2019-2020学年人教版生物选修一抢分教程能力提升：专题4课题3　酵母细胞的固定化

2019-2020学年人教版生物选修一抢分教程能力提升：专题4课题3　酵母细胞的固定化

专题 4 课题 3 酵母细胞的固定化 [随堂巩固] 1．如图所示的固定化方式中，适宜固定化酶的方法是 A．①②③ B．①② C．②③ D．①③ 解析 据图分析，①表示化学结合法，将酶互相连接起来；②表示包埋法， 将酶包埋在细微网格内；③表示物理吸附法，将酶吸附在载体表面，由于酶分 子较小，不适用包埋法，适用化学结合法和物理吸附法。 答案 D 2．下列有关说法中不正确的是 A．可用包埋法制备固定化酵母细胞 B．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH 外，还需要营养物质的 供应 C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用 D．固定化酶和固定化细胞都能被反复利用，但酶的活性可能下降 解析 固定化技术包括包埋法、物理吸附法和化学结合法(交联法)，由于细 胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法，A 正确；由于活 细胞需要生活在适宜的温度、PH 和一定的营养环境中，所以固定化细胞发挥作 用除了需要适宜的温度、pH 外，还需要营养物质的供应，B 正确；固定化酶所 固定的酶都在细胞外起作用，固定化细胞所固定的酶有的在细胞外起作用，有 的在细胞内起作用，C 错误；固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但是因酶所 处的环境条件的改变，可能会导致酶的活性下降，D 正确。 答案 C 3．下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是 A．从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小 B．作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药 C．尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶、过氧化氢酶和无色化合物，不可以反 复使用 D．固定化酶的应用中要控制好温度、pH 和溶解氧 解析 吸附法是利用离子键作用、物理吸附等方法，将酶固定在载体上， 而化学结合法是利用多功能试剂进行酶与载体之间的交联，从而得到三维的交 联网架结构，后者有可能影响酶活性部位，A 项正确；消化酶是在消化道中起作 用的，因此蛋白酶制剂以口服方式给药，B 项正确；尿糖试纸含有固定化的葡萄 糖酶、过氧化氢酶和无色的化合物，主要是利用原子氧将某种无色化合物氧化 成有色化合物，所以不可以反复使用，C 项正确；固定化酶活性的维持需要一定 的温度、pH，但由于酶不是生物体，其活性的维持不需要溶解氧，D 项错误。 答案 D 4．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 5．下图是人体内某化学反应的图解，其中英文字母代表物质，数字表示反 应前、中、后过程。请据图回答： (1)图中代表酶的是____________，作出判断的依据是__________________。 (2)从图 ①和图②可以反 映出酶具有 ________性，作出判 断的依据是 ____________________________________________________________________。 (3)如果 D 代表麦芽糖，那么 E 和 F 则是____________和____________，A 是____________。 (4)酶固定化的方法很多，目前采用的固定化技术大致可分为三类：化学结 合法、物理吸附法和包埋法。上述几种方法也可并用，称为混合法。在选择固 定化方法及固定的材料上，主要考虑的因素是_____________________________。 解析 (1)从上图可看出，反应前后分子结构不变的是 A，说明 A 是酶。 (2)图①过程中反应物有 B、C、D 三种，从图②过程来看，酶只与物质 D 结合，催化其进行化学反应，因此，说明酶的催化作用具有专一性。 (3)麦芽糖是二糖，即是由 2 分子葡萄糖组成的，所以麦芽糖在麦芽糖酶的 作用下，水解成葡萄糖。 (4)固定化的结果往往引起酶性质的改变。主要原因是：一方面是酶本身的 变化，主要由于活性中心的氨基酸残基、空间结构和电荷状态发生了改变；另 一方面是载体的理化性质的影响，常常会引起底物特异性、最适 pH、最适温度 的改变等。因此，在酶固定方法及材料的选择上，主要考虑的因素是对酶活性 的影响。 答案 (1)A A 反应前后本身没有变化 (2)专一 在 B、C、D 存在时，只催化 D 物质 (3)葡萄糖 葡萄糖 麦芽糖酶 (4)对酶活性的影响 [限时检测] [时间 45 分钟，满分 80 分] 一、选择题(每小题 5 分，共 50 分) 1．下列有关酵母细胞固定化实验操作目的及结果分析，错误的是 A．干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化 B．配制海藻酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊 C．若海藻酸钠的浓度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少 D．凝胶珠在 CaCl2 溶液中浸泡时间的长短，不影响发酵效果 解析 干酵母细胞处于休眠状态，需置于蒸馏水中活化，A 正确；配制海藻 酸钠溶液时需要小火或间断加热，以防海藻酸钠焦糊，B 正确；若海藻酸钠的浓 度偏低时凝胶珠呈白色，固定的细胞数目过少，C 正确；凝胶珠在 CaCl2 溶液中 浸泡时间的长短，影响发酵效果，D 错误。 答案 D 2．酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛地应用于各个领域，下列有关 叙述错误的是 A．90 ℃高温会使 Taq 酶失去催化活性 B．制备固定化酶的方法主要有包埋法、交联法和吸附法 C．固定化酶固定时可能会造成酶的损伤而影响活性 D．