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課題3 酵母細胞的固定化 一、選擇題 1．下列說法中，哪項不是在應用酶的過程中常遇見的一些實際問題(　　) A．酶與反應物混合，產(chǎn)品難以提純 B．酶在生物化學反應中往往難以回收 C．酶遇強酸、強堿、高溫等條件易失活 D．酶作為催化劑，絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì) 解析：酶的作用條件比較溫和，易受溫度、酸堿度的影響；酶在生物化學反應中與反應物、產(chǎn)物混合在一起，很難回收，影響產(chǎn)品質(zhì)量。這些都是酶應用過程中常遇見的一些問題。 答案：D 2．下列關于酶和固定化酵母細胞的研究與應用的敘述，錯誤的是(　　) A．從酶的固定方式看，吸附法比化學結(jié)合法對酶活性影響小 B．作為消化酶使用時，蛋白酶制劑以口服方式給藥 C．尿糖試紙含有固定化的葡萄糖酶和過氧化氫酶，可以反復使用 D．將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗，目的是洗去CaCl2和雜菌 解析：酶的固定方式有包埋法、化學結(jié)合法和物理吸附法，物理吸附法是利用吸附劑本身的表面張力對附近的分子產(chǎn)生吸附，與化學結(jié)合法相比，不會使被吸附物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生改變，所以吸附法對酶活性影響較小；消化酶在人體消化道內(nèi)發(fā)揮作用，蛋白酶制劑一般在最外面加上糖衣后通過口服方式給藥；尿糖試紙是一種由葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶和某種無色的化合物固定于濾紙上制成的酶試紙，不能反復利用；制備固定化酵母細胞時，將海藻酸鈉凝膠珠用無菌水沖洗的目的是洗去CaCl2和雜菌，防止凝膠珠硬度過大和雜菌污染。 答案：C 3．下列關于固定化酶和一般酶制劑應用效果的說法，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(chǎn)物混合在一起，產(chǎn)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(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量 解析：固定化酶是因為可回收重新利用而可以較長時間使用的，并不是因為生物活性強而可長久使用。單純從生物活性方面分析，固定化酶與一般酶制劑的活性差別不大。 答案：A 4．下列有關固定化酶和固定化細胞的說法不正確的是(　　) A．與普通酶相同，固定化酶活性的發(fā)揮需要適宜的溫度和pH B．固定化細胞發(fā)揮作用除了需要適宜的溫度、pH外，還需要有機營養(yǎng)的供應 C．固定化酶和固定化細胞的共同點是所固定的酶都在細胞外起作用 D．固定化酶和固定化細胞都能反復使用，而且酶的活性不變 解析：酶的活性的正常發(fā)揮都需要適宜的溫度和pH。固定化細胞發(fā)揮作用的是活細胞，活細胞發(fā)揮作用除了需要適宜的溫度、pH外，還需要有機營養(yǎng)的供應。固定化酶所固定的酶都在細胞外起作用；固定化細胞所固定的酶有的在細胞外起作用，有的在細胞內(nèi)起作用。固定化酶和固定化細胞都能反復使用，而且酶的活性不變。 答案：C 5．目前，酶已經(jīng)大規(guī)模地應用于各個領域，下列屬于酶應用中面臨的實際問題的是(　　) A．酶對有機溶劑不敏感，但對高溫、強酸、強堿非常敏感 B．加酶洗衣粉因為額外添加了酶制劑，比普通洗衣粉更易污染環(huán)境 C．固定化酶可以反復利用，但在固定時可能會造成酶的損傷而影響活性 D．酶的催化功能很強，但需給予適當?shù)臓I養(yǎng)物質(zhì)才能較長時間維持其作用 解析：酶對有機溶劑也非常敏感；普通洗衣粉中含有磷，更容易污染環(huán)境；酶發(fā)揮催化作用時不需要提供營養(yǎng)物質(zhì)。 答案：C 6．下列關于酶和細胞固定化的敘述，不正確的是(　　) A．酶分子很小，易采用包埋法固定 B．酶分子很小，易采用化學結(jié)合法或物理吸附法固定 C．細胞個大，難被吸附或結(jié)合 D．細胞易采用包埋法固定 解析：酶分子很小，易采用化學結(jié)合法或物理吸附法固定；細胞個大，難被吸附或結(jié)合，易采用包埋法固定。 答案：A 7．下列關于固定化細胞的說法，錯誤的是(　　) A．固定化細胞技術是利用物理或化學方法將細胞固定在一定空間內(nèi)的技術 B．固定化酶技術是固定化細胞技術的基礎 C．一般來說，細胞常采用化學結(jié)合法固定化 D．