2017-2018學年高中生物 第三章 酶的制備及活力測 第四節(jié) 酶的固定化學案 中圖版選修1

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1、 第四節(jié)　酶的固定化 1．說出固定化酶和固定化細胞的作用和原理。 2．嘗試制備固定化大腸桿菌細胞。 一、酶的固定化 1．固定化酶 概念：通過物理或化學的方法，將水溶性的酶與不溶性的載體結合，使酶固定在載體上，并在一定的空間范圍內進行催化反應，這樣制成的酶稱為固定化酶。 2．酶的固定化方法 共價鍵結合法：將酶通過化學反應以共價鍵結合到尼龍等載體上。 包埋法：將酶均勻包埋在瓊脂糖凝膠等多孔性的凝膠中的固定化方法。 3．固定化酶的特點 活性穩(wěn)定，可以反復使用多次。在生產中，固定化酶能與反應液相互分開，不與產品混合，制品較易純化，在大規(guī)模生產時所需工藝設備簡單易行。 4

2、．固定化酶的實例：木瓜蛋白酶的固定化 （1）酶的固定化。 在啤酒生產過程中，剛釀制的啤酒往往含有少量的蛋白質而顯得渾濁。加入木瓜蛋白酶，可以使蛋白質水解成氨基酸，供酵母菌增殖所需，從而縮短發(fā)酵時間，提高啤酒產量，使酒質澄清醇和。 將尼龍布浸入等體積的CaCl2溶液和甲醇溶液中，室溫下放置10 s左右，并輕輕攪拌至尼龍布發(fā)黏。取出后用水沖洗，并用吸水紙吸干。將尼龍布放入鹽酸中，室溫下水解，用蒸餾水洗至pH中性。再將尼龍布放入戊二醛溶液中，室溫下浸泡20 min。取出后用磷酸緩沖液（pH＝7.8）反復洗滌，洗去多余的戊二醛，吸干后立即放入木瓜蛋白酶溶液中，4 ℃下固定3.5 h。取出尼龍布后

3、用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶，即得到尼龍固定化酶。為防止改變酶的電荷，操作過程中不能使用金屬鑷子。 （2）檢驗酶的活性。 （3）酶的再利用。 二、細胞的固定化 1．細胞固定化技術 利用適當的載體將合成酶的細胞固定起來。固定化細胞比固定化酶更簡捷，使用壽命更長。 2．大腸桿菌細胞的固定化 可以用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，取菌液加入生理鹽水和瓊脂，攪拌均勻，待瓊脂凝膠凝固后，切成小塊，用生理鹽水和蒸餾水洗凈，即得到固定化的大腸桿菌細胞。 1．直接使用酶、固定化酶和固定化細胞催化的比較 直接使用酶 固定化酶 固定化細胞 酶的種類 一種或幾種 一種 一系列酶 常

4、用載體 — 高嶺土、皂土、硅膠、凝膠 明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素、聚丙烯酰胺 制作方法 — 共價鍵結合法、物理吸附法 包埋法 是否需要 營養(yǎng)物質 否 否 是 催化反應 單一或多種 單一 一系列 反應底物 各種物質（大分子、小分子） 各種物質（大分子、小分子） 小分子物質 優(yōu)點 催化效率高，低耗能、低污染等 酶既能與反應物接觸，又能與產物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用 成本低，操作更簡捷 不足 對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產成本；反應后酶會混在產物中

5、，可能影響產品質量 一種酶只能催化一種化學反應，而在生產實踐中，很多產物的形成都通過一系列的酶促反應才能得到 固定后的酶或細胞與反應物不容易接近，尤其是大分子物質，可能導致反應效率下降等 對固定化酶的作用影響較小的固定方法是物理吸附法。 2．固定化微生物細胞 利用微生物來生產酶具有生產成本低、周期短、產量大等優(yōu)點。微生物產生的酶，可以分為分泌在細胞外的胞外酶和包含在細胞內的胞內酶。利用胞內酶時，需要采用手段將細胞破碎后，將酶進行分離純化，提取后酶的活性和穩(wěn)定性往往都受到很大的影響。 將微生物細胞限制或定位于特定空間位置，即將微生物制成固定化細胞后，既能避免復雜的細胞破碎、酶的提

