降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

1、降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶（第1課時(shí)）一、 教材分析1.地位和作用“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”第1課時(shí)酶的作用，主要探討酶在細(xì)胞代謝中的作用。該內(nèi)容以第三章細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)以及第4章第3節(jié)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸方式中的主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量為基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本節(jié)有利于細(xì)胞代謝的學(xué)習(xí)，利于選修模塊中有關(guān)酶的應(yīng)用、微生物發(fā)酵、蛋白質(zhì)提取和分離等知識(shí)的學(xué)習(xí)。教學(xué)目標(biāo)(1)知識(shí)目標(biāo)：說明酶在細(xì)胞代謝中的作用。(2)技能目標(biāo)：進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探索，按所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案和步驟，正確完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)會(huì)控制自變量，觀察和檢測(cè)因變量的變化，以及設(shè)置對(duì)照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。(3)情感目標(biāo)：評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 參與交流，聽取別人的正確意見，維護(hù)

2、或修改自己的方案和意見。2.過程和方法通過演示實(shí)驗(yàn)“比較過氧化氫在不同條件下的分解速率”，感悟酶作為催化劑的特點(diǎn)以及控制變量的方法。利用課件中動(dòng)畫以及教材上形象、直觀的圖解和文字說明，讓學(xué)生明確催化劑可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。3.確定教學(xué)重、難點(diǎn)及解決方法教學(xué)重點(diǎn)：酶的作用?！窘鉀Q方法】利用學(xué)生對(duì)無機(jī)催化劑的知識(shí)基礎(chǔ)切入，引入酶的學(xué)習(xí)。通過課堂演示實(shí)驗(yàn)，以及分析實(shí)驗(yàn)得出酶的作用。說明自然界中的生命現(xiàn)象都與酶的活動(dòng)密切相關(guān)，活細(xì)胞內(nèi)幾乎全部的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下完成的。在我們?nèi)梭w內(nèi)，大約每分鐘要發(fā)生幾百萬次的化學(xué)反應(yīng)，這么多得化學(xué)反應(yīng)之所以能在常溫、常壓下進(jìn)行，完全是因?yàn)槊傅淖饔茫冈诨瘜W(xué)反

3、應(yīng)中起到什么樣的作用，顯然是本節(jié)課的重點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：控制變量的科學(xué)方法。 酶的作用原理?！窘鉀Q方法】通過演示過氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)，感悟酶作為催化劑的特點(diǎn)以及控制變量的方法。利用課件動(dòng)畫和教材上形象、直觀的圖解和文字說明，讓學(xué)生明確酶可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能?！盎罨堋边@個(gè)名詞是學(xué)生首次接觸，很陌生?；瘜W(xué)反應(yīng)之所以能進(jìn)行，就是達(dá)到反應(yīng)所需的活化能。在酶的作用下，原來不能反應(yīng)的物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，是增加了反應(yīng)物的自由能，還是降低了反應(yīng)所需的活化能？通過動(dòng)畫展示和類比，必須要學(xué)生理解。控制變量是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，對(duì)于剛剛接觸高中生物實(shí)驗(yàn)的學(xué)生來說，不能說不是一個(gè)難點(diǎn)。二、設(shè)計(jì)思路朗讀第5章開篇

4、小詩(shī)，舉例（主動(dòng)運(yùn)輸、細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的合成、肌細(xì)胞的收縮等）說明細(xì)胞作為一個(gè)基本的生命系統(tǒng)，只有不斷的輸入能量，才能維持生命活動(dòng)的有序進(jìn)行。從而引出第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用。學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)感知酶的作用，順理成章引入酶能夠降低化學(xué)反應(yīng)的活化能知識(shí)點(diǎn)。通過形象的動(dòng)畫展示以及教材中生動(dòng)的比喻，進(jìn)一步使學(xué)生理解酶能夠更加顯著地降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。最后利用幾道練習(xí)題練習(xí)反饋，加深理性認(rèn)識(shí)。三、教學(xué)過程(一) 導(dǎo)入【教師活動(dòng)】朗讀第5章開篇小詩(shī)：“新葉伸向和煦的陽(yáng)光，蚱蜢覬覦綠葉的芬芳，它們?yōu)樯娑@取能量，能量在細(xì)胞里流轉(zhuǎn)激蕩！”引導(dǎo)學(xué)生閱讀章首語和開篇小詩(shī)。師問：詩(shī)中蘊(yùn)含了怎樣的生物學(xué)道理？生答：

