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2018_2019学年高中生物专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化练习新人教版选修120180912336

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                          课题    3  酵母细胞的固定化


    1.下列关于使用固定化酶生产高果糖浆的说法,正确的是(  )
    ①生产高果糖浆需要使用果糖异构酶 ②在反应柱的顶端装上分布着许多小孔的筛板,
防止异物的进入 ③将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入,果糖溶液从反应柱的下端流出 
④反应柱可以降低生产成本,提高果糖的产量和质量
    A.①②                           B.②③
    C.③④                           D.①④
    解析:反应柱的底端装有分布着许多小孔的筛板,酶颗粒无法通过筛板上的小孔,葡
萄糖溶液从反应柱的上端注入,流经反应柱,与固定化葡萄糖异构酶接触,使葡萄糖转化
成果糖,从反应柱的下端流出。反应柱能够连续使用,大大降低了生产成本,有利于果糖
的生产。
    答案:C
    2.下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是(  )
    A.可用包埋法制备固定化酵母细胞
    B.反应产物对固定化酶的活性没有影响
    C.葡萄糖异构酶固定前后专一性不同
    D.固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应
    解析:细胞难以被吸附或结合,固定化细胞多采用包埋法,A                         项正确;反应产物积累
能影响酶的结构,从而使酶的活性下降,B                  项错误;葡萄糖异构酶在固定前后专一性不变,
都是催化葡萄糖转化为果糖,C             项错误;固定化细胞固定的是一系列的酶,可以催化一系
列的反应,但不能催化各种反应底物的一系列反应,D                      项错误。
    答案:A
    3.酶制剂、固定化酶、固定化细胞已经广泛应用于生产实践的各个领域,下列有关叙
述正确的是(  )
    A.用于治疗消化不良症的肠溶多酶片含有多种消化酶,但嚼服后会失去疗效
    B.固定化酵母细胞的常用方法是吸附法,这种方法对酵母细胞活性影响最小
    C.固定化酶的应用中,要控制好              pH、温度、溶解氧和营养条件
    D.加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化学物质层层包裹,这属于固定化酶
    解析:肠溶多酶片中的酶在胃液内会被胃蛋白酶消化,因此嚼服会失去疗效,A                                 正确;
固定化酵母细胞通常采用包埋法,因为细胞体积较大,吸附法难以固定酵母细胞,B                                   错误;
固定化酶的应用中,要控制好             pH、温度等条件,以保证酶的活性,但是不一定需要营养条
件,C   错误;加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化学物质层层包裹,目的是将酶与洗衣粉的其
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他成分隔离,防止表面活性剂等影响酶的活性,这是直接使用酶制剂,不属于固定化酶,
D 错误。
    答案:A
    4.(2015·江苏卷)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:本题主要考查固定化酶和固定化细胞。固定化酶制作的目的是能够顺利从发酵
产物中把酶分离出来,并能够使酶反复使用,故                    A 项正确;溶解氧交换受阻会影响细胞呼
吸,是固定化细胞应用的重要限制因素,故                   B 项错误;固定化细胞用于生产、获得细胞的
代谢产物,故      C 项正确;将细胞包埋在多孔载体内部而制成固定化细胞,细胞并不与凝胶
通过共价键结合,故         D 项正确。
    答案:B
    5.如图为固定化酶的反应柱示意图,请据图回答:


    (1)请在横线上填出各标号的名称。
    ①________,②________,③________。
    (2)与一般酶制剂相比,固定化酶的突出优点是_____________。
    固定化细胞的优点是____________________________________。
    (3)③的作用是_________________________________________
    _____________________________________________________。
    (4)制作固定化葡萄糖异构酶所用的方法有________、________或________。
    解析:(1)使用固定化酶技术,用到反应柱,下端有分布着小孔的筛板,反应柱中填装
固定化酶。(2)与一般的酶制剂相比,固定化酶不仅能与反应物充分接触,还能与产物分离,
并且可以反复利用。但是与固定化细胞相比,固定化酶不能催化一系列的化学反应,并且
固定化细胞成本更低,操作更容易。(3)酶颗粒无法通过筛板,而反应溶液却可以自由出入。
(4)制作固定化葡萄糖异构酶的方法有将酶相互连接起来(化学结合法),将酶吸附在载体表
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面上(物理吸附法)或将酶包埋在细微网格中(包埋法)。
    答案:(1)反应柱 固定化酶 分布着小孔的筛板
    (2)既能与反应物接触,又能与产物分离,能被反复利用 成本更低,操作更容易
    (3)使反应溶液自由出入而阻碍酶颗粒通过
    (4)化学结合法 物理吸附法 包埋法