6、取和純化過程，又能使酶的活性和穩(wěn)定性得到較大提高。固定后的微生物細胞可以作為固體催化劑在多步酶促反應中發(fā)揮連續(xù)催化作用，同時，催化反應結束后又能被回收和重復利用。例如，人們將含有青霉素?；傅拇竽c桿菌細胞進行固定化，用于大規(guī)模地生產青霉素母核（青霉素的主體化學結構部分，即6－氨基青霉烷酸），然后再對青霉素母核的側鏈進行化學修飾，可以生產半合成青霉素，如氨芐青霉素。 題型一 固定化酶技術及其應用價值 【例題1】關于固定化酶技術說法正確的是（　?。?。 A．固定化酶技術就是固定反應物，將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

7、的酶無法重復利用 D．固定化酶是將酶固定在一定空間的技術 解析：固定化酶是利用物理或化學的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，不足是無法同時催化一系列酶促反應。 答案：D 反思領悟：固定過程中，固定的是酶，而不是反應物。 題型二 酶或細胞固定化的方法 【例題2】試分析下圖中，哪一種與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細胞相似（　?。?。 解析：A、B選項適合于酶的固定化，C選項既用于酶固定，也可用于細胞固定。制備固定化酵母細胞用的是包埋法，即將酵母菌包埋在海藻酸鈉制成的凝膠珠中，所以與D選項相似。 答案：D 反思領悟：固定化酶和固定化

8、細胞通常采用包埋法、共價鍵結合法和物理吸附法。用海藻酸鈉作載體制備的是固定化酵母細胞。 1 下列關于固定化酶和一般酶制劑在應用效果上的說法，錯誤的是（　?。?。 A．固定化酶生物活性強，可長久使用 B．一般酶制劑應用后和產物混在一起，產物的純度不高 C．一般酶制劑參加反應后不能重復利用 D．固定化酶可以反復利用，降低生產成本，提高產量和質量 解析：固定化酶與普通酶制劑相比，在活性上沒有多大差別，固定化酶的成分也是蛋白質，蛋白質經過一定的時間后會變性失活，所以固定化酶一般能使用半年，不可能長久使用。 答案：A 2 固定化酶技術常采用（　?。?。 A．包埋法 B．共價鍵結合

9、法和物理吸附法固定化 C．活化法 D．微囊化法 解析：酶的體積較小，容易從包埋材料中漏出來，所以一般采用共價鍵結合法和物理吸附法固定化。 答案：B 3 關于固定化酶中的酶說法正確的是（　?。?。 A．酶的種類多樣，可催化一系列的酶促反應 B．酶被固定在不溶于水的載體上，可反復利用 C．酶作為催化劑，反應前后結構不改變，所以固定化酶可永遠利用下去 D．固定化酶由于被固定在載體上，所以喪失了酶的高效性和專一性特點 解析：一種載體只能固定化一種酶，一種固定化酶只能催化一種酶促反應；固定化酶可反復利用，但不能永遠利用下去；固定化酶保持了一般酶的特性。 答案：B 4 （2010·江蘇高考改編）下圖1表示制備固定化酵母細胞的有關操作，圖2是利用固定化酵母細胞進行酒精發(fā)酵的示意圖，下列敘述不正確的是（　?。?。 A．剛溶化的海藻酸鈉應迅速與活化的酵母菌混合制備混合液 B．圖1中X溶液為CaCl2溶液，其作用是使海藻酸鈉形成凝膠珠 C．圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 D．圖1中制備的凝膠珠用蒸餾水洗滌后再轉移到圖2裝置中 解析：剛溶化的海藻酸鈉應冷卻后再與酵母菌混合，否則溫度過高會導致酵母菌死亡。 答案：A 3