化物的细菌除去废水中的氰化物；用固定化-淀粉酶处理造纸厂的废水，用水解农药的细菌固定化制剂处理农药废水等。 下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答： (1)请在横线上填出各标号名称。 _，_，_。 (2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是_ _。 (3)的作用是_。 (4)制作固定化葡萄糖异构酶
12、所用的方法有_或_。 (5)据图说出反应柱的作用原理：_ _。 【思路点拨】 (1)固定化酶反应柱是将酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些颗粒装在反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的筛板，酶颗粒无法通过小孔，而反应液却可出入，图示中为反应柱，为固定化酶，为具有小孔的筛板。 (2)固定化酶的突出优点是既能与反应物接触，又能与产物分离。 (3)多孔筛板的作用在于阻止酶颗粒通过，但却让反应液自由出入。 (4)固定化酶可采用吸附法、交联法等方法。 (5)反应柱的作用原理在于反应物溶液从反应柱上端注入后，使反应物流过反应柱与固定化酶接触，参与催化化学反应所形成的产物则从柱的底端流出。 【答案】 (1)
13、反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板 (2)既能与反应物接触，又能与产物分离，能连续性生产 (3)酶颗粒无法通过，反应溶液却可自由出入 (4)吸附法 交联法 (5)反应物溶液从反应柱上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到的产物从反应柱下端流出。 【互动探究】 若上述?例2?反应柱中，所固定的酶为-淀粉酶，注入的溶液为一定浓度的淀粉溶 6 液，请回答： ?1?注入淀粉溶液后，反应柱底端流出物中主要成分是什么？你如何检测淀粉是否被水解？现象如何？ ?2?该流出物溶液中是否具有-淀粉酶？为什么？如何通过简单实验，验证你的结论？ 【提示】 ?1?流出物主要成分是糊精，可用淀粉指示剂检测淀粉是否被水解，其现象是：水解前溶液呈蓝色，水解后溶液呈红色。 ?2?流出物溶液中无-淀粉酶，因为反应柱底端的多孔筛板只允许反应物溶液自由出入。而酶分子不能通过。为证明上述结论，可在装入反应物溶液前，先向柱内加入蒸馏水，收集柱底端流出物溶液进行淀粉水解实验
