【生物】2019届一轮复习人教版专题74固定化酶和固定化细胞技术教案

【生物】2019届一轮复习人教版专题74固定化酶和固定化细胞技术教案

‎1．利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例 ‎（1）高果糖浆的生产需要葡萄糖异构酶。‎ ‎（2）葡萄糖异构酶的优点：稳定性好、可以持续发挥作用。‎ ‎（3）在生产中直接使用酶的缺点：无法回收，造成浪费。‎ ‎2．固定化酶的反应 如图为固定化酶的反应柱示意图 使用固定化酶技术，将这种酶（葡萄糖异构酶）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，提高了果糖的产量和质量。‎ ‎3．固定化细胞技术 ‎（1）概念 讲解固定化细胞技术概念：利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间的技术。细胞中含有一系列酶，在细胞正常生命活动的过程中，通过代谢产生所需要的代谢产物。‎ ‎（2）将酶或细胞固定化的方法 ‎①包埋法：将酶（或细胞）包埋在细微网格里。‎ ‎②化学结合法：将酶（或细胞）相互连接起来。‎ ‎③吸附法：将酶（或细胞）吸附在载体表面上。‎ ‎4．固定化酶和固定化细胞的联系与区别 ‎（1）联系：应用相同，都能催化某些反应。‎ ‎（2）区别 ‎①固定化细胞技术操作容易，成本低，容易回收；‎ ‎②固定化细胞技术对酶活性影响更小；‎ ‎③固定化细胞固定的是一系列酶；‎ 由于大分子难以通过细胞膜，固定化细胞的应用有一定的限制。‎ ‎（3）固定化酶和固定化细胞常用的载体材料 固定化酶和固定化细胞常用的载体材料有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等，其共同的特点是不溶于水的多孔性载体。‎ ‎5．制备固定化酵母细胞 ‎（1）酵母细胞的活化 活化：让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。‎ 本质：加快新陈代谢；方法：加入适量的水。‎ 步骤：取1 g干酵母，放入50 mL的小烧杯中，加入蒸馏水10mL，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，放置1h左右使其活化。‎ ‎（2）配制物质的量浓度为0.05 mol/L的CaCl2溶液 称取无水CaCl20.83 g，放入200 mL的烧杯中，加入150 mL的蒸馏水，使其充分溶解，待用。‎ ‎（3）配制海藻酸钠溶液 称取0.7 g海藻酸钠，放入50 mL小烧杯中。加人10 mL水，用酒精灯加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10 mL。注意，加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。‎ ‎（4）海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的醉母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。‎ ‎（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CaCl2溶液中，观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。将这些凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡30 min左右。‎ 考向一 固定化酶和固定化细胞 ‎1．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酒精发酵，底物一定是葡萄糖 ‎【参考答案】A 解题技巧 酶和细胞固定方法的选择 酶适合采用化学结合和物理吸附法固定，细胞适合采用包埋法固定。‎ 原因：细胞个大，酶分子很小，个体大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋的材料中漏出。‎ ‎2．固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是 A．酶的提取纯化过程，避免了细胞破碎 B．固酶化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用 C．酶促反应结束后，能被吸收和重复利用 D．细胞结构保证了各种酶的细胞内环境，化学反应中能更好的发挥作用 ‎【答案】D ‎【解析】固定化细胞对酶的影响最小的根本原因是酶在细胞内，受到细胞的保护作用，受外界影响较小，维持相关酶的活性，保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用，故D项正确，A、B、C项错误。‎ 考向二 制备固定化酵母细胞 ‎3．下列有关固定化酵母细胞制备步骤的叙述不恰当的是 A．应使干酵母与水混合并搅拌，以利于酵母菌活化 B．配制海藻酸钠溶液时要用小火间断加热方法 C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀 D．将与酵母混匀的海藻酸钠液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液有凝胶珠形成 ‎【参考答案】C 溶液有凝胶珠形成，D正确。