                                 [A 级 基础巩固]
    1.对固定化细胞的叙述,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
    解析:参照固定化细胞的优点。
    答案:C
    2.下列有关固定化酶和固定化细胞的叙述,错误的是(  )
    A.酶具有多样性,固定化酶能够催化一系列酶促反应

    B.CaCl2 溶液能够使海藻酸钠形成凝胶珠
    C.滴加酵母细胞与海藻酸钠混合液过快,会使凝胶珠带有尾巴
    D.固定化细胞可重复利用的前提是防止其他微生物的污染
    解析:固定化酶只能催化一种或一类酶促反应。
    答案:A
    3.关于固定化酶技术的说法正确的是(  )
    A.固定化酶技术就是固定反应物,使酶依附着载体围绕反应物旋转的技术
    B.固定化酶的优势在于能催化一系列的酶促反应
    C.固定化酶中的酶无法重复利用
    D.固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术
    解析:固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。其优点是酶被
固定在一定装置内,可重复利用;不足是无法同时解决一系列酶促反应。
    答案:D
    4.下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述,正确的是(  )
    A.固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
    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体中的有机磷农药,需提供适宜的营养条件
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    D.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
    解析:固定化细胞可连续催化多步反应;应用固定化酶需控制好温度和                              pH,无氧参与
的反应不需控制溶解氧;利用固定化酶降解有机磷农药,农药是反应底物,不需另外提供
营养;利用固定化酵母细胞发酵,糖类既作为反应底物,又作为酵母细胞生命活动的能源
物质。
    答案:A
    5.大分子反应物应采用的固定化技术和理由是(  )
    A.固定化酶技术;可应用化学结合法或物理吸附法对酶固定,利于大分子和酶的接触
    B.固定化酶技术;可应用包埋法对酶固定,利于大分子和酶的接触
    C.固定化细胞技术;一般应用化学结合法或物理吸附法对细胞固定,利于大分子和细
胞的接触
    D.固定化细胞技术;一般应用包埋法对细胞固定,利于大分子和细胞的接触
    解析:大分子反应物应采用的固定化技术是固定化酶技术,理由是:一般用化学结合
法或物理吸附法对酶固定,和包埋法相比,化学结合法或物理吸附法有利于反应物与酶的
接触。如采用固定化细胞技术,则一般用包埋法对细胞固定,由于大分子颗粒比较大,反
应物难以进入包埋细胞的网格或颗粒,不利于反应的进行。
    答案:A
    6.下列关于固定化酶技术与固定化细胞技术之间关系的叙述中,正确的是(  )
    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:固定化细胞技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的,解决了固定化酶不能
催化一系列反应的问题,因此固定化酶技术先于固定化细胞技术。
    答案:A
                                  B 级 能力训练
    7.某实验小组进行固定化酵母细胞的制备,并开展游离酵母和固定化酵母发酵产酒酒
精度的比较。请回答下列问题:
    (1)下图中钙离子的作用是使胶体聚沉,海藻酸盐起________的作用。


                                      凝胶珠    
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    (2)该小组将制备好的固定化酵母与游离酵母分别放在一定的条件下发酵,定时记录发
酵液中酒精度的变化。
    产酒酒精度的比较
                    时间/d        游离酵母          固定化酵母

