2020秋高中生物人教版选修1课堂演练:专题4课题3酵母细胞的固定化

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2020秋高中生物人教版选修1课堂演练:专题4课题3酵母细胞的固定化

专题 4 酶的研究与应用 课题 3 酵母细胞的固定化 1.下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法,正确的是 ( ) A.高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶 B.在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板,防止异物进入 C.将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入,果糖从反应柱下端流出 D.固定化酶技术复杂,成本较高 解析:生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶,将这种酶固 定在一种颗粒状的载体上,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筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔,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,与固定化葡萄糖异构酶接触,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。 答案:C 2.下列对固定化酶和固定化细胞的说法,正确的是 ( ) A.固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应 B.固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C.固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可以反复使用 D.固定化酶和固定化细胞都能反复使用,但酶的活性几乎不变 解析:某种固定化酶只能催化一种生化反应,其优势是酶可以反 复使用;固定化细胞技术一次能固定多种酶;固定化酶和固定化细胞 都能反复使用,但酶的活性下降。 答案:C 3.酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛应用于生产实践的各 个领域,下列有关叙述正确的是( ) A.用于治疗消化不良症的肠溶多酶片含有多种消化酶,但嚼服后 会失去疗效 B.固定化酵母细胞的常用方法是吸附法,这种方法对酵母细胞活 性影响最小 C.固定化酶的应用中,要控制好 pH、温度、溶解氧和营养条件 D.加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化学物质层层包裹,这属于固定 化酶 解析:肠溶多酶片中的酶在胃液内会被胃蛋白酶消化,因此嚼服 会失去疗效,A 正确;固定化酵母细胞通常采用包埋法,因为细胞体 积较大,吸附法难以固定酵母细胞,B 错误;固定化酶的应用中,要 控制好 pH、温度等条件,以保证酶的活性,但是不一定需要营养条件, C 错误;加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化学物质层层包裹,目的是将 酶与洗衣粉的其他成分隔离,防止表面活性剂等影响酶的活性,这是 直接使用酶制剂,不属于固定化酶,D 错误。 答案:A 4.下列关于固定化酶技术中用到的反应柱,理解正确的是( ) A.反应物和酶均可自由通过反应柱 B.反应物和酶均不能通过反应柱 C.反应物能通过反应柱,酶不能通过反应柱 D.反应物不能通过反应柱,酶能通过反应柱 解析:反应柱下端有分布着小孔的筛板,反应物能过,酶不能过, 选 C。 答案:C 5.下图为固定化酶的反应柱示意图,请据图回答: (1)请在横线上填出各标号的名称。 ①________;②________;③______________。 (2)与一般酶制剂相比,固定化酶的突出优点是______________ _____________________________________________________。 固定化细胞的优点是__________________________________ ________。 (3)③的作用是______________________________________ _____________________________________________________。 (4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有________、________或 ________。 解析:(1)使用固定化酶技术要用到反应柱,下端有分布着小孔的 筛板,反应柱中填装固定化酶。(2)与一般的酶制剂相比,固定化酶不 仅能与反应物充分接触,还能与产物分离,并且可以反复利用。但是 与固定化细胞相比,固定化酶不能催化一系列的化学反应,并且固定 化细胞成本更低,操作更容易。(3)酶颗粒无法通过筛板,而反应溶液 却可以自由出入。(4)制作固定化葡萄糖异构酶的方法有将酶相互连接 起来(化学结合法),将酶吸附在载体表面上(物理吸附法)或将酶包埋在 细微网格中(包埋法)。 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,又能与产物分离,能被反复利用 成本更 低,操作更容易 (3)使反应溶液自由出入而阻碍酶颗粒通过 (4)化学结合法 物理吸附法 包埋法 [A 级 基础巩固] 1.对固定化细胞的叙述,正确的是( ) A.催化效率高,低耗能,低污染 B.对环境的条件非常敏感,容易失活 C.既能与反应物充分接触,又能与产物分离 D.成本低,操作简单,但反应效果可能很低 解析:参照固定化细胞的优点。 答案:C 2.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.催化反应结束后,能被吸收和重复利用 D.细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用 解析:细胞内部环境稳定,利于各种酶发挥催化作用。 答案:D 3.关于固定化酶技术的说法正确的是( ) A.固定化酶技术就是固定反应物,使酶依附着载体围绕反应物旋 转的技术 B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应 C.