5、生命活動(dòng)離不開能量。(啟發(fā)：植物的生長(zhǎng)、動(dòng)物攝食等都屬于生命活動(dòng))師問：能量的最終源頭是哪里？能量依靠什么在細(xì)胞里流轉(zhuǎn)激蕩？生答：能量的最終源頭是太陽(yáng)能?？炕瘜W(xué)反應(yīng)在細(xì)胞里流轉(zhuǎn)激蕩。(啟發(fā)：細(xì)胞內(nèi)有很多的化學(xué)反應(yīng)能釋放能量)活細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許許多多的化學(xué)反應(yīng)，我們稱之為細(xì)胞代謝。細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)舉例：和能量轉(zhuǎn)換相關(guān)的細(xì)胞器線粒體和葉綠體，分別發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是有氧呼吸和光合作用，核糖體上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)多肽鏈的合成，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)蛋白質(zhì)的加工，脂質(zhì)的合成(可適當(dāng)提問學(xué)生回答)在活細(xì)胞內(nèi)每時(shí)每刻都在發(fā)生著化學(xué)反應(yīng)，都需要酶的催化，細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)條件有什么區(qū)別呢

6、？師問：細(xì)胞代謝發(fā)生的環(huán)境條件與化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)條件有什么不同？展示初中學(xué)過的制備氧氣的化學(xué)方程式：再看一個(gè)生活中的實(shí)例：生活中擦傷了，用雙氧水消毒的時(shí)候會(huì)有白色的小氣泡，請(qǐng)解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。生答：白色氣泡是氧氣，是因?yàn)檫^氧化氫分解成氧氣和水的緣故。(啟發(fā)：雙氧水是低濃度的過氧化氫溶液，過氧化氫在常溫下能夠分解，但分解的速度很慢。這個(gè)現(xiàn)象中過氧化氫分解的速度比較快，是什么原因呢？有沒有什么物質(zhì)能催化它分解呢？) 有酶催化分解?！窘處熁顒?dòng)】過氧化氫是我們細(xì)胞代謝的過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，在我們的細(xì)胞內(nèi)存在過氧化氫酶能催化其分解，變成氧和水。細(xì)胞內(nèi)還有很多不同功能的酶，能夠保證細(xì)胞代謝在常溫、常

7、壓下快速進(jìn)行。那么酶和無機(jī)催化劑在催化效率上有什么區(qū)別呢？酶在細(xì)胞代謝中起到什么作用呢？ 我們通過下面的演示實(shí)驗(yàn)來證明。【實(shí)驗(yàn)】比較過氧化氫在不同條件下的分解速率。實(shí)驗(yàn)原理：不同條件指的是我們這里給出的四種條件，分別是常溫、高溫、Fe3+(無機(jī)催化劑)和過氧化氫酶。高溫我們用90的水浴加熱，無機(jī)催化劑用氯化鐵溶液，新鮮的豬肝研磨液中有較多的過氧化氫酶。師問：用煮熟的/隔夜的/整塊的豬肝行不行呢？生答：不行，煮熟的豬肝中酶已失去活性，失去了催化作用；隔夜的豬肝中的酶被腐生細(xì)菌分解；整塊的豬肝阻礙了酶和過氧化氫的充分接觸。(引導(dǎo)啟發(fā)：高溫會(huì)破壞酶的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)，結(jié)構(gòu)破壞了，酶就沒有催化功

8、能了；同理，細(xì)菌把酶分解也破壞了酶的結(jié)構(gòu)；整塊的豬肝細(xì)胞比較完整，細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫酶能和H2O2接觸嗎？/ H2O2能夠直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)嗎？不能接觸就無法催化H2O2分解) 材料用具除了試管，滴管、試管架、衛(wèi)生香、火柴、大燒杯、90左右的熱水以外，最重要的就是新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液和新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液。師問：怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明以上四種條件下，H2O2分解速率不同呢？生答：在以上4種條件下，看哪一組H2O2分解釋放的氧氣多，氧氣多能使衛(wèi)生香復(fù)燃(引導(dǎo)啟發(fā)：H2O2分解會(huì)釋放O2，O2能使衛(wèi)生香？點(diǎn)燃衛(wèi)生香，燃燒猛烈)請(qǐng)大家觀察演示實(shí)驗(yàn)?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】第一步：取4支潔凈的試

9、管，分別編上序號(hào)1、2、3、4第二步，我們要在這四個(gè)試管中分別加入反應(yīng)物(3%的H2O2溶液2mL)第三步，將2號(hào)試管放在90左右的水浴中加熱，和1試管比較師問：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，與1號(hào)試管相比，2號(hào)試管出現(xiàn)什么不同的現(xiàn)象？ 這一現(xiàn)象說明了什么？1號(hào)試管起什么作用？【學(xué)生討論】生答：氣泡多，加熱能促進(jìn)H2O2分解，對(duì)照。師問：在細(xì)胞內(nèi)，能通過加熱來提高反應(yīng)速率嗎？【學(xué)生討論】生答：不能，加熱會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。(啟發(fā)：人類正常體溫37度左右)向3號(hào)試管中滴入2滴FeCl3向4號(hào)試管中滴入2滴肝臟研磨液師問：兩次可否用同一個(gè)滴管，為什么？【學(xué)生討論】生答：不能，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第四步，將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別

