苏教版高中生物选修一精品课件:3.2 固定化酶的制备和应用
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1、第8课时 固定化酶的制备和应用,第三章 酶的应用技术实践,学习导航 1.简述固定化酶的制作方法。 2.简述固定化细胞技术的应用及酵母菌细胞的固定化技术。 重难点击 1.简述固定化酶的制作方法。 2.简述酵母菌细胞的固定化技术。,一、固定化酶和制备固定化酶的常用方法,二、固定化细胞技术的应用,内容索引,当堂检测,一、固定化酶和制备固定化酶的常用方法,1.固定化酶 (1)概念:固定化酶是指用 或 的方法将酶与 结合在一起形成的仍具有酶活性的 。 (2)特点:在催化反应中,它以 状态作用于底物,反应完成后容易与水溶性 和 分离,可被 使用。,基础梳理,物理学,化学,固相载体,酶复合物,固相,反应物,
2、产物,反复,2.制备固定化酶的常用方法 (1)物理吸附法是将酶吸附在 、 等多糖类或多孔玻璃、离子交换树脂等载体上的固定方式,其显著特点是工艺简便且条件温和。 (2)化学结合法是利用 进行酶与载体之间的交联,在酶和多功能试剂之间形成 ,从而得到三维的 。 (3)包埋法是将酶包埋在能固化的 中,如将酶包裹在_ 等高分子凝胶中包埋成 ,或包裹在 等半透性高分子膜中包埋成 。,纤维素,琼脂糖,多功能试剂,共价键,交联网架结构,载体,聚丙烯酰胺凝胶,格子型,硝酸纤维素,微胶囊型,问题探究,由于酶的分离与提纯有许多技术性难题,造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模地使用。人们针对酶不能被广泛应用这一情
3、况,一直在寻求改善方法,其中之一就是固定化酶技术的应用。观察下图有关制备固定化酶的常用方法,结合教材回答下列问题:,(1)图A为 ,它的显著特点是 且条件 ,在生产实践中应用广泛。 (2)图B为 ,它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 ,从而得到三维的交联网架结构。,物理吸附法,工艺简便,温和,化学结合法,共价键,(3)包埋法是将酶包埋在 中。将酶包裹在聚丙烯酰胺凝胶等 中(如图C),包埋成 型;或包裹在 等半透性高分子膜中(如图D),包埋成 型。,能固化的载体,高分子凝胶,格子,硝酸纤维素,微胶囊,各种固定化酶方法的比较,拓展应用,1.如图是酶的几种固定方式示意
4、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,答案,解析,解析 图表示酶包埋在细微网格里,应属于包埋法; 图表示许多酶分子通过特殊载体连接起来,成交联网架结构,应属于化学结合法; 图表示将酶固定在一定的支持物上,属于物理吸附法。,解析 固定化酶是将酶固定在不溶于水的载体上,使酶既能与底物接触,又能与产物分离;同时,固定在载体上的酶还可以被反复利用,降低成本,产物中也不含酶,提高了产品的纯度。固定化酶虽可以多次利用,但不可长久使用。,2.下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用
5、效果上的说法,错误的是 A.固定化酶可长久使用 B.一般酶制剂应用后和产物混在一起,产物的纯度不高 C.一般酶制剂参加反应后不能重复利用 D.固定化酶可以反复利用,降低生产成本,提高产量和质量,答案,解析,二、固定化细胞技术的应用,基础梳理,1.固定化细胞的概念 通过各种方法将细胞与一定的 结合,使细胞仍保持原有的生物活性,这一过程称为细胞固定化。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。 2.应用:固定化细胞可以取代游离的细胞进行发酵,生产各种物质。 (1)在工业生产上,利用 可以生产多种色素、香精、药物、酶等。 (2)利用 可以生产酒精、啤酒、谷氨酸、淀粉
6、酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、青霉素、头孢霉素等。,载体,固定化植物细胞,固定化微生物细胞,(3)在医学上,利用 可以生产小儿麻痹症疫苗、狂犬病疫苗、麻疹疫苗、肝炎疫苗、口蹄疫疫苗等,还可以生产生长激素、干扰素、胰岛素、催乳素、促性腺激素等。 (4)将固定化的 制成微囊,能治疗糖尿病。 (5)用固定化细胞制成的生物传感器可用于医疗诊断。 (6)在化学分析方面,可制成各种 传感器,用来测定醋酸、乙醇和氨等。 (7)固定化细胞在 、能源开发等领域都有着重要的应用。,固定化动物细胞,胰岛细胞,固定化细胞,环境保护,3.固定化细胞技术的优点 (1)固定化细胞技术无须进行酶的 ,减少了酶的 损失,同时大
7、大降低了生产成本。 (2)固定化细胞不仅可以作为 发挥作用,而且可以利用细胞中所含的 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 更高。 (4)细胞生长停滞时间 ,反应 。 正是由于固定化细胞的这些无可比拟的优势,尽管固定化细胞技术的出现远远晚于固定化酶技术,但它的应用范围比固定化酶更广泛。,分离和纯化,活力,单一的酶,复合酶系,稳定性,短,快,4.固定化细胞技术的缺点 (1)固定化细胞只能用于生产 酶和其他能够分泌到细胞外的产物。 (2)由于载体的影响,营养物质和产物的 受到一定限制。 (3)在好氧性发酵中, 的传递和输送成为关键的限制因素。 5.细胞的固定化方法
8、是应用最广泛的细胞固定化方法,适用于各种微生物、_ 和 细胞的固定化。凝胶包埋法所使用的载体主要有 、琼脂、角叉菜胶、明胶等。用海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作 ,条件 ,对细胞 。,细胞外,扩散,溶解氧,凝胶包埋法,动物,植物,海藻酸钠凝胶,简便,温和,无毒性,6.酵母菌细胞的固定化技术的过程 准备各种实验药品和器材制备 酵母菌细胞配制物质的量浓度为0.05 mol/L的氯化钙溶液制备 浸泡和洗涤 麦芽汁。,麦芽汁,活化,固定化细胞,发酵,问题探究,分析下列酵母菌细胞固定化操作流程,回答问题。,准备各种实验药品和器材,主要药品有:干麦芽粉、干酵母、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠、无水氯化
9、钙、蒸馏水、葡萄糖溶液、碘液,制备麦芽汁,活化酵母菌细胞,干酵母蒸馏水活化的酵母菌,配制物质的量浓度为 0.05 mol/L的氯化钙溶液,无水氯化钙蒸馏水,制备固定化细胞,浸泡凝胶珠,用蒸馏水洗涤,待凝胶珠在溶液中浸泡30 min后,取出并用蒸馏水洗涤3次备用,发酵麦芽汁,将凝胶珠加入无菌麦芽汁中,1.在酵母菌细胞的活化和配制CaCl2溶液时,都使用了蒸馏水,为什么不能使用自来水? 答案 防止自来水中各种离子影响实验结果。 2.配制海藻酸钠溶液时加热是关键,为什么要用小火间断加热? 答案 防止海藻酸钠溶液焦糊。 3.能否在刚溶化好的海藻酸钠溶液中加入活化的酵母菌细胞? 答案 不能,因为刚溶化好
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