酵母細(xì)胞的固定化導(dǎo)學(xué)案

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1、 第3節(jié) 酵母細(xì)胞的固定化（共1課時(shí)，第1課時(shí)） 【課標(biāo)要求】說(shuō)出固定化酶和固定化細(xì)胞的作用和原理。 嘗試制備固定化酵母細(xì)胞，并利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵。 【創(chuàng)設(shè)情景】 [思考1]影響酶的因素有哪些？ [思考2] 如何理解酶的專一性？ [思考3]發(fā)酵過(guò)程中一種能完成所有反應(yīng)嗎？ 【學(xué)習(xí)活動(dòng)】 活動(dòng)一：仔細(xì)閱讀課題背景，想一想，我們?nèi)绾文軐?shí)現(xiàn)酶的固定化和細(xì)胞的固定化？ 精講：酶：優(yōu)點(diǎn)：催化效率高，低耗能、低污染，大規(guī)模地應(yīng)用于食品、化工等各個(gè)領(lǐng)域。 實(shí)際問(wèn)題：對(duì)環(huán)境條件敏感，易失活；溶液中的酶很難回收，不能再次利用，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后的酶會(huì)混合在產(chǎn)物中

2、，如不除去，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。 設(shè)想： 。 固定化酶：優(yōu)點(diǎn) 實(shí)際問(wèn)題：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)物的形成都是通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)才能得到的。 設(shè)想： 。 固定化細(xì)胞：

3、優(yōu)點(diǎn) 。 活動(dòng)二：仔細(xì)閱讀課文，舉例說(shuō)明固定化酶技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的？與一般的酶反應(yīng)相比，意義在哪里？ 精講：能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖的酶是 。使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定在一種 上，再將這些酶顆粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的 。酶顆粒無(wú)法通過(guò)篩板的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過(guò)程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過(guò)反應(yīng)柱，與 接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本

4、，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。 活動(dòng)三：閱讀課文，試說(shuō)明固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)有哪些異同？ 精講：固定化酶和固定化細(xì)胞是利用 或 方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)，包括 、 和 法。一般來(lái)說(shuō)，酶更適合采用 和 法固定，而細(xì)胞多采用 法固定化。這是因?yàn)榧?xì)胞個(gè)大，而酶分子很??；個(gè)大的難以被 或 ，而個(gè)小的酶容易從 中漏出。 包埋法法固定化細(xì)胞即將微生物細(xì)胞 包埋在不溶于水的

5、 中。常用的載體有 、 、 、 和 等。 〖思考1〗對(duì)固定酶的作用影響較小的固定方法是什么？ 〖思考2〗將谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的發(fā)酵過(guò)程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)固定 ； 若將蛋白質(zhì)變成氨基酸，應(yīng)當(dāng)固定 。 活動(dòng)四：實(shí)驗(yàn)操作中，制備固定化酵母細(xì)胞的操作可以分為哪幾步？應(yīng)該注意哪些問(wèn)題？ 精講：(1)制備固定化酵母細(xì)胞 制備固定化酵母細(xì)胞需要的材料是 、 和 。 1. 酵母菌的活化 活化就是

6、處于 狀態(tài)的微生物重新恢復(fù)正常的生活狀態(tài)。 2. 配制物質(zhì)的量嘗試為0.05mol/L的CaCl2溶液。 3. 配制海藻酸鈉溶液。 加熱溶化海藻酸鈉時(shí)要注意： 4. 海藻酸鈉溶液與酵母菌細(xì)胞混合。 5. 固定化酵母細(xì)胞：以 的速度 地將注射器中的溶液滴加到配制好的 溶液中，并浸泡 (時(shí)間)。 (2) 用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 1. 將固定好的酵母細(xì)胞用 沖洗2-3次。 2. 發(fā)酵時(shí)的溫度就為

7、 ，時(shí)間 。 〖思考3〗加熱溶化海藻酸鈉時(shí)微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？ 〖思考4〗為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細(xì)胞？ 〖思考5〗發(fā)酵過(guò)程中錐形瓶為什么要密封？ 〖思考6〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？ 〖思考7〗在利用固定化酶或固定化細(xì)胞進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，需要無(wú)菌操作嗎？ 活動(dòng)五：結(jié)果分析中，如何通過(guò)凝膠珠的特點(diǎn)來(lái)判斷細(xì)胞固定化是否成功？ 精講：⑴ 觀察凝膠珠的顏色和形狀 如果制作的凝膠珠 ，固定的酵母細(xì)胞數(shù)目較少；如果形成的凝膠珠

8、 ，需要再作嘗試。 ⑵ 觀察發(fā)酵的葡萄糖溶液 利用固定的酵母細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)生酒精，可以看到產(chǎn)生了很多 ，同時(shí)會(huì)聞到 。 【課堂反饋】 1下列關(guān)于固定化酶技術(shù)說(shuō)法中，正確的是 A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，讓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(shì)在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．固定化酶中的酶無(wú)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) 2. 下列有關(guān)固定化酵母細(xì)胞制備步驟正確的是 A．應(yīng)使干酵母與自來(lái)水混合并攪拌，以利于酵母菌活

