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專題4 酶的研究與應用 課題3 酵母細胞的固定化學業(yè)分層測評 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．下圖所示的固定化方式中，適宜固定化酶的是(　　) A．①②③　　　　　　　 B．①② C．②③ D．①③ 【解析】　固定化酶適宜用化學結合法、物理吸附法。 【答案】　D 2．下列關于固定化技術的敘述，不正確的是(　　) A．從操作角度來考慮，固定化細胞比固定化酶更容易 B．固定化細胞比固定化酶對酶活性影響更小 C．固定化細胞固定的是一種酶 D．將微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應應選擇固定化細胞 【解析】　在應用操作過程中，固定化細胞固定的是一系列酶，比固定化酶更容易、更便捷，對酶活性影響更小，可使發(fā)酵過程變成連續(xù)反應過程。 【答案】　C 3．下列關于固定化酶和固定化細胞的敘述，正確的是(　　) A．固定化細胞技術在多步連續(xù)催化反應方面優(yōu)勢明顯 B．在固定化酶的應用中，要控制好pH、溫度和溶解氧 C．利用固定化酶降解水體中有機磷農(nóng)藥，需提供適宜的營養(yǎng)條件 D．利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵，糖類的作用只是作為反應底物 【解析】　固定化酶不像普通酶那樣對環(huán)境要求那么高，耐受性也比較好，和溶解氧沒什么關系；利用固定化酶降解水體中有機磷農(nóng)藥，不需要提供營養(yǎng)條件；利用固定化酵母細胞進行發(fā)酵時，糖類不僅是反應底物，同時也作為碳源來提供能量和營養(yǎng)。 【答案】　A 4．在制備固定化酵母細胞的實驗中，CaCl2溶液的作用是 (　　) 【導學號：05520034】 A．用于調(diào)節(jié)溶液pH B．用于進行離子交換 C．用于膠體聚沉 D．用于為酵母菌提供Ca2＋ 【解析】　海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質(zhì)溶液的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠，其作用機理是由于鹽離子的電荷與膠體微粒電荷相互吸引，形成更大的膠體顆粒，類似于人體紅細胞與抗凝集素之間的凝集反應。 【答案】　C 5．下列有關利用固定化酶技術生產(chǎn)高果糖漿的說法不正確的是(　　) A．葡萄糖與固定化葡萄糖異構酶接觸，轉化成的是果糖 B．從固定化酶反應柱下端流出的只有果糖 C．高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管疾病，對人類的健康更有益 D．酶溶解于葡萄糖溶液后，可從糖漿中回收 【解析】　用固定化酶生產(chǎn)高果糖漿過程中，反應柱下端的篩板不允許固定化酶顆粒通過，但是不影響反應物和產(chǎn)物的通過，因此下端流出的既有果糖，又有沒反應完的葡萄糖。 【答案】　B 6．制備好的凝膠珠是否符合應用要求，常用的檢測方法有(　　) ①擠壓法　②摔打法?、塾^察法?、芘囵B(yǎng)法 A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②③ 【解析】　檢測凝膠珠是否合格，經(jīng)常使用下列檢測方法：一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠制作成功。二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的。還可以通過觀察凝膠珠的顏色和形狀來判斷。 【答案】　D 7．下列有關固定化酵母細胞及使用過程中，錯誤的是(　　) A．干酵母活化的時間大約為1小時 B．將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入已活化的酵母細胞 C．檢測是否有酒精發(fā)酵的有效指標之一為是否有氣泡發(fā)生 D．將海藻酸鈉與酵母菌的混合液緩緩滴加到氯化鈣溶液中，即形成固定化細胞顆粒 【解析】　檢測是否有酒精發(fā)酵的有效指標之一是聞聞是否有酒味，因為酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸均可產(chǎn)生氣體——CO2。 【答案】　C 8．關于固定化酶中酶的說法，正確的是(　　) A．