2017-2018學(xué)年高中生物 第三章 酶的制備及活力測 第四節(jié) 酶的固定化學(xué)案 中圖版選修1

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1、 第四節(jié)　酶的固定化 1．說出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。 2．嘗試制備固定化大腸桿菌細(xì)胞。 一、酶的固定化 1．固定化酶 概念：通過物理或化學(xué)的方法，將水溶性的酶與不溶性的載體結(jié)合，使酶固定在載體上，并在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，這樣制成的酶稱為固定化酶。 2．酶的固定化方法 共價鍵結(jié)合法：將酶通過化學(xué)反應(yīng)以共價鍵結(jié)合到尼龍等載體上。 包埋法：將酶均勻包埋在瓊脂糖凝膠等多孔性的凝膠中的固定化方法。 3．固定化酶的特點(diǎn) 活性穩(wěn)定，可以反復(fù)使用多次。在生產(chǎn)中，固定化酶能與反應(yīng)液相互分開，不與產(chǎn)品混合，制品較易純化，在大規(guī)模生產(chǎn)時所需工藝設(shè)備簡單易行。 4

2、．固定化酶的實(shí)例：木瓜蛋白酶的固定化 （1）酶的固定化。 在啤酒生產(chǎn)過程中，剛釀制的啤酒往往含有少量的蛋白質(zhì)而顯得渾濁。加入木瓜蛋白酶，可以使蛋白質(zhì)水解成氨基酸，供酵母菌增殖所需，從而縮短發(fā)酵時間，提高啤酒產(chǎn)量，使酒質(zhì)澄清醇和。 將尼龍布浸入等體積的CaCl2溶液和甲醇溶液中，室溫下放置10 s左右，并輕輕攪拌至尼龍布發(fā)黏。取出后用水沖洗，并用吸水紙吸干。將尼龍布放入鹽酸中，室溫下水解，用蒸餾水洗至pH中性。再將尼龍布放入戊二醛溶液中，室溫下浸泡20 min。取出后用磷酸緩沖液（pH＝7.8）反復(fù)洗滌，洗去多余的戊二醛，吸干后立即放入木瓜蛋白酶溶液中，4 ℃下固定3.5 h。取出尼龍布后

3、用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶，即得到尼龍固定化酶。為防止改變酶的電荷，操作過程中不能使用金屬鑷子。 （2）檢驗(yàn)酶的活性。 （3）酶的再利用。 二、細(xì)胞的固定化 1．細(xì)胞固定化技術(shù) 利用適當(dāng)?shù)妮d體將合成酶的細(xì)胞固定起來。固定化細(xì)胞比固定化酶更簡捷，使用壽命更長。 2．大腸桿菌細(xì)胞的固定化 可以用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，取菌液加入生理鹽水和瓊脂，攪拌均勻，待瓊脂凝膠凝固后，切成小塊，用生理鹽水和蒸餾水洗凈，即得到固定化的大腸桿菌細(xì)胞。 1．直接使用酶、固定化酶和固定化細(xì)胞催化的比較 直接使用酶 固定化酶 固定化細(xì)胞 酶的種類 一種或幾種 一種 一系列酶 常

4、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 — 共價鍵結(jié)合法、物理吸附法 包埋法 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) 優(yōu)點(diǎn) 催化效率高，低耗能、低污染等 酶既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用 成本低，操作更簡捷 不足 對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后酶會混在產(chǎn)物中

5、，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量 一種酶只能催化一種化學(xué)反應(yīng)，而在生產(chǎn)實(shí)踐中，很多產(chǎn)物的形成都通過一系列的酶促反應(yīng)才能得到 固定后的酶或細(xì)胞與反應(yīng)物不容易接近，尤其是大分子物質(zhì)，可能導(dǎo)致反應(yīng)效率下降等 對固定化酶的作用影響較小的固定方法是物理吸附法。 2．固定化微生物細(xì)胞 利用微生物來生產(chǎn)酶具有生產(chǎn)成本低、周期短、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)。微生物產(chǎn)生的酶，可以分為分泌在細(xì)胞外的胞外酶和包含在細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)酶。利用胞內(nèi)酶時，需要采用手段將細(xì)胞破碎后，將酶進(jìn)行分離純化，提取后酶的活性和穩(wěn)定性往往都受到很大的影響。 將微生物細(xì)胞限制或定位于特定空間位置，即將微生物制成固定化細(xì)胞后，既能避免復(fù)雜的細(xì)胞破碎、酶的提

