高中生物 第3章 酶的制備及活力測 第4節(jié) 酶的固定化學業(yè)達標測評 中圖版選修1

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1、 第四節(jié) 酶的固定化 一、固定化酶 1．含義 通過物理或化學的方法，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)進行催化反應。 2．方法 (1)共價鍵結(jié)合法：通過化學反應將酶以共價鍵結(jié)合到尼龍等載體上。 (2)包埋法：將酶包埋到多孔性凝膠中的固定化方法。 (3)物理吸附法。 3．優(yōu)點 (1)固定化酶的活性穩(wěn)定，可反復使用； (2)固定化酶能與反應液分開，制品較易純化； (3)工業(yè)化生產(chǎn)可實現(xiàn)大批量、連續(xù)化、自動化； (4)極大地降低了生產(chǎn)成本。 4．缺點 需要制備純凈的酶，稍有不慎，酶就會失活。 二、固定化細胞 1．含義 用適當

2、的載體將合成酶的細胞固定起來。 2．優(yōu)點 比固定化酶更簡捷，使用壽命更長。 三、木瓜蛋白酶的固定化操作技術(shù) 取尼龍布浸入等體積的CaCl2溶液和甲醇溶液中10 s左右―→鹽酸溶液中室溫下水解45 min―→蒸餾水沖洗至中性―→室溫下放入戊二醛溶液中浸泡20 min―→磷酸緩沖液(pH為7.8)反復洗滌―→木瓜蛋白酶溶液中固定3.5 h，溫度為4_℃―→用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶。 預習完成后，請把你認為難以解決的問題記錄在下面的表格中 問題1 問題2 問題3 問題4 一、酶、固定化酶與固定化細胞的比較 直接使用酶 固定化酶 固定

3、化細胞 缺點 ①對環(huán)境條件非常敏感，易失活 ②難回收，成本高，影響產(chǎn)品質(zhì)量 不利于催化一系列的酶促反應 反應物不易與酶接近，尤其是大分子物質(zhì)，反應效率下降 優(yōu)點 催化效率高、耗能低、污染低 ①既能與反應物接觸，又能與產(chǎn)物分離 ②可以反復利用 成本低，操作容易、壽命長 ①固定化細胞使用的都是活細胞，因此應提供一定的營養(yǎng)物質(zhì)。 ②固定化細胞由于保證了細胞的完整性，因而酶的環(huán)境改變較小，酶活性受外界影響也較小。 二、固定化酶的制備及利用 1．酶的固定化：(1)18.6%的CaCl2溶液和甲醇溶液處理(10 s)，沖洗、吸干。 (2)3.65 mol/L的鹽酸水解

4、(45 min)，蒸餾水沖洗至中性。 (3)在5%的戊二醛溶液中浸泡(20 min)。 (4)0.1 mol/L的磷酸緩沖液洗滌，(多次)吸干。 (5)放1 mg/mL的木瓜蛋白酶溶液中(4 ℃處理3.5 h)。 　 ↓　 2．檢驗酶的活性：(1)用固定化酶在適宜溫度下分解蛋白質(zhì)(10 min) (2)用雙縮脲試劑檢驗 ↓　　　 3．酶的再利用：用取出的固定化酶再分解蛋白質(zhì) 細胞的固定化技術(shù) 　請參照細胞固定化技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識，完成下列問題。 (1)細胞固定化技術(shù)一般采用包埋法固定化，采用該方法的原因是_________。 (2)包埋法固定化是指______

5、___________________。 (3)與固定化酶技術(shù)相比，固定化細胞技術(shù)的優(yōu)點是___________。 (4)制備固定化大腸桿菌的步驟為： ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________； ③______________________________________________________________； ④______________________

6、________________________________________。 【審題導析】 　　 【精講精析】　(1)固定化細胞的方法有包埋法、化學結(jié)合法和物理吸附法，一般來說多采用包埋法固定化，因為個大的細胞難以被吸附或結(jié)合，且不易從包埋材料中漏出。 (2)包埋法固定化即將微生物細胞均勻地包埋在不溶于水的多孔性載體中。 (3)與固定化酶技術(shù)相比，固定化細胞技術(shù)的成本更低，操作更容易。 (4)制備固定化大腸桿菌的程序為：培養(yǎng)大腸桿菌―→與生理鹽水和瓊脂混合―→瓊脂凝固后切塊―→用生理鹽水和蒸餾水洗凈。 【答案】　(1)細胞個大，不易從包埋材料中漏出 (2)將微生物細胞均勻

7、地包埋在瓊脂糖凝膠等多孔性載體中 (3)成本更低，操作更容易 (4)①用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌　②取1 mL菌液與8 mL生理鹽水和體積分數(shù)為2%的瓊脂16 mL攪拌均勻?、郗傊毯笄谐尚K　④用生理鹽水和蒸餾水洗凈 固定化細胞的優(yōu)點 (1)固定化細胞含有一系列的酶，可以催化一系列的反應。 (2)反應的條件較易控制。 (3)使用時間更長。 1．生產(chǎn)酒精時，使用固定化細胞比固定化酶更好，原因不包括(　　) A．固定化細胞中含有一系列酶(與生產(chǎn)酒精有關(guān)) B．固定化細胞比固定化酶更經(jīng)濟、成本更低 C．固定化細胞需要提供營養(yǎng)物質(zhì) D．固定化細胞比固定化酶對環(huán)境條件要求

