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課題3 酵母細胞的固定化 1．下列關于使用固定化酶生產高果糖漿的說法，正確的是(　　) ①生產高果糖漿需要使用果糖異構酶?、谠诜磻捻敹搜b上分布著許多小孔的篩板，防止異物的進入?、蹖⑵咸烟侨芤簭姆磻纳隙俗⑷?，果糖溶液從反應柱的下端流出　④反應柱可以降低生產成本，提高果糖的產量和質量 A．①②　　　　　　 B．②③ C．③④ D．①④ 解析：反應柱的底端裝有分布著許多小孔的篩板，酶顆粒無法通過篩板上的小孔，葡萄糖溶液從反應柱的上端注入，流經(jīng)反應柱，與固定化葡萄糖異構酶接觸，使葡萄糖轉化成果糖，從反應柱的下端流出。反應柱能夠連續(xù)使用，大大降低了生產成本，有利于果糖的生產。 答案：C 2．下列有關固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是(　　) A．可用包埋法制備固定化酵母細胞 B．反應產物對固定化酶的活性沒有影響 C．葡萄糖異構酶固定前后專一性不同 D．固定化細胞可以催化各種反應底物的一系列反應 解析：細胞難以被吸附或結合，固定化細胞多采用包埋法，A項正確；反應產物積累能影響酶的結構，從而使酶的活性下降，B項錯誤；葡萄糖異構酶在固定前后專一性不變，都是催化葡萄糖轉化為果糖，C項錯誤；固定化細胞固定的是一系列的酶，可以催化一系列的反應，但不能催化各種反應底物的一系列反應，D項錯誤。 答案：A 3．酶制劑、固定化酶、固定化細胞已經(jīng)廣泛應用于生產實踐的各個領域，下列有關敘述正確的是(　　) A．用于治療消化不良癥的腸溶多酶片含有多種消化酶，但嚼服后會失去療效 B．固定化酵母細胞的常用方法是吸附法，這種方法對酵母細胞活性影響最小 C．固定化酶的應用中，要控制好pH、溫度、溶解氧和營養(yǎng)條件 D．加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化學物質層層包裹，這屬于固定化酶 解析：腸溶多酶片中的酶在胃液內會被胃蛋白酶消化，因此嚼服會失去療效，A正確；固定化酵母細胞通常采用包埋法，因為細胞體積較大，吸附法難以固定酵母細胞，B錯誤；固定化酶的應用中，要控制好pH、溫度等條件，以保證酶的活性，但是不一定需要營養(yǎng)條件，C錯誤；加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化學物質層層包裹，目的是將酶與洗衣粉的其他成分隔離，防止表面活性劑等影響酶的活性，這是直接使用酶制劑，不屬于固定化酶，D錯誤。 答案：A 4．(2015江蘇卷)下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述，錯誤的是(　　) A．固定化酶的主要目的是實現(xiàn)酶的重復利用 B．溶解氧交換受阻是固定化酶應用的重要限制因素 C．固定化細胞用于生產能分泌到細胞外的產物 D．凝膠與被包埋細胞之間不是通過共價鍵結合 解析：本題主要考查固定化酶和固定化細胞。固定化酶制作的目的是能夠順利從發(fā)酵產物中把酶分離出來，并能夠使酶反復使用，故A項正確；溶解氧交換受阻會影響細胞呼吸，是固定化細胞應用的重要限制因素，故B項錯誤；固定化細胞用于生產、獲得細胞的代謝產物，故C項正確；將細胞包埋在多孔載體內部而制成固定化細胞，細胞并不與凝膠通過共價鍵結合，故D項正確。 答案：B 5．如圖為固定化酶的反應柱示意圖，請據(jù)圖回答： (1)請在橫線上填出各標號的名稱。 ①________，②________，③________。 (2)與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點是_____________。 固定化細胞的優(yōu)點是____________________________________。 (3)③的作用是_________________________________________ _____________________________________________________。 (4)制作固定化葡萄糖異構酶所用的方法有________、________或________。 解析：(1)使用固定化酶技術，用到反應柱，下端有分布著小孔的篩板，反應柱中填裝固定化酶。(2)與一般的酶制劑相比，固定化酶不僅能與反應物充分接觸，還能與產物分離，并且可以反復利用。但是與固定化細胞相比，固定化酶不能催化一系列的化學反應，并且固定化細胞成本更低，操作更容易。(3)酶顆粒無法通過篩板，而反應溶液卻可以自由出入。(4)制作固定化葡萄糖異構酶的方法有將酶相互連接起來(化學結合法)，將酶吸附在載體表面上(物理吸附法)或將酶包埋在細微網(wǎng)格中(包埋法)。 答案：(1)反應柱　固定化酶　分布著小孔的篩板 (2)既能與反應物接觸，又能與產物分離，能被反復利用　成本更低，操作更容易 (3)使反應溶液自由出入而阻礙酶顆粒通過 (4)化學結合法　物理吸附法　包埋法 [A級　基礎鞏固] 1．對固定化細胞的敘述，正確的是(　　) A．催化效率高，低耗能，低污染 B．對環(huán)境的條件非常敏感，容易失活 C．既能與反應物充分接觸，又能與產物分離 D．成本低，操作簡單，但反應效果可能很低 解析：參照固定化細胞的優(yōu)點。 答案：C 2．下列有關固定化酶和固定化細胞的敘述，錯誤的是(　　) A．酶具有多樣性，固定化酶能夠催化一系列酶促反應 B．CaCl2溶液能夠使海藻酸鈉形成凝膠珠 C．滴加酵母細胞與海藻酸鈉混合液過快，會使凝膠珠帶有尾巴 D．固定化細胞可重復利用的前提是防止其他微生物的污染 解析：固定化酶只能催化一種或一類酶促反應。 