降低化学反应活化能的酶

　　第1节
　　三维目标
　　1.知识与技能
　　（1）细胞代谢的概念。
　　（2）酶的作用和本质。
　　（3）酶的特性。
　　（4）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。
　　2.过程与方法
　　（1）通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。
　　（2）通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值。
　　（3）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。
　　3.情感态度与价值观
　　（1）通过学习生物学家研究酶的本质的过程，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。（2）通过实验探究影响酶活性的条件，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。
　　教学重点
　　1.比较过氧化氢酶在不同条件下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。
　　2.酶的本质。
　　3.酶的特性。
　　教学难点
　　1.酶的活化能降低的原理。
　　2.实验中控制变量的科学方法。
　　教具准备
　　酶活性受温度、ph影响的示意图。
　　课时安排
　　建议课时：3课时
　　第一课时 酶的作用
　　教学过程
　　［课前准备］
　　教师准备实验器材，并设计好观察记录表；学生预习实验，掌握实验的原理并设计好实验的过程。
　　［情境创设］
　　人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在来说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。
　　实验介绍：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。
　　［师生互动］
　　问：（1）为何要将肉块放在笼子中？
　　答：排除了胃对肉块的物理性消化。
　　问：（2）对肉起消化作用的是什么物质？
　　答：一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。
　　问：（3）进行肉类消化的过程的条件是怎样的？
　　答：进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。
　　问：（4）在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条件？
　　答：实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。
　　总结：对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。
　　细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、ph接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？
　　过氧化氢在不同条件下的分解
　　实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。铁离子也可催化这一反应。
　　2h2o2 h2o o2
　　问：如何获得过氧化氢酶？
　　答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。
　　按以下实验步骤来进行实验：
　　试管编号
　　1
　　2
　　3
　　4
　　实验原理
　　过氧化氢在高温或fe3 或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气
　　第一步
　　每支试管各加入2 ml 3%的h2o2溶液
　　第二步
　　90  热水浴
　　用滴管加2滴
　　3.5%fecl3溶液
　　用滴管加2滴质量分数为20%肝脏研磨液
　　观 察
　　观察气泡冒出情况，并记录
　　现象
　　无
　　较多
　　较多
　　很多
　　将点燃的卫生香
　　放在液面上
　　没变化
　　火头变亮
　　火头变亮
　　复燃
　　原 因
　　没有生
　　成氧气
　　生成了少量氧气
　　生成了少量氧气
　　生成了大量氧气
　　结 论
　　酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著
　　对上述实验进行分析，对照实验的特点。
　　问：上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？两两比较不同的条件有几个？
　　答：共同点：都在试管中加入2 ml h2o2溶液，都在相同的压力下进行。
　　不同点：1和2：只有温度不同；1和3：3多了2滴fecl3溶液；1和4：4多了2滴肝脏研磨液；3和4：加入的催化剂不同。
　　问：1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？
　　答：它起的是对照的作用。
　　结论：进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。即酶具有高效性。
　　问：2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法来解毒？
　　答：不能。加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。
　　问：能否用同一滴管给3和4试管加fecl3溶液和肝脏研磨液？
　　答：不能。共用滴管会让肝脏研磨液（或fecl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。
　　问：为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？
　　答：酶降低了活化能。活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。
　　［教师精讲］
　　在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。以人为例：据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。
　　酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。它的作用就是降低活化能。
　　［评价反馈］
　　1.选用新鲜肝脏来比较过氧化氢在不同的条件下分解的实验，是因为新鲜的肝脏中
