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1、第4节固定化酶的制备和应用,1.简述固定化酶的作用和原理。2.尝试制备和应用固定化酶。,一,二,三,一、固定化酶的制备1.固定化酶固定化酶又叫固相化酶,是指固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。酶的固定化过程是通过化学或物理的手段,将酶束缚在一定的区间内,固定酶分子在此区间内进行催化作用。,一,二,三,2.固定化酶的制备(1)制备方法固定化方法由酶的性质和载体特性所决定,主要包括吸附法、 载体偶联法、交联法和包埋法。凝胶包埋法是常见的方法之一。(2)实验原理将酶与凝胶混合,酶即包埋在凝胶内部的微孔中,这样酶分子被“网”在凝胶内部不易泄露,而底物和产物易通过凝胶孔与酶接触,从而达到将
2、酶固定的目的。(3)实验步骤乳糖酶的溶解聚合漂洗。,一,二,三,3.乳糖酶的固定化固定化的乳糖酶不仅对酸、碱耐受力增强,而且热稳定性大大提高,同时可以反复使用,缩短了生产周期,使成本显著降低,体现了固定化酶的优越性。,一,二,三,二、固定化乳糖酶的应用1.乳糖酶的应用乳糖酶主要用做乳制品的助消化处理剂。用乳糖酶分解乳糖,可以提高牛奶的可消化性。由于乳糖溶解度较低,用乳糖酶处理乳制品,可以避免乳糖在乳制品中结晶并增加了甜度,改善乳制品的外观和口感。2.检测牛奶中乳糖的分解(1)实验原理乳糖酶可以将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖,还原糖可和斐林试剂反应产生砖红色化合物,根据化合物颜色的深浅变化,可以了解
3、乳糖酶的作用活性。(2)实验步骤鲜牛奶处理加酶分解检测乳糖的分解固定化酶的回收。,一,二,三,思考：固定化酶回收时需用体积分数为0.05%的双氧水洗涤,其目的是什么?提示:防止固定化酶被微生物污染。,一,二,三,三、游离酶与固定化酶的比较通常情况下酶都是在水溶液中与底物进行反应,因此酶在反应系统中是与底物、产物混合在一起的,反应结束后,即使酶仍有较高活力,也很难再回收利用。另外,在水溶液中起作用的酶也给产物的进一步分离纯化带来了困难。固定化酶与游离酶相比不但稳定性好,而且与底物和产物容易分离。,1.固定化酶的特点固定化酶活性稳定,可以反复多次使用。在生产中,固定化酶能与反应液相互分开,不与产品
4、混合,制品较易纯化,在大规模生产时所需工艺设备简单易行。应用固定化酶,工业生产可以实现大批量、连续化、自动化,极大地降低生产成本。固定化酶技术的应用,大大提高了酶在生产上的利用率。但在固定化酶制备时,需要制备纯净的酶,稍有不慎,酶就会失活。,2.固定化酶的实例木瓜蛋白酶的固定化在啤酒生产过程中,刚酿制的啤酒往往因含有少量的蛋白质而显得浑浊。如果加入木瓜蛋白酶,可以使蛋白质水解成氨基酸,供酵母菌增殖所需,从而缩短发酵时间,提高啤酒产量,使酒质澄清醇和。将尼龙布浸入含等量CaCl2溶液和甲醇溶液的烧杯中,室温下放置10 s左右,并轻轻搅拌至尼龙布发黏。取出后用水冲洗,并用吸水纸吸干。将尼龙布放入盐
5、酸中,室温下水解45 min,用蒸馏水洗至pH中性。再将尼龙布放入戊二醛溶液中,室温下浸泡20 min。取出后用磷酸缓冲液(pH为7.8)反复洗去多余的戊二醛,吸干后立即放入木瓜蛋白酶溶液中,4 下固定3.5 h。取出尼龙布后用NaCl溶液洗去多余的蛋白酶,即得到尼龙固定化酶。为防止改变酶的电荷,操作过程中不能使用金属镊子。,3.直接使用酶和固定化酶催化的比较,题型一,题型二,题型三,固定化酶的特点【例题1】 下列关于固定化酶和一般酶制剂在应用效果上的说法,错误的是()A.固定化酶生物活性强,可长久使用B.一般酶制剂应用后和产物混在一起,产物的纯度不高C.一般酶制剂参加反应后不能重复利用D.固
