固定化酶及其应用 知识点

1、固定化酶是20世纪60年代发展起来的一种新技术。所谓固定化酶,是指在一定的空间范围内起催化作用,并能反复和连续使用的酶。通常酶催化反应都是在水溶液中进行的,而固定化酶是将水溶性酶用物理或化学方法处理,使之成为不溶于水的,但仍具有酶活性的状态 。
2、制备方法有物理法和化学法两大类。
(1)物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。但是,由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用,因此对一些反应不适用。
①吸附法:利用各种吸附剂将酶或含酶菌体吸附在其表面上而使酶固定的方法。通常有物理吸附法和离子吸附法。常用吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃等。采用吸附法固定酶,其操作简便、条件温和,不会引起酶变性或失活,且载体廉价易得,可反复使用。
②包埋法:酶被裹在凝胶的细格子中或被半透性的聚合物膜包围而成为格子型和微胶囊型两种。包埋法制备固定化酶除包埋水溶性酶外还常包埋细胞,制成固定化细胞,例如可用明胶及戊二醛包埋具有青霉素酰化酶活力的菌体,可连续水解帤基青霉素,工业生产6-氨基青霉烷酸。
(2)化学法包括结合法、交联法。结合法又分为离子结合法和共价结合法。是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法.其中吸附法和共价键法又可统称为载体结合法。
①载体结合法:最常用的是共价结合法,即酶蛋白的非必需基团通过共价键和载体形成不可逆的连接。在温和的条件下能偶联的蛋白质基团包括:氨基、羧基、半胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基、酪氨酸的酚基、丝氨酸和苏氨酸的羟基。参加和载体共价结合的基团,不能是酶表现活力所必需的基团。以中国首先采用的双功能团试剂“对位-β-硫酸酯乙砜基苯胺”偶联载体和酶为例,载体结合的步骤如下页反应式。此法曾先后用于3′-核糖核酸酶、5′-磷酸二酯酶和葡萄糖淀粉酶等的固定化。此外酶通过物理吸附或离子吸附于载体制备固定化酶也是常用的方法。
②交联法:依靠双功能团试剂使酶分子之间发生交联凝集成网状结构,使之不溶于水从而形成固定化酶。常采用的双功能团试剂有戊二醛、顺丁烯二酸酐等。酶蛋白的游离氨基、酚基、咪唑基及巯基均可参与交联反应。
3、优点:①使酶既能与反应物接触,又能与产物分离;②固定在载体上的酶可以被反复利用。
不足:一种酶只能催化一种化学反应,而在生产实际中很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能进行,所以操作比较麻烦。
4、固定化酶的形式多样,可制成机械性能好的颗粒装成酶柱用于连续生产;或在反应器中进行批式搅拌反应;也可制成酶膜、酶管等应用于分析化学;又可制成微胶囊酶,作为治疗酶应用于临床。现在又有人用酶膜(包括细胞、组织、微生物制成的膜)与电、光、热等敏感的元件组成一种装置称生物传感器,用于测定有机化合物和发酵自动控制中信息的传递及环境保护中有害物质的检测。最常用的是酶膜与离子选择电极组成的生物传感器,例如脲传感器是由固定化脲酶、固定化硝化菌及氧电极组成,脲经脲酶分解成氨及二氧化碳,氨又继续被硝化菌氧化,总耗氧量则通过氧电极反映出电流的变化,用以计算脲的含量。

固定化酶及其应用 知识点题库

下列关于酶和细胞的固定叙述不正确的是(  )

A . 酶分子很小,易采用包埋法 B . 酶分子很小,易采用化学结合或物理吸附法固定的酶 C . 细胞个大,难被吸附或结合 D . 细胞易采用包埋法固定
生物技术与我们的生活息息相关。
  1. (1) 使用加酶洗衣粉时,水温过低或过高时洗涤效果不好的原因分别是

  2. (2) 固定化酶的优点是既能与反应物接触,又能与。酶的固定化一般适合采用法和法。

  3. (3) PCR技术能把某一DNA分子片段进行扩增,依据的原理是;每次循环需要经过、复性、延伸三步。

固定化酶的优点是(    )
A . 有利于提高酶的活性 B . 有利于产物的纯化 C . 有利于提高反应速度 D . 有利于酶发挥作用
通过酶工程生产的酶制剂中的酶的化学本质是(    )
A . 蛋白质 B . 有机物 C . RNA D . 核酸
“体外多酶系统”模仿的是体内代谢途径,即在体外将一系列酶及辅酶组合构建成复杂的生化反应网络,通过催化底物并生成所需产物的一种新型生物制造平台。该平台的构建流程是(    )

①酶的分离提纯 ②酶的发酵生产 ③调试反应条件 ④多种酶固定

A . ①②③④ B . ④①②③ C . ②①④③ D . ③①②④
褐藻胶裂解酶的固定化在工业上的应用意义深远。 图 为褐藻胶裂解酶固定化前后对酶活性的影响,下列关于该酶固定化优势的分析错误的是(     )