8、低 【解析】　固定化細胞由于有活細胞存在，含有的酶是一系列的酶，對酒精生產(chǎn)更有利，固定化細胞對環(huán)境條件的要求更低，生產(chǎn)成本更低。但是需要一定的營養(yǎng)物質(zhì)。 【答案】　C 固定化酶的應用 　關(guān)于固定化酶中的酶的說法正確的是(　　) A．酶的種類多樣，可催化一系列的酶促反應 B．酶被固定在不溶于水的載體上，可反復利用 C．酶作為催化劑，反應前后結(jié)構(gòu)不改變，所以固定化酶可永遠利用下去 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 【審題導析】 【精講精析】　酶是蛋白質(zhì)，會出現(xiàn)老化、變性失活現(xiàn)象；作為催化劑，反應前后酶的結(jié)構(gòu)不變，具有專一性和高效性。酶被固

9、定化后，仍然具有這些特性，并且由于固定在載體上，可以反復利用，但不能永遠利用。 【答案】　B 固定化酶在工業(yè)生產(chǎn)中的應用 (1)固定化酶活性穩(wěn)定，可反復使用。 (2)固定化酶可用于工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。 (3)用固定化酶生產(chǎn)可實現(xiàn)大批量、連續(xù)化、自動化，極大地降低生產(chǎn)成本。 2．關(guān)于固定化酶和一般酶制劑應用效果的說法中，錯誤的是(　　) A．固定化酶生物活性強，可長久使用 B．一般酶制劑應用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高 C．一般酶制劑參加反應后不能重復利用 D．固定化酶可以反復利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量 【解析】　固定化酶只是將酶固定在載體上，活性不變，仍

10、具有蛋白質(zhì)的特性，可以發(fā)生老化、變性、失活等。 【答案】　A 1．下圖中所示的酶固定化技術(shù)中屬于包埋法的一組是(　　) ①　　　 　?、凇? ③　　　 　④　 A．①②　　　　　　　　 B．①③④ C．①④ D．③④ 【解析】?、贋槲椒ǎ跒榛瘜W結(jié)合法，③④為包埋法，③包埋于網(wǎng)格中，④包埋于微膠囊中。 【答案】　D 2．下列不屬于固定化酶在利用時的特點的是(　　) A．有利于酶與產(chǎn)物分離 B．可以被反復利用 C．能自由出入依附的載體 D．一種固定化酶一般情況下不能催化一系列酶促反應 【解析】　固定化酶只是將酶固定在載體上，仍然具有酶的特點(如專一性)，

11、此外固定化酶還具有易與產(chǎn)物分離、能反復利用等優(yōu)點。 【答案】　C 3．為了探索海藻酸鈉固定化對綠球藻生長的影響，以及固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，科研人員用篩選到的一株綠球藻進行實驗，流程及結(jié)果如下。請回答下列問題： 圖1 圖2 (1)實驗中的海藻酸鈉作用是________，CaCl2的作用是________。 (2)為洗去凝膠球上殘余的CaCl2和其他污染物，并保持綠球藻活性，宜采用________洗滌。圖1中1.0%海藻酸鈉組培養(yǎng)24 h后，移動凝膠球，溶液呈綠色，原因是________________。 (3)為探索固定化藻對含Zn2＋污水的凈化作用，應選

12、用濃度為____________海藻酸鈉制備凝膠球。 (4)圖2中空白凝膠球組Zn2＋濃度下降的原因是________。結(jié)合圖1和圖2分析，固定化藻的實驗組24～48 h間Zn2＋濃度下降速度較快的主要原因是____________；72～96 h間Zn2＋濃度下降速度較慢的原因有_________________。 【解析】　(1)綠球藻為單細胞生物，可用包埋法固定化，實驗中海藻酸鈉的作用是包埋綠球藻。配制好的海藻酸鈉溶液需要滴入CaCl2溶液中，與CaCl2反應形成凝膠球，剛形成的凝膠球應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，有利于形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(2)將固定好的凝膠球用綠球藻的培養(yǎng)液(生理

13、鹽水)清洗2～3次，能夠洗去凝膠球上殘余的CaCl2和其他污染物，并保持綠球藻的活性。如果包埋綠球藻用的海藻酸鈉濃度過低，或形成的凝膠球孔徑過大，在培養(yǎng)過程中會有綠球藻從包埋材料中漏出來，使溶液呈綠色。(3)分析圖綠球藻數(shù)量變化曲線可知，濃度為2.0%的海藻酸鈉對綠球藻的包埋效果最好，凝膠球中包埋的綠球藻數(shù)量最多，故應選用該濃度的海藻酸鈉制備凝膠球。(4)由Zn2＋濃度變化曲線可知，空白凝膠球組Zn2＋濃度下降的原因是凝膠對Zn2＋有一定的吸附作用。培養(yǎng)初期，綠球藻生長(增殖)速度較快，導致Zn2＋濃度下降速度較快；培養(yǎng)后期，由于綠球藻生長(增殖)速度減慢、溶液中Zn2＋濃度較低等，Zn2＋濃

14、度下降速度較慢。 【答案】　(1)包埋綠球藻(包埋劑)　與海藻酸鈉反應形成凝膠球(凝固劑)　(2)培養(yǎng)液(生理鹽水)　海藻酸鈉濃度過低(凝膠球孔徑過大)　(3)2.0%　(4)凝膠吸附Zn2＋　綠球藻生長(增殖)速度快　綠球藻生長(增殖)速度減慢，溶液中Zn2＋濃度較低 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375