高中生物同步训练32 制备和应用固定化酶苏教版选修1.docx
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高中生物同步训练32制备和应用固定化酶苏教版选修1
（2012·海安高二期中）固定化酶与普通酶制剂相比较，主要优点是（ ）
A．可以反复使用，降低成本
B．固定化酶不受酸碱度、温度等的影响
C．酶的制备更简单容易
D．酶能够催化的反应类型大大增加
解析：
选A。
固定化酶与普通酶制剂相比较主要优点是可以反复使用，降低成本，固定化酶仍具有酶的特性。
下列图形依次表示包埋法、吸附法、交联法、包埋法的一组是（ ）
A．①②③④ B．④③②①
C．③①②④D．④②③①
解析：
选C。
考查酶固定的方法及对每种方法的原理的理解。
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，将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．固定化酶技术是将酶固定在一定空间内的技术
解析：
选D。
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；其缺点是无法同时解决一系列酶促反应。
在固定过程中，固定的是酶而不是反应物。
使用固定化细胞的优点是（ ）
A．能催化大分子物质的水解
B．可催化一系列化学反应
C．与反应物易接近
D．有利于酶在细胞外发挥作用
解析：
选B。
固定化细胞的优点是可催化一系列反应。
（2012·无锡高二检测）下列叙述不正确的是（ ）
A．从操作角度来考虑，固定化细胞比固定化酶更容易
B．固定化细胞比固定化酶对酶活性的影响更小
C．固定化细胞固定的是一种酶
D．将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择固定化细胞技术
解析：
选C。
固定化细胞内酶的活性基本没有损失，保留了细胞内原有的多酶系统，所以固定化细胞不同于固定化酶只固定一种酶。
某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母菌细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。
（1）制备固定化酵母菌细胞常用________法。
（2）制备固定化酵母细胞的过程为：
①使干酵母与________混合并搅拌，使酵母菌活化；
②将无水CaCl2溶解在蒸馏水中，配成CaCl2溶液；
③用酒精灯加热配制海藻酸钠溶液；
④海藻酸钠溶液冷却至常温再加入已活化的酵母菌细胞，充分搅拌并混合均匀；
⑤用注射器将海藻酸钠和酵母菌细胞的混合物缓慢滴入氯化钙溶液中。
（3）该实验小组用下图所示的装置来进行葡萄糖发酵：
（a是固定化酵母，b是反应柱）
①从上端漏斗中加入反应液的浓度不能过高的原因是：
________________________________________________________________________。
②要想得到较多的酒精，加入反应液后的操作是________活塞1和________活塞2。
③为使该实验中所用到的固定化酵母菌细胞可以反复利用，实验过程一定要在________条件下进行。
④装置中的长导管起的作用是________________________________________________________________________。
解析：
固定化细胞是利用物理或化学方法将细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、化学结合法和物理吸附法，固定化细胞多采用包埋法固定化，即将细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中，实验中常选用海藻酸钠作载体包埋酵母菌细胞。
制备固定化酵母菌细胞的首要步骤是酵母菌活化，注意所选用的干酵母要品种单一，有活性，活化时间因温度而异。
在整个实验过程中，要保持适宜于酵母生活的环境，生产酒精过程中，保持无氧状态和无其它杂菌的干扰。
答案：
（1）包埋
（2）①蒸馏水
（3）①葡萄糖溶液的浓度过高会使酵母细胞因失水过多而死亡 ②关闭 关闭 ③无菌 ④释放CO2，防止空气中的杂菌进入反应柱
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．有利于提高反应速率
D．有利于酶发挥作用
解析：
选B。
固定化酶在催化反应中，以固相状态作用于底物，反应完成后，容易与水溶性反应物和产物分离，有利于产物的纯化。
下列有关叙述，不属于酶固定化的原因的是（ ）
A．酶对酸、碱、温度敏感，易失活
B．在溶液中直接使用酶，难以回收，成本高
C．固定化酶使酶既可催化反应物，又易与产物分离
D．使用物理、化学等方法，将酶固定在一定的空间内
解析：
选D。
由于酶对环境条件（酸、碱、温度）非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量；所有这些使得酶的固定化成为必要。
下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是（ ）
A．琼脂B．聚乙烯树脂
C．聚丙烯酰胺D．醋酸纤维素
解析：
选B。
聚乙烯树脂不是包埋法固定化细胞的载体。
（2012·常州高二检测）下列说法不正确的是（ ）
A．固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、交联法和吸附法
