高中生物 43《酵母细胞的固定化》教案 新人教版选修11.docx
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高中生物43《酵母细胞的固定化》教案新人教版选修11
2019-2020年高中生物4.3《酵母细胞的固定化》教案新人教版选修1
(1)
★课题目标
(一)知识与技能
1、识记固定化技术的常用方法
2、理解固定化酵母细胞的制备过程
3、知道固定化酶的实例
(二)过程与方法
1、固定化细胞技术
2、制备固定化酵母细胞的过程
(三)情感、态度与价值观
通过固定化技术的发展过程,培养科学探究精神,同时领会研究的科学方法
★课题重点
制备固定化酵母细胞
★课题难点
制备固定化酵母细胞
★教学方法
启发式教学
★教学工具
多媒体课件
★教学过程
(一)引入新课
在应用酶的过程中,人们发现了一些实际问题:
酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感,容易失活;溶液中的酶很难回收,提高了生产成本,也可能影响产品质量。
在本课题中,我们将动手制备固定化酵母细胞,体会固定化酶的作用
(二)进行新课
1.基础知识
1.固定化酶的应用实例――生产高果糖浆
(1)高果糖浆的生产原理:
(2)葡萄糖异构酶固定:
将葡萄糖异构酶固定在颗粒状载体上,装入反应柱中。
(3)高果糖浆的生产操作(识图4-5反应柱):
从反应柱上端注入葡萄糖溶液,从下端流出果糖溶液,一个反应柱可连续使用半年。
2.固定化技术的方法(识图4-6固定方法):
将酶和细胞固定化方法有包埋法、化学结合法和物理吸附法。
【比较】酶和细胞的固定方法和特点
固定对象
酶
细胞
适宜固定法
化学结合法、物理吸附法
包埋法
特点
体积小,固定一种酶。
包埋法容易丢失
体积大,固定一系列酶。
难以化学结合和吸附
〖思考1〗对固定酶的作用影响较小的固定方法是什么?
吸附法。
〖思考2〗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(酶、细胞);若将蛋白质变成氨基酸,应当固定(酶、细胞)。
3.固定细胞的材料:
固定细胞时应当选用不溶于水的多孔性载体材料,如明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素和聚丙烯酰胺等
2.实验设计
1.制备固定化酵母细胞
(1)酵母细胞的活化:
1g干酵母+10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h,使之活化。
〖思考3〗活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。
(2)配制CaCl2溶液:
0.83gCaCl2+150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用。
(3)配制海藻酸钠溶液:
0.7g海藻酸+10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火(或间断)加热,并不断搅拌,使之溶化→蒸馏水定容到10mL。
〖思考4〗微火加热并不断搅拌的目的是什么?
防止海藻酸南焦糊。
(4)海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合:
将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温,加入活化酵母细胞液,搅拌后吸入到注射器中。
〖思考5〗为什么要海藻酸钠溶液冷却后才能加入酵母细胞?
防止高温杀死酵母细胞。
(5)固定化酵母细胞:
以恒定速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中,形成凝胶珠状颗粒。
2.固定化酵母细胞的发酵
(6)冲洗:
将固定的酵母细胞凝胶珠用蒸馏水冲洗2~3次。
(7)发酵:
150mL10%葡萄糖+固定化酵母细胞→200mL锤形瓶→密封→25℃发酵24h。
〖思考6〗发酵过程中锥形瓶为什么要密封?
酵母菌的酒精发酵需要缺氧条件。
〖思考7〗锥形瓶中的气泡和酒精是怎样形成的?
酵母菌进行无氧呼吸产生的。
〖思考8〗在利用固定化酶或固定化细胞进行生产的过程中,需要无菌操作码?