　　a.含fe离子多
　　b.含酶的种类多
　　c.温度高
　　d.过氧化氢酶多且活性高
　　2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？试解释该现象。
　　参考答案：
　　1.d 2.能看到伤口有气泡产生。原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和氧气。
　　［课堂小结］
　　［布置作业］
　　1.查资料：催化剂之所以能加快化学反应，它的作用原理是什么？
　　2.预习p81的资料分析，说出酶的研究过程。从这些过程中你得到了什么启示？
　　［课后拓展］
　　1.酶—底物复合物的形成及诱导契合假说
　　酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。
　　2.酶促反应的机制
　　（1）邻近效应与定向排列：两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。
　　（2）多元催化：一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。
　　（3）表面效应：酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。
　　第二课时 酶的本质
　　教学过程
　　［课前准备］
　　教师收集有关酶研究的资料，比如酶工程、酶的分类等。学生整理酶本质探索的基本过程，了解这些科学家所作的重要贡献和基本观点。
　　［情境创设］
　　现在已经知道细胞内的生理活动之所以如此有序地快速进行，酶的作用无可替代，但是19世纪以前，人们对这些所知甚少，人们对酶的认识是科学家不懈努力的结果。
　　［师生互动］
　　巴斯德和李比希观点的比较
　　巴斯德  李比希
　　1822 1895（法国） 1803 1873（德国）
　　微生物学家、通过显微镜观察 化学家，通过对化学变化的研究
　　发现发酵的过程中有酵母菌存在 认为糖类变成酒精就是一个化学反应
　　结论：没有活细胞 结论：在这个变化过程中，只有细胞
　　糖类不可能变成酒精  死亡之后放出了某些物质起了作用
　　问：从巴斯德研究的领域来看，他得出结论的出发点主要是什么？
　　答：巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。
　　问：从李比希研究的领域来看，它得出结论的出发点主要是什么？
　　答：李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。
　　问：他们的争论被哪位科学家的研究成果平息了？
　　答：毕希纳。
　　请分析毕希纳研究的过程（学生活动）。
　　实验：酵母细胞研磨 加水搅拌 加压过滤 含酵母细胞的提取液 加入葡萄糖。
　　现象：冒出气泡。
　　结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样。
　　酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
　　问：你认为毕希纳只凭上面的实验能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用 一样？
　　答：不能。
　　问：那还应做怎样的实验？
　　答：对照实验。将酵母菌分成两等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。
　　问：有人说毕希那的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？
　　答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性。
　　虽然已经确定了酶在物质变化中的作用，但酶到底是什么物质仍然是困扰大家的问题。要研究酶是什么物质，首先要得到纯度较高的酶，然后才能作出鉴定。美国科学家萨姆纳在研究酶究竟是什么过程中作出了杰出贡献。
　　萨姆纳的研究过程
　　问：萨姆纳研究哪种酶？是如何确定的？
　　答：脲酶。借助其他科学家的研究，知道刀豆种子中脲酶的含量比较高。
　　问：脲酶提取出了，根据你学过的知识如何证明它就是脲酶，不是细胞中其他的有机物呢？
　　答：在这个实验中首先可以证明是不是蛋白质。用双缩脲试剂这个特有反应来鉴定。然后根据脲酶的特性：尿素 氨 二氧化碳，来判定它不是脲酶。
　　1926年萨姆纳的重要科学研究成果让人们知道脲酶就是蛋白质，后来其他科学家也提取了其他种类的酶，也证明是蛋白质，所以在以后一段较长的时间，人们都认为酶就是蛋白质。
　　问：科学家得出的结论应用的什么方法？
　　答：概括法。
　　问：你能说出当时概括得出这个结论的基本思路吗？
　　答：脲酶是蛋白质，胰蛋白酶也是蛋白质，胃蛋白酶也是蛋白质。人们发现的酶都是蛋白质，所以酶就是蛋白质。
　　问：这样的结论到了20世纪80年代美国科学家的重要发现出现了什么变化？
　　答：美国科学家切赫和奥特曼发现了一种酶，它也有催化功能，但是它是rna。这样酶的定义就有了发展。即：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的是rna。
　　［教师精讲］
　　酶作为生物催化剂，人们对它的认识经历了较长的时间，从酶究竟是在活细胞中能起作用还是释放出来起作用一直争论到到底是什么物质，每次争论的结果都让人们对酶的认识更深入一步，更加准确，所以可以说酶的本质的发现过程也正是人们认识自然的一个真实写照。
　　［评价反馈］
　　1.细胞内合成酶的主要的场所是
　　a.细胞质 b.线粒体 c.核糖体 d.内质网
　　2.分析上题中能不能说合成酶的场所是核糖体？
　　参考答案：
　　1.c 2.不能。因为还有少量的酶是rna，它的合成场所就不在核糖体。
　　［课堂小结］
　　通过对酶本质的发现过程的学习，我们知道酶的本质就是具有催化作用的有机物。酶的本质的发现过程也说明了一个问题，这个科学结论的得出是科学家不断探索、不断进行实验，最终揭示出来的。它是许多科学家共同努力的结果。
　　［布置作业］
　　1.p82一基础题1、2、3。
　　2.预习酶的特性的内容。分小组来设计实验验证酶的专一性和酶要起作用需要温和条件。
　　［课后拓展］
　　通过对酶的研究，证实绝大多数的酶都是蛋白质。酶按照化学组成可分成两类：单纯酶和结合酶，单纯酶就是只有氨基酸组成，不含其他成分。例如：脲酶、胃蛋白酶等。结合酶就是除了蛋白质之外，还含有对热稳定的非蛋白质的小分子物质（如金属离子，也可以是小分子有机物），前者称为酶蛋白，后者称为辅酶。只有两者结合才具有活力。如转氨酶、乳酸脱氢酶都属于此类酶。
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