B．固定化酶更适合采用交联法和吸附法
C．由于细胞个大，而酶分子很小，因此细胞多采用吸附法固定
D．反应物是大分子物质应采用固定化酶
解析：
选C。
吸附法是制备固定化动物细胞的主要方法。
凝胶包埋法是应用最广泛的细胞固定法。
关于固定化酶中的酶，说法正确的是（ ）
A．酶的种类多样，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：
选B。
固定化酶不能催化一系列的酶促反应的进行，因此A错误；固定化酶被固定在不溶于水的载体上，可以重复利用，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，但固定化酶仍有高效性和专一性的特点，即C、D错误，只有B正确。
（2012·陕西汉中高二检测）制备好的凝胶珠是否符合应用要求，常用的检测方法有（ ）
①挤压法 ②摔打法 ③观察法 ④培养法
A．①②④B．①③④
C．②③④D．①②③
解析：
选D。
检测凝胶珠是否合格，经常使用下列检测方法：
一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不容易破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠制作成功。
二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也能表明制备的凝胶珠是成功的。
还可以通过观察凝胶珠的颜色和形状来判断。
用固定化酵母菌细胞发酵葡萄糖溶液时，为了能产生酒精，下列措施错误的是（ ）
A．向瓶内泵入氧气
B．应将装置放于适宜的条件下进行
C．瓶内应富含葡萄糖等底物
D．将瓶口密封，效果更好
解析：
选A。
在有氧条件下酵母菌细胞进行有氧呼吸产生大量能量，有利于其生长繁殖，扩大种群的数量，在无氧条件下酵母菌细胞才能发酵产生酒精和CO2，保证无氧条件的措施是将瓶口密封。
酵母菌细胞无氧发酵产生酒精时需要适宜的条件，如温度、pH以及底物葡萄糖等。
如果反应物是大分子物质，采用哪种方法催化受限制（ ）
A．直接使用酶
B．使用化学方法结合的酶
C．使用固定化细胞
D．使用吸附法固定的酶
解析：
选C。
大分子物质因不能通过细胞膜而不能与细胞内酶接触，从而使固定化细胞不能发挥作用。
下面制备固定化酵母菌细胞的正确步骤是（ ）
①用无菌水洗涤凝胶珠 ②制备固定化细胞 ③制备麦芽汁 ④活化酵母细胞 ⑤发酵麦芽汁
A．①②③④⑤B．③④②①⑤
C．②③④①⑤D．④③①②⑤
解析：
选B。
制备固定化酵母菌细胞的基本步骤是：
③制备麦芽汁→④活化酵母细胞→②制备固定化细胞→①用无菌水洗涤凝胶珠→⑤发酵麦芽汁。
研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将从大肠杆菌中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，与微生物降解相比，其作用需要适宜的（ ）
①温度 ②酸碱度 ③水分 ④营养
A．①②③B．①②④
C．②③④D．①③④
解析：
选A。
本题考查了固定化酶的条件。
大肠杆菌中的三酯磷酸酶可以催化有机磷农药分解，需要适宜的温度和pH，同时反应离不开水，但是不需要提供营养。
（2010·高考江苏卷改编）如图1表示制备固定化酵母菌细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母菌细胞进行酒精发酵的示意图，下列叙述不正确的是（ ）
A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液
B．图1中X溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C．图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触
D．图1中制备的凝胶珠用无菌水洗涤后再转移到图2装置中
解析：
选A。
刚溶化的海藻酸钠要冷却至室温，才能与活化的酵母菌混合制备混合液，以免高温使酵母菌失活；混合液加入CaCl2溶液进行固定化酵母菌细胞，CaCl2的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠；发酵过程中搅拌的目的是使培养液与酵母菌充分接触，以利于发酵过程的顺利进行；制备的凝胶珠用无菌水洗涤（去除残留的CaCl2）后再转移到图2装置中，进行发酵。
下列关于固定化酶中用到的反应柱，理解正确的是（ ）
A．反应物和酶均可自由通过反应柱
B．反应物和酶均不能通过反应柱
C．反应物能通过反应柱，酶不能通过反应柱
D．反应物不能通过反应柱，酶能通过反应柱
解析：
选C。
在固定化酶技术中，酶都是被固定的，并且不与产物混合在一起，在生产应用上，反应柱既能让反应物通过，又能让产物通过，达到产物中不含酶的目的。
在上个世纪50年代，酶已经大规模地应用于各个生产领域，到了70年代又发明了固定化酶与固定化细胞技术。
（1）在实际生产中，固定化酶技术的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是________酶。
（2）制备固定化酵母菌细胞，常用的包埋材料是________，使用了下图中方法[ ]________（填出号码及名称）。
（3）制作固定化酵母菌细胞时，充分混合均匀的酵母细胞凝胶液可在饱和________溶液中形成凝胶珠。
部分同学实验制得的凝胶珠不是圆形或椭圆形，其主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