需要。
3.发酵操作
(三)课堂总结、点评
(四)实例探究
例1关于酵母菌的叙述,正确的是
A.酵母菌在营养物质充足时、环境适宜时,依靠有性生殖进行繁殖
B.酵母菌的代谢类型是异养厌氧型
C.酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种的细胞器膜等膜
D.用酵母菌酿酒时,应先密封后通气
解析:
酵母菌在环境适宜时进行出芽生殖,环境不良时进行孢子生殖。
代谢类型为异养兼性厌氧型。
酵母菌细胞为真核细胞,因此具有生物膜系统。
在酿酒时,应当先通气后密封。
答案:
C
例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
A.温度B.酸碱度C.水分D.营养
解析:
本题考察酶和细胞的比较,二者的正常活动都需要一定的条件,如温度、酸碱度、水份等,但是酶本身是一种大分子物质,不需要营养,而细胞的生活离不开营养物质。
答案:
D
☆综合应用
例3.下列有关固定化技术的叙述,正确的是()
A.固定化酶只是在细胞内才能发挥作用
B.固定化酶能提高酶的利用率
C.酶的固定是酶分离纯化的常用方法
D.固定化酶的固定化方式就是吸附在固体表面上。
解析:
制成固定化酶的步骤是:
酶的生产、提取、酶的分离纯化、酶的固定化,制成固定化酶的方法有吸附在固体表面,有将酶相互连接起来.将酶包埋在细微的网格里等;这样的固定化酶能重复利用,从而提高了酶的利用率;而酶在条件适宜时,既可在细胞内起作用,也能在细胞外起作用,制成的固定化酶,更是主要在细胞外发挥作用。
答案选B
(五)巩固练习
1.酶的固定化常用的方式不包括
A.吸附B.包埋C.连接D.将酶加工成固体
2.溶解海藻酸钠,最好采用加热的方法
A.小火间断B.小火持续C.大火间断D.大火持续
3.高果糖浆生产需要的酶是
A.葡萄糖异构酶B.蔗糖酶C.麦芽糖酶D.果糖酶
4.关于酵母菌的叙述,正确的是
A.酵母菌在营养物质充足时、环境适宜时,依靠有性生殖进行繁殖
B.酵母菌的代谢类型时异养厌氧型
C.酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种的细胞器膜等膜
D.用酵母菌酿酒时,应先密封后通气
5.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
A.温度B.酸碱度C.水分D.营养
6.将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态,下面加快的一项是
A.CO2的释放B.丙酮酸的氧化C.葡萄糖的利用D.ATP的形成
7.固定化酶的优点是
A.有利于增加酶的活性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
8.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
9.关于固定化细胞的叙述,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
10.固定化细胞技术不包括
A.包埋法B.化学结合化C.物理法D.生物法
答案:
1.D2.A3.A4.B5.D6.C7.B8.D9.C10.D
★课余作业
1.什么是细胞的活化。
2.如何检验凝胶珠的质量是否合格。
★教学体会
固定化酶的技术要求比较高,因此在教学过程中重点介绍固定化酵母细胞的操作。
对于固定化酶的作用、原理及其在生产中的应用,主要是让学生通过生产实例来了解。
教师在教学时可以采用让学生能够阅读自学的方式。
例如,在葡萄糖的异构反应中,如果不将葡萄糖异构酶固定化,而是直接使用葡萄糖异构酶,会对生产产生哪些影响?
★资料袋
固定化细胞的载体
固定化细胞技术所采用载体的物理化学性质直接影响所固定细胞的生物活性和体系传质性能。
理想的载体材料应具有对微生物无毒性、传质性能好、性质稳定。
寿命长、价格低廉等特性。
它可分为有机高分子载体、无机载体和复合载体三大类。
有机高分子载体又分为天然高分子凝胶载体和合成有机高分子凝胶载体。
天然高分子凝胶一般对生物无毒,传质性能较好,但强度较低,在厌氧条件下易被生物分解。
有机合成高分子凝胶载体一般强度较大,但传质性能较差,在进行细胞固定时对细胞活性有影响,易造成细胞失活。
无机载体大多具有多孔结构,在与微生物接触时,利用吸附作用和电荷效应,从而把微生物固定。
它的操作方法是把载体放人含有一定微生物浓度的溶液中,固定一段时间(24h左右)即可。
由有机载体和无机载体材料组成的复合载体材料,可以改进载体材料的性能。
Lin等将粉末活性炭和Phanerochaetechrysosporium联合包埋固定,结果表明了复合固定化体系能更加有效地用于降解五氮酚,显示出复合载体材料的优越性。
2019-2020年高中生物4.3物质跨膜运输的方式1教案新人教版必修1
教学目标
1.说明物质进出细胞的方式。
2.进行图表数据的解读。
教学重点物质进出细胞的方式。
教学难点主动运输。
教学过程
教学内容
教师活动
学生活动
引入、问题探讨
教师呈现“问题探讨”中的实验现象,组织学生讨论三个问题。
问题1:
什么样的分子能通过脂双层?
