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1、實(shí)驗(yàn)6 / a -淀粉酶的固定化及淀粉水解 作用的檢測(cè) 課標(biāo)解讀 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 .制備固定化a-淀粉酶。 2 .進(jìn)行淀粉水解的測(cè)定。 3 .通過此實(shí)驗(yàn)探討固定化酶的應(yīng)用價(jià)值。 1 .固定化酶的方法和優(yōu)點(diǎn)。 2 .固定化酶裝柱后的使用。 自主導(dǎo)學(xué) 理數(shù)材自查自測(cè)固“基礎(chǔ) 一、酶與固定化酶 1 .酶 活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的一類有機(jī)物， 它是生物體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的催 化劑。 2 .固定化酶 將水溶性的酶用物理或化學(xué)的方法固定在某種介質(zhì)上，使之成為不溶于水而 又有酶活性的制劑。 3 .將酶改造成固定化酶的原因 由于酶在水溶液中很不穩(wěn)定，且不利于工業(yè)化使用，所以要

2、將酶改造成固定 化酶。 4 .酶固定化的方法 吸附法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法和包埋法等。本實(shí)驗(yàn)用的是吸附法。 5 .固定化酶作用的機(jī)理 將固定化酶裝柱,當(dāng)?shù)孜锝?jīng)過該柱時(shí)，在酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。 1|思考交流|1 在酶固定化的各種方法中，哪一種方法對(duì)酶的作用影響較??？ 【提示】 吸附法 二、0-淀粉酶的固定化及淀粉水解作用檢測(cè)的實(shí)驗(yàn) 1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)制備固定化 e淀粉酶。 (2)進(jìn)行淀粉水解作用的檢測(cè)。 2 .實(shí)驗(yàn)原理 將.淀粉酶固定在石英砂上,一定濃度的淀粉溶液經(jīng)過固定化酶柱后，可 使淀粉水解成糊精。用淀粉指示劑測(cè)試，若流出物呈紅色，表明糊精生成。 3 .本實(shí)

3、驗(yàn)使用的酶及特性 本實(shí)驗(yàn)使用的酶是枯草桿菌的 e淀粉酶，其作用的最適pH為5.5?7.5，最 適溫度為50?75 C。 4 .實(shí)驗(yàn)材料及其制備 (1)女淀粉酶的固定化： 在燒杯中將5 mg .淀粉酶?§于4 mL蒸儲(chǔ)水中 (由于酶不純,可能有些不溶物) 再加入5 g石英砂,不時(shí)攪拌30 min 30 min后將上述溶液裝入1支注射器中 (該注射器的下端接有氣門心、并用夾子封住) 用10倍體積的蒸儲(chǔ)水洗滌此注射器，以除去未吸附的游的淀粉酶，流速為 1 mL/min (2)可溶性淀粉溶液：取50 mg可溶性淀粉溶于100 mL熱水中.攪拌均勻。 (3)KI-l2溶液:稱取

4、0.127 g碘和0.83 g碘化鉀。加蒸儲(chǔ)水100 mL,完全溶 解后裝入滴瓶中 5 .實(shí)驗(yàn)步驟 (1)淀粉溶液流經(jīng)固定化酶柱 將灌注了固定化酶的注射器放在注射器架上, 用滴管滴加淀粉溶液,使該溶 液以0.3 mL/min的流速過柱。 (2)接取流出物 待從固定化酶柱中流出5 mL淀粉溶液后，接收05 mL流出液。 (3)流出物鑒定 在流出物中加入KI -12溶液,觀察顏色。用水稀釋 1倍后再觀察顏色。 (4)洗滌、保存固定化酶柱 實(shí)驗(yàn)后，用10_倍柱體積的蒸儲(chǔ)水洗滌此柱。放置在 4 C冰箱中保存。 (5)幾天后取出冰箱中該固定化酶柱，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察結(jié)果。 固定化酶

