1、第二节第二节 固定化酶的制备和应用固定化酶的制备和应用 课后分层训练 (时间：25 分钟) 对点强化 强化点 1 固定化酶与固定化细胞的技术 1.固定化酶的优点是( ) A.有利于提高酶活性 B.有利于产物的纯化 C.有利于提高反应速度 D.有利于酶发挥作用 解析 固定化酶的制作目的是降低生产成本。一是能够顺利地从发酵产物中把酶 分离出来，二是使酶反复利用。酶的固定化对酶的活性的提高、酶作用的发挥、 反应速度的提高，并没有多大作用。 答案 B 2.关于固定化酶中酶的说法，正确的是( ) A.酶的种类多样，所以固定化酶可催化一系列的酶促反应 B.酶被固定在不溶于水的载体上，可反复利用 C.酶作为
2、催化剂，反应前后结构不改变，所以固定化酶可永远利用下去 D.固定化酶由于被固定在载体上，所以丧失了酶的高效性和专一性特点 解析 固定化酶不能催化一系列酶促反应的进行；固定化酶被固定在不溶于水的 载体上，可以反复利用，但是随着利用次数的增加，受到外界因素的影响，其活 性会逐渐降低；固定化酶具有高效性和专一性的特点。 答案 B 3.关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法，错误的是( ) A.固定化酶生物活性强，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 解析 固定化酶是因为可回收重
3、新利用才可以较长时间使用的，并不是因为生物 活性强而长久使用。单纯从生物活性方面分析，固定化酶与一般酶制剂的活性差 别不大。 答案 A 4.固定化细胞常用包埋法固定化，原因是( ) A.包埋法固定化操作最简便 B.包埋法对酶活性的影响最小 C.包埋法固定化具有普遍性 D.细胞体积大，难以被吸附或结合 解析 由于细胞体积大，难以被吸附或结合，常用包埋法固定化。 答案 D 5.下列关于固定化细胞技术的说法中，正确的是( ) A.物理吸附法的优点是操作简单，吸附牢固 B.包埋法的优点是操作复杂，条件温和，对细胞无毒性 C.物理吸附法容易对酶活性产生影响 D.凝胶包埋法常用的凝胶种类有琼脂、海藻酸钠、
4、明胶和聚丙烯酰胺等 解析 物理吸附法的优点是酶活性不受影响，但吸附过程复杂且吸附不牢固；包 埋法操作简单，条件温和，对细胞无毒性。 答案 D 6.固定化酶技术与固定化细胞技术的关系是( ) A.固定化酶技术是固定化细胞技术的基础 B.固定化细胞技术是固定化酶技术的基础 C.固定化酶技术与固定化细胞技术是同时发展起来的 D.固定化细胞技术先于固定化酶技术 解析 固定化细胞技术是继固定化酶技术之后，建立在固定化酶技术基础之上的 新技术。 答案 A 7.下列说法中，哪项不是在应用酶的过程中常遇见的问题( ) A.酶与反应物混合，产品难以提纯 B.酶在生物化学反应中往往难以回收 C.酶遇强酸、强碱、高
5、温等条件易失活 D.酶作为催化剂，绝大多数是蛋白质 解析 应用酶的过程中出现的问题与酶的化学本质无关。 答案 D 8.下列不属于酶的固定方式的是( ) A.将酶包埋在细微网格中 B.将酶相互连接起来 C.将酶吸附在载体表面 D.将酶加上糖衣做成胶囊 解析 将酶包埋在细微网格中即酶固定方式中的包埋法，故 A 正确；将酶相互连 接起来即酶固定方式中的化学结合法，故 B 正确；将酶吸附在载体表面即酶固定 方式中的物理吸附法，故 C 正确；将酶加上糖衣只不过是为了防止胃液里的胃蛋 白酶消化酶制剂的方法，并不是酶固定的方法，故 D 错误。 答案 D 强化点 2 固定化酵母细胞的制备及延伸 9.下列关于固
6、定化酵母细胞制备过程的叙述，错误的是( ) A.将干酵母与蒸馏水混合并搅拌，有利于酵母菌的活化 B.配制海藻酸钠溶液时要进行小火或间断加热 C.将溶化并冷却的海藻酸钠溶液直接转移至注射器中 D.将制备好的凝胶珠放入氯化钙溶液中浸泡半小时左右 解析 干酵母与蒸馏水混合并搅拌，以利于酵母菌活化，A 正确；配制海藻酸钠 溶液时要用小火或间断加热的方法，防止焦糊，B 正确；溶化好的海藻酸钠溶液 需冷却后才能加入已活化的酵母细胞，再将混合液转移至注射器中，C 错误；将 与酵母菌混匀的海藻酸钠溶液注入 CaCl2溶液中浸泡半小时左右，以形成球形或 椭球形的凝胶珠，D 正确。 答案 C 10.右图为某同学利
7、用海藻酸钠固定化酵母细胞的实验结果， 出 现此结果的原因不可能有( ) A.海藻酸钠溶液浓度过高 B.酵母细胞已经死亡 C.注射器中的溶液推进速度过快 D.注射器距离 CaCl2溶液液面太近 解析 图中凝胶珠不成球形，可能的原因是海藻酸钠溶液浓度过高导致的，也可 能是注射器距离 CaCl2溶液液面太近或注射器中的溶液推进速度过快导致的，但 是从图中无法看出酵母细胞的死活。 答案 B 11.在固定化小球藻的过程中，凝胶球的直径对小球藻的 生长产生影响，实验者分别用直径为 0.2 mm、0.3 mm、 0.4 mm 的滴管制备凝胶球，其中小球藻的生长量如图所 示。下列叙述中错误的是( ) A.小球
