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课下能力提升（十一） 酵母细胞的固定化
【基础题组】
1．下列属于固定化酶应用特点的是( )
①可以被反复利用 ②有利于酶与产物分离 ③能自由出入载体 ④一种固定化酶只催化一种酶促反应 ⑤酶多用包埋法固定化
A．①②③ B．③⑤
C．①②④ D．①②⑤
解析：选C 酶被固定化后可与产品分离，故可反复使用，但不能自由出入依附的载体。通常情况下固定化酶种类单一，所以只催化一种酶促反应。
2．下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，错误的是( )
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促反应应选择固定化细胞技术
解析：选C 细胞内有许多种酶，因此固定化细胞固定的是一系列酶。
3．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：选C 高果糖浆的生产需要使用葡萄糖异构酶，①错误；在反应柱内的底端装上分布着许多小孔的筛板，防止固定化酶漏出，②错误；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，③正确；反应柱能连续使用多次，降低了生产成本，提高了果糖的产量和质量，④正确。
4．相对固定化酶而言，固定化细胞对酶的活性影响较小，根本原因是( )
A．避免了细胞破碎、酶的提取纯化过程
B．固定化细胞在多种酶促反应中连续发挥作用
C．催化反应结束后，能被重复利用
D．细胞结构保证了各种酶在细胞内的化学反应中有效地发挥作用
解析：选D 固定化细胞维持了细胞结构的稳定性，为酶充分发挥作用提供了稳定的环境。
5．有关制备固定化酵母细胞的叙述，正确的是( )
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A．首先用蒸馏水把干酵母、CaCl2、海藻酸钠配制成溶液，但配制CaCl2溶液需要加热
B．配制海藻酸钠溶液时不需要加热，因为海藻酸钠在水中溶解速度很快
C．配制酵母细胞海藻酸钠溶液，要用玻璃棒搅拌，使酵母细胞与海藻酸钠混合均匀
D．酵母细胞溶液首先要和CaCl2溶液混合
解析：选C 配制CaCl2溶液不需加热；配制海藻酸钠溶液需要加热，直至将海藻酸钠完全溶化；溶化好的海藻酸钠冷却至室温后加入活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀。
6．试分析下图中，哪一种与用海藻酸钠作载体制备的固定化酵母细胞相似( )
解析：选D A是吸附法，常用于将酶固定；B是化学结合法，多用于酶的固定；C和D是包埋法，C一般是将细胞包埋在细微网格里，D是将细胞包埋在凝胶中。制备固定化酵母细胞用的是包埋法，即将酵母菌包埋在海藻酸钠制成的凝胶中，所以与D相似。
7．用固定化酵母细胞发酵葡萄糖溶液时发现无酒精产生，其原因不可能是( )
A．发酵瓶加了塞子
B．瓶内氧气充足，进行了有氧呼吸
C．固定化的凝胶珠内可能没有酵母细胞
D．所谓的葡萄糖溶液可能是其他物质
解析：选A 固定化酵母细胞在无氧状态下发酵葡萄糖溶液，产生酒精，而有氧时不产生酒精，发酵瓶加塞子有利于营造无氧环境利于酒精的产生。
8．下列有关制备固定化酵母细胞的叙述，错误的是( )
A．溶解海藻酸钠时，最好采用持续加热的方法
B．溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能加入酵母细胞
C．如果海藻酸钠溶液浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目会较少
D．制备凝胶珠时要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中
解析：选A 溶解海藻酸钠，最好采用小火或间断加热的方法，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。
【能力题组】
9．下列有关固定化酶和固定化细胞的说法，错误的是( )
A．与普通酶相同，固定化酶活性的发挥也需适宜的温度和pH
B．固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH，还需营养物质的供应
C．固定化酶和固定化细胞的共同点是所固定的酶都在细胞外起作用
D．固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性可能会下降
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解析：选C 酶活性的正常发挥都需要适宜的温度和pH。固定化细胞是活细胞，其发挥作用除了需要适宜的温度、pH外，还需要有机营养的供应。固定化酶所固定的酶都在细胞外起作用；固定化细胞所固定的酶有的在细胞外起作用，有的在细胞内起作用。固定化酶和固定化细胞都能反复使用，但酶的活性会随使用次数的增加而下降。
10．下列有关用海藻酸钠作为载体固定酶母细胞实验的叙述，错误的是( )
A．溶化海藻酸钠应采用酒精灯小火或间断加热
B．海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠内包埋的细胞会偏少
C．在酵母细胞的活化和配制CaCl2溶液过程均需使用蒸馏水
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：选D 配制海藻酸钠溶液时，应采用酒精灯小火或间断加热，促进溶解，若加热太快，海藻酸钠会发生焦糊；如果海藻酸钠的浓度过低，形成的凝胶珠颜色过浅，所包埋的酵母细胞数目较少；在酵母细胞的活化和配制CaCl2溶液时，为避免杂菌污染，应使用蒸馏水；利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类可作为反应底物，同时也为酵母细胞提供碳源和能量。
11．(2018·江苏名校月考)如图表示科研人员利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆的过程，相关叙述正确的是( )
A．固定葡萄糖异构酶时，采用方法2比方法3对酶的活性影响要小
B．在生产过程中，需严格控制好pH、温度、溶解氧等环境因素
C．在生产过程中，通过控制阀调节果糖流出的速率以保证反应充分进行
D．由于固定化葡萄糖异构酶活性不会降低，故此反应柱可持续用于生产
解析：选C 方法2比方法3对酶活性的影响更大；酶活性受温度、pH的影响，但不受溶解氧的影响；一定时间后酶活性会降低。
12．(2018·南通模拟)固定化酶具有易与反应物、产物分离，可反复利用，有利于产物的纯化等优点，因此在生产中得到广泛应用。酶在固定化过程中其活性会受固定的时间和温度影响，如图所示。据此分析错误的是( )
