2018-2019學(xué)年高中生物 專題4 酶的研究與應(yīng)用 課題3 酵母細(xì)胞的固定化練習(xí) 新人教版選修1 .doc

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課題3 酵母細(xì)胞的固定化 1．下列關(guān)于使用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿的說法，正確的是(　　) ①生產(chǎn)高果糖漿需要使用果糖異構(gòu)酶?、谠诜磻?yīng)柱的頂端裝上分布著許多小孔的篩板，防止異物的進(jìn)入　③將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，果糖溶液從反應(yīng)柱的下端流出?、芊磻?yīng)柱可以降低生產(chǎn)成本，提高果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量 A．①②　　　　　　 B．②③ C．③④ D．①④ 解析：反應(yīng)柱的底端裝有分布著許多小孔的篩板，酶顆粒無法通過篩板上的小孔，葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，流經(jīng)反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，使葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能夠連續(xù)使用，大大降低了生產(chǎn)成本，有利于果糖的生產(chǎn)。 答案：C 2．下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是(　　) A．可用包埋法制備固定化酵母細(xì)胞 B．反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)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(xì)胞可以催化各種反應(yīng)底物的一系列反應(yīng) 解析：細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，固定化細(xì)胞多采用包埋法，A項(xiàng)正確；反應(yīng)產(chǎn)物積累能影響酶的結(jié)構(gòu)，從而使酶的活性下降，B項(xiàng)錯(cuò)誤；葡萄糖異構(gòu)酶在固定前后專一性不變，都是催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖，C項(xiàng)錯(cuò)誤；固定化細(xì)胞固定的是一系列的酶，可以催化一系列的反應(yīng)，但不能催化各種反應(yīng)底物的一系列反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：A 3．酶制劑、固定化酶、固定化細(xì)胞已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．用于治療消化不良癥的腸溶多酶片含有多種消化酶，但嚼服后會(huì)失去療效 B．固定化酵母細(xì)胞的常用方法是吸附法，這種方法對(duì)酵母細(xì)胞活性影響最小 C．固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度、溶解氧和營養(yǎng)條件 D．加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化學(xué)物質(zhì)層層包裹，這屬于固定化酶 解析：腸溶多酶片中的酶在胃液內(nèi)會(huì)被胃蛋白酶消化，因此嚼服會(huì)失去療效，A正確；固定化酵母細(xì)胞通常采用包埋法，因?yàn)榧?xì)胞體積較大，吸附法難以固定酵母細(xì)胞，B錯(cuò)誤；固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度等條件，以保證酶的活性，但是不一定需要營養(yǎng)條件，C錯(cuò)誤；加酶洗衣粉中的酶常用特殊的化學(xué)物質(zhì)層層包裹，目的是將酶與洗衣粉的其他成分隔離，防止表面活性劑等影響酶的活性，這是直接使用酶制劑，不屬于固定化酶，D錯(cuò)誤。 答案：A 4．(2015江蘇卷)下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．固定化酶的主要目的是實(shí)現(xiàn)酶的重復(fù)利用 B．溶解氧交換受阻是固定化酶應(yīng)用的重要限制因素 C．固定化細(xì)胞用于生產(chǎn)能分泌到細(xì)胞外的產(chǎn)物 D．凝膠與被包埋細(xì)胞之間不是通過共價(jià)鍵結(jié)合 解析：本題主要考查固定化酶和固定化細(xì)胞。固定化酶制作的目的是能夠順利從發(fā)酵產(chǎn)物中把酶分離出來，并能夠使酶反復(fù)使用，故A項(xiàng)正確；溶解氧交換受阻會(huì)影響細(xì)胞呼吸，是固定化細(xì)胞應(yīng)用的重要限制因素，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；固定化細(xì)胞用于生產(chǎn)、獲得細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，故C項(xiàng)正確；將細(xì)胞包埋在多孔載體內(nèi)部而制成固定化細(xì)胞，細(xì)胞并不與凝膠通過共價(jià)鍵結(jié)合，故D項(xiàng)正確。 答案：B 5．如圖為固定化酶的反應(yīng)柱示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答： (1)請(qǐng)?jiān)跈M線上填出各標(biāo)號(hào)的名稱。 ①________，②________，③________。 (2)與一般酶制劑相比，固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn)是_____________。 