2020秋高中生物人教版选修1课堂演练：专题4课题3酵母细胞的固定化 12页

专题 4 酶的研究与应用 课题 3 酵母细胞的固定化 1．下列关于使用固定化酶技术生产高果糖浆的说法，正确的是 ( ) A．高果糖浆的生产需要使用果糖异构酶 B．在反应柱内的顶端装上分布着许多小孔的筛板，防止异物进入 C．将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，果糖从反应柱下端流出 D．固定化酶技术复杂，成本较高 解析：生产高果糖浆时所用的酶应为葡萄糖异构酶，将这种酶固 定在一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子 底端装上分布着许多小孔的筛板。酶颗粒无法通过筛板上的小孔，而 反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上 端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与固定化葡萄糖异构酶接触，转 化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低 了生产成本。 答案：C 2．下列对固定化酶和固定化细胞的说法，正确的是 ( ) A．固定化酶的优势在于能催化一系列生化反应 B．固定化细胞技术一次只能固定一种酶 C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都可以反复使用 D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性几乎不变 解析：某种固定化酶只能催化一种生化反应，其优势是酶可以反 复使用；固定化细胞技术一次能固定多种酶；固定化酶和固定化细胞 都能反复使用，但酶的活性下降。 答案：C 3．酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛应用于生产实践的各 个领域，下列有关叙述正确的是( ) A．用于治疗消化不良症的肠溶多酶片含有多种消化酶，但嚼服后 会失去疗效 B．固定化酵母细胞的常用方法是吸附法，这种方法对酵母细胞活 性影响最小 C．固定化酶的应用中，要控制好 pH、温度、溶解氧和营养条件 D．加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化学物质层层包裹，这属于固定 化酶 解析：肠溶多酶片中的酶在胃液内会被胃蛋白酶消化，因此嚼服 会失去疗效，A 正确；固定化酵母细胞通常采用包埋法，因为细胞体 积较大，吸附法难以固定酵母细胞，B 错误；固定化酶的应用中，要 控制好 pH、温度等条件，以保证酶的活性，但是不一定需要营养条件， C 错误；加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化学物质层层包裹，目的是将 酶与洗衣粉的其他成分隔离，防止表面活性剂等影响酶的活性，这是 直接使用酶制剂，不属于固定化酶，D 错误。 答案：A 4．下列关于固定化酶技术中用到的反应柱，理解正确的是( ) A．反应物和酶均可自由通过反应柱 B．反应物和酶均不能通过反应柱 C．反应物能通过反应柱，酶不能通过反应柱 D．反应物不能通过反应柱，酶能通过反应柱 解析：反应柱下端有分布着小孔的筛板，反应物能过，酶不能过， 选 C。 答案：C 5．下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答： (1)请在横线上填出各标号的名称。 ①________；②________；③______________。 (2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是______________ _____________________________________________________。 固定化细胞的优点是__________________________________ ________。 (3)③的作用是______________________________________ _____________________________________________________。 (4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有________、________或 ________。 解析：(1)使用固定化酶技术要用到反应柱，下端有分布着小孔的 筛板，反应柱中填装固定化酶。(2)与一般的酶制剂相比，固定化酶不 仅能与反应物充分接触，还能与产物分离，并且可以反复利用。但是 与固定化细胞相比，固定化酶不能催化一系列的化学反应，并且固定 化细胞成本更低，操作更容易。(3)酶颗粒无法通过筛板，而反应溶液 却可以自由出入。(4)制作固定化葡萄糖异构酶的方法有将酶相互连接 起来(化学结合法)，将酶吸附在载体表面上(物理吸附法)或将酶包埋在 细微网格中(包埋法)。 答案：(1)反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板 (2)既能与反应物接触，又能与产物分离，能被反复利用 成本更 低，操作更容易 (3)使反应溶液自由出入而阻碍酶颗粒通过 (4)化学结合法 物理吸附法 包埋法 [A 级 基础巩固] 1．对固定化细胞的叙述，正确的是( ) A．催化效率高，低耗能，低污染 B．对环境的条件非常敏感，容易失活 C．既能与反应物充分接触，又能与产物分离 D．成本低，操作简单，但反应效果可能很低 解析：参照固定化细胞的优点。 答案：C 2．固定化细胞对酶的活性影响最小，根本原因是( ) A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程 B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用 C．催化反应结束后，能被吸收和重复利用 D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用 解析：细胞内部环境稳定，利于各种酶发挥催化作用。 答案：D 3．关于固定化酶技术的说法正确的是( ) A．固定化酶技术就是固定反应物，使酶依附着载体围绕反应物旋 转的技术 B．固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应 C．