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A．固定化酶更适合采用化学结合法和包埋法
B．固定时间短酶相对活性较低的原因可能是酶未完全足量地被固定
C．固定温度为50 ℃时，酶相对活性低的原因可能是在该温度下部分酶失活
D．酶的最佳固定条件为固定化时间3 h左右，温度45 ℃左右
解析：选A 酶分子较小，容易从包埋材料中漏出，因此固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法；固定时间短酶相对活性较低的原因可能是酶未完全足量地被固定；酶活性易受温度影响，固定温度为50 ℃时，酶相对活性低的原因可能是在该温度下部分酶失活；根据曲线图可知，酶的最佳固定条件为固定化时间3 h左右，温度45 ℃左右。
13．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)固定化细胞技术一般采用包埋法，而固定化酶常用________________和________________。
(3)影响实验成败的关键步骤是____________________________。
(4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是____________________________。
(5)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________。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明____________________________________________。
解析：在缺水状态下，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正常的生活状态。由于酵母菌活化时体积会变大，活化前应选择足够大的容器。固定化酶和固定化细胞技术是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间的技术。其中固定化细胞常采用包埋法，而固定化酶常用化学结合法和物理吸附法，原因是细胞体积大，而酶分子体积小，个体大的细胞难以被吸附或结合，而个体小的酶容易从包埋材料中漏出。海藻酸钠溶化时应用小火或间断加热，期间还要不断搅拌，防止焦糊。
答案：(1)缺水 正常生活 体积会增大 (2)化学结合法 物理吸附法 (3)配制海藻酸钠溶液 (4)小火或间断加热，不断搅拌 (5)较少 海藻酸钠的浓度偏高，制作失败
14．如图1为人工种子生产过程示意图，图2为图1中③过程的相关操作，据图分析回答下面的问题：
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(1)图1中，①②过程分别称为______________。
(2)图2中，包埋形成人工种子过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意用____________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液________后，加入胚状体充分搅拌混合均匀。
(3)刚生产的人工种子需要在CaCl2溶液中浸泡一段时间，其目的是使人工种子__________________。
(4)若用图2的方法“制备固定化酵母细胞”，海藻酸钠溶液的浓度对实验结果影响较大，若浓度过高，则________________，通常评价该实验结果主要是观察凝胶珠的____________。
(5)制备固定化酶则不宜用此方法，原因是______________________________。
解析：(1)叶组织块经脱分化形成愈伤组织，再分化后形成胚状体。(2)包埋人工种子过程中，加热溶解海藻酸钠时需用小火或间断加热，以防止焦糊，冷却至室温后再加入胚状体充分混匀。(3)将刚生产的人工种子浸泡在CaCl2溶液中一段时间，使人工种子形成稳定的结构。(4)制备固定化酵母细胞时海藻酸钠溶液的浓度过高不易形成凝胶珠，通常通过观察凝胶珠的颜色和形状来评价实验结果，浅黄色，球形或椭圆形的凝胶珠为最佳。(5)由于酶分子小，容易从包埋材料中漏出，所以不易用包埋法。
答案：(1)脱分化、再分化 (2)小火(或间断) 冷却(至室温) (3)形成稳定的结构 (4)不易形成凝胶珠 颜色和形状 (5)酶分子很小，容易从包埋材料中漏出
15．已知固定化酶技术可应用于高浓度有机废水的处理，科研人员对固定化蛋白酶进行了以下实验研究。
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实验一：选择大孔树脂、活性炭和硅胶为载体制备固定化蛋白酶，三种载体固定化效果如图1。
实验二：各取pH分别为4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0的高浓度污水500 mL，分别与等量不同载体的固定化酶混合，在37 ℃水浴中反应6 h。测定每个反应器中氨基酸的生成速率，结果如图2。
(1)由图1可知，三种载体蛋白酶固定化率最高的是________。与直接使用水溶性酶相比，固定化酶处理高浓度污水的优点是__________________________。
(2)实验二的自变量是__________________________，因变量是____________________，无关变量是________________________________(至少写两点)。
(3)从图2中可得出的结论：___________________________________；_________________________________。
解析：(1)由图1可知，三种载体蛋白酶固定化率最高的是活性炭，与直接使用水溶性酶相比，固定化酶处理高浓度污水的优点是可反复利用和易与反应物分离。(2)由图2可知，实验二的自变量是pH和三种载体固定化酶，因变量是氨基酸的产生速率，无关变量是温度、污水的量、固定化蛋白酶的量和反应时间等。(3)从图2中可得出的结论：在pH 4.5至7之间，硅胶固定的蛋白酶活性最低；蛋白酶在三种载体上的最适pH均为5.5左右。
答案：(1)活性炭 可反复利用，易与反应物分离
(2)pH和三种载体固定化酶 氨基酸的产生速率 温度、污水的量、固定化蛋白酶的量和反应时间等 (3)在pH 4.5至7之间，硅胶固定的蛋白酶活性最低(或活性炭固定的蛋白酶活性最高) 蛋白酶在三种载体上的最适pH均为5.5左右
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