10、放在3號(hào)和4號(hào)試管液面的上方，觀察哪支試管中衛(wèi)生香會(huì)燃燒更猛烈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：4號(hào)試管中衛(wèi)生香燃燒更猛烈。師問：3號(hào)和4號(hào)未經(jīng)加熱，也有大量氣泡產(chǎn)生，說明什么？【學(xué)生討論】生答：Fe3+和過氧化氫酶能加快H2O2的分解速率。師問：3號(hào)與4號(hào)相比，哪支試管中的反應(yīng)速率快？說明什么？為什么說酶對(duì)于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要？【學(xué)生討論】生答：4號(hào)快，過氧化氫酶比Fe3+的催化效率更高；只有酶才能使細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)在常溫常壓下高效率的進(jìn)行。(啟發(fā)：在我們?nèi)梭w內(nèi)，大約每分鐘要發(fā)生幾百萬次的化學(xué)反應(yīng)，高催化效率的酶非常重要)【教師活動(dòng)】我們?cè)俅位氐竭@個(gè)實(shí)驗(yàn)，大家觀察實(shí)驗(yàn)表格，實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)溫度和添加試

11、劑都是反應(yīng)條件，有氣泡產(chǎn)生和衛(wèi)生香的燃燒狀況是反應(yīng)的結(jié)果，反應(yīng)條件改變會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)果的改變。在數(shù)學(xué)中，函數(shù)y=f(x)，其中，如果x發(fā)生改變，y就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，x叫做自變量，y叫做因變量。我們也可以把這種函數(shù)的思想引入生物學(xué)中來，我們把反應(yīng)條件比作自變量，反應(yīng)結(jié)果比作因變量。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，還存在一些可變的因素，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，比如說過氧化氫溶液的量和濃度，這些因素叫做無關(guān)變量。師問：在每組實(shí)驗(yàn)中為什么選用兩支試管？如果只用試管4能否說明酶的催化效率？【學(xué)生討論】生答：每一組實(shí)驗(yàn)中只有一個(gè)變量不同，其他變量都保持不變，只有試管4不能說明酶的催化效率，必須要有對(duì)照。(啟發(fā)：這體現(xiàn)了對(duì)照原則

12、)師問：在第二組實(shí)驗(yàn)中兩支試管的唯一區(qū)別是催化劑不同，如果兩試管的溫度也不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響嗎？【學(xué)生討論】生答：有影響。不能證明到底是是催化劑還是溫度的不同造成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異。(啟發(fā)：這體現(xiàn)了單一變量原則，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，要控制自變量、觀察分析因變量、使無關(guān)變量保持一致)?！竟P記】實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則：對(duì)照原則；單一變量原則【教師活動(dòng)】在這兩組實(shí)驗(yàn)中，除了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變，我們把這樣的實(shí)驗(yàn)叫做對(duì)照實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中1號(hào)試管是對(duì)照組，2、3、4號(hào)試管是實(shí)驗(yàn)組。我們總結(jié)會(huì)一下實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：加熱和用催化劑都能提高化學(xué)反應(yīng)速率；酶比無機(jī)催化劑的效率高得多。師問：為什么酶的催化效率會(huì)比無機(jī)催化

13、劑更高呢？這里我們先介紹一個(gè)概念：活化能：分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量。比如在20測(cè)得的過氧化氫分解的活化能如下表所示：展示酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的動(dòng)畫。打個(gè)比喻：2個(gè)分子發(fā)生反應(yīng)形成產(chǎn)物分子時(shí)必需跨過“一堵墻”，這堵墻就是障礙，要克服這個(gè)障礙才能完成反應(yīng)，這堵墻的高度就是活化能。反應(yīng)物到了墻上就成了過渡態(tài)，過了墻就是產(chǎn)物。如某個(gè)反應(yīng)要跨過的墻是1米（就是反應(yīng)需要1米的活化能，比喻不當(dāng)），在沒有催化劑的情況下，你就要給反應(yīng)物以足夠的能量跨過1米的墻，而催化劑相當(dāng)于把墻的高度給降低（降低活化能），使反應(yīng)容易進(jìn)行。 因此，加熱提高了分子的能量； Fe3+降低了反應(yīng)的活化能，而酶更顯著地降低了反應(yīng)的活化能，因而催化效率更高(筆記)。教材中把化學(xué)反應(yīng)比作是駕車翻越高山，加熱相當(dāng)于給汽車加大油門，用催化劑相當(dāng)于幫司機(jī)找到一條穿山隧道。正是由于酶的催化作用，細(xì)胞代謝才能在溫和的條件下快速進(jìn)行?！局R(shí)應(yīng)用】三種條件下