1、生物必修必修 人教版人教版专题四酶的研究与应用酶的研究与应用课题课题3酵母细胞的固定化酵母细胞的固定化返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版学学 习习 目目 标标课课 程程 标标 准准1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。2列举固定化技术的常用方法。列举固定化技术的常用方法。3简述固定化细胞的制备过程。简述固定化细胞的制备过程。4尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。母细胞进行酒精发酵。(重点和难点重点和难点)尝试制备和应用固定化尝试制备和应用固定化酶酶1 1自主学习自主学习2
2、 2新知解读新知解读3 3指点迷津指点迷津4 4核心素养核心素养5 5问题释疑问题释疑6 6知识构建知识构建7 7训练巩固训练巩固8 8课课 时时 作作 业业返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版自自 主主 学学 习习返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶果糖果糖持续持续固定化酶固定化酶上端上端固定化葡萄糖异构酶固定化葡萄糖异构酶果糖果糖下端下端返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版物理物理化学化学包埋法包埋法物理吸附法物理吸附法包埋包埋化学结合化学结合物理吸附物理吸附多孔性多孔性明胶明胶海藻酸钠海藻酸钠反应物
3、反应物产物产物反复反复低低简便简便返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版？思考？思考1如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择哪一种方法？如如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择哪一种方法？如果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？为什么？果反应物是大分子物质，又应该采用哪种方法？为什么？提示：提示：前者可选择固定化细胞技术，后者可选择固定化酶技术。固定化细前者可选择固定化细胞技术，后者可选择固定化酶技术。固定化细胞固定的是一系列酶，可以催化一系列反应；大分子物质难以自由通过细胞胞固定的是一系列酶，可以催化一系列反应；大分子物质难以自由通过细胞膜，固定化
4、细胞膜，固定化细胞应用受到限制。应用受到限制。2为何酶适合用化学结合法和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固为何酶适合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？定？提示：提示：细胞体积大，而酶分子很小，个大的细胞难以被吸附或结合，而个细胞体积大，而酶分子很小，个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。小的酶容易从包埋材料中漏出。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版1利用固定化酶技术生产高果糖浆时，从固定化酶反应柱下端流出的只有利用固定化酶技术生产高果糖浆时，从固定化酶反应柱下端流出的只有果糖。果糖。()分析：分析：高果糖浆是指果糖含量为高果糖
5、浆是指果糖含量为42%左右的糖浆，也含有一定量的葡萄左右的糖浆，也含有一定量的葡萄糖。反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗粒通过，但是不影响反应物和产物的糖。反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗粒通过，但是不影响反应物和产物的通过，因此下端流出的既有果糖，又有没反应完的葡萄糖。通过，因此下端流出的既有果糖，又有没反应完的葡萄糖。2加酶洗衣粉中的酶是固定化酶，能反复利用。加酶洗衣粉中的酶是固定化酶，能反复利用。()分析：分析：加酶洗衣粉添加了酶制剂，但没有固定化，因此不能反复利用。加酶洗衣粉添加了酶制剂，但没有固定化，因此不能反复利用。判断题判断题返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教
6、版3酶分子很小，常采用包埋法固定。酶分子很小，常采用包埋法固定。()分析：分析：酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，故酶更适合采用化学结合和酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，故酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定。物理吸附法固定。4包埋法常用的载体是不溶于水的多孔性载体。包埋法常用的载体是不溶于水的多孔性载体。()5固定化细胞是可以催化各种反应底物的一系列反应。固定化细胞是可以催化各种反应底物的一系列反应。()分析：分析：每种固定化细胞固定的是一系列特定的酶，可以催化一系列特定的每种固定化细胞固定的是一系列特定的酶，可以催化一系列特定的化学反应，而不是催化各种反应底物的反应。化学反应，而不是催化
7、各种反应底物的反应。6反应物是大分子物质时最好采用固定化细胞技术。反应物是大分子物质时最好采用固定化细胞技术。()分析：分析：大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞不易使反应物充大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞不易使反应物充分反应，最好采用固定化酶技术。分反应，最好采用固定化酶技术。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版新新 知知 解解 读读返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版知识点知识点1固定化酶和固定化细胞固定化酶和固定化细胞返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版(3)生产过程生产过程将葡萄糖异构酶固定在颗粒状
8、的载体上将葡萄糖异构酶固定在颗粒状的载体上放在底部有许多小孔的筛板的反应柱内放在底部有许多小孔的筛板的反应柱内(酶颗粒不能通过，反应溶液能通酶颗粒不能通过，反应溶液能通过过)葡萄糖液从反应柱上端注入葡萄糖液从反应柱上端注入流经反应柱流经反应柱与葡萄糖异构酶接触并进行反应与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果糖溶液从反应柱下端流出返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版(4)优点优点可循环反复使用酶制剂。据报道，在某些情况下酶制剂可使用上千次，可循环反复使用酶制剂。据报道，在某些情况下酶制剂可使用上千次，极大地降低了生产成本。极大地降低了生产成本。在生产中，可通
9、过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中，所需的工艺设备比较简单。生产中，所需的工艺设备比较简单。稳定性能好。稳定性能好。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版2酶固定化的方法酶固定化的方法酶的固定方法大致可分为以下三种：酶的固定方法大致可分为以下三种：返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版试分析图示中，哪一种与海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细试分析图示中，哪一种与海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似胞相似()解析解析A、B选项适合于酶的固定化，选项适合于酶的固定化，C既用于酶