6、取和純化過程，又能使酶的活性和穩(wěn)定性得到較大提高。固定后的微生物細(xì)胞可以作為固體催化劑在多步酶促反應(yīng)中發(fā)揮連續(xù)催化作用，同時，催化反應(yīng)結(jié)束后又能被回收和重復(fù)利用。例如，人們將含有青霉素?；傅拇竽c桿菌細(xì)胞進(jìn)行固定化，用于大規(guī)模地生產(chǎn)青霉素母核（青霉素的主體化學(xué)結(jié)構(gòu)部分，即6－氨基青霉烷酸），然后再對青霉素母核的側(cè)鏈進(jìn)行化學(xué)修飾，可以生產(chǎn)半合成青霉素，如氨芐青霉素。 題型一 固定化酶技術(shù)及其應(yīng)用價值 【例題1】關(guān)于固定化酶技術(shù)說法正確的是（　?。? A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，將酶依附著載體圍繞反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù) B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．固定化酶中

7、的酶無法重復(fù)利用 D．固定化酶是將酶固定在一定空間的技術(shù) 解析：固定化酶是利用物理或化學(xué)的方法將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是酶被固定在一定裝置內(nèi)可重復(fù)利用，不足是無法同時催化一系列酶促反應(yīng)。 答案：D 反思領(lǐng)悟：固定過程中，固定的是酶，而不是反應(yīng)物。 題型二 酶或細(xì)胞固定化的方法 【例題2】試分析下圖中，哪一種與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細(xì)胞相似（　　）。 解析：A、B選項(xiàng)適合于酶的固定化，C選項(xiàng)既用于酶固定，也可用于細(xì)胞固定。制備固定化酵母細(xì)胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠珠中，所以與D選項(xiàng)相似。 答案：D 反思領(lǐng)悟：固定化酶和固定化

8、細(xì)胞通常采用包埋法、共價鍵結(jié)合法和物理吸附法。用海藻酸鈉作載體制備的是固定化酵母細(xì)胞。 1 下列關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法，錯誤的是（　?。?。 A．固定化酶生物活性強(qiáng)，可長久使用 B．一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高 C．一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)利用 D．固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量 解析：固定化酶與普通酶制劑相比，在活性上沒有多大差別，固定化酶的成分也是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)經(jīng)過一定的時間后會變性失活，所以固定化酶一般能使用半年，不可能長久使用。 答案：A 2 固定化酶技術(shù)常采用（　?。? A．包埋法 B．共價鍵結(jié)合

9、法和物理吸附法固定化 C．活化法 D．微囊化法 解析：酶的體積較小，容易從包埋材料中漏出來，所以一般采用共價鍵結(jié)合法和物理吸附法固定化。 答案：B 3 關(guān)于固定化酶中的酶說法正確的是（　?。? A．酶的種類多樣，可催化一系列的酶促反應(yīng) B．酶被固定在不溶于水的載體上，可反復(fù)利用 C．酶作為催化劑，反應(yīng)前后結(jié)構(gòu)不改變，所以固定化酶可永遠(yuǎn)利用下去 D．固定化酶由于被固定在載體上，所以喪失了酶的高效性和專一性特點(diǎn) 解析：一種載體只能固定化一種酶，一種固定化酶只能催化一種酶促反應(yīng)；固定化酶可反復(fù)利用，但不能永遠(yuǎn)利用下去；固定化酶保持了一般酶的特性。 答案：B 4 （2010·江蘇高考改編）下圖1表示制備固定化酵母細(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，下列敘述不正確的是（　?。? 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 解析：剛?cè)芑暮Ｔ逅徕c應(yīng)冷卻后再與酵母菌混合，否則溫度過高會導(dǎo)致酵母菌死亡。 答案：A 3