固定化酶中的酶无法重复利用 D．固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术 解析：固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的 技术。其优点是酶被固定在一定装置内，可重复利用；不足是无法同 时解决一系列酶促反应。 答案：D 4．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是( ) A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 B．固定化酶的应用中，要控制好 pH、温度和溶解氧 C．利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，需提供适宜的营养条 件 D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物 解析：固定化细胞可连续催化多步反应；应用固定化酶需控制好 温度和 pH，无氧参与的反应不需控制溶解氧；利用固定化酶降解有机 磷农药，农药是反应底物，不需另外提供营养；利用固定化酵母细胞 发酵，糖类既作为反应底物，又作为酵母细胞生命活动的能源物质。 答案：A 5．大分子反应物应采用的固定化技术和理由是( ) A．固定化酶技术；可应用化学结合法或物理吸附法对酶固定，利 于大分子和酶的接触 B．固定化酶技术；可应用包埋法对酶固定，利于大分子和酶的接 触 C．固定化细胞技术；一般应用化学结合法或物理吸附法对细胞固 定，利于大分子和细胞的接触 D．固定化细胞技术；一般应用包埋法对细胞固定，利于大分子和 细胞的接触 解析：大分子反应物应采用的固定化技术是固定化酶技术，理由 是：一般用化学结合法或物理吸附法对酶固定，和包埋法相比，化学 结合法或物理吸附法有利于反应物与酶的接触。如采用固定化细胞技 术，则一般用包埋法对细胞固定，由于大分子颗粒比较大，反应物难 以进入包埋细胞的网格或颗粒，不利于反应的进行。 答案：A 6．下列关于固定化酶技术与固定化细胞技术之间关系的叙述中， 正确的是( ) 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：固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的， 解决了固定化酶不能催化一系列反应的问题，因此固定化酶技术先于 固定化细胞技术。 答案：A B 级 能力训练 7．某实验小组进行固定化酵母细胞的制备，并开展游离酵母和固 定化酵母发酵产酒酒精度的比较。请回答下列问题： (1)下图中钙离子的作用是使胶体聚沉，海藻酸盐起________的作 用。 凝胶珠 (2)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件 下发酵，定时记录发酵液中酒精度的变化。 产酒酒精度的比较 时间/d 游离酵母 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 实 验 过 程 中 的 “ 在 一 定 的 条 件 下 发 酵 ” 的 条 件 是 ________________，要求条件相同是为了确保________。 ②由表可知，固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精，但固定 化 酵 母 在 发 酵 前 期 的 延 迟 期 比 游 离 酵 母 发 酵 前 期 的 延 迟 期 要 ________。 解析：(1)海藻酸盐起载体的作用，用于包埋酵母细胞。 (2)酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程，需要在适宜的温 度、pH 等条件下进行。两组实验的条件相同，才能够确保无关变量相 同，即遵循单一变量原则。由表可知，在 12 天的发酵时间里，固定化 酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 6.4 度，游离酵母发酵产酒酒精度从 0 度到 4.6 度，而且固定化酵母发酵产酒精度在第 4 天即达到 4.2 度，这 就表明固定化酵母的延迟期短。 答案：(1)包埋酵母细胞(或载体) (2)适宜的温度、pH 等 单一变量 短 8．下图为酵母细胞固定化及其应用的相关图解，请据图回答问题。 (1)某实验小组利用海藻酸钠制备固定化酵母细胞，应使用图甲中 的方法[ ]________(填出号码及名称)。而制备固定化酶不宜用此方 法，原因是______________________________________________。 部 分 同 学 实 验 制 得 的 凝 胶 珠 如 图 乙 ， 其 原 因 可 能 有 ______________________、______________________等。 (2)某实验小组用图丙所示的装置来进行葡萄糖发酵。a 是 ________，b 是________。从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高 的原因是________________________________________________ _____________________________________________________。 为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程 一定要在________条件下进行。装置中长导管的作用是___________ ______________________________________________________。 解析：酶的固定化适宜用化学结合法和物理吸附法；酵母细胞的 固定化适宜用包埋法。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明 海藻酸钠的浓度偏高或混合液滴加速度过快(或针筒口离 CaCl2 溶液液 面距离过近)。 答案：(1)③ 包埋法 酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 海 藻酸钠浓度过高 混合液滴加速度过快(或针筒口离 CaCl2 溶液液面距 离过近) (2)固定化酵母细胞 反应柱 葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细 胞因失水过多而死亡 无菌 释放 CO2 并防止空气中的杂菌进入反应 柱 9．