10、固定，也可用于细胞固既用于酶固定，也可用于细胞固定，制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝定，制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶珠中，所以与胶珠中，所以与D相似。相似。D典例典例 1返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版变式训练变式训练1 关于固定化酶技术说法正确的是关于固定化酶技术说法正确的是()A固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附于载体，围绕反应物旋转的固定化酶技术就是固定反应物，将酶依附于载体，围绕反应物旋转的技术技术B固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应C固定化酶
11、中的酶无法重复利用固定化酶中的酶无法重复利用D固定化酶是将酶固定在一定空间的技术固定化酶是将酶固定在一定空间的技术解析解析固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用，不足是无法同时解决一系列酶促其优点是酶被固定在一定装置内可重复利用，不足是无法同时解决一系列酶促反应。在固定过程中，固定的是酶而不是反应物，因此反应。在固定过程中，固定的是酶而不是反应物，因此A、B、C均错误。均错误。D返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版知识点知识点2固定化酵母细胞的制备与应用固定化酵
12、母细胞的制备与应用返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版2用固定化酵母细胞发酵用固定化酵母细胞发酵(1)冲洗：将固定好的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗冲洗：将固定好的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗23次，刚形成的凝胶次，刚形成的凝胶珠应在珠应在CaCl2溶液中浸泡溶液中浸泡30min左右，形成稳定结构。左右，形成稳定结构。(2)发酵：发酵：150mL质量分数为质量分数为10%葡萄糖溶液固定化酵母细胞葡萄糖溶液固定化酵母细胞200mL。锥形瓶锥形瓶密封密封25下发酵下发酵24h。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人
13、教版人教版知识贴士知识贴士实验成功的关键及注意事项实验成功的关键及注意事项1酵母菌活化，就是指处于休眠状态的酵母菌重新恢复正常的生活状态的酵母菌活化，就是指处于休眠状态的酵母菌重新恢复正常的生活状态的过程。因为在缺水状态下酵母菌处于休眠状态，而固定酵母菌，使其发挥作用过程。因为在缺水状态下酵母菌处于休眠状态，而固定酵母菌，使其发挥作用时，必须活化，并在活化酵母菌时，酵母菌体积会变大，应选择足够大的容时，必须活化，并在活化酵母菌时，酵母菌体积会变大，应选择足够大的容器。器。2加热海藻酸钠加速溶解的过程中，需使用小火，或者间断加热，防止加加热海藻酸钠加速溶解的过程中，需使用小火，或者间断加热，防止
14、加热过快，使海藻酸钠焦糊，难以制成合适的凝胶珠。热过快，使海藻酸钠焦糊，难以制成合适的凝胶珠。3刚形成的凝胶珠应在刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，形成稳定的结构。溶液中浸泡一段时间，形成稳定的结构。4制备过程要求严格的无菌操作，防止微生物污染。制备过程要求严格的无菌操作，防止微生物污染。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版下列关于固定化酵母细胞的制备步骤中不恰当的是下列关于固定化酵母细胞的制备步骤中不恰当的是()A应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母细胞活化应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母细胞活
15、化B配制海藻酸钠溶液时要用小火，或者间断加热的方法配制海藻酸钠溶液时要用小火，或者间断加热的方法C向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀合均匀D将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入将与酵母细胞混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到溶液中，会观察到CaCl2溶液中，有球形或椭球形的凝胶珠形成溶液中，有球形或椭球形的凝胶珠形成C典例典例 2返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版解析解析在制备固定化酵母细胞的过程中，刚溶化好的海藻酸钠溶液温度在制备固定化酵母细胞的过程中，刚溶化好的海藻
16、酸钠溶液温度较高，需等其冷却后才能加入已活化的酵母细胞，否则细胞会在高温下死亡。较高，需等其冷却后才能加入已活化的酵母细胞，否则细胞会在高温下死亡。答案为答案为C。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版变式训练变式训练2 在制备固定化酵母细胞的实验中，在制备固定化酵母细胞的实验中，CaCl2溶液的作用是溶液的作用是()A用于调节溶液用于调节溶液pHB用于进行离子交换用于进行离子交换C用于胶体聚沉用于胶体聚沉 D用于为酵母菌提供用于为酵母菌提供Ca2解析解析海藻酸钠胶体在海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成这种电解质溶液的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠
17、，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大凝胶珠，其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引，形成更大的胶体颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。的胶体颗粒，类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。C返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版指指 点点 迷迷 津津返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版直接使用酶直接使用酶固定化酶固定化酶固定化细胞固定化细胞催化反应催化反应单一或多种单一或
18、多种单一单一一系列一系列反应底物反应底物各种物质各种物质(大分子、小大分子、小分子分子)各种物质各种物质(大分子、小大分子、小分子分子)小分子物质小分子物质缺点缺点对环境条件非常敏对环境条件非常敏感，易失活感，易失活难回收，成本高，难回收，成本高，影响产品产量影响产品产量不利于催化一系列的不利于催化一系列的酶促反应酶促反应反应物不易与酶接反应物不易与酶接近，尤其是大分子近，尤其是大分子物质，反应效率下物质，反应效率下降降优点优点催化效率高、耗能催化效率高、耗能低、低污染低、低污染既能与反应物接既能与反应物接触，又能与产物分离触，又能与产物分离可以反复利用可以反复利用成本低、操作容易成本低、操作