固定化酶中的酶无法重复利用 D.固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术 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。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。 答案:D 4.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 B.固定化酶的应用中,要控制好 pH、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 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底物 解析:固定化细胞可连续催化多步反应;应用固定化酶需控制好 温度和 pH,无氧参与的反应不需控制溶解氧;利用固定化酶降解有机 磷农药,农药是反应底物,不需另外提供营养;利用固定化酵母细胞 发酵,糖类既作为反应底物,又作为酵母细胞生命活动的能源物质。 答案:A 5.大分子反应物应采用的固定化技术和理由是( ) A.固定化酶技术;可应用化学结合法或物理吸附法对酶固定,利 于大分子和酶的接触 B.固定化酶技术;可应用包埋法对酶固定,利于大分子和酶的接 触 C.固定化细胞技术;一般应用化学结合法或物理吸附法对细胞固 定,利于大分子和细胞的接触 D.固定化细胞技术;一般应用包埋法对细胞固定,利于大分子和 细胞的接触 解析:大分子反应物应采用的固定化技术是固定化酶技术,理由 是:一般用化学结合法或物理吸附法对酶固定,和包埋法相比,化学 结合法或物理吸附法有利于反应物与酶的接触。如采用固定化细胞技 术,则一般用包埋法对细胞固定,由于大分子颗粒比较大,反应物难 以进入包埋细胞的网格或颗粒,不利于反应的进行。 答案:A 6.下列关于固定化酶技术与固定化细胞技术之间关系的叙述中, 正确的是( ) A.固定化酶技术是固定化细胞技术的基础 B.固定化细胞技术是固定化酶技术的基础 C.固定化酶技术与固定化细胞技术是同时发展起来的 D.固定化细胞技术先于固定化酶技术 解析:固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的, 解决了固定化酶不能催化一系列反应的问题,因此固定化酶技术先于 固定化细胞技术。 答案:A B 级 能力训练 7.某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并开展游离酵母和固 定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答下列问题: (1)下图中钙离子的作用是使胶体聚沉,海藻酸盐起________的作 用。 凝胶珠 (2)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件 下发酵,定时记录发酵液中酒精度的变化。 产酒酒精度的比较 时间/d 游离酵母 固定化酵母 0 0 0 2 1.0 2.5 4 2.1 4.2 6 3.2 5.0 8 3.9 5.4 10 4.3 6.0 12 4.6 6.4 ① 实 验 过 程 中 的 “ 在 一 定 的 条 件 下 发 酵 ” 的 条 件 是 ________________,要求条件相同是为了确保________。 ②由表可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定 化 酵 母 在 发 酵 前 期 的 延 迟 期 比 游 离 酵 母 发 酵 前 期 的 延 迟 期 要 ________。 解析:(1)海藻酸盐起载体的作用,用于包埋酵母细胞。 (2)酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温 度、pH 等条件下进行。两组实验的条件相同,才能够确保无关变量相 同,即遵循单一变量原则。由表可知,在 12 天的发酵时间里,固定化 酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 6.4 度,游离酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 4.6 度,而且固定化酵母发酵产酒精度在第 4 天即达到 4.2 度,这 就表明固定化酵母的延迟期短。 答案:(1)包埋酵母细胞(或载体) (2)适宜的温度、pH 等 单一变量 短 8.下图为酵母细胞固定化及其应用的相关图解,请据图回答问题。 (1)某实验小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞,应使用图甲中 的方法[ ]________(填出号码及名称)。而制备固定化酶不宜用此方 法,原因是______________________________________________。 部 分 同 学 实 验 制 得 的 凝 胶 珠 如 图 乙 , 其 原 因 可 能 有 ______________________、______________________等。 (2)某实验小组用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵。a 是 ________,b 是________。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高 的原因是________________________________________________ _____________________________________________________。 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用,实验过程 一定要在________条件下进行。装置中长导管的作用是___________ ______________________________________________________。 解析:酶的固定化适宜用化学结合法和物理吸附法;酵母细胞的 固定化适宜用包埋法。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明 海藻酸钠的浓度偏高或混合液滴加速度过快(或针筒口离 CaCl2 溶液液 面距离过近)。 