A . 便于回收再利用 B . 增强耐热性 C . 最佳催化效率提高 D . 酶活性的稳定性提高
固定化单宁酶应用于茶饮料加工,可消除其中的苦涩味.下列有关叙述正确的是(   )
A . 在单宁酶纯化时可采用透析法去除杂蛋白 B . 化学结合法比吸附法对单宁酶活性影响更小     C . 温度、pH和重金属离子都可能影响固定化单宁酶活性   D . 酶的高效性决定固定化单宁酶不会降解茶饮料中的有益成分
生物柴油是一种可再生清洁能源,其应用在一定程度上能够减缓人类对化石燃料的消耗。科学家发现,在微生物M产生的脂肪酶的作用下,植物油与甲醇反应能够合成生物柴油(如下图)。


  1. (1) 欲分离筛选出能分泌脂肪酶的细菌,应配制碳源的培养基,这种培养基从功能上看属于培养基。
  2. (2) 在微生物培养过程中,灭菌与消毒的主要区别是灭菌能够杀死物体内外。常用法对玻璃器皿进行灭菌。
  3. (3) 经过稀释,在平板上接入0.1mL稀释液并涂布,经适当时间培养后,在平板上计数菌落,据此可计算出每毫升培养液中的活菌数。这种计数方法得到的结果一般比实际值偏小,原因可能有
  4. (4) 经上述实验发现稀释倍数为101、102、103、104、105、106得到的结果分别为难以计数、难以计数、难以计数、159、17、2,为保证结果准确,一般选择稀释倍数的平板进行统计。
  5. (5) 为降低生物柴油生产成本,可利用技术使脂肪酶能够重复使用。
下列有关固定化酶和固定化细胞的说法中不正确的是(  )
A . 与普通酶相同,固定化酶活性的发挥需要适宜的温度和pH B . 固定化细胞发挥作用除了需要适宜的温度、pH外,还需要有机营养的供应 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,但酶的活性可能下降
近几年,随着石油资源的逐渐枯竭和公众环保意识的增强,可再生的绿色环保型燃料——生物柴油受到许多国家的重视。 而利用酶技术制备生物柴油具有反应条件温和、酶用量小、产物易收集、对环境污染小等优点,固定化技术的运用为实现生物柴油工业化生产迈出了坚实的一步。
  1. (1) 脂肪酶可以催化酸值较高且有一定水分含量的餐饮废油转化成生物柴油。而将酶固定化,使反应后的酶可,则可降低酶的。将酶固定化就是将酶固定在一定的上,不与反应溶液相溶。
  2. (2) 制备生物柴油可以利用动植物油外,科学家还发现一些微生物可以产生油脂,这些油脂可用于制备生物柴油,油脂通常可用染色。若一微生物产生的油脂不易挥发,可选用(填“萃取法”或“水蒸汽蒸馏法”)从菌体中提取。
  3. (3) “萃取法”或“水蒸汽蒸馏法”可用作玫瑰精油的提取方法,但各有优点和缺点,萃取法的不足表现在,水蒸汽蒸馏法的不足表现在
下列关于酶在生产生活中应用的说法中,正确的是(   )
A . 加酶洗衣粉中的酶是用不溶于水的载体包裹的,属于直接使用酶 B . 与固定化酶相比,固定化细胞能催化多步连续反应 C . 加酶洗衣粉中表面活性剂对碱性蛋白酶活性有一定的促进作用 D . 腐乳前期发酵主要依赖毛霉产生的淀粉酶、脂肪酶
请回答下列问题:
  1. (1) 用苹果加工成果汁的过程中,需要加入果胶酶,果胶酶可以将果胶分解成,使浑浊的果汁变得澄清。为了探究温度对果胶酶活性的影响,通常可用滤出的苹果汁的来判断果胶酶活性的高低。
  2. (2) 为了解果胶酶的结构特点,需从细胞中将其提取出来,提取时常用法进行粗分离后再进行提纯,在纯度鉴定时,采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳来鉴定提取得到果胶酶的纯度。电泳时加入SDS的作用是
  3. (3) 下面是制备固定化酵母细胞的步骤,正确的是_________。

    ①配制CaCl2溶液 ②配制海藻酸钠溶液 ③海藻酸钠溶液与酵母细胞混合④酵母细胞活化 ⑤固定化酵母细胞

    A . ①②③④⑤ B . ④①③②⑤ C . ④⑤②①③ D . ④①②③⑤
  4. (4) 若用固定化酶技术生产高果糖浆,需要使用酶。如果反应物是大分子物质,应采用固定化(酶或细胞)技术。
[生物——选修1:生物技术实践]

研究人员从海底微生物中分离到一种在低温下有催化活性的α-淀粉酶A3 , 并对其进行了研究。回答下列问题:

  1. (1) 在以淀粉为底物测定A3酶活性时,既可检测淀粉的减少,检测应采用的试剂是,也可采用斐林试剂检测的增加。
  2. (2) 在A3的分离过程中可采用聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其纯度,通常会在凝胶中添加SDS,SDS的作用是
  3. (3) 本实验中,研究人员在确定A3的最适pH时使用了三种组分不同的缓冲系统,结果如图所示。某同学据图判断,缓冲系统的组分对酶活性有影响,其判断依据是