包埋法常用的載體有明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉、醋酸纖維素和聚丙烯酰胺等 解析：細胞個大，酶分子很小，個大的細胞難以被吸附或結(jié)合，而個小的酶容易從包埋材料中漏出，所以酶更適合采用化學結(jié)合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。 答案：C 8．下列有關固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是(　　) A．可用包埋法制備固定化酵母細胞 B．反應產(chǎn)物對固定化酶的活性沒有影響 C．葡萄糖異構(gòu)酶固定前后專一性不同 D．固定化細胞可以催化各種反應底物的一系列反應 解析：由于細胞相對于酶來說更大，難以被吸附或結(jié)合，因此多采用包埋法；某些反應產(chǎn)物可能與酶結(jié)合，致使酶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，從而改變酶的催化活性；固定化酶實質(zhì)上是將相應酶固定在不溶于水的載體上，實現(xiàn)酶的反復利用，并提高酶穩(wěn)定性，酶的各項特性保持不變；固定化細胞在多步酶促反應中發(fā)揮連續(xù)催化作用，但如果反應底物是大分子物質(zhì)，則難以自由通過細胞膜，從而限制固定化細胞的催化作用。 答案：A 9．下列說法不正確的是(　　) A．固定化酶和固定化細胞的方法包括包埋法、化學結(jié)合法和物理吸附法 B．固定化酶更適合用化學結(jié)合法和物理吸附法制備 C．由于細胞個體大，而酶分子很小，因此細胞多采用物理吸附法固定 D．反應物是大分子物質(zhì)應采用固定化酶 解析：在酶和細胞的固定化技術中，通常有包埋法、化學結(jié)合法和物理吸附法。由于酶分子小，又多帶電荷，易從多孔性物質(zhì)中漏出，因此多使用化學結(jié)合法與物理吸附法制備，而細胞個體大，難以被多孔性物質(zhì)吸附或結(jié)合，因而多采用包埋法制備。 答案：C 10．下列對配制海藻酸鈉溶液的敘述，不正確的是(　　) A．加熱制備海藻酸鈉溶液是操作中最重要的一環(huán) B．海藻酸鈉的濃度涉及固定化細胞的質(zhì)量 C．海藻酸鈉的濃度過高，易形成凝膠珠 D．海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠內(nèi)包埋細胞過少 解析：海藻酸鈉的濃度過高，凝膠珠不易形成；海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠內(nèi)包埋的細胞過少。加熱制備海藻酸鈉溶液是操作中最重要的一環(huán)，因為海藻酸鈉的濃度影響固定化細胞的質(zhì)量。 答案：C 11．下面制備固定化酵母細胞的正確步驟是(　　) ①配制CaCl2溶液?、谂渲坪Ｔ逅徕c溶液?、酆Ｔ逅徕c溶液與酵母細胞混合　④酵母細胞的活化?、莨潭ɑ湍讣毎? A．①②③④⑤ B．④①③②⑤ C．④⑤②①③ D．④①②③⑤ 解析：制備固定化酵母細胞的正確步驟為酵母細胞的活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸鈉溶液→海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合→固定化酵母細胞。 答案：D 12．下列有關固定化酵母細胞技術的敘述，正確的是(　　) A．實驗中需要先利用蒸餾水消耗酵母細胞中的有機物 B．固定化酵母細胞的常用方法是吸附法，這種方法對酵母細胞活性影響最小 C．實驗中使用CaCl2溶液處理的目的是使酵母細胞處于感受態(tài)，提高發(fā)酵效率 D．若最終凝膠珠的顏色泛白，可能是由于海藻酸鈉的濃度偏低 解析：若海藻酸鈉濃度過低，會導致固定的酵母細胞數(shù)目偏少，觀察到凝膠珠的顏色淺(白色)。 答案：D 二、非選擇題 13．如圖1為人工種子生產(chǎn)過程示意圖，圖2為圖1中③過程的相關操作。請據(jù)圖回答。 (1)圖1中，過程①②分別稱為________、________。 (2)圖2中，包埋形成人工種子過程中，先適當加熱使海藻酸鈉溶化，然后將溶化的海藻酸鈉溶液________，再加入________充分攪拌混合均勻。 (3)若用圖2的方法“制備固定化酵母細胞”，海藻酸鈉溶液的濃度對實驗結(jié)果影響較大，若濃度過高，則________________，通常評價該實驗結(jié)果主要是觀察凝膠珠的__________________。 答案：(1)脫分化　再分化　(2)冷卻至室溫　胚狀體　(3)不易形成凝膠珠　顏色和形狀 14．如圖1所示，探究性實驗裝置共六個，六個裝置中分別加入飽和葡萄糖溶液及兩粒凝膠珠，實驗開始時，小液滴都在C點(刻度管足夠長，瓶內(nèi)氧氣充足)。