第三讲 酵母细胞的固定化

★要点落实：

 1．固定化酶

　（1）酶的应用：广泛应用于食品、化工、轻纺、医药等各个领域

（2）应用普通酶的缺点

　①在　　　　、　　　　、　　　　和有机溶剂等环境下容易失活

　②溶液中的酶很难回收，不能被　　　　，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，

影响　　　　。

　（3）固定化酶的实例－高果糖浆的生产

　　　①反应机理：葡萄糖在　　　　  　　　　　酶的催化下生成果糖。

　②反应柱：酶固定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到柱内，柱子底端装上

分布着许多小孔的筛板，　     　　无法通过小孔，而　     　溶液可

自由出入。

　③反应过程：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，从下端流出。

　　　④反应柱的优点：能　　    　　半年，大大降低成本，提高果糖的产量和质量。

2．固定化细胞

　（1）固定化技术：利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术

　（2）固定化方法

　　　 ①　　        法：将酶或细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中（或细微网格里）。

　　 　②　　　　　　法：将酶分子或相互结合，或将其结合到载体上。

　　　 ③　　      　法：将酶吸附到载体表面上

（3）固定化酶和固定化细胞的适用方法

　　 　①酶更适合采用　　   　　和　　    　　法固定化，因为酶分子较小，容易从包

埋材料中漏出；

　　 　②细胞多采用　　     　　，因为细胞体积大，难以被吸附或结合。

（4）常用的包埋细胞的多孔载体：明胶、琼脂糖、　　　     　　　　　、醋酸纤维素

和聚丙烯酰胺等

（5）固定化细胞的优点：与固定化酶相比，　　　     　　　，　　　     　　　。

★要点突破：固定化技术

固定化技术的方法及适用对象等基础知识，以及固定化酵母细胞的操作要点及要注意的问题都是常考点，考生务必熟悉记牢。

【例1】酵母菌与人们的日常生活密切相关，也是现代生物技术研究常用的模式生物，生物兴趣小组对此进行了下列研究。请你根据他们的研究内容回答酵母细胞的固定化问题：　　   　

（1）在制备固定化酵母细胞过程中，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵母菌，原因是                                           。

  （2）如果在CaCl2溶液中形成的凝胶珠颜色过浅，说明                        。

  （3）本实验所用的固定化技术是包埋法，而制备固定化酶则不宜用此方法，原因是                     

                                                。

  （4）利用固定化酵母细胞进行酒精发酵，与直接接种酵母菌相比较有哪些优点？（说出

两点）                      、                             。

答案：（1）防止高温杀死酵母菌；（2）固定化酵母细胞数目较少；

（3）酶分子很小，容易从包埋材料中漏出；

（4）能多次重复利用  降低生产成本

解析：（1）因为要将海藻酸钠与酵母细胞混合，酵母细胞是活细胞，需要适宜的温度，刚熔化的海藻酸钠温度过高，会杀死酵母细胞；

（2）海藻酸钠为白色粉末，易溶于水，因此凝胶珠颜色的深浅主要与酵母菌的数量有关，酵母菌数量多，则颜色深，数量少则颜色浅；

（3）酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，因为酶分子较小，容易从包埋材料中漏出。

★跟踪训练

　 1．下列有关固定化酵母细胞制备步骤正确的是

A．应使干酵母与自来水混合并搅拌，以利于酵母菌活化

B．配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热的方法

C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母细胞，充分搅拌并混合均匀

D．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CaCl2溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成