固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是____________________________________。 (3)③的作用是_________________________________________ _____________________________________________________。 (4)制作固定化葡萄糖異構(gòu)酶所用的方法有________、________或________。 解析：(1)使用固定化酶技術(shù)，用到反應(yīng)柱，下端有分布著小孔的篩板，反應(yīng)柱中填裝固定化酶。(2)與一般的酶制劑相比，固定化酶不僅能與反應(yīng)物充分接觸，還能與產(chǎn)物分離，并且可以反復(fù)利用。但是與固定化細(xì)胞相比，固定化酶不能催化一系列的化學(xué)反應(yīng)，并且固定化細(xì)胞成本更低，操作更容易。(3)酶顆粒無法通過篩板，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。(4)制作固定化葡萄糖異構(gòu)酶的方法有將酶相互連接起來(化學(xué)結(jié)合法)，將酶吸附在載體表面上(物理吸附法)或?qū)⒚赴裨诩?xì)微網(wǎng)格中(包埋法)。 答案：(1)反應(yīng)柱　固定化酶　分布著小孔的篩板 (2)既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離，能被反復(fù)利用　成本更低，操作更容易 (3)使反應(yīng)溶液自由出入而阻礙酶顆粒通過 (4)化學(xué)結(jié)合法　物理吸附法　包埋法 [A級(jí)　基礎(chǔ)鞏固] 1．對(duì)固定化細(xì)胞的敘述，正確的是(　　) A．催化效率高，低耗能，低污染 B．對(duì)環(huán)境的條件非常敏感，容易失活 C．既能與反應(yīng)物充分接觸，又能與產(chǎn)物分離 D．成本低，操作簡單，但反應(yīng)效果可能很低 解析：參照固定化細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)。 答案：C 2．下列有關(guān)固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．酶具有多樣性，固定化酶能夠催化一系列酶促反應(yīng) B．CaCl2溶液能夠使海藻酸鈉形成凝膠珠 C．滴加酵母細(xì)胞與海藻酸鈉混合液過快，會(huì)使凝膠珠帶有尾巴 D．固定化細(xì)胞可重復(fù)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種或一類酶促反應(yīng)。 答案：A 3．關(guān)于固定化酶技術(shù)的說法正確的是(　　) A．固定化酶技術(shù)就是固定反應(yīng)物，使酶依附著載體圍繞反應(yīng)物旋轉(zhuǎn)的技術(shù) B．固定化酶的優(yōu)勢(shì)在于能催化一系列的酶促反應(yīng) C．固定化酶中的酶無法重復(fù)利用 D．固定化酶是將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù) 解析：固定化酶是利用物理或化學(xué)方法將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是酶被固定在一定裝置內(nèi)，可重復(fù)利用；不足是無法同時(shí)解決一系列酶促反應(yīng)。 答案：D 4．下列關(guān)于固定化酶和固定化細(xì)胞的敘述，正確的是(　　) A．固定化細(xì)胞技術(shù)在多步連續(xù)催化反應(yīng)方面優(yōu)勢(shì)明顯 B．固定化酶的應(yīng)用中，要控制好pH、溫度和溶解氧 C．利用固定化酶降解水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件 D．利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應(yīng)底物 解析：固定化細(xì)胞可連續(xù)催化多步反應(yīng)；應(yīng)用固定化酶需控制好溫度和pH，無氧參與的反應(yīng)不需控制溶解氧；利用固定化酶降解有機(jī)磷農(nóng)藥，農(nóng)藥是反應(yīng)底物，不需另外提供營養(yǎng)；利用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵，糖類既作為反應(yīng)底物，又作為酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的能源物質(zhì)。 答案：A 5．大分子反應(yīng)物應(yīng)采用的固定化技術(shù)和理由是(　　) A．固定化酶技術(shù)；可應(yīng)用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法對(duì)酶固定，利于大分子和酶的接觸 B．固定化酶技術(shù)；可應(yīng)用包埋法對(duì)酶固定，利于大分子和酶的接觸 C．固定化細(xì)胞技術(shù)；一般應(yīng)用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法對(duì)細(xì)胞固定，利于大分子和細(xì)胞的接觸 D．固定化細(xì)胞技術(shù)；一般應(yīng)用包埋法對(duì)細(xì)胞固定，利于大分子和細(xì)胞的接觸 解析：大分子反應(yīng)物應(yīng)采用的固定化技術(shù)是固定化酶技術(shù)，理由是：一般用化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法對(duì)酶固定，和包埋法相比，化學(xué)結(jié)合法或物理吸附法有利于反應(yīng)物與酶的接觸。