6、定化酶可以反复利用,降低生产成本解析:固定化酶与一般酶制剂相比,在活性上差别不大,固定化酶的成分也是蛋白质,蛋白质经过一定的时间后会变性失活,所以固定化酶不可长久使用。答案:A,题型一,题型二,题型三,固定化酶的应用【例题2】 下列关于固定化酶的应用的叙述,错误的是 ()A.乳糖酶主要用做乳制品的助消化处理剂B.在固定化酶应用方面,固定化酶比游离酶稳定性好C.固定化酶在工业上颇受重视D.霉菌乳糖酶适用于碱性乳清的水解解析:霉菌乳糖酶适用于酸性乳清的水解。答案:D,题型一,题型二,题型三,一般酶制剂和固定化酶的特点比较【例题3】 下列关于固定化酶的说法,正确的是()A.酶被固定在不溶于水的载体上
7、,可反复利用B.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C.酶由于被固定在载体上,所以丧失了高效性和专一性D.被固定化的酶其活性部位完整,所以不受高温、强碱、强酸等条件影响解析:固定化酶可以被反复利用,但并非能永远利用下去,B项错误。固定化酶是将酶分子结合在特定支持物上且不影响酶的功能,不会使酶丧失高效性和专一性,C项错误。固定化酶的活力仍受温度、pH等环境条件的影响,D项错误。答案:A,1,2,3,4,5,1.霉菌乳糖酶的最适pH为()A.2.55.0B.67C.6.57.5D.910答案:A,1,2,3,4,5,2.目前,酶已经大规模地应用于各个领域,下列属于应用中面临
8、的实际问题的是()A.酶通常对强酸、强碱、高温非常敏感,但对有机溶剂不敏感B.酶的结构比较稳定,所以催化功能很高C.酶用于生产时可能会混在产物中,影响产品质量D.直接用于生产中的酶可以多次利用答案:C解析:目前酶的应用中面临的实际问题是酶通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂非常敏感,容易失活;溶液中的酶很难回收,不能被重复利用,增加了产品的成本;反应后酶会混在产物中,影响产品质量。,1,2,3,4,5,3.下列关于固定化酶的叙述,正确的是()A.酶的固定化方法主要包括吸附法、载体偶联法、交联法和包埋法B.酶的固定化应用中,要控制好pH、温度和溶解氧C.利用固定化酶降解水体中有机磷农药,需提供适宜的
9、营养条件D.乳糖酶能将乳糖分解为半乳糖和果糖答案:A解析:酶的固定化应用中不需控制溶解氧。固定化酶发挥作用时不需营养条件。乳糖酶能将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖。,1,2,3,4,5,4.下列叙述错误的是()A.从酶的固定方式看,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,蛋白酶制剂以口服方式给药C.尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶,可以反复使用D.用体积分数为0.05%的双氧水洗涤固定化酶,目的是防止固定化酶被微生物污染答案:C解析:用化学结合法固定化酶,会使部分酶的分子结构发生变化,从而影响到酶的活性。消化酶通过口服方式才可进入消化道起作用。尿糖试纸使用后被污染,不可以反复使用。用体积分数为0.05%的双氧水洗涤固定化酶,目的是防止固定化酶被微生物污染。,1,2,3,4,5,5.下列关于“检测牛奶中乳糖的分解”实验的叙述,错误的是()A.实验所用的鲜牛奶要用巴氏灭菌法进行灭菌B.本实验遵循了对照原则C.半乳糖和葡萄糖均可与斐林试剂反应产生砖红色化合物D.砖红色越深,说明乳糖酶的作用活性越弱答案:D解析:砖红色越深,说明还原糖(半乳糖和葡萄糖)含量越多,即乳糖酶的作用活性越强。,