固定化酶是 20 世纪 60 年代迅速发展起来的一种技术。东北农 业大学科研人员利用双重固定法，即采用戊二醛作交联剂(使酶相互连 接)，海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，研究固定化酶的性质，并 对其最佳固定条件进行了探究。下图显示的是部分研究结果(注：酶活 力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量)，分析 回答下列问题。 (1)从对温度变化适应性和应用范围的角度分析，由甲图所示结果 可以得出的结论是：_______________________________________ ______________________________________________________。 (2)乙图曲线表明浓度为____________的海藻酸钠包埋效果最好， 当海藻酸钠浓度较低时，酶活力较低的原因是________________ _____________________________________________________。 (3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降，由丙图可知，固定 化酯酶一般可重复使用________次，之后酶活力明显下降。 (4)固定小麦酯酶不仅采用海藻酸钠直接包埋，而且用戊二醛作交 联剂，这是因为___________________________________________ ______________________________________________________。 答案：(1)固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范 围较广 (2)3% 海藻酸钠浓度较低时包埋不紧密，酶分子容易漏出， 数量不足 (3)3 (4)酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出 10．下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答： 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)影响实验成败的关键步骤是___________________________ ______________。 (3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目 ________。 (4)观察形成凝胶珠的颜色和形状，如果颜色过浅，说明_______； 如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明___________________ ______________________________________________________。 (5)固定化酶技术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环境中进入休眠状态，活化就是让 处于休眠状态的微生物恢复正常生活状态。因为酵母细胞活化时体积 会增大，所以活化前应选择足够大的容器。在此实验中，配制海藻酸 钠溶液是影响实验成败的关键步骤。如果海藻酸钠浓度过低，形成凝 胶珠包埋酵母细胞数目就会减少；观察形成凝胶珠的颜色和形状，如 果颜色过浅，说明固定化酵母细胞数目较少，如果形成的凝胶珠不是 圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高，制作失败，需要重新配制； 因为酶分子很小，容易从包埋材料中漏出，所以制备固定化酶一般不 宜用包埋法。 答案：(1)缺水 正常的生活 体积增大 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)少 (4)固定化酵母细胞数目较少 海藻酸钠浓度偏高，制作失败 (5)酶分子很小，容易从包埋材料中漏出 11．某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄 糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。 (1)酵母细胞的固定采用的方法是________。 (2)请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞过程的步骤： ①配制 CaCl2 溶液时应用蒸馏水。 ②海藻酸钠溶液应用______________加热。 ③海藻酸钠溶液必须______________才能加入酵母细胞。 ④注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入____________ 中形成________。 (3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。 ①为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过 程中，一定要在________条件下进行。 ②加入反应液后的操作是关闭__________________________。 ③装置的长导管起到什么作用？__________________________ ____________________________________________________。 (4)试分析下图中，与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相 似的是( ) 解析：由于细胞过大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法进 行固定化。操作过程中，必须等海藻酸钠溶液冷却后才能将其与酵母 细胞混合，否则酵母细胞会在高温下死亡。酵母菌利用葡萄糖的发酵 过程中会产生 CO2，为减小装置中的压力，应及时将其排出。 答案：(1)包埋法 (2)②小火或间断 ③冷却至室温 ④氯化钙溶 液 凝胶珠 (3)①无菌 ②活塞 1 和活塞 2 ③释放 CO2，减小反应 柱内压力并可防止其他微生物污染 (4)D