答案:(1)③ 包埋法 酶分子很小,容易从包埋材料中漏出 海 藻酸钠浓度过高 混合液滴加速度过快(或针筒口离 CaCl2 溶液液面距 离过近) (2)固定化酵母细胞 反应柱 葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细 胞因失水过多而死亡 无菌 释放 CO2 并防止空气中的杂菌进入反应 柱 9.固定化酶是 20 世纪 60 年代迅速发展起来的一种技术。东北农 业大学科研人员利用双重固定法,即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连 接),海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶,研究固定化酶的性质,并 对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果(注:酶活 力为固定化酶催化化学反应的总效率,包括酶活性和酶的数量),分析 回答下列问题。 (1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析,由甲图所示结果 可以得出的结论是:_______________________________________ ______________________________________________________。 (2)乙图曲线表明浓度为____________的海藻酸钠包埋效果最好, 当海藻酸钠浓度较低时,酶活力较低的原因是________________ _____________________________________________________。 (3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降,由丙图可知,固定 化酯酶一般可重复使用________次,之后酶活力明显下降。 (4)固定小麦酯酶不仅采用海藻酸钠直接包埋,而且用戊二醛作交 联剂,这是因为___________________________________________ ______________________________________________________。 答案:(1)固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范 围较广 (2)3% 海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密,酶分子容易漏出, 数量不足 (3)3 (4)酶分子很小,很容易从包埋材料中漏出 10.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答: 酵母细胞的活化→配制 CaCl2 溶液→配制海藻酸钠溶液→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 眠状态的微生物重新恢复____________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,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目 ________。 (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)固定化酶技术一般不采用包埋法固定化,原因是__________ ______________________________________________________。 解析:微生物一般在缺水干燥环境中进入休眠状态,活化就是让 处于休眠状态的微生物恢复正常生活状态。因为酵母细胞活化时体积 会增大,所以活化前应选择足够大的容器。在此实验中,配制海藻酸 钠溶液是影响实验成败的关键步骤。如果海藻酸钠浓度过低,形成凝 胶珠包埋酵母细胞数目就会减少;观察形成凝胶珠的颜色和形状,如 果颜色过浅,说明固定化酵母细胞数目较少,如果形成的凝胶珠不是 圆形或椭圆形,说明海藻酸钠浓度偏高,制作失败,需要重新配制; 因为酶分子很小,容易从包埋材料中漏出,所以制备固定化酶一般不 宜用包埋法。 答案:(1)缺水 正常的生活 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)酶分子很小,容易从包埋材料中漏出 11.某一实验小组的同学,欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄 糖溶液发酵实验,实验材料及用具齐全。 (1)酵母细胞的固定采用的方法是________。 (2)请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞过程的步骤: ①配制 CaCl2 溶液时应用蒸馏水。 ②海藻酸钠溶液应用______________加热。 ③海藻酸钠溶液必须______________才能加入酵母细胞。 ④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入____________ 中形成________。 (3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。 ①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用,实验过 程中,一定要在________条件下进行。 ②加入反应液后的操作是关闭__________________________。 ③装置的长导管起到什么作用?__________________________ ____________________________________________________。 (4)试分析下图中,与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相 似的是( ) 解析:由于细胞过大,难以被吸附或结合,因此多采用包埋法进 行固定化。操作过程中,必须等海藻酸钠溶液冷却后才能将其与酵母 细胞混合,否则酵母细胞会在高温下死亡。酵母菌利用葡萄糖的发酵 过程中会产生 CO2,为减小装置中的压力,应及时将其排出。 答案:(1)包埋法 (2)②小火或间断 ③冷却至室温 ④氯化钙溶 液 凝胶珠 (3)①无菌 ②活塞 1 和活塞 2 ③释放 CO2,减小反应 柱内压力并可防止其他微生物污染 (4)D
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