★基础训练

一、单项选择

1．固定化细胞技术不包括 

A．包埋法       B．化学结合化         C．物理法       D．生物法

2．固定化酶的优点

A．有利于增加酶的活性               B．有利于酶发挥作用

C．有利于提高反应速度               D．有利于产物的纯化

3．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是

A．聚乙烯树脂        B．醋酸纤维素      C．聚丙烯酰胺     D．琼脂糖

4．下列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将酶依附着载体围绕反应旋转的技术

   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

5．下列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，以利于酵母菌活化

   B．配制海藻酸钠溶液时要用小火或间断加热的方法

   C．向刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入已活化的酵母菌细胞，充分搅拌并混合均匀

   D．将与酵母菌混匀的海藻酸钠溶液注入CaCl2溶液中，会观察到CaCl2溶液中有球形或椭球形的凝胶珠形成

6．酵母细胞的活化是指

A．让酵母细胞恢复运动状态    　     

B．让酵母细胞在缺水状态下更容易休眠         

C．让酵母细胞内酶活性增强     　    

D．让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态

7．下列叙述不正确的是：

A．从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶更容易

B．固定化细胞比固定化酶对酶活性的影响更小

C．固定化细胞固定的是一种酶

D．将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择固定化细胞技术

8．下列制备固定化酵母细胞的正确步骤是：

   ①配制CaCl2溶液   ②制备海藻酸钠溶液   ③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合 

④酵细胞细胞活化   ⑤固定化酵细胞

A．①②③④⑤        B．④①③②⑤      C．④⑤②①③     D．④①②③⑤

二、非选择题

9．利用下列材料用具，验证固定化酵母细胞能发酵生产啤酒。

实验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇。

材料用具：麦芽汁液体培养基、新鲜斜面啤酒酵母、海藻酸钠、葡萄糖—氯化钙混合液，无菌水；高压蒸汽灭菌锅、恒温培养箱、小烧杯、注射器、500ml三角瓶、天平、玻璃棒、pH试纸、纱布等。

实验步骤：

⑴                                                                            

⑵                                                                            

⑶                                                                            

★拓展训练

一、选择题

1．下列有关制备固定化酵母细胞的说法,不正确的是

A．可根据凝胶珠的颜色和形状检测凝胶珠的质量

B．酵母细胞更适合采用物理吸附法固定

C．海藻酸钠溶化可采用间断加热或小火加热的方法

D．要将酵母细胞活化处理

2．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如果将从大肠杆菌得到的磷酸三酯酶固定到尼龙膜上做成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解比较，其作用不需要适宜的 

A．温度       B．pH值       C．水分        D．营养

3．试分析下图中，哪一种与用海藻酸钠作载备的固定化酵母细胞相似

　　　　A　　　　　　　　　　   B　　　　　　　　C　　　　　　　　　  　D

4．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的技术

5．下列说法不正确的是

A．固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法

B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法

C．由于细胞个大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定

D．反应物是大分子物质应采用固定化酶

6．制备固定化酵母细胞的实验步骤是：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。关于制备固定化酵母细胞有关

叙述，不正确的是

A．影响实验成败的关键步骤是配制海藻酸钠溶液的浓度，过低会导致包埋的酵母细胞

少，过高则会导致失败

B．如果制作成功，则形成的凝胶珠应是圆形或椭圆形

C．熔化后的海藻酸钠要立即与活化的酵母细胞混合

D．固定化细胞技术一般采用包埋法固定化，原因是细胞个体大，不易从包埋材料中漏

出                                                                           

7．使用固定化酶较直接使用酶催化化学反应的优点是：

   A．对环境条件非常敏感，容易失活。

   B．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。

   C．固定在载体上的酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，酶还可以被反复利用。

   D．催化效率高，低耗能、低污染。

8．（2009江苏）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发酵，糖类的作用只是作为反应底物

二、非选择题

9．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              。如果反应物是大分子，应选择          方法。

(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配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。

    ②海藻酸钠溶解应用小火间断加热，这样做的目的是                       。

    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人氯化钙溶液中形成凝胶珠，凝胶珠的

颜色是                  ；形状是                      ；       

氯化钙溶液的作用是                                。

(3) 该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵，请回答：

    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) 实验过程中，可能会观察到的现象：        （填有或无）气泡产生；         （填有或无）酒精产生。实验过程中，装置内可能会发生的反应式为：

                                                                      。

(5)  固定化酶和一般酶制剂的主要区别是                                                

                                                                     。