固定化细胞可以催化一系列酶促反应 解析 TaqDNA 聚合酶是从一种水生栖热菌株中分离提取的，具有耐高温 的特性，在 90 ℃仍具有酶活性，A 错误；固定化酶和固定化细胞是利用物理或 化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物 理吸附法，B 正确；某些反应产物可能与酶结合，致使酶的结构产生变化，从而 改变酶的催化活性，C 正确；固定化细胞在多步酶促反应中发挥连续催化作用， 但如果反应底物是大分子物质，则难以自由通过细胞膜，从而限制固定化细胞 的催化反应，D 正确。 答案 A 3．(2019·黄冈检测)某兴趣小组欲利用固定化酶进行酶解淀粉的实验，分组 如表所示，下列有关说法错误的是 组别 固定化酶柱 长度(cm) 淀粉溶液的流速 (mL·min－1) 甲 10 0.3 乙 10 0.5 丙 15 0.3 丁 15 0.5 A.固定化酶柱长度和淀粉溶液的流速决定了酶柱中酶的含量 B．淀粉溶液的流速过快会导致流出液中含有淀粉 C．各组实验所用的淀粉溶液浓度应相同 D．淀粉溶液的 pH 对实验结果有影响 解析 固定化酶柱长度决定了酶柱中酶的含量，A 项错误；淀粉溶液流速过 快，酶来不及催化反应发生，会导致流出液中含有淀粉，B 项正确；实验要遵循 等量原则，C 项正确；pH 影响酶的活性，D 项正确。 答案 A 4．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是 A．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 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中有机磷农药，需要提供适宜的营养条件 D．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显 解析 利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类除了作为反应底物外，还为 酵母菌提供碳源，A 错误；固定化酶的应用中，要控制 pH、温度，但与溶解氧 无关，B 错误；利用固定化酶降解水体中的有机磷农药，是酶促反应，没有细胞 参与，所以不需提供营养条件，C 错误；固定化细胞技术固定的是一系列酶，所 以在多步连续催化反应方面优势明显，D 正确。 答案 D 5．下列关于酶制剂和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，正确的是(多选) A．从酶的固定方式看，吸附法比交联法对酶活性影响大 B．可以用包埋法将各种消化酶固定化形成多酶片，并口服使用 C．探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，洗涤方式、水温、浸泡时间等都属 无关变量 D．将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去 CaCl2 解析 酶的固定方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法，物理吸附的过 程是利用吸附剂本身的表面张力，对附近的分子产生吸附，吸附剂不会与被吸 附物质发生化学反应而使其发生性质改变，交联法可能引起酶分子结构发生改 变而改变酶的活性，所以吸附法比交联法对酶活性影响小，A 项错误；消化酶在 消化道中起作用，蛋白酶制剂一般在最外面加上糖衣后通过口服方式给药，B 项 错误；探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，洗涤方式、水温、浸泡时间等都属 无关变量，C 项正确；制备固定化酵母细胞时，将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至 室温，加入已活化的酵母细胞充分搅拌混合均匀后移至注射器中，然后以恒定 速度缓慢将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2 溶液中而形成凝胶珠，再用无 菌水冲洗 2～3 次，所以用无菌水冲洗的目的是洗去 CaCl2，D 项正确。 答案 CD 6．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，防止异物的进入 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 高果糖浆需要使用葡萄糖异构酶，分布有筛板的目的是防止酶分子 的通过，选 C。 答案 C 7．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 CaCl2 溶液中，25 ℃静置固定化 2 h，过滤洗涤，再加 入到戊二醛溶液中，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 在温度或 pH 变化时，与游离酶相比，固定化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 浓度较高时，形成的凝胶孔径比较小。 答案 C 8．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述错误的是 A．固定化酶的主要目的是实现酶的重复利用 B．溶解氧交换受阻是固定化酶应用的重要限制因素 C．固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物 D．凝胶与被包埋细胞之间不是通过共价键结合 解析 固定化酶实质上是将相应酶固定在不溶于水的载体上，实现酶的反 复利用，A 项正确；酶的催化作用不需要氧气，故固定化酶的应用不需要氧气， 与溶解氧交换受阻无关，B 项错误；固定化细胞用于生产能分泌到细胞外的产物， 如分泌蛋白等，C 项正确；凝胶与被包埋细胞之间没有化学键，不通过共价键结 合，D 项正确。 答案 B 9．(2018·江苏卷)下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是 A．用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞 B．进行包埋时，用于悬浮细胞的 CaCl2 溶液浓度要适宜 C．注射器(或滴管)出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状 D．