酶的種類多樣，可催化一系列的酶促反應 B．酶被固定在不溶于水的載體上，可反復利用 C．酶作為催化劑，反應前后結構不改變，所以固定化酶可永遠利用下去 D．固定化酶由于被固定在載體上，所以喪失了酶的高效性和專一性特點 【解析】　固定化酶不能催化一系列酶促反應的進行；固定化酶被固定在不溶于水的載體上，可以反復利用，但是隨著利用次數(shù)的增加，受到外界因素的影響，其活性會逐漸降低；固定化酶具有高效性和專一性的特點。 【答案】　B 9．如圖表示某同學進行的澄清蘋果汁生產(chǎn)實驗，下列相關敘述正確的是(　　) A．實驗中所用的固定化果膠酶由海藻酸鈉直接包埋獲得 B．為防止雜菌污染，圖示裝置制作完畢后應瞬間高溫滅菌 C．通過控制閥調(diào)節(jié)蘋果汁流出的速率，保證反應充分進行 D．固定化果膠酶不可重復使用，每次生產(chǎn)前應重新填裝反應柱 【解析】　酶的固定化一般不用包埋法，A錯誤；瞬間高溫滅菌會使固定化酶失去活性，B錯誤；加入蘋果汁后可關閉控制閥一段時間，再通過減慢蘋果汁流出的速率，讓底物與酶充分接觸，使反應充分進行，C正確；固定化果膠酶可重復使用，D錯誤。 【答案】　C 10．如圖為固定化酵母細胞及其應用的相關圖解，請據(jù)圖回答問題： (1)某生物小組利用海藻酸鈉制備固定化酵母細胞，應使用圖甲中的方法[　]__________(填號碼及名稱)，而制備固定化酶則不宜用此方法，原因是________________________。 (2)部分同學制得的凝膠珠如圖乙所示，其原因可能是________________、________________等。觀察形成的凝膠珠的顏色和形狀，如果顏色過淺，說明________________。 (3)某同學用圖丙所示的裝置來進行葡萄糖發(fā)酵。 ①a代表________，b代表________。 ②從上端漏斗中加入反應液的濃度不能過高的原因是__________________。 ③為使該實驗中所用到的固定化酵母細胞可以反復利用，實驗過程一定要在________條件下進行。 ④裝置中的長導管起的作用是______________________________________ ________________________________________________________________。 【解析】　固定化酶適宜用化學結合法、物理吸附法；固定化酵母細胞適宜用包埋法。如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉溶液的濃度偏高或注射器推進速度過快(或針筒口離CaCl2液面過近)。 【答案】(1)③　包埋法　酶分子很小，容易從包埋材料中漏出　(2)海藻酸鈉溶液的濃度過高　注射器推進速度過快(或針筒口離CaCl2液面過近)　固定化酵母細胞數(shù)目較少　(3)①固定化酵母細胞　反應柱?、谄咸烟侨芤旱臐舛冗^高會使酵母細胞因失水過多而死亡?、蹮o菌　④釋放反應產(chǎn)生的CO2和防止空氣中的雜菌進入反應柱 [能力提升] 11．下列關于配制海藻酸鈉溶液的措施，正確的是(　　) A．用酒精燈加熱，加熱時不能攪拌 B．由于海藻酸鈉溶解速度快，所以不用加熱 C．海藻酸鈉在水中溶解的速度慢，需用酒精噴燈加熱 D．采用小火或間斷加熱，促進溶解，防止發(fā)生焦糊 【解析】　海藻酸鈉采用小火或間斷加熱，需攪拌防止焦糊；酒精噴燈產(chǎn)生高溫火焰，主要用于需強熱的實驗，此實驗中不使用。 【答案】　D 12．下列屬于固定化酶應用特點的是(　　) ①可以被反復使用?、谟欣诿概c產(chǎn)物分離　③能自由出入載體?、芤环N固定化酶只催化一種酶促反應?、菝付嘤冒穹ü潭ɑ? A．①②③ B．③⑤ C．①②④ D．①②⑤ 【解析】　酶被固定后可與產(chǎn)品分離，故可反復使用，但不能自由出入依附的載體。通常情況下，固定化酶種類單一，所以不能催化一系列酶促反應。 【答案】　C 13．某校學生嘗試用瓊脂作載體，用包埋法固定α淀粉酶來探究固定化酶的催化效果。實驗結果見表(假設加入試管中的固定化淀粉酶量與普通α淀粉酶量相同)。實驗表明l號試管中淀粉未被水解，你認為最可能的原因是(　　) 比較項目 1號試管 2號試管 固定化淀粉酶 √ 普通α淀粉酶 √ 淀粉溶液 √ √ 60 ℃保溫5分鐘，取出冷卻至室溫，滴加碘液 現(xiàn)象 變藍 不變藍 A.實驗中的溫度過高，導致固定化淀粉酶失去活性 B．淀粉是大分子物質(zhì)，難以通過瓊脂與淀粉酶接觸 C．水浴保溫時間過短，固定化淀粉酶未將淀粉水解 D．