学&科网 易错警示 ‎（1）配制海藻酸钠溶液：小火、间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。‎ ‎（2）海藻酸钠溶液与酶母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡。‎ ‎（3）制备固定化酵母细胞：高度适宜，并匀速滴入。‎ ‎（4）刚溶化的海藻酸钠应冷却后再与酵母菌混合，否则温度过高会导致酵母菌死亡。‎ ‎4．下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答：‎ 活化酵母细胞→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）如果海藻酸钠溶液浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目____________，影响实验效果。‎ ‎（3）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______________________________________________。‎ ‎（4）固定化细胞技术一般采用包埋法，原因是_______________________________。‎ ‎【答案】（1）缺水 正常的生活 体积会增大 ‎（2）少 ‎（3）海藻酸钠溶液浓度偏低 海藻酸钠溶液浓度偏高，制作失败 ‎（4）细胞个大，不易从包埋材料中漏出 固定。‎ ‎1．关于酶的应用，下列叙述错误的是 A．用热水溶解洗衣粉后再将水温调到适宜温度 B．物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小 C．酶的固定化有利于实现酶的重复利用 D．口服多酶片中的胰蛋白酶可在小肠中发挥作用 ‎2．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影响小 B．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 D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2和杂菌 ‎3．下列有关酵母细胞固定化实验操作目的及结果分析，错误的是 A．干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化 B．配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊 C．若海藻酸钠的浓度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少 D．凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短，不影响发酵效果 ‎4．如图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是 A．物理吸附法、化学结合法、包埋法 B．化学结合法、物理吸附法、包埋法 C．包埋法、物理吸附法、化学结合法 D．包埋法、化学结合法、物理吸附法 ‎5．关于酵母细胞的活化，下列说法错误的是 A．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 B．酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.5~1 h C．酵母细胞活化时，体积会变小 D．将干酵母放入盛水的小烧杯中，不断搅拌成糊状，放置在适宜的条件下即可活化 ‎6．用固定化酵母进行葡萄糖的发酵，结果发现产生的酒精很少，可能的原因是 ①干酵母未进行活化处理 ②CaCl2溶液浓度过高 ③加入酵母细胞前海藻酸钠溶液未冷却 活化酵母菌用的是蒸馏水 A．①②③ B．①② C．①③ D．①②③‎ ‎7．如图表示科研人员利用固定化葡萄糖异构酶来生产高果糖浆的过程，相关叙述正确的是 A．固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要小 B．在生产过程中，需严格控制好pH、温度、溶解氧等环境因素 C．在生产过程中，通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进行 D．由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低，此反应柱可持续用于生产 ‎8．固定化酶具有易与反应物产物分离，可反复利用，有利于产物的纯化等优点，因此在生产中得到广泛应用。酶在固定化过程中其活性会受固定的时间和温度影响，如图所示。据此分析错误的是 A．固定化酶更适合采用化学结合法和包埋法 B．固定时间段相对活性较低的原因可能是酶未完全足量地被固定 C．固定温度为50 ℃时，相对活性低的原因可能是高温使酶变性失活 D．酶的最佳固定条件为固定时间3 h左右，温度45 ℃左右 ‎9．小球藻是一种单细胞绿藻，能进行高效的光合作用，可以有效除去污水中的N、P等。其繁殖能力(生长量)在一定程度上可以反映藻细胞消耗N、P等的能力。科研人员对此进行了相关研究，结果如图。