答案：A 3．關于固定化酶技術的說法正確的是(　　) A．固定化酶技術就是固定反應物，使酶依附著載體圍繞反應物旋轉的技術 B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應 C．固定化酶中的酶無法重復利用 D．固定化酶是將酶固定在一定空間內的技術 解析：固定化酶是利用物理或化學方法將酶固定在一定空間內的技術。其優(yōu)點是酶被固定在一定裝置內，可重復利用；不足是無法同時解決一系列酶促反應。 答案：D 4．下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是(　　) A．固定化細胞技術在多步連續(xù)催化反應方面優(yōu)勢明顯 B．固定化酶的應用中，要控制好pH、溫度和溶解氧 C．利用固定化酶降解水體中的有機磷農藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件 D．利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應底物 解析：固定化細胞可連續(xù)催化多步反應；應用固定化酶需控制好溫度和pH，無氧參與的反應不需控制溶解氧；利用固定化酶降解有機磷農藥，農藥是反應底物，不需另外提供營養(yǎng)；利用固定化酵母細胞發(fā)酵，糖類既作為反應底物，又作為酵母細胞生命活動的能源物質。 答案：A 5．大分子反應物應采用的固定化技術和理由是(　　) A．固定化酶技術；可應用化學結合法或物理吸附法對酶固定，利于大分子和酶的接觸 B．固定化酶技術；可應用包埋法對酶固定，利于大分子和酶的接觸 C．固定化細胞技術；一般應用化學結合法或物理吸附法對細胞固定，利于大分子和細胞的接觸 D．固定化細胞技術；一般應用包埋法對細胞固定，利于大分子和細胞的接觸 解析：大分子反應物應采用的固定化技術是固定化酶技術，理由是：一般用化學結合法或物理吸附法對酶固定，和包埋法相比，化學結合法或物理吸附法有利于反應物與酶的接觸。如采用固定化細胞技術，則一般用包埋法對細胞固定，由于大分子顆粒比較大，反應物難以進入包埋細胞的網(wǎng)格或顆粒，不利于反應的進行。 答案：A 6．下列關于固定化酶技術與固定化細胞技術之間關系的敘述中，正確的是(　　) A．固定化酶技術是固定化細胞技術的基礎 B．固定化細胞技術是固定化酶技術的基礎 C．固定化酶技術與固定化細胞技術是同時發(fā)展起來的 D．固定化細胞技術先于固定化酶技術 解析：固定化細胞技術是在固定化酶技術的基礎上發(fā)展起來的，解決了固定化酶不能催化一系列反應的問題，因此固定化酶技術先于固定化細胞技術。 答案：A B級　能力訓練 7．某實驗小組進行固定化酵母細胞的制備，并開展游離酵母和固定化酵母發(fā)酵產酒酒精度的比較。請回答下列問題： (1)下圖中鈣離子的作用是使膠體聚沉，海藻酸鹽起________的作用。 凝膠珠　　　　 (2)該小組將制備好的固定化酵母與游離酵母分別放在一定的條件下發(fā)酵，定時記錄發(fā)酵液中酒精度的變化。 產酒酒精度的比較 時間/d 游離酵母 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實驗過程中的“在一定的條件下發(fā)酵”的條件是________________，要求條件相同是為了確保________。 ②由表可知，固定化酵母和游離酵母發(fā)酵都能產生酒精，但固定化酵母在發(fā)酵前期的延遲期比游離酵母發(fā)酵前期的延遲期要________。 解析：(1)海藻酸鹽起載體的作用，用于包埋酵母細胞。 (2)酵母菌酒精發(fā)酵過程是細胞內酶的催化過程，需要在適宜的溫度、pH等條件下進行。兩組實驗的條件相同，才能夠確保無關變量相同，即遵循單一變量原則。由表可知，在12天的發(fā)酵時間里，固定化酵母發(fā)酵產酒酒精度從0度到6.4度，游離酵母發(fā)酵產酒酒精度從0度到4.6度，而且固定化酵母發(fā)酵產酒精度在第4天即達到4.2度，這就表明固定化酵母的延遲期短。 答案：(1)包埋酵母細胞(或載體) (2)適宜的溫度、pH等　單一變量　短 8．下圖甲表示制備固定化酵母細胞的某步操作，圖乙是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖，請據(jù)圖分析回答： 圖甲　　　　　　圖乙　　 (1)圖甲中X溶液為________，其作用是__________________。 (2)某同學在圖甲步驟結束后得到圖丙所示的實驗結果，出現(xiàn)此結果的可能原因有海藻酸鈉濃度過________(填“高”或“低”)或注射器中的混合液推進速度過________(填“快”或“慢”)或注射器距離液面太________(填“遠”或“近”)。 圖丙 (3)圖甲中制備的凝膠珠用________后再轉移到圖乙裝置中，發(fā)酵過程中攪拌的目的是________。 答案：(1)CaCl2溶液　使海藻酸鈉與酵母細胞混合液形成凝膠珠 (2)高　快　近 (3)蒸餾水洗滌　使培養(yǎng)液與酵母細胞充分接觸 9．固定化酶是20世紀60年代迅速發(fā)展起來的一種技術。東北農業(yè)大學科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來固定小麥酯酶，研究固定化酶的性質，并對其最佳固定條件進行了探究。下圖顯示的是部分研究結果(注：酶活力為固定化酶催化化學反應的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量)，分析回答下列問題。 (1)從對溫度變化適應性和應用范圍的角度分析，由甲圖所示結果可以得出的結論是：_______________________________________ ______________________________________________________。 (2)乙圖曲線表明濃度為____________的海藻酸鈉包埋效果最好，當海藻酸鈉濃度較低時，酶活力較低的原因是________________ _____________________________________________________。 (3)固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酯酶一般可重復使用________次，之后酶活力明顯下降。 (4)固定小麥酯酶不僅采用海藻酸鈉直接包埋，而且用戊二醛作交聯(lián)劑，這是因為___________________________________________ ______________________________________________________。 答案：(1)固定化酯酶比游離酯酶對溫度變化適應性更強且應用范圍較廣　(2)3%　海藻酸鈉濃度較低時包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足　(3)3 (4)酶分子很小，很容易從包埋材料中漏出 10．下面是制備固定化酵母細胞的實驗步驟，請回答： 酵母細胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞。 (1)在________狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)。活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復____________狀態(tài)?；罨皯x擇足夠大的容器，因為酵母細胞活化時________。 (2)影響實驗成敗的關鍵步驟是___________________________ ______________。 (3)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞數(shù)目________。 (4)觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明_______；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明___________________ ______________________________________________________。 (5)固定化酶技術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環(huán)境中進入休眠狀態(tài)，活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復正常生活狀態(tài)。因為酵母細胞活化時體積會增大，所以活化前應選擇足夠大的容器。在此實驗中，配制海藻酸鈉溶液是影響實驗成敗的關鍵步驟。如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細胞數(shù)目就會減少；觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明固定化酵母細胞數(shù)目較少，如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗，需要重新配制；因為酶分子很小，容易從包埋材料中漏出，所以制備固定化酶一般不宜用包埋法。 答案：(1)缺水　正常的生活　體積增大　(2)配制海藻酸鈉溶液　(3)少　(4)固定化酵母細胞數(shù)目較少　海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗　(5)酶分子很小，容易從包埋材料中漏出 11．某一實驗小組的同學，欲通過制備固定化酵母細胞進行葡萄糖溶液發(fā)酵實驗，實驗材料及用具齊全。 (1)酵母細胞的固定采用的方法是________。 (2)請完善該實驗小組的同學在制備固定化酵母細胞過程的步驟： ①配制CaCl2溶液時應用蒸餾水。 ②海藻酸鈉溶液應用______________加熱。 ③海藻酸鈉溶液必須______________才能加入酵母細胞。 ④注射器中的海藻酸鈉和酵母細胞的混合物應滴入____________中形成________。 (3)該實驗小組用如圖所示的裝置來進行葡萄糖發(fā)酵。 ①為使該實驗中所用到的固定化酵母細胞可以反復運用，實驗過程中，一定要在________條件下進行。 ②加入反應液后的操作是關閉__________________________。 ③裝置的長導管起到什么作用？__________________________ ____________________________________________________。 (4)試分析下圖中，與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細胞相似的是(　　) 解析：由于細胞過大，難以被吸附或結合，因此多采用包埋法進行固定化。操作過程中，必須等海藻酸鈉溶液冷卻后才能將其與酵母細胞混合，否則酵母細胞會在高溫下死亡。酵母菌利用葡萄糖的發(fā)酵過程中會產生CO2，為減小裝置中的壓力，應及時將其排出。 答案：(1)包埋法　(2)②小火或間斷?、劾鋮s至室溫　④氯化鈣溶液　凝膠珠　(3)①無菌?、诨钊?和活塞2?、坩尫臗O2，減小反應柱內壓力并可防止其他微生物污染　(4)D