什么样的分子不能通过?
问题2:
葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层,但是,小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖,如何解释?
问题3:
观察此图表,联系已学过的知识,你还能提出其他问题吗?
教师积极鼓励学生提出问题,如通过观察此图还可联想第一节内容提出,“细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输?
”等问题。
问题探讨
1.从图上可以看出,氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)很容易通过合成的脂双层;水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过;氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。
2.提示:
葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层,但小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖,推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。
3.提示:
通过观察此图还可联想并提出,细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输等问题。
观察图表,思考问题
学生分组讨论,小组代表发表看法
被动运输
教师引导:
回顾“植物细胞吸水和失水”实验,与这种扩散比较,让学生分析水分子进出细胞是不是与上述扩散相似?
再列举氧和二氧化碳进出细胞的现象
自由扩散的概念。
特点:
物质由高浓度一边扩散到低浓度一边,既不需载体,也不消耗能量
接着教师设问:
提出“水分子能够通过脂双层,葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层,却能通过细胞膜,这是为什么?
”
教师提示:
载体蛋白的作用
师生总结:
得出协助扩散的概念
特点:
物质由高浓度一边扩散到低浓度一边,需要载体,也不消耗能量
教师讲述:
自由扩散和协助扩散统称被动运输;展示“自由扩散和协助扩散示意图”
并通过CAI展示下列情景:
①木材(或竹捆)从河的上游随水漂到下游;②船装白糖(或食盐、化肥)从河的上游漂到下游(不开发动机);③船装着货物由下游开往上游,船尾冒着白烟且伴有发动机的声音。
学生思考:
①自由扩散和协助扩散需要能量吗?
为什么?
②自由扩散和协助扩散有什么不同?
③为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输?
思考与讨论
1.自由扩散和协助扩散都不需要消耗能量。
因为二者都是顺物质的浓度梯度进行的。
2.自由扩散与协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。
不同之处是:
前者不需要蛋白质的协助,后者必须有蛋白质的协助才能实现。
3.因为自由扩散和协助扩散都是顺物质的浓度梯度进行的,不需要细胞消耗能量,所以统称为被动运输。
学生总结
学生尝试作出解释
学生回答:
(略)
主动运输
教师继续:
上述③船装着货物由下游开往上游,船尾冒着白烟且伴有发动机的声音。
与前二种情形不同在哪儿?
教师指导学生看课本图表P71;P73;P63
背景资料:
轮藻细胞中的K+浓度比它所生存的环境中K+多63倍,海带细胞中的I-比海水高出40倍,人的红细胞中的K+比血浆高30倍,而红细胞中的Na+浓度却是血浆中Na+的浓度的1/6。
联系第一节内容并设问:
这些离子为什么能逆浓度梯度运输呢?
师生得出:
主动运输的概念;展示“主动运输的示意图”
特点:
物质从低浓度一边被运输到高浓度一边,不仅需要载体的协助,而且也需要消耗细胞活动产生的能量
再现CAI展示三种情景,提问学生:
自由扩散、协助扩散和主动运输各与哪一类情景相似?
为什么?
对于细胞生活有什么意义?