请回答下列问题：‎ ‎[]‎ ‎（1）图1说明固定化小球藻生长周期比游离小球藻________，使用固定化小球藻处理污水的好处是______________________________。‎ ‎（2）固定化小球藻的常用方法是________。根据图2判断，固定化小球藻最适的海藻酸钠溶液浓度为________，固定形成的凝胶珠颜色是________。若海藻酸钠浓度过高，细胞生长量反而降低，原因是形成的凝胶珠网格过于致密，导致________。‎ ‎（3）据图3可知，制备的凝胶球直径为________较适宜，凝胶珠直径过大，不利于小球藻获得充足的___________________。学￥科网 ‎10．下面是某同学所做的生成啤酒酿造实验，请根据其实验过程，回答相关问题：‎ 实验原理：利用固定化酵母菌分解麦芽汁，生成啤酒。实验步骤：‎ 第一步：酵母细胞活化。取一克干酵母，放入50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，用玻璃棒搅拌均匀，放置一小时，使其活化。‎ 第二步：配制海藻酸钠溶液。取0.7 g海藻酸钠，放入另一只50 mL的小烧杯中，加蒸馏水10 mL，并搅拌，直至溶化，用蒸馏水定容至10 mL。加热时，注意火候。‎ 第三步：海藻酸钠与酵母细胞混合。将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入活化的酵母细胞，充分搅拌均匀。‎ 第四步：用注射器以恒速将上述混合液滴加到0.05 mol/LCaCl2溶液。制成凝胶珠。‎ 第五步：倒去CaCl2溶液，加无菌水洗涤三次后，将凝胶珠放入500mL三角瓶中，加入300mL麦芽汁溶液，置于25 ℃下封口，发酵五天后，倒出发酵后的麦芽汁即为啤酒，品尝其口味。‎ ‎（1）酵母细胞活化的作用是_________________。第二步中注意火候指的是____________。第三步中为什么要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞，原因为_______________。‎ ‎（2）上述固定化细胞的方法称为__________，形成的凝胶珠颜色为浅黄色，如果凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度________，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠浓度__________。‎ ‎（3）与固定化酶相比，该方法的优点是_____________________________。[]‎ ‎（4）要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的________________条件下进行，同时要控制适宜的____________和____________。‎ ‎11．（2017·江苏卷）固定化单宁酶应用于茶饮料加工，可消除其中的苦涩味。下列有关叙述正确的是 A．在单宁酶纯化时可采用透析法去除杂蛋白[来源:]‎ B．化学结合法比吸附法对单宁酶活性影响更小 C．温度、pH 和重金属离子都可能影响固定化单宁酶活性 D．酶的高效性决定固定化单宁酶不会降解茶饮料中的有益成分 ‎12．（2017·江苏卷）下列关于“酵母细胞的固定化技术”实验的叙述，正确的是 A．活化酵母时，将适量干酵母与蒸馏水混合并搅拌成糊状 B．配制CaCl2 溶液时，需要边小火加热边搅拌 C．将海藻酸钠溶液滴加到CaCl2 溶液时，凝胶珠成形后应即刻取出 D．海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈蝌蚪状 ‎13．（2016·江苏卷）为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响，以及固定化藻对含Zn2+污水的净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下。请回答下列问题：‎ ‎（1）实验中的海藻酸钠作用是 ，CaC l2的作用是 。‎ ‎（2）为洗去凝胶球上残余的CaC l2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用 洗涤。图1 中1. 0%海藻酸钠组培养24 h 后，移去凝胶球，溶液呈绿色，原因是______________________。‎ ‎（3）为探索固定化藻对含Zn2+污水的净化作用，应选用浓度为 的海藻酸钠制备凝胶球。‎ ‎（4）图2中空白凝胶球组Zn2+浓度下降的原因是 。结合图1和图2分析，固定化藻的实验组24~48 h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是 ；72~96 h间Zn2+浓度下降速度较慢的原因有 。‎ ‎1．【答案】A ‎【解析】高温会使酶失活，所以不能用热水溶解洗衣粉，A错误；化学结合法可能影响酶的活性部位而影响反应效果，而吸附法是物理方法，不影响酶的分子结构，B正确；与直接利用酶相比，酶的固定化有利于实现酶的重复利用，C正确；酶是蛋白质，在胃液中会被胃蛋白酶分解，多酶片是胰酶（蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶）和胃蛋白酶的复合制剂，片剂在制作时先包肠溶衣，然后包上胃蛋白酶，再包糖衣即可成药，服下后，糖衣层在胃液中迅速崩解溶化，胃蛋白酶在胃液中充分发挥作用，而胰蛋白酶在小肠才发挥作用，D正确。