固定化酶技术的优点是酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用，这样降低了成本，且有利于产物的纯化。
固定化细胞中保留了原有的多酶系统，且酶仍能保持活性。
固定化细胞包埋法常采用的材料是海藻酸钠。
答案：
（1）酶既能与反应物接触，又容易与产物分离，固定在载体上的酶能反复利用 一系列
（2）海藻酸钠 ③ 包埋法
（3）CaCl2 海藻酸钠浓度过高（或针筒口离液面距离过近，高度不够）
（2012·信阳高二检测）固定化酶是从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：
（1）从对温度变化的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，酶活力明显下降。
（4）固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，同时用戊二醛做交联剂，这是因为________________________________________________________________________。
解析：
本题考查固定化酶技术的特点及其固定化结果的检测。
通过分析图甲可知，固定化酶与游离酶相比，对温度变化的适应性更强且应用范围较广。
乙图曲线表明浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好，此时的酶活力最高，当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，因此酶活力较低。
由于小麦酯酶分子很小，很容易从包埋材料中漏出，因此固定小麦酯酶不采用海藻酸钠直接包埋，应同时用戊二醛作交联剂。
答案：
（1）固定化酶比游离酶对温度变化的适应性更强且应用范围较广
（2）3% 包埋不紧密，酶漏出，数量不足
（3）3
（4）酶分子很小，容易从包埋材料中漏出
有如图所示的探究性实验装置共6个，6个装置中分别加入葡萄糖饱和溶液和两个凝胶珠，实验开始时，小液滴都在C点（刻度管足够长，瓶内氧气充足）。
6个装置分别置于0℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃温度下，每隔2分钟记录各个装置中的小液滴移动距离并记录如表（单位：
cm）
温度
时间（分钟）
0℃
15℃
25℃
35℃
45℃
55℃
2
0
0.2
0.4
0.7
0
0
4
0
1.0
1.3
1.6
0.1
0
6
0.1
1.9
2.2
2.8
0.2
0.1
8
0.2
3.1
3.3
4.4
0.3
0.2
10
0.3
4.0
4.4
4.4
0.4
0.3
（1）实验的目的是________________________，自变量是________。
（2）瓶中NaOH溶液的作用是______________________，实验中小液滴移动方向是________，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
小液滴移动的距离表示________________________________________________________________________。
（3）从上表可知，酶作用的最适温度在________℃左右。
（4）实践中如果通过固定化醋酸菌生产醋酸，那么制备的凝胶珠大小与固定化酵母菌生产酒精相比，应该注意什么问题？
为什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）工业生产中利用固定化细胞技术进行生产，从哪些方面可以达到延长利用固定化细胞时间的目的？
（至少两点）________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
该题通过考查酶的应用（固定化细胞技术）、发酵、酶促反应的速度和温度之间的关系，全面地考查学生的生物技术实践能力。
由于NaOH溶液能吸收CO2、防止产生的醋酸挥发，故装置中小液滴在细管中的移动距离表示有氧呼吸消耗的氧气量；由表中数据可知，每隔2分钟测定移动距离，在35℃下移动的均较大，且最先达到最大值，因此，35℃左右应为酶作用的最适温度。
答案：
（1）探究温度与醋酸菌发酵速度之间的关系 温度
（2）防止产生的醋酸挥发影响实验结果的准确性 左移 三角瓶中O2量减少，从而使压强降低 有氧呼吸消耗的氧气量 （3）35
（4）注意固定化醋酸菌的凝胶珠要小一些。
因为醋酸菌发酵生产醋酸是一个有氧呼吸的过程，凝胶珠小有利于氧气的供应，增加醋酸产量
（5）无菌操作，控制好温度、pH
1．固定化酶和一般酶制剂的主要区别是前者能回收可以重复利用。
2．固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括包埋法、交联法和吸附法。
一般来说，酶更适合采用交联法和吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定。
3．在固定化细胞技术中，从操作角度考虑，包埋法更容易；固定化细胞对酶活性的影响小；如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择固定化细胞方法；如果反应物是大分子，应选择固定化酶方法。
4．凝胶珠的颜色是黄色；形状是球形或椭圆形。
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