                       0           0               0
                       2          1.0             2.5
                       4          2.1             4.2
                       6          3.2             5.0
                       8          3.9             5.4
                      10          4.3             6.0
                      12          4.6             6.4
    ①实验过程中的“在一定的条件下发酵”的条件是________________,要求条件相同
是为了确保________。
    ②由表可知,固定化酵母和游离酵母发酵都能产生酒精,但固定化酵母在发酵前期的
延迟期比游离酵母发酵前期的延迟期要________。
    解析:(1)海藻酸盐起载体的作用,用于包埋酵母细胞。
    (2)酵母菌酒精发酵过程是细胞内酶的催化过程,需要在适宜的温度、pH                            等条件下进
行。两组实验的条件相同,才能够确保无关变量相同,即遵循单一变量原则。由表可知,
在  12 天的发酵时间里,固定化酵母发酵产酒酒精度从                   0 度到  6.4 度,游离酵母发酵产酒酒
精度从   0 度到  4.6 度,而且固定化酵母发酵产酒精度在第                4 天即达到    4.2 度,这就表明固
定化酵母的延迟期短。
    答案:(1)包埋酵母细胞(或载体)
    (2)适宜的温度、pH      等 单一变量 短
    8.下图甲表示制备固定化酵母细胞的某步操作,图乙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:


                               图甲      图乙  
    (1)图甲中   X 溶液为________,其作用是__________________。
    (2)某同学在图甲步骤结束后得到图丙所示的实验结果,出现此结果的可能原因有海藻
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酸钠浓度过________(填“高”或“低”)或注射器中的混合液推进速度过________(填“快”
或“慢”)或注射器距离液面太________(填“远”或“近”)。


                                       图丙
    (3)图甲中制备的凝胶珠用________后再转移到图乙装置中,发酵过程中搅拌的目的是
________。

    答案:(1)CaCl2   溶液 使海藻酸钠与酵母细胞混合液形成凝胶珠
    (2)高 快 近
    (3)蒸馏水洗涤 使培养液与酵母细胞充分接触
    9.固定化酶是      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,由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,当海藻酸钠浓度较低
时,酶活力较低的原因是________________
    _____________________________________________________。
    (3)固定化酶的活力随使用次数的增多而下降,由丙图可知,固定化酯酶一般可重复使
用________次,之后酶活力明显下降。
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    (4)固定小麦酯酶不仅采用海藻酸钠直接包埋,而且用戊二醛作交联剂,这是因为

___________________________________________
    ______________________________________________________。
    答案:(1)固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强且应用范围较广 (2)3% 海
藻酸钠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
    10.下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤,请回答:

    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)影响实验成败的关键步骤是___________________________
    ______________。
    (3)如果海藻酸钠浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目________。
    (4)观察形成凝胶珠的颜色和形状,如果颜色过浅,说明_______;如果形成的凝胶珠
不是圆形或椭圆形,说明___________________
    ______________________________________________________。
    (5)固定化酶技术一般不采用包埋法固定化,原因是__________
    ______________________________________________________。
    解析:微生物一般在缺水干燥环境中进入休眠状态,活化就是让处于休眠状态的微生
物恢复正常生活状态。因为酵母细胞活化时体积会增大,所以活化前应选择足够大的容器。
在此实验中,配制海藻酸钠溶液是影响实验成败的关键步骤。如果海藻酸钠浓度过低,形
成凝胶珠包埋酵母细胞数目就会减少;观察形成凝胶珠的颜色和形状,如果颜色过浅,说
明固定化酵母细胞数目较少,如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,说明海藻酸钠浓度偏
高,制作失败,需要重新配制;因为酶分子很小,容易从包埋材料中漏出,所以制备固定
化酶一般不宜用包埋法。
    答案:(1)缺水 正常的生活 体积增大 (2)配制海藻酸钠溶液 (3)少 (4)固定化
酵母细胞数目较少 海藻酸钠浓度偏高,制作失败 (5)酶分子很小,容易从包埋材料中漏
出
    11.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)请完善该实验小组的同学在制备固定化酵母细胞过程的步骤:

    ①配制   CaCl2 溶液时应用蒸馏水。
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    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装置的长导管起到什么作用?__________________________
    ____________________________________________________。
    (4)试分析下图中,与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似的是(  )


    解析:由于细胞过大,难以被吸附或结合,因此多采用包埋法进行固定化。操作过程
中,必须等海藻酸钠溶液冷却后才能将其与酵母细胞混合,否则酵母细胞会在高温下死亡。

酵母菌利用葡萄糖的发酵过程中会产生                 CO2,为减小装置中的压力,应及时将其排出。
    答案:(1)包埋法 (2)②小火或间断 ③冷却至室温 ④氯化钙溶液 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 
(4)D
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