9、化 B．配制海藻酸鈉溶液時(shí)要用小火間斷加熱的方法 C．向剛?cè)芑玫暮Ｔ逅徕c溶液中加入已活化的酵母細(xì)胞，充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆? D．將與酵母細(xì)胞混勻的海藻酸鈉溶液注人CaCl2溶液中，會(huì)觀察到CaCl2溶液中有球形或橢球形的凝膠珠形成 3. 下列關(guān)于固定化酶中用到的反應(yīng)柱的理解中。正確的是 A．反應(yīng)物和酶均可自由通過(guò)反應(yīng)柱 B．反應(yīng)物和酶均不能通過(guò)反應(yīng)柱 C．反應(yīng)物能通過(guò)，酶不能通過(guò) D．反應(yīng)物不能通過(guò)，酶能夠通過(guò) 4. 使用固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是( )。 A.能催化大分子物質(zhì)的水解 　B．可催化一系列化學(xué)反應(yīng) C．與反應(yīng)物易接近 　

10、 D．有利于酶在細(xì)胞外發(fā)揮作用 5. 酶的固定方法不包括( )。 A.將酶吸附在固體表面上 B．將酶相互連接起來(lái) C．將酶包埋在細(xì)微網(wǎng)格里 D． 將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶 6. 固定化細(xì)胞常用包埋法固定，原因是 A．包埋法固定操作最簡(jiǎn)便 B．包埋法對(duì)酶活性的影響最小 C．包埋法固定具有普遍性 D．細(xì)胞體積大，難以被吸附或結(jié)合 7.. 固定化細(xì)胞對(duì)酶的活性影響最小，根本原因是 A．避免了細(xì)胞破碎、酶的提取純化過(guò)程 B．固定化細(xì)胞在多種酶促反應(yīng)中連續(xù)發(fā)揮作用 C．促化反應(yīng)結(jié)束后，能被吸收和重復(fù)利用 D．細(xì)胞結(jié)構(gòu)保證

11、了各種酶在細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)中有效的發(fā)揮作用 8. 關(guān)于酵母細(xì)胞活化的說(shuō)法，不正確的是 A．酵母細(xì)胞活化就是由無(wú)氧呼吸變成有氧呼吸 B．酵母細(xì)胞活化所需要的時(shí)間較短 C．活化就是讓處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞恢復(fù)生活狀態(tài) D．酵母細(xì)胞活化后體積增大 9. 使用固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是 A有利于增加酶的活性 B有利于產(chǎn)物的純化 C有利于提高反應(yīng)速度 D有利于酶發(fā)揮作用 10. 下列不是用于包埋法固定化細(xì)胞的載體是 A．瓊脂糖 B．醋酸纖維素 C．聚丙烯酰胺 D．聚乙烯樹(shù)脂 11. 下列關(guān)于固定化細(xì)胞的敘述，正確的是 A催化效率高，低耗能、低污染

12、 B對(duì)環(huán)境的條件非常敏感，容易失活 C既能與反應(yīng)物充分接觸，又能與產(chǎn)物分離 D成本低、操作簡(jiǎn)單，但反應(yīng)效率可能很低 12. 在制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，CaCl2溶液的作用是 A．調(diào)節(jié)溶液pH B．進(jìn)行離子交換 C．膠體聚沉 D．為酵母菌提供鈣離子 13. 對(duì)配制海藻酸鈉溶液的敘述不準(zhǔn)確的是 A．加熱使海藻酸鈉溶化是操作中最重要的一環(huán) B.海藻酸鈉的濃度涉及固定化細(xì)胞的質(zhì)量 C．海藻酸鈉的濃度過(guò)高，易形成凝膠珠 D．海藻酸鈉的濃度過(guò)低，形成凝膠珠內(nèi)包埋細(xì)胞過(guò)少 14下圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答：

13、 ⑴ 請(qǐng)?jiān)跈M線上填出各標(biāo)號(hào)名稱。① ② ③ 。 ⑵ 與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn) 是 和 ，固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是_____________________________。 ⑶ ③的作用

14、⑷ 制作固定葡萄糖異構(gòu)酶所用的方式有___________________或___________________。 ⑸ 據(jù)圖說(shuō)出反應(yīng)柱的作用原理 。 15.下面是制備固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)步驟圖解，請(qǐng)據(jù)圖回答： 酵母細(xì)胞活化→配制CaCl2溶液→配置海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞 ⑴ 在__

15、______狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物恢復(fù)_______狀態(tài)。活化前應(yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)____________。 ⑵ 影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是 。 ⑶ 如果海藻酸鈉濃度過(guò)低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目______。 ⑷ 觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過(guò)淺，說(shuō)明 ，如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說(shuō)明 。 ⑸ 制備固定化酶不宜用包埋法，為什么？ 4