高中生物《制备和应用固定化酶》教案2苏教版选修1

1第三章第二节：制备与应用固定化酶【教学目标】1、知道从酶到固定化酶技术，再到固定化细胞技术的发展过程以及生产中遇到的问题及固定化技术带来的巨大效益；2、知道常用的固定化技术及适用范围，明确固定化技术的的应用原理，会解释各种现象。【教学重点、难点】固定化酶与固定化细胞的制备方法及优缺点【教学方法】教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。【学习方法】自主学习法、讨论法【教学手段】多媒体【教学过程】温故知新，引出课题：（1）酶制剂在食品、化工、轻纺、医药等领域大规模使用，请你归纳使用酶制剂的优点？（2）加酶洗衣粉中常用的酶制剂有哪些？这些酶能直接加入洗衣粉么？洗衣水中的酶能被重新利用吗？提出问题：如果你是工程技术人员，能否有一种方法使酶发挥它的优点，而没有这些缺点？（一）问题预设与检测学生结合课前预习，课堂上给出答案1、什么是固定化酶？2、固定化酶的方法有哪些？这些方法的原理是什么？3、根据固定化酶给细胞固定化下个定义？4、固定化细胞方法有哪些？5、固定化细胞技术的优势是什么？（二）合作探究，解决问题：探究1：固定化酶(ImmobilizedEnzyme）是20世纪60年代发展起来的—项新技术。以往使用的酶绝大多数是水溶性的酶。这些水溶性酶催化结束后，极难回收，因而阻碍了酶工业的进一步发展。60年代后，在酶学研究领域内涌现出固定化酶。它是通过物理的或化学的手段，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚在一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用；过去曾称其为水不溶酶或固相酶。1953年德国科学家采用聚氨基苯乙烯树脂为载体，与胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合，制成固定化酶。1971年第一届国际酶工程会上正式建议采用固定化酶的名称。固定化酶的使用，推动了酶在生产上的应用。固定化酶，就是将酶分子结合在特定的支持物上且不影响酶的功能。用于固定酶的底物有琼脂糖、丙烯酰胺、藻酸钠等。固定化酶技术的应用，一是可循环反复使用酶制剂。据报道，在某些情况下可使用上千次，极大地降低生产成本。二是在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行。三是稳定性能好等。阅读资料，思考如果固定化酶制备成功，你觉得在生产上会带来哪些好处？2过渡：那么如何来制备固定化酶呢？探究2：阅读教材P52，思考：（1）三种制备方法的优缺点?（2）对固定化酶影响较小的固定方法是什么？（3）判断下列3幅图分别代表哪类制备方法？、、过渡：固定化酶能否制备成功呢？我们来看看一个实例。探究3：高果糖浆是指果糖含量为42%左右的糖浆。作为蔗糖的替代品，高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管病，对人类的健康更有益。高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，它能将葡萄糖转化为果糖。这种酶的稳定性好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中回收，造成很大的浪费。使用固定化酶技术，将这种酶固定于一种颗粒状的载体上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布有许多小孔的筛板。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，提高了果糖的产量和质量。目前，利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的规模已经超过了每年1000万吨。阅读资料，思考：（1）高果糖浆的生产原理（2）葡萄糖异构酶的固定及生产流程（识图）3（3）反应柱的优点拓展视野：固定化酶的应用课本53页：酶反应器过渡：（提出新的问题）一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中很多产物的形成都是通过一系列的酶促反应才能得到的，如何解决这个问题？探究4：:阅读教材P54，解决以下问题：（1）将谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的发酵过程变为连续的酶反应，应当固定（）；若将蛋白质变成氨基酸，应当固定（）。（2）一般来说，酶更适合用吸附法和交联法固定，而细胞多采用包埋法固定，想想看为什么？课堂归纳，提炼升华：直接使用酶、固定化酶与固定化细胞各有什么优缺点?比较直接使用酶固定化酶固定化细胞优点缺点（三）问题预留：一个固定化细胞反应器犹如一台“生命活动功能推动机”，其实际应用程度已超过固定化酶，如何固定化酵母细胞以连续发酵方式生产啤酒？课堂反馈，巩固提高：1．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2．研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，于微生物降解相比，其作用不需要适宜的（）4A．温度B．酸碱度C．水分D．营养3．下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是（）A．琼脂糖B．醋酸纤维素C．聚丙烯酰胺D．聚乙烯树脂4.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．促化反应结束后，能被吸收和重复利用D．细胞结构保证了各种酶在细胞内化学反应中有效的发挥作用5．关于固定化酶中酶的说法，正确的是（）A.酶的种类多样，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6.（多选题）下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，错误的是（）A．某种固定化酶的优势在于能催化系列生化反应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都能反复使用但酶的活性迅速下降D．固定化技术常用的方法有包埋法、交联法、吸附法7.下图为固定化酶的反应柱示意图，请据图回答(1)请请在横线上填出各标号名称.①_______②_________③_________。(2)与一般酶制剂相比，固定化酶的突出优点是____________和_____________,固定化细胞的优点是___________________。(3)③的作用是_______________。（4）制作固定葡萄糖异构酶所用的方式有__________或_______________。（5）据图说出反应柱的作用原理①②③