5、柱為什么放在4 C的冰箱中保存？ 【提示】 高溫會(huì)破壞酶的結(jié)構(gòu)，低溫不破壞酶的結(jié)構(gòu)。 合作 究區(qū) 程?；?dòng)探究 — 破疑難師生互動(dòng)提“知能 要點(diǎn)一 酶的固定化 1 .固定化酶白而I 酶是生物體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的催化劑， 具高度專一性和高效性，但酶在水溶 液中很不穩(wěn)定，且不利于工業(yè)化使用。固定化酶就是將水溶性的酶用物理或化學(xué) 的方法固定在某種介質(zhì)(如石英砂、毛玻璃、瓊脂糖、明膠、海藻酸鈉、醋酸纖 維素、聚丙烯酰胺等)上，使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。 2 .酶的常用固定化方法 酶的固定化可分為酶分子固定化及細(xì)胞固定化。細(xì)胞固定化與直接固定酶相 比，成本更低，操作也更容易。常

6、用方法如下： (1)物理吸附法 物理吸附法是指將酶吸附到固體吸附劑表面的方法，固體吸附劑多為活性 炭、多孔玻璃、石英砂等。 (2)化學(xué)結(jié)合法(包括交聯(lián)法及共價(jià)偶聯(lián)法等) 化學(xué)結(jié)合法是指將酶分子相互結(jié)合，或?qū)⑵浣Y(jié)合到纖維素、瓊脂糖、離子交 換樹脂等載體上的固定方式。工藝簡便及條件溫和是其顯著特點(diǎn)， 其載體選擇范 圍很大，涉及天然或合成的無機(jī)、有機(jī)高分子材料。化學(xué)結(jié)合法中常見的有交聯(lián) 法、共價(jià)結(jié)合法、離子結(jié)合法等。 （3）包埋法 包埋法是指將酶包裹在多孔的載體中，如將酶包裹在聚丙烯酰胺凝膠等高分 子凝膠中，或包裹在硝酸纖維素等半透性高分子膜中。包埋法又分為凝膠包埋法 和微囊化法，前者包

7、埋成格子型，后者包埋成微膠囊型。 ?特別提醒? 固定酶的方法 吸附法 交聯(lián)法 把碑包埋于把薜（或細(xì)胞） 細(xì)微網(wǎng)格里包埋于微囊中 3.直接使用酶和固定化酶的比較 直接使用酶 固定化酶 酶的種數(shù) 一種或幾種 一種 常用載體 一 石英砂、局嶺土、皂土、硅膠、凝膠 制作方法 一 化學(xué)結(jié)合法固定化、物理吸附法固定 化 催化反應(yīng) 單一或多種 單一 反應(yīng)底物 各種物質(zhì)（大分子、小分 子） 各種物質(zhì)（大分子、小分子） 缺點(diǎn) ①對(duì)環(huán)境條件非常敏感， 易失活；②難回收，成本 高，影響產(chǎn)品質(zhì)量 不利于催化一系列的酶促反應(yīng) 優(yōu)點(diǎn) 催化效率高、耗能低、污

8、染低 ①既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分 離；②可以反復(fù)利用 4.固定化酶的優(yōu)點(diǎn) ⑴可循環(huán)反復(fù)使用酶制劑。在某些情況下可使用上千次，極大地降低了生 產(chǎn)成本。 (2)在生產(chǎn)中，可通過離心法或過濾法把酶與反應(yīng)液相互分開，在大規(guī)模的 生產(chǎn)中所需工藝設(shè)備比較簡單易行。 (3)穩(wěn)定性能好。 例口下列與固定化酶相關(guān)的敘述中正確的是() A.固定化酶是將水不溶性酶固定于某種介質(zhì)上，使之成為易溶于水，而又 具酶活性的制劑 B.將固定化酶裝柱，當(dāng)酶流過該柱時(shí)，可催化柱內(nèi)底物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物 C.酶固定的方法有吸附法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法和包埋法等 D.固定化酶的缺點(diǎn)是酶在水溶液中很不穩(wěn)定，且易與