8、藻被包埋在不溶于水的多孔性载体中 B.用直径为 0.3 mm 的滴管制备凝胶球较适宜 C.凝胶球直径过大不利于小球藻获得充足光照 D.凝胶球直径过小不利于小球藻获得养分 解析 小球藻被包埋在不溶于水的多孔性载体中，A 正确；据图分析可知，用直 径为 0.3 mm 的滴管制备凝胶球较适宜， B 正确； 凝胶球直径过大不利于小球藻获 得充足光照，C 正确；凝胶球直径越小，相对表面积越大，有利于小球藻获得养 分，D 错误。 答案 D 12.固定化脂肪酶的方法一般是：将酶液和一定浓度的海藻酸钠溶液混合后，用注 射器滴到一定浓度的 CaCl2溶液中，25 静置固定化 2 h，过滤洗涤，再加入到 戊二醛溶
9、液中，25 化学结合 2 h，过滤、洗涤和干燥后就可得到颗粒状固定化 脂肪酶。兴趣小组对固定化脂肪酶的性质和最佳固定条件进行了探究。下图显示 的是部分研究结果(注：纵坐标为酶活力，包括酶活性和酶的数量，a 为游离酶， b 为固定化脂肪酶)。下列分析中正确的是( ) A.在温度或 pH 变化时，与游离酶相比固定化脂肪酶具有的缺点是稳定性较低 B.这种固定化脂肪酶使用的是物理吸附法、包埋法和化学结合法三种方法的结合 C.氯化钙的量太少时，酶活力较低的原因可能是包埋不完全，包埋在内部的部分 酶会流失 D.海藻酸钠溶液浓度较高时，酶活力低的原因可能是形成的凝胶孔径较大，影响 酶与底物的结合 解析 在温
10、度或 pH 变化时，与游离酶相比，固定化脂肪酶的优点是稳定性比较 高；此酶采用了包埋法和交联法两种方法相结合，并未用物理吸附法；氯化钙的 作用是使凝胶珠稳固聚沉，如果含量太少，可能会使部分酶流失；海藻酸钠溶液 浓度较高时，形成的凝胶孔径比较小，影响酶与底物的结合。 答案 C 综合提升 13.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答下列问题： 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 (1)在_状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物 重新恢复_状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时 _。 (2)固定化细胞技术一
11、般采用包埋法，而固定化酶常用_和_。 (3)影响实验成败的关键步骤是_。 (4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是_。 (5)如果海藻酸钠溶液浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目_。 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_。 (6)该实验中 CaCl2溶液的作用是_。 答案 (1)缺水 正常的生活 体积增大 (2)化学结合法 物理吸附法 (3)配制 海藻酸钠溶液 (4)要用小火或间断加热， 避免海藻酸钠发生焦糊 (5)少 海藻酸 钠溶液浓度偏高，制作失败 (6)用于海藻酸钠聚沉 14.利用酶生产高果糖浆：用 淀粉酶将玉米粉水解生成单糖，再用糖化酶处理产 生 95%97%的葡萄糖溶液。葡萄糖的
12、甜度比蔗糖低得多，但利用葡萄糖异构酶 将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。把通过 淀粉酶、糖化酶和 固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖 50%、果糖 42%、其他糖 8%的 反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相当， 比葡萄糖高出许多，因此，在饮料、食品生产中大量应用。现在，一些发达国家 高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了 蔗糖。 (1)在生产高果糖浆的过程中，为了使葡萄糖异构酶反复使用，采用了什么技术？ _。 (2)在上述生产过程中，若直接用固定化葡萄糖异构酶处理单糖，能得到高果糖浆 吗？说明理由。_ _。 (
