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课题3 酵母细胞的固定化
一、课题目标
1.说出固定化酶和固定化细胞作用和原理
2.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
二、重点、难点
制备固定化酵母细胞
自主探究
知识点 思考与讨论 归纳与总结
一、课题背景 仔细阅读课题背景，想一想，我们如何能实现酶的固定化和细胞的固定化？ 酶：优点：催化效率高，低耗能、低污染，大规模地应用于食品、化工等各个领域。 实际问题：对环境条件敏感，易失活；溶液中的酶很难回收，不能再次利用，提高了生产成本；反应后的酶会混合在产物中，如不除去，会影响产品质量。 设想： 固定化酶：优点 实际问题：一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成 都是通过一系列的酶促反应才能得到的 设想： 固定化细胞：优点
二、固定化酶的应用实例 仔细阅读课文，举例说明固定化酶技术是如何实现的？与一般的酶反应相比，意义在哪里？ 高果糖浆是指 能将葡萄糖转化为果糖的酶是 。使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种 上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的 。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与 接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量。
三、固定化细胞技术 阅读课文，试说明固定化酶技术与固定化细胞技术有哪些异同？ 固定化酶和固定化细胞是利用 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、 和 法。一般来说，酶更适合采用 和 法固定，而细胞多采用 法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被 或 ，而个小的酶容易从 中漏出。包埋法法固定化细胞即将微生物细胞 包埋在不溶于水的 中。常用的载体有 、 、 、 和 等。
四、实验操作 实验操作中，制备固定化酵母细胞的操作可以分为哪几步？应该注意哪些问题？ (一)制备固定化酵母细胞制备固定化酵母细胞需要的材料是 、 和 1.酵母菌的活化活化就是处于 状态的微生物重新恢复正常的生活状态。2.配制物质的量尝试为0.05mol/L的Cacl2溶液3.配制海藻酸钠溶液加热溶化海藻酸钠时要注意： 4.海藻酸钠溶液与酵母菌细胞混合5.固定化酵母细胞以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的 溶液中，并浸泡 (时间)。(二)用固定化酵母细胞发酵1.将固定好的酵母细胞用 冲洗2-3次。2.发酵时的温度就为 ，时间 。
五、结果分析与评价 结果分析中，如何通过凝胶珠的特点来判断细胞固定化是否成功？ （一）观察凝胶珠的颜色和形状如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明 ；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明 ，制作失败，需要再作尝试。（二）观察发酵的葡萄糖溶液利用固定的酵母细胞发酵产生酒精，可以看到产生了很多 ，同时会闻到
六、课题延伸 工厂化生产是在什么条件下进行的？ 工业生产中，细胞的固定化技术是在 条件下进行的
[巩固练习]
1.使用固定化细胞的优点是( )。
A.能催化大分子物质的水解 　B．可催化一系列化学反应
C．与反应物易接近 　 D．有利于酶在细胞外发挥作用
2.酶的固定方法不包括( )。
A.将酶吸附在固体表面上 B．将酶相互连接起来
C．将酶包埋在细微网格里 D． 将酶制成固体酶制剂，如加酶洗衣粉中的酶
3.下列关于酶制剂的叙述错误的是( )。
A． 酶制剂是包含酶的制品 B．包内酶和包外酶均可用于制成酶制品
C．酶制品的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化等
D．固定化细胞不属于酶制剂
4.如果反应物是大分子物质，采用那种方法催化受限制( )。
A．直接使用酶 B．使用化学方法结合的酶
C．使用固定化细胞 D．使用物理吸附法固定的酶
5.下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是( )。
A． 酶分子很小，易采用包埋法 B．酶分子很小，易采用化学结合或物理吸附法固定的酶
C．细胞个大，难被吸附或结合 D．细胞易采用包埋法固定
6. 关于固定化酶的叙述不正确的是 ( )。
A． 既能与反应物接触，又能与反应物分离 B．固定在载体上的酶可被反复利用
C．可催化一系列反应 D．酶的活性和稳定性受到限制
7.固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是( )。
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用
C．促化反应结束后，能被吸收和重复利用
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用
8.关于酵母细胞活化的说法，不正确的是( )。
A．酵母细胞活化就是由无氧呼吸变成有氧呼吸
B．活化就是让处于休眠状态的细胞恢复生活状态
C．酵母细胞活化所需要的时间较短 D．酵母细胞活化后体积增大
9.下列关于酶的叙述中正确的是( )。
A． 酶都提取于动植物细胞 B．酶制剂能够重复利用
C．果酒和果汁能够用酶制剂澄清 D．酶固定后称为酶制剂
10.对配制海藻酸钠溶液的叙述不准确的是( )。
A．加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环
B.海藻酸钠的浓度涉及固定化细胞的质量
C．海藻酸钠的浓度过高，易形成凝胶珠
D．海藻酸钠的浓度过低，形成凝胶珠内包埋细胞过少
11．目前，日用化工厂大量生产的酶制剂，其中的酶大都来自
A．化学合成 B动物体内 C植物体内 D微生物体内
12.下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答：
(1)请请在横线上填出各标号名称.①________
②_________ ③_________。
(2) 与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点
是_____________和_____________,
固定化细胞的优点是___________________。
(3)③的作用是_______________。
（4）制作固定葡萄糖异构酶所用的方式有_________或_______________。
（5）据图说出反应柱的作用原理 。
13.下图是制备固定化酵母细胞实验步骤图解，请据图回答：
酵母细胞活化→配制CaCl2溶液→配置海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞
(1) 在_______________状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物恢复_________状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_________。
(2) 影响实验成败的关键步骤是_______________ 。
(3) 如果海藻酸钠浓度过低，形成凝胶珠包埋酵母细胞数目______。
（4）观察形成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圆形或椭圆形，
说明 。
（5）制备固定化酶不宜用包埋法，为什么？
知识拓展：
在具体的操作过程中，还应该注意下列问题。
（一）酵母细胞的活化。在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5～1 h，教师需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。
（二）加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，涉及到实验的成败，教师一定要提醒学生按照教材的提示进行操作。海藻酸钠的浓度涉及到固定化细胞的质量。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细胞的数目少，影响实验效果。
（三）刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检验凝胶珠的质量是否合格，可以使用下列方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，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，也能表明制备的凝胶珠是成功的。
直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。
类型 优点 不足
直接使用酶 催化效率高，低耗能、低污染等。 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。
固定化酶 酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。 一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。
固定化细胞 成本低，操作更容易。 固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。
12、答案：（1）反应柱； 固定化酶； 分布着小孔的筛板 （2）既能与反应物接触，又能与反应物分离； 能被反复利用，成本更低，操作更容易 （3）酶颗粒无法通过筛板上的小孔，反应溶液可自由出入。（4）将酶相互连接起来；将酶吸附在载体表面上 （5）反应物溶液从反应柱上端注入，使反应物溶液流过反应柱，与固定化酶接触，得到产物，从反应柱下端流出。
13、答案：（1）缺水； 正常生活状态； 体积增大（2）配制海藻酸钠溶液； (3)少
（4）固定化酵母细胞数目较少； 海藻酸钠浓度偏高，制作失败
（5）因为酶分子很小，容易从包埋材料中露出
①
②
③
①
②
③

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