9、產(chǎn)物混在一起不易分 離 【思路點(diǎn)撥】 固定化酶就是將水溶性的酶用物理或化學(xué)方法固定在某種介 質(zhì)上。使之成為不溶于水而又有酶活性的制劑。 與普通酶相比，固定化酶易與產(chǎn) 物分離，且固定化酶反應(yīng)柱中酶已被固定，不能從柱內(nèi)流出；酶的固定化方法有 吸附法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法和包埋法等。 【答案】 C ＞變遷illi 3 關(guān)于固定化酶和一般酶制劑在應(yīng)用效果上的說法錯(cuò)誤的是 () A.固定化酶生物活性強(qiáng)，可長久使用 B. 一般酶制劑應(yīng)用后和產(chǎn)物混在一起，產(chǎn)物的純度不高 C. 一般酶制劑參加反應(yīng)后不能重復(fù)利用 D.固定化酶可以反復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量和質(zhì)量 【解析】 固定化酶是將酶固

10、定在不溶于水的載體上，使酶既能與反應(yīng)物接 觸又能與產(chǎn)物分離，同時(shí)，固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用，降低成本，產(chǎn) 物中也不含酶，提高了產(chǎn)品的純度，固定化酶雖可以多次利用，但不可長久使用。 【答案】 A 卜理點(diǎn)二) 固定化酶的應(yīng)用 1.用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿 (1)高果糖漿生產(chǎn)中面臨的問題： 高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖。這種酶 的穩(wěn)定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就無法從糖漿 中回收，造成很大的浪費(fèi) (2)固定化酶反應(yīng)柱 將酶固定在一種顆粒狀的載體上，再將這些顆粒裝 在反應(yīng)柱內(nèi)，反應(yīng)柱底端裝上分布著許多小孔的篩板

11、， 酶顆粒無法通過小孔，而 反應(yīng)溶液卻能出入。 (3)使用固定化酶技術(shù)生產(chǎn)高果糖漿。 生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱， 與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。 (如圖所示) 前菊虢 反應(yīng)柱 固定化酬 分布著小 孔的篩板 果精 固定化梅的反應(yīng)柱示意圖 (4)相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 上述反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì) 量。目前，用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的規(guī)模已經(jīng)超過了每年 1 000萬 噸。 2. e淀粉酶的固定化 (1)固定方法——用吸附法將e淀粉酶固定在石英砂上。 在燒杯

12、中將5 mg -淀粉酶溶于4 mL蒸儲(chǔ)水中，再加入5 g石英砂，不時(shí)攪 拌，30 min后，裝入1支下端接有氣門心并用夾子封住的注射器中(石英砂體積 約4 mL)0用10倍體積的蒸儲(chǔ)水洗滌注射器以除去未吸附的游離淀粉酶。 (2)固定化供淀粉酶功能檢測(cè) 優(yōu)淀粉酶 ,淀粉酶 ①原理：淀粉——> 糊精——> （遇碘顯藍(lán)色）（遇碘顯紅色） 糖化淀粉酶 麥芽糖 , 匍萄糖 （遇碘不顯色） ②檢測(cè)：用吸附法將e淀粉酶固定在石英砂上制成反應(yīng)柱后，將反應(yīng)柱 （注 射器）放在注射器架上，用滴管滴加淀粉溶液，當(dāng)一定濃度的淀粉溶液流經(jīng)反應(yīng) 柱時(shí)，柱內(nèi)的a-淀粉酶可使淀粉水解成糊精 一一用淀粉指

13、示劑（KI-I2溶液）測(cè)試， 流出物呈“紅色” 一一表明有淀粉水解產(chǎn)物糊精的生成（未水解時(shí)，淀粉遇其指 示劑應(yīng)顯示藍(lán)色）。 ?特別提醒? 固定化酶在消除污染、保護(hù)環(huán)境方面的應(yīng)用：固定化酶和固定化細(xì)胞在清除 污染、保護(hù)環(huán)境方面也大有作為，是當(dāng)代環(huán)境保護(hù)的出色“衛(wèi)士”，其主要作用 是進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)和處理三廢。 ①環(huán)境監(jiān)測(cè)：固定化酶也可以用于測(cè)定有毒物質(zhì)的含量， 進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，如 用固定化多酚氧化酶檢測(cè)水中的酚類物質(zhì)； 利用固定化酶還可以檢測(cè)有機(jī)磷、 有 機(jī)氯農(nóng)藥等環(huán)境污染物（如過氯酸鹽、氧化物和尿素等） ②處理三廢：應(yīng)用固定化酶或固定化細(xì)胞可以組成快速、 高效、連續(xù)運(yùn)行的 污水處理系統(tǒng)，