13、3)为使固定化葡萄糖异构酶发挥最大催化效果，在生产过程中需要注意什么？ _。 (4)如何测定葡萄糖异构酶的最适 pH 和最适温度？写出大致的实验设计思路。 _。 解析 目前在食品加工、医药等行业广泛采用了固定化酶技术，使酶可以反复使 用。若直接用固定化葡萄糖异构酶处理单糖，不会得到高果糖浆，原因是葡萄糖 异构酶只能作用于葡萄糖，使之转化为果糖，而对其他单糖不起作用，这是由酶 的专一性决定的。由于葡萄糖异构酶是生物催化剂，它需要适宜的温度和 pH。酶 的最适温度和 pH 是人们在长期的实验摸索中得出的，一般测定方法是用温度或 pH 作为自变量，设置合理的梯度，通过比较生成物的量来确定。 答案 (
14、1)固定化酶技术 (2)不能； 固定化葡萄糖异构酶具有专一性 (3)控制生产 过程中的温度和 pH (4)配制浓度相同的酶溶液，设置一系列合理的温度(或 pH) 梯度，用一系列合理的温度(或 pH)梯度下的酶溶液分别与等量葡萄糖混合，经过 相同的时间后，测定果糖的生成量即可确定葡萄糖异构酶的最适温度(或 pH) 15.如图 1 所示，探究性实验装置共六个，六个装置中分别加入饱和葡萄糖溶液及 两粒凝胶珠，实验开始时，小液滴都在 C 点(刻度管足够长，瓶内氧气充足)。将 六个装置分别置于 0 、15 、25 、35 、45 、55 温度下，每隔 2 min 后，记录各个装置中小液滴的位置，并且描绘
15、出坐标曲线图如图 2。 (1)实验目的是_， 自变量是_。 (2)锥形瓶中氢氧化钠溶液的作用是_， 实验中小液滴移动的方向是_，理由是_， 移动的距离表示_。 (3)如果在制备醋酸菌细胞的实验中，海藻酸钠的浓度过低，请在坐标系中画出实 验开始 10 min 后的曲线乙。 (4)工业生产中利用固定化细胞技术进行生产，从哪些方面可以达到延长利用固定 化细胞时间的目的？(至少两点) _。 解析 (1)本实验探究了温度与醋酸菌发酵速度之间的关系，所以温度是自变量。 (2)NaOH 溶液的作用是处理生成的醋酸和 CO2，以免影响实验结果的准确性；结 果锥形瓶中的气体量减少，小液滴左移。(3)如果海藻酸钠
16、的浓度过低，形成的凝 胶珠所包埋的醋酸菌数目就少， 小液滴移动距离就短， 所得曲线乙和原曲线相似， 但在原曲线的下面。(4)在利用固定化细胞技术进行生产时，要求无菌操作，同时 控制好温度和 pH 等。 答案 (1)探究温度与醋酸菌发酵速度之间的关系 温度 (2)防止产生的醋酸挥发影响实验结果的准确性 左移 锥形瓶中氧气量减少，从 而使压强降低 有氧呼吸消耗的氧气量 (3)如图 (4)无菌操作，控制好温度和 pH 等 16.为了探索海藻酸钠固定化对绿球藻生长的影响， 以及固定化藻对含 Zn2 污水的 净化作用，科研人员用筛选到的一株绿球藻进行试验，流程及结果如下。请回答 下列问题： 制备固定化
17、绿球藻凝胶球 清洗 23次 培养液 中培养 取适量凝胶球柠檬酸钠溶液溶解 凝胶球，测定藻数量 (1)实验中的海藻酸钠作用是_，CaCl2的作用是_。 (2)为洗去凝胶球上残余的 CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性，宜采用 _洗涤。图 1 中 1.0%海藻酸钠培养 24 h 后，移去凝胶球，溶液呈绿色， 原因是_。 (3)为探索固定化藻对含 Zn2 污水的净化作用， 应选用浓度为_海藻酸钠制 备凝胶球。 (4)图 2 中空白凝胶球组 Zn2 浓度下降的原因是_。结合图 1 和图 2 分析， 固定化藻的实验组 2448 h 间 Zn2 浓度下降速度较快的主要原因是_； 7296 h 间 Zn
18、2 浓度下降速度较慢的原因有_。 解析 (1)海藻酸钠溶液在 CaCl2溶液中形成凝胶球，包埋绿球藻。(2)可采用培养 液或生理盐水洗去凝胶球上残余的 CaCl2和其他污染物，并保持绿球藻活性。溶 液呈绿色，说明固定化的绿球藻数量少，原因是海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过 大)。(3)根据图 1 可知，浓度为 2.0%的海藻酸钠制备的凝胶球最有利于绿球藻的 繁殖。(4)空白凝胶球容易吸附 Zn2 ，导致溶液中 Zn2浓度下降；根据图 1 和图 2 分析，固定化藻的实验组 2448 h 间绿球藻数量增加最快(处于“S”型曲线的 K/2 值处)，导致 Zn2 浓度下降速度较快，7296 h 间绿球藻数量基本不再增加。 答案 (1)包埋绿球藻(包埋剂) 与海藻酸钠反应形成凝胶球(凝固剂) (2)培养液 (生理盐水) 海藻酸钠浓度过低(凝胶球孔径过大) (3)2.0% (4)凝胶球吸附 Zn2 绿球藻生长(增殖)速度快 绿球藻生长(增殖)速度减慢，溶液中 Zn2 浓度较低