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1、第二节制备和应用固定化酶,学习导航 1.固定化酶和固定化细胞的应用。(重点) 2固定化酶与固定化细胞的制备方法。(难点),固相载体,酶活性,水溶性,2.制备固定化酶 目前，制备固定化酶的方法主要有_、_、包埋法等。 (1)吸附法的显著特点是工艺简便且 _，在生产实践中应用广泛； (2)交联法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成 _，从而得到三维的交联网架结构；,吸附法,交联法,条件温和,共价键,(3)包埋法是将酶包埋在_中。 3.应用：固定化酶已被广泛地应用在人们的日常生活、医院、工业等方面。例如，固定化酶在新型青霉素的生产中具有重要作用。,能固化的载体,酶制剂的应
2、用有哪些缺陷？ 提示：酶制剂应用的缺陷：(1)通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；(2)溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；(3)反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。,想一想,二、固定化细胞技术的应用 1.固定化细胞技术 通过各种方法将_与一定的载体结合，使其仍保持原有的_，这一过程称为细胞固定化。,细胞,生物活性,2.细胞固定化的方法 (1)吸附法：是制备固定化动物细胞的主要方 法，此法也可制备固定化植物细胞，它既可将植物细胞吸附在_的大孔隙或裂缝之中，也可将植物细胞吸附在 _的外壁上；,泡沫塑料,中空纤维,(2)包埋法：是指将细胞包埋在_的内部而制
3、成固定化细胞的方法。其中， _是应用最广泛的细胞固定化方法，它所使用的载体主要有琼脂、 _、角叉菜胶、明胶等。 3.固定化细胞技术的优点：可以取代 _进行发酵，生产各种物质。,多孔载体,凝胶包埋法,海藻酸钠凝胶,游离的细胞,(1)某种固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应。() (2)固定化细胞所固定的酶都在细胞外起作用。() (3)制备固定化细胞的方法主要有包埋法、交联法和吸附法。(),判一判,特别提醒 固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的营养物质。 固定化细胞由于保证了细胞的完整性，酶的环境改变小，所以对酶的活性影响最小。,下列关于固定化酶和固定化
4、细胞的叙述 中，正确的是() A固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 B固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧 C利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件,D利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物 【思路点拨】本题主要考查固定化酶和固定化细胞的异同。解答本题关键掌握： 固定化酶每次只是固定一种酶，而固定化细胞发挥作用的是整个细胞中所有的酶分子。 固定化酶作为一种有机物需要适宜的温度、pH，但不需要氧气和营养条件。,【解析】固定化酶耐受性比较好，和溶解氧没有关系；利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，不需要提供营养条件；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类既
5、可以作为反应底物，也可以作为碳源来调节酵母菌的代谢方式。 【答案】A,1. (2012邵阳高二检测)下列关于酶和细胞的固定化，叙述不正确的是() A酶分子很小，宜采用包埋法 B酶分子很小，宜采用化学结合法或物理吸附法固定 C细胞个大，难被吸附或结合 D细胞宜采用包埋法固定,变式训练,解析：选A。一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定。这是由于细胞相对较大，而酶分子相对很小，个大的细胞难以被吸附或结合，个小的酶容易从包埋材料中漏出。,1.方法 (1)吸附法 动物细胞大多数具有附着特性，能够很好地附着在容器壁、微载体和中空纤维等载体上。 将植物细胞吸附在泡沫塑料的
6、大孔隙或裂缝 中，或将植物细胞吸附在中空纤维的外壁上。,(2)包埋法 含义：将细胞包埋在多孔载体的内部而制成固定化细胞的方法。 凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方 法，适用于微生物、动物和植物细胞的固定 化。所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝 胶、角叉菜胶、明胶等。,2.应用 (1)固定化细胞技术可以取代游离的细胞进行发 酵，生产各种物质。 (2)科学家们还成功地用固定化原生质体生产出谷氨酸。 3.点 (1)固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代 谢，可以像游离的细胞一样用于发酵生产。,(2)固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而，固定化细胞内酶的活性基本没有损
7、失。 (3)保留了细胞内原有的多酶系统，对于多步催化的连续反应优势就更加明显。 4.缺点 (1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。,(2)由于载体的影响，使营养物质和产物的扩散受到一定的限制。 (3)在好氧性发酵中，限制了溶解氧的传递和输送。,(2012江苏仪征中学高二检测)下图是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是(),A吸附法、交联法、包埋法 B交联法、吸附法、包埋法 C包埋法、吸附法、交联法 D包埋法、交联法、吸附法,【解析】图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，应属交联法；图表示固定在一定的支持物上
8、，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定，应属吸附法。 【答案】D,【探规寻律】酶和细胞的固定方法和特点,变式训练 2. (2012南通高二检测)下列关于固定化细胞技术的说法中，正确的是() A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吸附法容易对酶活性产生影响 D凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等,解析：选D。固定化细胞的主要方法有吸附法和包埋法。它们各有利弊，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，吸附力较弱且吸附不牢固，细胞容易脱落
9、。包埋法操作简便，条件温和，对细胞无毒性，适合于生长细胞的固定化。凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶和明胶等。,【操作与实践】 1.操作流程,固定化酵母菌细胞的制备,2.注意事项 (1)选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单 一。 (2)酵母菌细胞活化时体积会变大，因此活化前应选择体积足够大的容器，防止酵母菌细胞的活化液溢出。 (3)海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母菌细胞的关 键，因为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菌细胞的数量少，也会影响实验效果。,(4)溶化海藻酸钠时要用小火或间断加热，避免海藻酸钠发生焦糊。 (5)将溶化后
10、的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌细胞混合，避免高温杀死酵母菌。 (6)固定化酵母菌细胞时，应将海藻酸钠与酵母菌细胞的混合液用注射器缓慢滴加到饱和硼酸氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。 (7)可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，作为对照。,【问题与探究】 如何检验凝胶珠的质量是否合格？ 【提示】检验凝胶珠的质量是否合格，可以采用以下方法。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，也表明制备的凝胶珠是成功的。,三是观察凝胶珠的颜色。如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，
11、说明海藻酸钠的浓度偏 低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。,【例题】下面的流程图示意制备固定化酵母菌细胞的过程，请据图回答： (1)图中酵母菌活化就是_状 态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。,(2)影响此实验成败的关键步骤是_。此步的操作应采用_。 (3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母菌细胞数目_。 (4)观察凝胶珠的颜色和形状：如果颜色过浅，说明_；如果形成的凝胶珠不是_，说明实验操作失败。 (5)本实验所用的固定化技术是_，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是_。,【解析】(1)酵
12、母菌在干燥时，处于休眠状 态，需加水活化，否则制成的固定化酵母菌在发酵时酶活性较低且酵母菌增殖缓慢。(2)该实验的关键是海藻酸钠的配置。(3)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量过少，影响实验效果。(4)如果制作的凝胶珠颜色过浅呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低。,如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。(5)由于酵母菌细胞个体较大，不易从包埋材料中漏出，故细胞的固定化一般采用包埋法，而固定化酶不宜用此方法。,【答案】(1)让酵母菌恢复正常生活 体积增大较大(多) (2)配制海藻酸钠溶液小火或间断加热 (3)较少 (4)固定的酵母菌细胞数目较少圆形或椭圆形 (5)包埋法酶分子很小，容易从包埋材料中漏出,