包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性 解析 溶解海藻酸钠时，应先加水，小火间断加热并不断搅拌，完全溶化 后用蒸馏水定容，冷却至室温后加入活化的酵母细胞充分搅拌，使其混合均匀， 再固定，A 错误；进行包埋时，CaCl2 溶液的作用是让胶体聚沉，使海藻酸钠形 成凝胶珠，不是用于悬浮细胞，B 错误；滴加时注射器或滴管不能贴近液面，否 则凝胶珠会呈蝌蚪状，C 错误；制作成功的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一 定的弹性，D 正确。 答案 D 10．下列说法不正确的是 A．固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法 B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法 C．细胞由于个体大，多采用物理吸附法固定 D．固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离 解析 固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一 定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，酶分子较小，容易 从包埋材料中漏出，因此酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，细胞 多采用包埋法固定化，AB 正确；细胞个大，难被吸附或结合，C 错误；固定后 的酶既能与反应物接触，又能与反应物分离，D 正确。 答案 C 二、非选择题(共 3 小题，共 30 分) 11．(10 分)下图 1 表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图 2 是利用固定化 酵母细胞进行酒精发酵的示意图，请据图分析回答： (1)图 1 中，将溶化好的海藻酸钠溶液____________，加入已活化的酵母细 胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。 (2)图 1 中 X 溶液为________，其作用是____________________。 (3)某同学在图 1 步骤结束后得到图 3 所示的实验结果，出现此结果的可能 原因有海藻酸钠浓度过______(“高”或“低”)或注射器中的混合液推进速度 过______(“快”或“慢”)。 (4)图 1 中制备的凝胶珠用________后再转移到图 2 装置中，发酵过程中搅 拌的目的是__________________________________________________________。 解析 (1)刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母细胞混合制 备混合液，以免高温使酵母细胞失活，(2)混合液加入 CaCl2 溶液进行固定化酵 母细胞，故图 1 中 X 溶液为 CaCl2 溶液，CaCl2 的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠。 (3)图 3 中所示的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高或注射 器中的混合液推进速度过快形成的。 (4)制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤(去除残留的 CaCl2)后再转移到图 2 装置中进 行发酵，发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母细胞充分接触，以利于发酵 过程的顺利进行。 答案 (1)冷却至室温 (2)CaCl2 溶液 使海藻酸钠形成凝胶珠 (3)高 快 (4)蒸馏水洗涤 为了使培养液与酵母菌充分接触 12．(10 分)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实验，流程及结 果如下。请回答下列问题： 制备固定化绿 球藻凝胶球 ― → 清洗 2～3 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%海藻酸钠组培养 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 24～48 h 间 Zn2＋浓度下降速度较快的主 要原因是________________________；72～96 h 间 Zn2＋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 24～48 h 间绿球藻数量增加最快，导致 Zn2＋浓度下降 速度较快，72～96 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 13．(10 分)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)该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞时应注 意： 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以恒定速度缓慢地滴入 ________________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装置的长导管的作用是__________________________________________ _______________________________________________________________。 解析 (1)制备固定化酵母细胞常用包埋法。(2)溶化海藻酸钠时，需用小火 或间断加热，防止加热过快，海藻酸钠焦糊；溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却 至室温，才能加入活化的酵母细胞，以免温度过高杀死酵母菌；将海藻酸钠溶 液和酵母细胞的混合物缓慢滴入 CaCl2 溶液中形成凝胶珠。(3)为使该实验中所 用到的固定化酵母细胞可以反复利用，实验过程一定要在无菌条件下进行。酵 母菌发酵需要无氧条件，因此，加入反应液后，要想得到较多的酒精，需将活 塞 1 和活塞 2 都关闭。装置中的长导管用于释放 CO2，减小反应柱内压力，防 止空气中的杂菌进入反应柱。 答案 (1)包埋法 (2)②小火或间断 ③冷却至室温 ④CaCl2 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