  4. (4) 在制备A3的固定化酶时,一般不宜采用包埋法,原因是 (答出1 点即可)。
回答下列制作澄清果汁的相关问题:
  1. (1) 壳聚糖本身是一种多孔网状天然高分子颗粒材料,对蛋白质有显著的亲合力,可将果胶酶通过吸附-交联法固定在壳聚糖载体上,再将固定化酶的载体装到反应柱中(见下图)。固定化酶的好处有;但固定化酶的活性与未固定相比较,其活性可能不变,可能会发生

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  2. (2) 壳聚糖一般先进行处理,然后再与果胶酶混合,固定化更多的果胶酶。固定化酶柱应先倒入一定量的蒸馏水,洗掉,然后再倒入浑浊的果汁。
  3. (3) 果胶是植物细胞壁以及的主要组成成分,浑浊的果汁在反应柱中从上部流到下部的过程中果胶最终被分解成可溶性的,从而使流出的果汁变的澄清。若以透光率作为实验指标,可变因素是浑浊果汁从上部流到下部的时间,则实验结果最可能为
下列关于生物技术应用的叙述,正确的是(   )
A . 从酶的固定方式看,物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小 B . 作为消化酶使用时,蛋白酶制剂只能以注射的方式给药 C . 加酶洗衣粉中酶制剂可以被重复利用,提高了酶的利用率 D . 将海藻酸钠凝胶珠用自来水冲洗,可洗去多余的CaCl2和杂菌
水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题:
  1. (1) 制作果汁时,可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称,包括、果胶分解酶。纤维素酶可以分解植物中的纤维素。
  2. (2) 用果胶酶处理果泥时,为了提高出汁率,需要控制反应的温度,原因
  3. (3) 现有甲乙丙三种不同来源的果胶酶,某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常,酶活性的高低可用来表示。
  4. (4) 为了提高酶的利用效率,可以采用固定化酶技术将其固定。酶的固定化方法常见有:、一般不用包埋法,原因是
  5. (5) 工业生产中将果胶酶进行固定化,与直接使用游离酶相比,此方法的优点是(答两点)。
下列关于《生物技术实践》中的实验操作处理,正确的是(   )
A . 为获得无菌的某植物原生质体,需要使用过滤灭菌处理的混合酶 B . 若需在超净台操作,从接种前30分钟开始至接种结束,紫外灯和过滤风必须始终开着 C . 制作酵母悬液和用果汁制果酒时,都需要加入适量的蔗糖,其作用相同 D . α-淀粉酶固定化之后及淀粉水解作用的检测之后,用蒸馏水洗涤固定化酶柱的目的相同
下列酶的固定化方法示意图中(“ ”代表酶),属于交联法的是(  )
A . B . C . D .
图1为利用苹果制备果汁、果酒、果醋的流程图,图2是澄清苹果汁生产示意图,回答下列有关问题:

  1. (1) 图1中,由①转变为②,除改变温度、调节pH外,还需调整的发酵条件是
  2. (2) 苹果汁生产过程中,在“脱胶”时加入了适量的果胶酶,果胶酶可提高果汁的出汁率和澄清度,原因是果胶酶能够分解果胶、瓦解
  3. (3) 果胶酶并不只是一种酶,而是分解果胶的一类酶的总称,包括果胶酶、果胶分解酶、酶,果胶酶可以从植物以及细菌、酵母菌、等微生物中获得。
  4. (4) 在果汁生产中,除了酶和苹果的用量外,影响果汁产量的因素还有(答出两点)。
  5. (5) 酶在水溶液中很不稳定,且不利于工业化使用,常用固定化技术使之成为而又有酶活性的制剂。下列相关叙述中,正确的是

    A.实验中所用的固定化果胶酶吸附后可永久使用

    B.为防止杂菌污染,图示装置制作完毕后需瞬间高温灭菌

    C.通过控制阀调节苹果汁流出的速率,保证反应充分进行

    D.固定化果胶酶不可重复使用,每次生产前需重新装填反应

黄酒源于中国,与啤酒、葡萄酒并称世界三大发酵酒。发酵酒的酿造过程中除了产生乙醇外,也产生不利于人体健康的氨基甲酸乙酯(EC)。EC主要由尿素与乙醇反应形成,各国对酒中的EC含量有严格的限量标准。回答下列问题:
  1. (1) 某黄酒酿制工艺流程如下图所示,图中加入的菌种a是,工艺b是(填“消毒”或“灭菌”),采用工艺b的目的是

  2. (2) 以尿素为唯一氮源的培养基中加入指示剂,根据颜色变化,可以初步鉴定分解尿素的细菌。尿素分解菌产生的脲酶可用于降解黄酒中的尿素,脲酶固定化后稳定性和利用效率提高,固定化方法有(答出两种即可)。
  3. (3) 研究人员利用脲酶基因构建基因工程菌L,在不同条件下分批发酵生产脲酶,结果如下图所示。推测是决定工程菌L高脲酶活力的关键因素,理由是

  4. (4) 某公司开发了一种新的黄酒产品,发现EC含量超标。简要写出利用微生物降低该黄酒中EC含量的思路