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1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,一、固定化酶的应用实例和固定化细胞技术 1.课题背景 (1)酶应用时存在的实际问题 对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,易失活。 溶液中的酶很难回收,不能被再次利用,提高了生产成本。 反应后的酶会混在产物中,如不除去,会影响产品质量。 (2)固定化酶的优点:酶既能与反应物接触,又能与产物分离,还可以被反复利用。 (3)固定化细胞的优点:与固定化酶技术相比,固定化细胞制备的成本更低,操作更容易。,目标导航,预习导引,一,二,2.固定化细胞技术 (1)固定化技术的类型:包埋法、化学结合法和物理吸附法。 (2)包埋法 包埋法固定化细胞即将微生物
2、细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等。 任何一项新技术有利,也必有弊。固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上的一项新技术,由该特点你是否想到了固定化酶的不足? 提示：将酶固定在不溶于水的载体上,限制了酶分子与底物分子(或离子)的接触,减少了酶与底物的接触面积,降低了化学反应的速度。,目标导航,预习导引,一,二,二、实验操作 1.制备固定化酵母细胞 酵母细胞的活化:向干酵母中加入蒸馏水,使其活化 配制CaCl2溶液 配制海藻酸钠溶液:在加热时要用玻璃棒搅拌,并用小火或间断加热 海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 固定化酵母细胞,目标导航,预习
3、导引,一,二,2.用固定化酵母细胞发酵 (1)将固定好的酵母细胞用蒸馏水冲洗23次。 (2)发酵时的温度为25 ,时间为24 h。 用接种环对微生物进行接种操作时,需要使灼烧灭菌的接种环先冷却再使用,由该操作你能设想一下何时向海藻酸钠溶液中加入酵母细胞吗?请给予适当的解释。 提示：应等到海藻酸钠溶液冷却至室温后才能向其内加入酵母细胞,因为温度过高的海藻酸钠溶液和温度过高的接种环一样,都可能杀死菌种。,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,一、固定化酶的应用和固定化细胞技术 1.固定化酶的应用 (1)固定化技术的概念 固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间
4、内的技术。 (2)固定化技术的优势 将酶或细胞固定在不溶于水的载体上,使酶或细胞可以直接与反应物接触,充分发挥其催化功能,同时又能与产物分离,被反复利用。 在一定程度上避免高温、强酸、强碱和有机溶剂对酶活性的影响,以提高催化效率,降低生产成本,提高产品质量。,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,(3)应用实例:生产高果糖浆 原料: 葡萄糖(由淀粉转化而来) 反应原理:葡萄糖 果糖。 生产过程及示意图(如图所示),将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上 ,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,放入底部有许多小孔的反应柱内 (酶颗粒不能通过筛板上的小孔,反应溶液能通过) 葡萄糖溶
5、液从反应柱上端注入 流经反应柱 与固定化葡萄糖异构酶接触并进行反应 果糖溶液从反应柱下端流出,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,2.固定化酶或固定化细胞技术的方法 固定化酶或固定化细胞技术常用的方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法,如图所示。,包埋法 包埋法是指将酶或细胞包裹在多孔的载体中,如将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。,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,化学结合法 化学结合法是指将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到纤维素、琼脂糖、离子交换树脂等
6、载体上的固定方法。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,其过程可同时达到纯化和固定化,酶失活后可重新活化,载体可以再生。化学结合法中常见的有交联法、共价结合法、离子结合法等。 物理吸附法 物理吸附法是指将酶吸附到固定吸附剂表面的方法,固定吸附剂多为活性炭、多孔玻璃等。,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,【例1】 下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是( ) A.可用包埋法制备固定化酵母细胞 B.反应产物对固定化酶的活性没有影响 C.葡萄糖异构酶固定前后专一性不同 D.固定化细
7、胞可以催化各种反应底物的一系列反应 解析：固定化酵母细胞适合采用包埋法,固定化酶适合采用化学结合法和物理吸附法,A项正确。酶促反应的产物积累如导致pH变化,会影响酶的活性,B项错误。酶固定前后专一性不变,C项错误。固定化细胞固定的是一系列酶,可以催化一系列反应,但不能催化各种反应底物的反应,D项错误。 答案：A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,下列关于固定化细胞技术的说法,正确的是( ) A.物理吸附法的优点是操作简单,吸附牢固 B.包埋法的优点是操作复杂,条件温和,对细胞无毒性 C
8、.物理吸附法容易对酶的活性产生影响 D.凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠(钙)、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,解析：固定化细胞的主要方法有物理吸附法和包埋法等。它们各有利弊,物理吸附法的主要优点是酶活性不受影响,但吸附过程相当复杂,这一过程与微生物细胞的性质、载体的性质以及两者之间的相互作用等有关,且吸附力较弱,吸附不牢固,细胞容易脱落。而包埋法操作简单,条件温和,对细胞无毒性,适合于生长细胞的固定,但凝胶的结构要保持稳定需要适当的条件控制。凝胶包埋常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠(钙)、明胶和聚丙烯酰胺凝胶等。 答案：D,一,二,知识精要,典题例