實驗程序出現(xiàn)錯誤，試管中應先加入碘液后保溫 【解析】　由于固定化酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物質(zhì)，它不能通過瓊脂與酶充分接觸，導致淀粉不能被水解而遇碘液呈現(xiàn)藍色。 【答案】　B 14．固定化酶是從20世紀60年代迅速發(fā)展起來的一種技術。東北農(nóng)業(yè)大學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)，并對其最佳固定條件進行了探究。如圖顯示的是部分研究結果(注：酶活力為固定化酶催化化學反應的總效率，包括酶活性和酶的數(shù)量)。分析回答： (1)酶的固定化技術的應用最主要的目的是________。 (2)從對溫度變化適應性和應用范圍的角度分析，甲圖所示結果可以得出的結論是________。 (3)乙圖曲線表明濃度為________的海藻酸鈉包埋效果最好，當海藻酸鈉濃度較低時，酶活力較低原因可能是________。 (4)固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，由丙圖可知，固定化酯酶一般重復使用________次后酶活力明顯下降。 (5)研究人員固定小麥酯酶不采用海藻酸鈉直接包埋，而是同時用戊二醛作交聯(lián)劑，這是因為________________________。 (6)根據(jù)介紹，科研人員所采用的固定化技術可用下圖中的________表示。 【解析】　(2)通過分析甲圖可知，固定化酶與游離酶相比，固定化酶對溫度變化的適應性更強且應用范圍較廣。(3)乙圖曲線表明濃度為3%的海藻酸鈉包埋效果最好，此時的酶活力最高。當海藻酸鈉濃度較低時包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足，因此酶活力較低。(4)由丙圖可知，固定化酶的活力隨使用次數(shù)的增多而下降，且在使用3次以后，酶活力顯著下降。(5)由于小麥酯酶分子很小，很容易從包埋材料中漏出，因此固定小麥酯酶不采用海藻酸鈉直接包埋，而是采用雙重固定法。(6)雙重固定法是指采用戊二醛作交聯(lián)劑(使酶相互連接)，海藻酸鈉作為包埋劑來固定小麥酯酶，可見科研人員所采用的固定化技術是化學結合法和包埋法，可用圖中的B、C表示。 【答案】　(1)解決酶的回收和再利用的困難　(2)固定化酯酶比游離酯酶對溫度變化適應性更強，且應用范圍較廣　(3)3%　海藻酸鈉濃度較低時包埋不緊密，酶分子容易漏出，數(shù)量不足　(4)3　(5)酶分子過小，很容易從包埋材料中漏出　(6)BC 15．(2015山東高考)乳糖酶能夠催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，具有重要應用價值。乳糖酶的制備及固定化步驟如下： ―→―→―→ (1)篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物L時，宜用_________________作為培養(yǎng)基中的唯一碳源。培養(yǎng)基中瓊脂的作用是_________________。從功能上講，這種培養(yǎng)基屬于_________________。 (2)培養(yǎng)微生物L前，宜采用_________________方法對接種環(huán)進行滅菌。 (3)純化后的乳糖酶可用電泳法檢測其分子量大小。在相同條件下，帶電荷相同的蛋白質(zhì)電泳速度越快，說明其分子量越_________________。 (4)乳糖酶宜采用化學結合法(共價鍵結合法)進行固定化，可通過檢測固定化乳糖酶的________________________確定其應用價值。除化學結合法外，酶的固定化方法還包括____________________、____________________ 、離子吸附法及交聯(lián)法等。 【解析】　(1)若要篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物，需要利用以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基，不能利用乳糖的微生物在此培養(yǎng)基上不能存活，從而起到篩選作用。 (2)對接種環(huán)滅菌常用的方法是灼燒滅菌。 (3)相同條件下，電泳速度與分子量有關，分子量越大，電泳速度越慢，分子量越小，電泳速度越快。 (4)固定化乳糖酶的應用價值主要與其活性有關。酶的固定化方法除化學結合法外，還包括包埋法和物理吸附法等。 【答案】　(1)乳糖　凝固劑　選擇培養(yǎng)基　(2)灼燒　(3)小　(4)(酶)活性[或：(酶)活力]　包埋法　物理吸附法(注：兩空可顛倒)