14、如用固定化分解氟化物的細(xì)菌除去廢水中的氟化物； 用固定化a- 淀粉酶處理造紙廠的廢水，用水解農(nóng)藥的細(xì)菌固定化制劑處理農(nóng)藥廢水等。 下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)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 (3)③的作用是 ⑷制作固定化葡萄糖異構(gòu)酶所用的方法有 或。 (5)據(jù)圖說出反應(yīng)柱的作用原理： 【思路點(diǎn)撥】 (1)固定化酶反應(yīng)柱是將酶固定在一種顆粒狀的載體上，再 將這些顆粒裝在反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布著許多小孔的篩板， 酶顆粒無法通 過小孔，而反應(yīng)液卻可出入，圖示中 ①為反應(yīng)柱，②為固定化

15、酶，③為具有小孔 的篩板。 (2)固定化酶的突出優(yōu)點(diǎn)是既能與反應(yīng)物接觸，又能與產(chǎn)物分離。 (3)多孔篩板的作用在于阻止酶顆粒通過，但卻讓反應(yīng)液自由出入。 (4)固定化酶可采用吸附法、交聯(lián)法等方法。 (5)反應(yīng)柱的作用原理在于反應(yīng)物溶液從反應(yīng)柱上端注入后，使反應(yīng)物流過 反應(yīng)柱與固定化酶接觸，參與催化化學(xué)反應(yīng)所形成的產(chǎn)物則從柱的底端流出。 【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，能連續(xù)性生產(chǎn) (3)酶顆粒無法通過③，反應(yīng)溶液卻可自由出入 (4)吸附法交聯(lián)法 (5)反應(yīng)物溶液從反應(yīng)柱上端注入，使反應(yīng)物溶液流過反應(yīng)柱，與固定化酶 接觸

16、，得到的產(chǎn)物從反應(yīng)柱下端流出。 【互動(dòng)探究】 若上述(例2僅應(yīng)柱中，所固定的酶為 華淀粉酶，注入的溶液為一定濃度的 淀粉溶液，請(qǐng)回答： (1蹌入淀粉溶液后，反應(yīng)柱底端流出物中主要成分是什么？你如何檢測(cè)淀 粉是否被水解？現(xiàn)象如何？ (2垓流出物溶液中是否具有 a-淀粉酶？為什么？如何通過簡單實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證 你的結(jié)論？ 【提示】(1流出物主要成分是糊精，可用淀粉指示劑檢測(cè)淀粉是否被水 解，其現(xiàn)象是：水解前溶液呈藍(lán)色，水解后溶液呈紅色 （2部出物溶液中無 e淀粉酶，因?yàn)榉磻?yīng)柱底端的多孔篩板只允許反應(yīng)物溶 液自由出入。而酶分子不能通過。為證明上述結(jié)論，可在裝入反應(yīng)物溶液前，先 向柱內(nèi)加入蒸

17、儲(chǔ)水，收集柱底端流出物溶液進(jìn)行淀粉水解實(shí)驗(yàn) 一一加入蒸儲(chǔ)水后 的流出物溶液不能將淀粉水解，表明其內(nèi)無淀粉酶。 當(dāng)套雙基達(dá)標(biāo) 質(zhì)里斷生生互動(dòng)達(dá)“雙標(biāo)” 交流 習(xí)區(qū) 1 .下列不屬于酶固定化的方法的是（） B.共價(jià)法 A.吸附法 C.交聯(lián)法 D.包埋法 【解析】本題考查酶固定化的方法。酶固定化的方法比較多，其中包括吸 附法、共價(jià)偶聯(lián)法、交聯(lián)法、包埋法等。本題四個(gè)選項(xiàng)中 B項(xiàng)的方法描述不準(zhǔn) 【答案】 B 2 .固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是（） A.有利于增加酶的活性 C.有利于提高反應(yīng)速度 【答案】 B B.有利于產(chǎn)物的純化 D.有利于酶發(fā)揮作用 3 .將固