如采用固定化細(xì)胞技術(shù)，則一般用包埋法對(duì)細(xì)胞固定，由于大分子顆粒比較大，反應(yīng)物難以進(jìn)入包埋細(xì)胞的網(wǎng)格或顆粒，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。 答案：A 6．下列關(guān)于固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)之間關(guān)系的敘述中，正確的是(　　) A．固定化酶技術(shù)是固定化細(xì)胞技術(shù)的基礎(chǔ) B．固定化細(xì)胞技術(shù)是固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ) C．固定化酶技術(shù)與固定化細(xì)胞技術(shù)是同時(shí)發(fā)展起來的 D．固定化細(xì)胞技術(shù)先于固定化酶技術(shù) 解析：固定化細(xì)胞技術(shù)是在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，解決了固定化酶不能催化一系列反應(yīng)的問題，因此固定化酶技術(shù)先于固定化細(xì)胞技術(shù)。 答案：A B級(jí)　能力訓(xùn)練 7．某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行固定化酵母細(xì)胞的制備，并開展游離酵母和固定化酵母發(fā)酵產(chǎn)酒酒精度的比較。請(qǐng)回答下列問題： (1)下圖中鈣離子的作用是使膠體聚沉，海藻酸鹽起________的作用。 凝膠珠　　　　 (2)該小組將制備好的固定化酵母與游離酵母分別放在一定的條件下發(fā)酵，定時(shí)記錄發(fā)酵液中酒精度的變化。 產(chǎn)酒酒精度的比較 時(shí)間/d 游離酵母 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實(shí)驗(yàn)過程中的“在一定的條件下發(fā)酵”的條件是________________，要求條件相同是為了確保________。 ②由表可知，固定化酵母和游離酵母發(fā)酵都能產(chǎn)生酒精，但固定化酵母在發(fā)酵前期的延遲期比游離酵母發(fā)酵前期的延遲期要________。 解析：(1)海藻酸鹽起載體的作用，用于包埋酵母細(xì)胞。 (2)酵母菌酒精發(fā)酵過程是細(xì)胞內(nèi)酶的催化過程，需要在適宜的溫度、pH等條件下進(jìn)行。兩組實(shí)驗(yàn)的條件相同，才能夠確保無關(guān)變量相同，即遵循單一變量原則。由表可知，在12天的發(fā)酵時(shí)間里，固定化酵母發(fā)酵產(chǎn)酒酒精度從0度到6.4度，游離酵母發(fā)酵產(chǎn)酒酒精度從0度到4.6度，而且固定化酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精度在第4天即達(dá)到4.2度，這就表明固定化酵母的延遲期短。 答案：(1)包埋酵母細(xì)胞(或載體) (2)適宜的溫度、pH等　單一變量　短 8．下圖甲表示制備固定化酵母細(xì)胞的某步操作，圖乙是利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖，請(qǐng)據(jù)圖分析回答： 圖甲　　　　　　圖乙　　 (1)圖甲中X溶液為________，其作用是__________________。 (2)某同學(xué)在圖甲步驟結(jié)束后得到圖丙所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，出現(xiàn)此結(jié)果的可能原因有海藻酸鈉濃度過________(填“高”或“低”)或注射器中的混合液推進(jìn)速度過________(填“快”或“慢”)或注射器距離液面太________(填“遠(yuǎn)”或“近”)。 圖丙 (3)圖甲中制備的凝膠珠用________后再轉(zhuǎn)移到圖乙裝置中，發(fā)酵過程中攪拌的目的是________。 答案：(1)CaCl2溶液　使海藻酸鈉與酵母細(xì)胞混合液形成凝膠珠 (2)高　快　近 (3)蒸餾水洗滌　使培養(yǎng)液與酵母細(xì)胞充分接觸 9．固定化酶是20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的一種技術(shù)。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員利用雙重固定法，即采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來固定小麥酯酶，研究固定化酶的性質(zhì)，并對(duì)其最佳固定條件進(jìn)行了探究。下圖顯示的是部分研究結(jié)果(注：酶活力為固定化酶催化化學(xué)反應(yīng)的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量)，分析回答下列問題。 (1)從對(duì)溫度變化適應(yīng)性和應(yīng)用范圍的角度分析，由甲圖所示結(jié)果可以得出的結(jié)論是：_______________________________________ ______________________________________________________。 (2)乙圖曲線表明濃度為____________的海藻酸鈉包埋效果最好，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時(shí)，酶活力較低的原因是________________ _____________________________________________________。 (3)固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酯酶一般可重復(fù)使用________次，之后酶活力明顯下降。 (4)固定小麥酯酶不僅采用海藻酸鈉直接包埋，而且用戊二醛作交聯(lián)劑，這是因?yàn)開__________________________________________ ______________________________________________________。 答案：(1)固定化酯酶比游離酯酶對(duì)溫度變化適應(yīng)性更強(qiáng)且應(yīng)用范圍較廣　(2)3%　海藻酸鈉濃度較低時(shí)包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足　(3)3 (4)酶分子很小，很容易從包埋材料中漏出 10．下面是制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答： 酵母細(xì)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(xì)胞混合→固定化酵母細(xì)胞。 (1)在________狀態(tài)下，微生物處于休眠狀態(tài)?；罨褪亲屘幱谛菝郀顟B(tài)的微生物重新恢復(fù)____________狀態(tài)。活化前應(yīng)選擇足夠大的容器，因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)________。 (2)影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟是___________________________ ______________。 (3)如果海藻酸鈉濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞數(shù)目________。 (4)觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明_______；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明___________________ ______________________________________________________。 (5)固定化酶技術(shù)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環(huán)境中進(jìn)入休眠狀態(tài)，活化就是讓處于休眠狀態(tài)的微生物恢復(fù)正常生活狀態(tài)。因?yàn)榻湍讣?xì)胞活化時(shí)體積會(huì)增大，所以活化前應(yīng)選擇足夠大的容器。在此實(shí)驗(yàn)中，配制海藻酸鈉溶液是影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟。如果海藻酸鈉濃度過低，形成凝膠珠包埋酵母細(xì)胞數(shù)目就會(huì)減少；觀察形成凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明固定化酵母細(xì)胞數(shù)目較少，如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，說明海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗，需要重新配制；因?yàn)槊阜肿雍苄。菀讖陌癫牧现新┏?，所以制備固定化酶一般不宜用包埋法? 答案：(1)缺水　正常的生活　體積增大　(2)配制海藻酸鈉溶液　(3)少　(4)固定化酵母細(xì)胞數(shù)目較少　海藻酸鈉濃度偏高，制作失敗　(5)酶分子很小，容易從包埋材料中漏出 11．某一實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)，欲通過制備固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行葡萄糖溶液發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料及用具齊全。 (1)酵母細(xì)胞的固定采用的方法是________。 (2)請(qǐng)完善該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在制備固定化酵母細(xì)胞過程的步驟： ①配制CaCl2溶液時(shí)應(yīng)用蒸餾水。 ②海藻酸鈉溶液應(yīng)用______________加熱。 ③海藻酸鈉溶液必須______________才能加入酵母細(xì)胞。 ④注射器中的海藻酸鈉和酵母細(xì)胞的混合物應(yīng)滴入____________中形成________。 (3)該實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置來進(jìn)行葡萄糖發(fā)酵。 ①為使該實(shí)驗(yàn)中所用到的固定化酵母細(xì)胞可以反復(fù)運(yùn)用，實(shí)驗(yàn)過程中，一定要在________條件下進(jìn)行。 ②加入反應(yīng)液后的操作是關(guān)閉__________________________。 ③裝置的長導(dǎo)管起到什么作用？__________________________ ____________________________________________________。 (4)試分析下圖中，與用海藻酸鈉作載體制備的固定化酵母細(xì)胞相似的是(　　) 解析：由于細(xì)胞過大，難以被吸附或結(jié)合，因此多采用包埋法進(jìn)行固定化。操作過程中，必須等海藻酸鈉溶液冷卻后才能將其與酵母細(xì)胞混合，否則酵母細(xì)胞會(huì)在高溫下死亡。酵母菌利用葡萄糖的發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生CO2，為減小裝置中的壓力，應(yīng)及時(shí)將其排出。 答案：(1)包埋法　(2)②小火或間斷?、劾鋮s至室溫?、苈然}溶液　凝膠珠　(3)①無菌?、诨钊?和活塞2　③釋放CO2，減小反應(yīng)柱內(nèi)壓力并可防止其他微生物污染　(4)D