请学生完成下表:
运输方式
浓度梯度
载体
能量
自由扩散
由高到低(氧气,水,甘油等小分子脂溶性物质)
不需要
不需要
协助扩散
由高到低(葡萄糖入红细胞)
需要
不需要
主动运输
由低到高(小肠吸收葡萄糖,氨基酸,无机盐)
需要
需要
教师巡回指导,学生完成后可稍作点评。
如何判断主动运输:
一,物质运输是否消耗能量,第二,物质从高浓度一侧运输到低浓度一侧。
教师归纳:
不同物质通过细胞膜的方式是不同的,也就说明细胞膜对通过的物质具有选择性,它是一种选择透过性膜。
具体表现在:
水分子可以自由通过,细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过,而其他离子、小分子和大分子则不能通过。
教师提出一些问题启发学生进行议论,以加深理解和巩固所学知识。
1物质通过细胞膜出入细胞的三种方式中,你认为哪种方式对于活细胞完成各项生命活动最重要,为什么?
技能训练
1.K+和Mg2+是通过主动运输进入细胞的。
2.Na+和Cl-是通过主动运输排出细胞的。
3.提示:
因为以上四种离子细胞膜内外的浓度差较大,细胞只有通过主动运输才能维持这种状况。
学生答:
(略)
学生回答(略)
学生答:
(略)
学生回答:
(略)
胞吞和胞吞
②细胞膜是选择透过性膜。
即水分子等细胞要选择吸收的离子和小分子可以通过,而其它的离子、小分子和大分子不能通过细胞膜。
那么大分子如何出入细胞呢?
例如水中的有机物颗粒是如何进入原生动物草履虫体内的,未被消化的食物残渣又是如何排出体外的?
教师指出,物质出入细胞除上述三种方式外,还有其它特殊方式。
大分子物质不能直接通过细胞膜不等于大分子物质不能出入细胞。
一些大分子物质是以一定方式出入细胞的,如细胞的内吞作用和外排作用,白细胞对异物的吞噬作用,胰岛细胞对胰岛素的分泌作用等。
让学生自己识图P72
大分子物质出入细胞的方式,需要能量,不需载体,同时证明了细胞膜的流动性。
原理:
依靠细胞膜的流动性。
白细胞的吞噬作用,变形虫摄食,分泌蛋白的分泌。
旁栏思考题
提示:
这是细胞的胞吞作用。
这对于人体有防御功能,并有利于细胞新陈代谢的正常进行
学生自己识图
水通道和离子通道
相当于水龙头,需要通道蛋白,通道开启和关闭需要消耗能量。
(如何证明水通道蛋白的存在。
教学反思:
练习
基础题
1.D。
2.A。
拓展题
提示:
低温环境肯定会影响物质的跨膜运输。
温度会影响分子运动的速率,影响化学反应的速率,因此,组成细胞膜的分子的流动性也会相应降低,呼吸作用释放能量的过程也会因有关酶的活性降低而受到抑制。
这些都会影响物质跨膜运输的速率。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
判断题
1.×。
2.×。
3.×。
4.×。
5.×。
选择题
1.D。
2.C。
画概念图
二、知识迁移
提示:
小肠绒毛上皮细胞能够从消化了的食物中吸收葡萄糖,却很难吸收相对分子质量比葡萄糖小的木糖。
这一事实说明细胞膜对物质进入细胞具有选择透过性。
这与细胞的生活关系密切,细胞膜的这一特性使细胞尽可能地只吸收自身需要的物质,细胞不需要或对细胞有害的物质常被阻挡在细胞外。
三、技能应用
提示:
温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。
在一定温度范围内,提高温度会加快水分子通过半透膜的速率;而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。
实验方案设计如下:
按本章第1节渗透现象示意图组装好三组装置。
在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温;第二组烧杯外加冰块降温;第三组留作对照。
三组装置同时开始实验,并记录液面变化及时间。
四、思维拓展
提示:
在顺浓度梯度的情况下,葡萄糖、氨基酸等分子可以通过协助扩散进入细胞。
当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时,如果此时细胞的生命活动需要这些营养物质,细胞还能吸收这些营养物质,是通过主动运输。
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