2014高考生物二轮复习：4.3 酵母细胞的固定化课件 新人教版选修1

【解析】 固定化酶耐受性比较好，和溶解氧没 有关系；利用固定化酶降解水体中的有机磷农药， 需要固定化酶发挥作用，不需要提供营养条件； 利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类既可以作为 反应底物，也可以作为碳源来调节酵母菌的代谢 方式。 【探规寻律】 (1) 酶和细胞的固定方法容易混淆， 酶分子很小，适于用化学结合法和物理吸附法固 定；细胞个大，难以被吸附或结合，多采用包埋 法固定。 (2)固定化细胞可以保证细胞的完整性，由于环境 条件改变比较小，所以酶的活性较为稳定。
跟踪训练 下列关于固定化酶的说法，错误的是 ( ) A．固定化酶不能催化一系列反应 B．固定化酶可以再次利用，降低了生产成本 C．固定后的酶既能与反应物接触，又能与产物 分离 D．固定化酶易溶于水 解析：选D。酶在水溶液中以自由的游离状态存 在，被固定后便从游离状态变为牢固地结合于载 体的状态，不溶于水；固定化酶催化反应单一， 与反应物可以多次作用，有的达几十、几百次， 甚至连续使用几年。
固定化细胞 一系列
小分子物质
反应物不易与 酶接近，尤其 是大分子物质， 反应效率下降
成本低、操作 容易
特别提醒
(1)固定化细胞使用的都是活细胞，因而为了保
证其生长、增殖的需要，应该为其提供一定的
营养物质。
(2)固定化细胞由于保证了细胞的完整性，因而
酶的环境改变小，所以对酶的活性影响较小。
例1 (2011年南京市高二检测)下列关于固定化酶
核心要点突破
直接使用酶、固定化酶、固定化细胞 的比较
酶的种数 常用载体
直接使用酶 一种或几种
制作方法 是否需要营养 物质 否
固定化细胞 一系列酶 明胶、琼脂糖、 高岭土、皂土、 海藻酸钠、醋 硅胶、凝胶 酸纤维素、聚 丙烯酰胺 化学结合固定 化、物理吸附 包埋法固定化 固定化
否 是
固定化酶 一种
直接使用酶 固定化酶 催化反应 单一或多种 单一 各种物质(大分 各种物质(大分 反应底物 子、小分子) 子、小分子) ①对环境条件非 常敏感，易失活 不利于催化一 缺点 ②难回收，成本 系列的酶促反 高，影响产品质 应 量 ①既能与反应 催化效率高、耗 物接触，又能 优点 能低、低污染 与产物分离② 可以反复利用
思考感悟
为什么酶适合采用化学结合法和物理吸附法固定
化，而细胞多采用包埋法固定化？
【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，而个小的酶容易从包埋
材料中漏出。
三、实验操作程序 蒸馏水 ， 1 ．酵母细胞的活化：向干酵母中加入 _______ 生活状态 。 使其恢复正常的__________ 2．配制CaCl2溶液。 3．配制海藻酸钠溶液。在加热时要用小火或 间断加热 。 ___________ 酵母细胞 混合。 4．海藻酸钠溶液与_________ 5．固定化酵母细胞。 6．用固定化酵母细胞发酵：将凝胶珠加入用于发 葡萄糖 溶液后，发现有______ 气泡 产生，同时有 酵的_______ 酒味散发。
【易误警示】 (1) 选用的干酵母要具有较强的活 性，而且物种单一。 (2) 酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应选 择体积足够大的容器，防止酵母细胞的活化液溢出. (3)溶解CaCl2时勿用自来水，以免杂质离子影响实 验结果。 (4) 海藻酸钠溶液的配制是固定化酵母细胞的关键， 因为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 数量少，也会影响实验效果。
和固定化细胞的叙述中，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发酵，糖类的作用 只是作为反应底物 【尝试解答】 __A__
情境导引
20 世纪 7各种方法将细胞与一定的载 , 体结合，使细胞 仍保持原有的生物活性，这 , 一过程称为细胞的 固定化。固定化细胞仍 , 能进行正常的生长、繁 殖和代谢，可以像游 , 离的细胞一样用于发酵生 产。1976年，法国科学家首次用固定化酵母菌细 胞生产啤酒和酒精。
