《制备和应用固定化酶》教案.doc
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第二节制备和应用固定化酶
●学习目标
1．结合酶固定化技术的相关介绍理解固定化酶的概念、特点及制备固定化酶的方法。
2．结合固定化细胞技术的相关介绍理解其方法、优点、缺点。
●课标解读
1．掌握制备固定化酶的常用方法。
2．掌握酵母菌细胞的固定化技术。
●教学地位
本节内容涉及固定化酶和固定化细胞的相关知识，特点是制备技术及相关的优缺点，是高考中的常考点。
●教法指导
1．可利用实例分析固定化酶和固定化细胞技术。
2．可利用多媒体方法展示、酵母菌细胞固定化技术的操作流程。
●新课导入建议
可利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例引入本课。
课标解读
重点难点
1.掌握制备固定化酶的常用方法。
2.掌握酵母菌细胞的固定化技术。
1.制备固定化酶的常用方法。(重点)
2.酵母菌细胞的固定化技术。(重难点)
一
固定化酶技术
1.固定化酶
固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。在催化反应中，它以固相状态作用于底物，反应完成后，容易与水溶性反应物和产物分离，可被反复使用。
2．制备固定化酶的方法
(1)吸附法的显著特点是工艺简便且条件温和，在生产实践中应用广泛。
(2)交联法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，在酶和多功能试剂之间形成共价键，从而得到三维的交联网架结构。
(3)包埋法是将酶包埋在能固化的载体中。
思考交流
1．对固定酶的作用影响最小的固定方法是哪一种？
【提示】吸附法。
二
固定化细胞技术
1.最广泛的细胞固定化方法
凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定化方法，适用于各种微生物、动物和植物细胞的固定化。所使用的载体主要有琼脂、海藻酸钠凝胶、角叉菜胶、明胶等。
2．优点
(1)无须进行酶的分离和纯化，减少了酶的活力损失，降低了生产成本。
(2)不仅可以作为单一的酶发挥作用，且可以利用细胞中所含的复合酶完成一系列的催化反应。
(3)对于活细胞来说，保持了酶的原始状态，酶的稳定性更高。
3．缺点
(1)固定化细胞只能用于生产细胞外酶和其他能够分泌到细胞外的产物。
(2)由于载体的影响，使营养物质和产物的扩散受到一定的限制。
(3)在好氧性发酵中，溶解氧的传递和输送成为关键性的限制因素。
思考交流
2．固定化细胞为什么只能用于生产胞外酶和其他能分泌到细胞外的产物？
【提示】因为固定化细胞固定的是活细胞，细胞膜具有选择透过性，细胞内有用的物质(如胞内酶)是不能自由进出细胞的。
正误判断
1．酶在催化时会发生变化，不可反复利用。(×)
【提示】在催化反应前后性质不变，可反复利用。
2．固定化酶技术所用的固定载体一般为液相的。(×)
【提示】固定载体一般为固相的。
3．固定化植物细胞可以生产各种色素、香精、药物、酶等。(√)
4．活化酵母菌细胞的方法是高温加热后冷却至45℃。(×)
【提示】加入蒸馏水用玻璃棒搅拌，活化1h。
一
固定化酶技术
【问题导思】
①酶的固定方法有哪些？优点分别是什么？
②固定化酶只能催化一种或一类生化反应吗？
1．制备固定化酶的常用方法可用下图所示：
2．常用的制备固定化酶的方法
固定化酶法
原理
固定载体
优点
吸附法
离子键作用、物理吸附
纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体
交联法
酶和多功能试剂之间形成共价键
利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，从而得到三维的交联网架结构
工艺简便且条件温和，在生产上应用广泛，而且稳定性能好
包埋法
将酶包埋能固化的载体中
酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等高分子凝胶中，或包裹在硝酸纤维素等半透性高分子膜中，前者包埋成格子型，后者包埋成微胶囊型
名师点拨
固定化酶可循环反复使用，在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行，而且稳定性能好。
二
酵母菌细胞的固定化技术
【问题导思】
①为什么要等海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞？
②制备过程为什么需要无菌操作？凝胶珠检测有哪些指标？
1．操作流程
准备各种实验药品和器具
↓
制备麦芽汁
↓
活化酵母菌细胞
↓
制备固定化细胞
↓
浸泡凝胶珠，用蒸馏水洗涤
↓
发酵麦芽汁
2．注意事项
(1)选用的干酵母要具有较强的活性，而且物种单一。
(2)酵母菌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，防止酵母菌细胞的活化液溢出。
(3)将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温，再与酵母菌细胞混合，避免高温杀死酵母菌。
(4)固定化酵母菌细胞时，应将海藻酸钠与酵母菌细胞的混合液用注射器缓慢滴加到饱和硼酸 氯化钙溶液中，而不是注射，以免影响凝胶珠的形成。
名师点拨
1．凝胶珠的检测。刚形成的凝胶珠应在饱和硼酸 氯化钙溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。检