六個裝置分別在0 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃溫度下，每隔2 min后，記錄各個裝置中小液滴的位置，并且描繪出坐標曲線圖如圖2。 (1)實驗目的是____________________________________， 自變量是________。 (2)錐形瓶中氫氧化鈉溶液的作用是___________，實驗中小液滴移動的方向是____________，理由是__________________，移動的距離表示______________。 (3)如果在制備醋酸菌細胞的實驗中，海藻酸鈉的濃度過低，請在坐標系中畫出實驗開始10 min后的曲線乙。 (4)工業(yè)生產(chǎn)中利用固定化細胞技術進行生產(chǎn)，從哪些方面可以達到延長利用固定化細胞時間的目的？(至少兩點)___________________。 解析：(1)本實驗探究了溫度與醋酸菌發(fā)酵速度之間的關系，所以溫度是自變量。(2)NaOH溶液的作用是處理生成的醋酸和CO2，以免影響實驗結(jié)果的準確性；結(jié)果錐形瓶中的氣體量減少，小液滴左移。(3)如果海藻酸鈉的濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的醋酸菌數(shù)目就少，小液滴移動距離就短，所得曲線乙和原曲線相似，但在原曲線的下面。(4)在利用固定化細胞技術進行生產(chǎn)時，要求無菌操作，同時控制好溫度和pH等。 答案：(1)探究溫度與醋酸菌發(fā)酵速度之間的關系　溫度　(2)防止產(chǎn)生的醋酸和CO2揮發(fā)影響實驗結(jié)果的準確性　左移　錐形瓶中氧氣量減少，從而使壓強降低　有氧呼吸消耗的氧氣量 (3)如圖 (4)無菌操作，控制好溫度和pH等 15．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。請回答下列問題： (1)圖1中X溶液為________，其作用是使________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)圖1中制備的凝膠珠用________洗滌后再轉(zhuǎn)移到圖2裝置中。圖2發(fā)酵過程中攪拌的目的是使______________。 (3)在用海藻酸鈉包埋酵母菌形成凝膠珠的過程中，加熱溶解海藻酸鈉時需注意用________________________________________________________________________ 加熱，然后將溶化好的海藻酸鈉溶液________________________________________________________________________ 后，加入酵母菌充分攪拌混合均勻。 (4)研究發(fā)現(xiàn)，固定化強度強的酵母顆粒發(fā)酵效果好，且穩(wěn)定性高、使用壽命長。某機構(gòu)利用上述裝置，將2%、2.5%、3%的海藻酸鈉分別利用2%、3%、4%的X溶液進行凝膠化處理，所得到的固定化酵母顆粒的強度及在28 ℃下發(fā)酵48 h后的酒精產(chǎn)量見表： 海藻酸鈉(%) 2 2.5 3 2 2.5 3 2 2.5 3 X溶液(%) 2 2 2 3 3 3 4 4 4 固定化強度 (g/30個) 930 950 990 1 030 1 100 1 140 1 170 1 170 1 160 酒精量(%) 6.7 6.5 6.5 6.7 6.4 6.2 6.7 6.4 6.3 依照表格分析，隨著X溶液濃度的增加，________增加；用于酒精發(fā)酵效果最好的海藻酸鈉與X溶液濃度分別是________、________。 解析：(1)圖1為固定化酵母細胞的步驟，X溶液為CaCl2溶液，作用是使膠體聚沉，即使海藻酸鈉形成凝膠珠。(2)圖2為發(fā)酵過程，因為是無氧呼吸，故攪拌的目的只是增加培養(yǎng)液與酵母菌的接觸面積，而不是增加溶氧量。(3)溶解海藻酸鈉時需注意用小火或間斷加熱，然后將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫后，再加入酵母菌充分攪拌混合均勻，以防止高溫殺死酵母菌。(4)分析表格可知，隨著X溶液濃度的增加，酵母細胞的固定化強度增加，固定化強度和產(chǎn)酒精量都較大的海藻酸鈉與X溶液濃度分別是2%、4%。 答案：(1)CaCl2溶液　海藻酸鈉形成凝膠珠 (2)蒸餾水　培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 (3)小火(或間斷)　冷卻至室溫 (4)固定化強度　2%　4%