19、容易返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，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固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显B在固定化酶的应用中，要控制好在固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧、温度和溶解氧C利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需提供适宜的营养条件利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，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物利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应物解析解析固定化酶的使用要控制好固定化酶的使用要
20、控制好pH、温度，但与溶解氧无关。固定化酶、温度，但与溶解氧无关。固定化酶的使用不需要适宜的营养条件。葡萄糖在固定化酵母细胞发酵中不仅作为反应的使用不需要适宜的营养条件。葡萄糖在固定化酵母细胞发酵中不仅作为反应物，还可以为酵母细胞提供营养物质和能量。物，还可以为酵母细胞提供营养物质和能量。A典例典例 3返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版核核 心心 素素 养养返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是()A从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性
21、影响小从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小B作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药C尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用D将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌和杂菌思维过程思维过程A项：酶的固定方式；项：酶的固定方式；B项：蛋白酶制剂的特点；项：蛋白酶制剂的特点；C项：尿糖项：尿糖试纸的原理；试纸的原理；D项；制备固定化酵母细胞的过程。项；制备固定化酵母细胞的过程。C案案 例例返回导航专题四酶的研究与应用
22、生物必修生物必修 人教版人教版解析解析酶的固定方式有包埋法、化学结合法和物理吸附法，物理吸附法酶的固定方式有包埋法、化学结合法和物理吸附法，物理吸附法的过程是利用吸附剂本身的表面张力，对附近的分子产生吸附，吸附剂不会与的过程是利用吸附剂本身的表面张力，对附近的分子产生吸附，吸附剂不会与被吸附物质发生化学反应而使其发生性质改变，所以物理吸附法对酶活性影响被吸附物质发生化学反应而使其发生性质改变，所以物理吸附法对酶活性影响很小，很小，A项正确；消化酶在人体消化道内发挥作用，作为消化酶使用的蛋白酶项正确；消化酶在人体消化道内发挥作用，作为消化酶使用的蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药，
23、制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药，B项正确；尿糖试纸是一种酶项正确；尿糖试纸是一种酶试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成试纸，是将葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和某种无色化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖测试尿糖含量的酶试纸，这种酶试纸与尿液相遇时，很快会因为尿液中葡萄糖含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复含量的多少而呈现一定的颜色，再次使用时颜色会有掩盖作用，所以不能反复使用，使用，C项错误；制备固定化酵母细胞时，将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗的项错误；制备固定化酵母细
24、胞时，将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗的目的是洗去目的是洗去CaCl2和杂菌，防止凝胶珠硬度过大和杂菌污染，和杂菌，防止凝胶珠硬度过大和杂菌污染，D项正确。项正确。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版方法技巧方法技巧制备固定化酵母细胞的三点提醒制备固定化酵母细胞的三点提醒(1)选用的干酵母要具有较强的活性，而且不能含有其他杂菌。选用的干酵母要具有较强的活性，而且不能含有其他杂菌。(2)溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高杀死酵母溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高杀死酵母菌。菌。(3)海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量。海藻酸钠的浓度涉及固定化
25、细胞的质量。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版问问 题题 释释 疑疑返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版练习练习1如下表所示。如下表所示。类型类型优点优点不足不足直接使直接使用酶用酶催化效率高、低耗能、低污染催化效率高、低耗能、低污染等等对环境条件非常敏感，容易失活；对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量会混在产物中，可能影响产品质量固定固定化酶化酶酶既能与反应物接触，又能与酶既能与反应物接触，又能与产物分离
26、，同时，固定在载体产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用上的酶还可以被反复利用一种酶只能催化一种化学反应，而一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物都是通过在生产实践中，很多产物都是通过一系列的酶促反应才能得到的一系列的酶促反应才能得到的固定化固定化细胞细胞成本低，操作容易成本低，操作容易固定后的细胞与反应物不容易接固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应速率下降等近，可能导致反应速率下降等返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版2提示：提示：可上网查阅资料。可上网查阅资料。3提示：提示：可以从酶的结构的多样性、对理化条件的敏感程度等角度可以从酶的结构的多样性、对理化条件的敏感程度等角度思考思考。返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版知知 识识 构构 建建返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版训训 练练 巩巩 固固返回导航专题四酶的研究与应用生物必修生物必修 人教版人教版课课 时时 作作 业业