18、定化酶裝柱后，當(dāng)?shù)孜锝?jīng)過該柱時(shí)，底物發(fā)生的變化是 （） A.底物被稀釋了 8 .底物被濃縮了 C.底物的結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定了 D.底物被酶水解成產(chǎn)物了 【解析】 固定化酶裝柱后，當(dāng)?shù)孜锝?jīng)過該柱時(shí)，底物被酶水解成產(chǎn)物了＜ 所以只有D選項(xiàng)是正確的。 【答案】 D 9 .淀粉在各種酶的作用下會(huì)依次水解，不同階段的水解產(chǎn)物遇到指示劑會(huì) 出現(xiàn)不同的顯色反應(yīng)，下列選項(xiàng)中屬于本實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)物質(zhì)和顯色現(xiàn)象的是 （） A.淀粉遇碘顯藍(lán)色 B.糊精遇KI-I2溶液顯紅色 C.麥芽糖遇碘不顯色 D.葡萄糖遇斐林試劑顯磚紅色 【解析】本題考查本實(shí)驗(yàn)步驟中物質(zhì)的鑒定過程。該過程所依據(jù)的原理是 淀

19、粉流經(jīng)a-淀粉酶固定化酶柱時(shí)，淀粉被酶水解成了糊精，而糊精遇到 KI-I2 溶液顯紅色。所以A、C、D選項(xiàng)中的反應(yīng)物質(zhì)都是錯(cuò)誤的，不是淀粉、麥芽糖、 葡萄糖，而是糊精。只有選項(xiàng) B正確。 【答案】 B 10 回答下列有關(guān)固定化酶技術(shù)的問題。 (1)酶是生物體中生化反應(yīng)的催化劑，在工業(yè)生產(chǎn)和食品加工中的應(yīng)用日益 廣泛。為提高酶的利用率以及提高產(chǎn)品的純度，一般需要對(duì)酶進(jìn)行固定化處理： 即將酶用物理或化學(xué)方法固定在 介質(zhì)上，具體方法有：吸附法、 共價(jià)偶聯(lián)法、法和交聯(lián)法。 (2)下圖為裝有固定化酶a的實(shí)驗(yàn)裝置。其中b是反應(yīng)柱，c是催化底物。若 裝置中的固定化酶為 優(yōu)淀粉酶，則通常是利用

20、吸附法進(jìn)行固定的，介質(zhì)一般為 。利用該裝置進(jìn)行淀粉水解實(shí)驗(yàn)時(shí)，在漏斗中加入反應(yīng)液后的操作是 .以保證反應(yīng)充分。對(duì)流出的液體用 檢測(cè)，若 呈現(xiàn):色，說明淀粉被水解成糊精。若a是固定化酵母，要想得到較多的 酒精，加入反應(yīng)液后的操作是,裝置中的長導(dǎo)管起的作用是 (3)研究認(rèn)為，用固定化酶處理污染物是很有前途的，如將從大腸桿菌得到 的磷酸三酯酶固定到尼龍膜上制成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機(jī)磷農(nóng) 藥，與用微生物降解相比，其作用不需要.適宜的 A.溫度 B,水分 C. pH D.營養(yǎng) 【解析】(1)固定酶的介質(zhì)應(yīng)為非水溶性物質(zhì)。 (2)固定e淀粉酶的方法為石英砂吸附法。a-淀粉酶裝柱后進(jìn)行淀粉水解實(shí) 驗(yàn)時(shí)，應(yīng)打開活塞1和活塞2,并控制流速，保證 華淀粉酶的催化作用。檢測(cè)淀 粉是否被分解為糊精應(yīng)用KI - I2溶液。如果反應(yīng)柱中加入的是固定化的酵母細(xì)胞， 利用酵母細(xì)胞生產(chǎn)酒精時(shí)，應(yīng)在無氧條件下進(jìn)行。彎曲的長導(dǎo)氣管既可以排出無 氧呼吸產(chǎn)生的CO2,也可以防止雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱。 (3)固定化酶降解有機(jī)磷農(nóng)藥不需要營養(yǎng)。 【答案】(1)非水溶性 包埋(2)石英砂 打開活塞1和2,并控制流速 KI-I2溶液 紅 關(guān)閉活塞1和2排放氣體CO2,防止雜菌進(jìn)入反應(yīng)柱 (3)D