高中生物选修1课时作业2143 酵母细胞的固定化.docx
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高中生物选修1课时作业2143酵母细胞的固定化
课题3 酵母细胞的固定化
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糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、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.下列有关利用固定化酶技术生产高果糖浆的说法,不正确的是( )
A.葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成的是果糖
B.从固定化酶反应柱下端流出的只有果糖
C.高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管疾病,对人类的健康更有益
D.固定化酶的反应柱能连续使用半年,降低了生产成本
[解析] 本题考查固定化酶的应用实例,反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗粒通过,但是不影响反应物和产物的通过,因此下端流出的既有果糖,又有没反应完的葡萄糖。
[答案] B
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0.2mm、0.3mm、0.4mm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.小球藻被包埋在不溶于水的多孔性载体中
B.用直径为0.3mm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0.3mm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2h,过滤洗涤,再加入到戊二醛溶液中,25℃化学结合2h,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α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α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。
__________________________________________________
____________________________________________________________________。
(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]
(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.固定化酶技术是从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,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,当海藻酸钠溶液浓度较低时,酶活力较低原因是_________________________________________。
(3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降,由丙图可知,固定化小麦酯酶一般可重复使用________次,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,同时用戊二醛作交联剂,这是因为___________________________________________________________________。
[解析] 本题考查分析图表的能力,由甲图可知,固定化酶在较高温度下仍然具有较高的活性;乙图显示浓度为3%的海藻酸钠溶液包埋效果最好;丙图显示固定化酶在使用3次后酶活力下降幅度较快;酶分子很小易从包埋材料中漏出,所以可以用戊二醛作交联剂。
[答案]
(1)固定化酶比游离酶对温度变化适应性更强且应用范围较广
(2)3% 海藻酸钠溶液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
16.(2016·江苏卷,29)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:
―→
―→
(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24h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24~48h间Zn2+浓度下降速度较快的主要原因是________;72~96h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24~48h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,72~96h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
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