(4)如果制作的凝胶珠颜色过浅呈白色，说明海藻 酸钠的浓度偏低。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，制作失败, 需要再作尝试。 (5)由于酵母细胞个体较大，不易从包埋材料中漏 出，故细胞的固定化一般采用包埋法。 (6)海藻酸钠胶体在CaCl2电解质溶液中发生聚沉， 形成凝胶珠。
制备固定化酵母细胞的实验流程
特别提醒
(1) 干燥的酵母水分含量较少，酵母菌处于休眠状 态，此时酶的活性较低。 (2)CaCl2的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成 凝胶珠。
例2 (2011 年泰安市高二质检 ) 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________。
包埋法 、化学结合法和 2．方法：包括________ 物理吸附法 。细胞多采用_________ 包埋法 固定化，而酶 _____________ 化学结合 和物理吸附法固定化。 多采用__________ 微生物细胞 3．载体：包埋法固定化细胞常用的是___________ 海藻酸钠 载体材料，如明胶、琼脂糖、 _________、醋酸纤维 素和聚丙烯酰胺。 4．优点 产物 分 (1)固定化酶既能与________ 反应物 接触，又能与______ 离，可以反复利用。 (2)固定化细胞技术制备的成本更低，操作更容易。
(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)固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是 _________________________________________。 (6)该实验中CaCl2溶液的作用是 _____________________________________________ ___________________________。
【互动探究】 如果要制作反复使用的固定化 酵母细胞，应该在实验中注意哪些问题？ 【提示】 固定化酵母细胞要能反复使用必须 保证酵母菌具有非常高的活性，同时要防止微 生物污染。注意事项：①酵母菌菌种要纯。② 所有实验用具和材料要严格消毒。③实验时应 注意控制温度，不宜过高，否则易杀死酵母菌。 ④应定期提供全面的营养物质，让酵母菌能够 继续生长繁殖。
基础自主梳理
一、固定化酶的应用实例 1．能将葡萄糖转化为果糖的酶是 葡萄糖异构酶 ，该酶稳定性好。 ________________ 酶颗粒 无法通过，反 2．反应柱上的孔应满足_______ 应溶液可以自由通过。 二、固定化酶和固定化细胞技术 物理 或_______ 化学 方法将酶或细 1．概念：利用_______ 胞固定在一定空间内的技术。
(5)将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母 细胞混合，避免高温杀死酵母细胞。 (6)固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠与酵母细胞 的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中，而 不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
【尝试解答】
增大
(1) 缺水
正常的生活
体积会
(2)配制海藻酸钠溶液
(4) 海藻酸钠浓度偏低
(3)少
海藻酸钠浓度偏高，制
作失败
(5)细胞个体大，不易从包埋材料中漏出
(6)使胶体聚沉
【解析】 该题以制备固定化酵母细胞的过程为 载体，考查实验的操作程序、关键步骤、注意事 项及有关试剂的作用。 (1)酵母菌在干燥时，处于休眠状态，需加水活化， 否则制成的固定化酵母细胞在发酵时酶活性较低 且酵母菌增殖缓慢。 (2)该实验的关键是海藻酸钠溶液的配制。 (3)如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠所包 埋的酵母细胞的数目少，影响实验效果。
课题3 酵母细胞的固定化
课标领航 1 ．说出固定化细胞和固定化酶的作用和原 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。 3 ．结合必修教材有关酶的性质及作用特点 等分析固定化酶和固定化细胞在生产实践中 的优越性。 【重点】 固定化细胞和固定化酶的作用及 原理。 【难点】 固定化酵母细胞的制备。