9、解,迁移应用,知识架构,二、固定化酵母细胞的实验操作,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,发酵(将150 mL质量分数为10%的葡萄糖溶液转移到200 mL的锥形瓶中,加入固定好的酵母细胞,25 下发酵24 h),一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,【例2】 下列关于酵母细胞活化的说法,不正确的是 ( ) A.酵母细胞活化就是使酵母细胞由无氧呼吸变成有氧呼吸 B.活化就是让处于休眠状态的细胞恢复正常的生活状态 C.酵母细胞活化所需要的时间较短 D.酵母细胞活化后体积增大 解析
10、：在缺水的状态下,微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复到正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短,一般需要1 h左右。 答案：A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,下列关于酶的叙述,正确的是( ) A.活细胞内合成酶的原料一定是氨基酸 B.固定在载体上的酶可以被反复利用是固定化酶技术的优点之一 C.固定化酶活性的发挥需要提供一定的营养物质 D.加酶洗衣粉是将酶直接添加到洗衣粉中 解析：合成酶的原料是氨基酸或核糖核苷酸;固定化酶技术是将酶固定在不溶于水的载体上
11、,既能与反应物接触又能与产物分离,能够反复利用;固定化酶不是生物体,其活性的维持不需要提供特定的营养物质;加酶洗衣粉是指添加了酶制剂的洗衣粉,而不是直接添加酶。 答案：B,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,制备固定化酵母细胞的注意事项 (1)酵母细胞的活化:在缺水的状态下,微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活 化时间较短,一般需要1 h左右,要提前作好准备。此外,酵母细胞活化时体积会变大,因此活化前应该选择体积足够大的容器,以避免酵母细胞的活化液溢出容器。 (2)加热:加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一个环节,影响到实验
12、的成败。如果海藻酸钠浓度过高,将很难形成凝胶珠;如果浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少,影响实验效果。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,知识架构,(3)凝胶珠的检测:刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间,以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格可以使用下列方法:一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压,如果凝胶珠不容易破裂,没有液体流出,就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠,如果凝胶珠很容易弹起,也能表明制备的凝胶珠是成功的。,知识架构,一,二,1.制作固定化葡萄糖异构酶时不能采用包埋法,由于酶分子小,包埋时容易从包埋材料中漏出。而细胞体积大
13、难以被吸附或结合,所以固定化细胞常用包埋法。 【例1】 如图为制备固定化酵母细胞用于葡萄酒生产的流程图,请回答下列问题。 (导学号52260015) 酵母细胞活化配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞发酵葡萄汁葡萄酒葡萄醋 (1)本实验采用了包埋法,而制备固定化酶则不宜用此方法,原因是 。实验过程中用CaCl2溶液处理的目的是 。,(2)在利用葡萄酒制作葡萄醋时,除控制好温度等条件外,还要注意控制气体条件,因为醋酸菌是 (填“好氧”“厌氧”或“兼性厌氧”)型细菌。 (3)为筛选出能高效利用淀粉的转基因酿酒酵母菌,将该工程菌接种在 的固体平板培养基上,培养一定
14、时间后,加入碘液,选择 的菌落进一步纯化培养。,解析：(1)固定化酵母细胞采用包埋法,酶分子很小,容易从包埋材料中漏出,不宜用此方法;CaCl2溶液处理让Ca2+与海藻酸钠反应形成不溶于水的海藻酸钙凝胶。(2)制备果醋的菌种是醋酸菌,属于好氧型细菌,需要持续通入无菌空气。(3)将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上,该工程菌可产生淀粉酶分泌到培养基中,水解淀粉后的区域,遇到碘液不变蓝,会产生透明圈,这样也可以鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌。 答案：(1)酶分子很小,容易从包埋材料中漏出 Ca2+与海藻酸钠反应形成不溶于水的海藻酸钙凝胶 (2)好氧 (3)以淀粉作为唯一碳源 透明圈大,2.与
15、固定化细胞相比,固定化酶能充分和反应物接触,充分发挥其催化作用,并且可以回收和反复利用。固定化细胞更易催化一系列生化反应,而固定化酶只能催化一种或一类生化反应,因此固定化细胞成本更低,操作更容易,通常可将单一的酶促反应变为连续的酶促反应过程。但固定化细胞活性的维持需要满足细胞生命活动的营养物质等条件。,【例2】 下列有关固定化酶和固定化细胞的说法,正确的是( ) A.固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应 B.固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C.固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可反复使用 D.固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活性迅速下降 解析：酶具有专一性,一种酶固定后不可能催化一系列生化反应;固定化细胞技术固定的是一系列酶;固定化酶和固定化细胞都能反复使用,若条件适宜,一般不会出现酶的活性迅速下降问题。 答案：C,