‎ ‎2．【答案】C 和杂菌，D正确。‎ ‎3．【答案】D ‎【解析】干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀成糊状，放置1h左右，使其活化，A项正确；为防海藻酸钠焦糊，配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止，B项正确；若海藻酸钠的浓度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少，C项正确；凝胶珠在CaCl2溶液中浸泡时间的长短会影响发酵效果，D项错误。‎ ‎4．【答案】D ‎【解析】据图分析，①表示包埋法，将酶包埋在细微网格内；②表示化学结合法，将酶互换链接起来；③表示物理吸附法，将酶吸附在载体表面。‎ ‎5．【答案】C ‎【解析】活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态，A正确；酵母细胞活化的时间较短，一般需要0.5~1 h，B正确；酵母细胞活化时，体积变大，C错误；将干酵母细胞放入盛水的小烧杯中，用玻璃棒搅拌，使酵母细胞混合均匀，成糊状，使其活化，D正确。‎ ‎6．【答案】A ‎【解析】利用酵母菌进行葡萄糖的发酵产生的酒精较少的主要原因是参与发酵的酵母较少，题中的①②③都会造成这一结果，而酵母菌活化时用的就是蒸馏水，A项正确。‎ ‎7．【答案】C ‎【解析】固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要大，A错误；酶的活性受pH、温度的影响，但不受溶解氧的影响，B错误；反应过程中可通过控制阀调节果糖流出的速率，保证反应充分进行，C正确；固定化葡萄糖异构酶可多次重复使用，但一定时间后酶的活性也会降低，D错误。‎ ‎8．【答案】A ‎【解析】一般来说，固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法，而固定化细胞多采用包埋法，A项错误；若固定时间短，酶未完全足量地被固定，则可导致酶的相对活性较低，B项正确；高温会破坏酶的空间结构而导致酶变性失活，C项正确；曲线图显示：固定时间3 h左右和固定温度45 ℃左右时，酶的相对活性最大，所以此条件为酶的最佳固定条件，D项正确。‎ ‎9．【答案】（1）较长 便于从污水中分离，防止二次污染（或可以重复利用）‎ ‎（2）包埋法 1.5% 绿色 培养液中的底物和藻细胞产生的代谢废物不易进出凝胶珠 ‎（3）0.3 mm 光照和营养物质 利于小球藻获得充足的光照和营养物质。‎ ‎10．【答案】（1）让休眠状态的酵母细胞恢复到正常的生活状态 小火或间断加热 防止高温杀死酵母细胞 ‎（2）包埋法 过低（偏低） 过高（偏高）‎ ‎（3）成本更低，操作更容易 ‎（4）灭菌 温度 pH ‎【解析】（1）酵母细胞活化的作用是让休眠状态的酵母细胞恢复到正常生活状态。第二步中注意火候指的是用小火或间断加热，防止海藻酸钠焦糊。为防止高温杀死酵母细胞，所以第三步中要等海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞。（2）上述固定化细胞的方法称为包埋法，形成的凝胶珠颜色为浅黄色。如果形成的凝胶珠颜色过浅，则配制的海藻酸钠溶液浓度过低，如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则配制的海藻酸钠浓度过高。（3）与固定化酶相比，固定化细胞的优点是成本更低，操作更容易；省去酶的分离、提纯等工序，同时酶的活性更稳定。（4）要想反复使用固定化酵母细胞，实验过程要在严格的无菌条件下进行，同时要控制适宜的温度和pH，以保证酵母细胞的活性。‎ ‎11．【答案】C ‎【解析】透析法是利用膜的选择透过性去除混合物中的小分子物质，不能去除杂蛋白，A错误；物理吸附法比化学结合法对单宁酶活性影响更小，B错误；温度、pH和重金属离子都会影响酶活性，C正确；酶的专一性决定了单宁酶不会降解茶饮料中的有益成分，D错误。‎ ‎12．【答案】A ‎13．【答案】（1）包埋绿球藻（包埋剂） 与海藻酸钠反应形成形成凝胶球（凝固剂） ‎ ‎（2）培养液（生理盐水） 海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）‎ ‎（3）2.0% ‎ ‎（4）凝胶球吸附Zn2+ 绿球藻生长（增殖）速度快 绿球藻生长（增殖）速度减慢，溶液中Zn2+浓度较低 ‎【解析】（1）海藻酸钠溶液在CaCl2溶液中形成凝胶球，包埋绿球藻。（2）可采用生理盐水洗去凝胶球上残余的CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性。溶液呈绿色，说明固定化的绿球藻数量少，原因是海藻酸钠浓度过低（凝胶球孔径过大）。（3）根据图1可知，浓度为2.0%的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的增殖。（4）空白凝胶球容易吸附Zn2+，导致溶液中Zn2+浓度下降；根据图1和图2分析，固定化藻的实验组24~48 h间绿球藻数量增加最快，导致Zn2+浓度下降速度较快，72~96 h间绿球藻数量基本不再增加。学%科网