1降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶

1、第五章降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶授課時(shí)間： 課時(shí)： 一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能（1）細(xì)胞代謝的概念。（2）酶的作用和本質(zhì)。（3）酶的特性。（4）提高學(xué)生觀(guān)察、分析、判斷的思維能力，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。2.過(guò)程與方法（1）通過(guò)本節(jié)課教學(xué)，讓學(xué)生進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探索，學(xué)會(huì)控制自變量，觀(guān)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)。（2）通過(guò)讓學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，使學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)研究中的作用地位；通過(guò)討論酶在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物科學(xué)技術(shù)與社會(huì)生產(chǎn)、生活的關(guān)系；體會(huì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)之間相互促進(jìn)的關(guān)系，進(jìn)而體會(huì)研究生命科學(xué)價(jià)值。（3）在實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣叩幕A(chǔ)上，提高學(xué)生運(yùn)用語(yǔ)言表達(dá)

2、的能力和分享信息、分享實(shí)驗(yàn)成果的能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)（1）通過(guò)學(xué)習(xí)生物學(xué)家研究酶的本質(zhì)的過(guò)程，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的科學(xué)精神。（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究影響酶活性的條件，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新精神和合作精神。二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1.比較過(guò)氧化氫酶在不同條件下分解速率快慢的實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論酶的高效催化作用（酶的作用）。2.酶的本質(zhì)。3.酶的特性。教學(xué)難點(diǎn)1.酶的活化能降低的原理。2.實(shí)驗(yàn)中控制變量的科學(xué)方法。三、教具準(zhǔn)備酶活性受溫度、pH影響的示意圖。四、課時(shí)安排3課時(shí)第一課時(shí) 酶的作用教學(xué)過(guò)程課前準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，并設(shè)計(jì)好觀(guān)察記錄表；學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，掌

3、握實(shí)驗(yàn)的原理并設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。情境創(chuàng)設(shè)人不吃飯行嗎？食物進(jìn)入人體內(nèi)發(fā)生了怎樣的變化？這些問(wèn)題在現(xiàn)在來(lái)說(shuō)都已經(jīng)十分清楚了。這些變化過(guò)程在其他生物中有沒(méi)有呢？早在二百多年前科學(xué)家就對(duì)此進(jìn)行了探索。實(shí)驗(yàn)介紹：1783年意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼將肉塊放在小巧的金屬籠中，然后讓鷹吞下，過(guò)了一段時(shí)間，將籠子取出，肉塊不見(jiàn)了。師生互動(dòng)問(wèn)：（1）為何要將肉塊放在籠子中？答：排除了胃對(duì)肉塊的物理性消化。問(wèn)：（2）對(duì)肉起消化作用的是什么物質(zhì)？答：一定是某些物質(zhì)進(jìn)入到金屬籠中，使肉分解?，F(xiàn)在已經(jīng)知道這個(gè)能讓肉分解的物質(zhì)就是酶。問(wèn)：（3）進(jìn)行肉類(lèi)消化的過(guò)程的條件是怎樣的？答：進(jìn)行分解肉的反應(yīng)是在一種極溫和的條件下進(jìn)行

4、的。問(wèn)：（4）在實(shí)驗(yàn)室中能否也能讓肉分解？能的話(huà)需要怎樣的條件？答：實(shí)驗(yàn)室也能進(jìn)行肉的分解，但是比起在生物體中來(lái)說(shuō)，需要高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈的條件才能進(jìn)行?？偨Y(jié)：對(duì)于一個(gè)生物體來(lái)說(shuō)要進(jìn)行的生理活動(dòng)非常之多，構(gòu)成生物體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)需要不斷地合成與分解，不斷地處于自我更新的狀態(tài)，而這種自我更新的過(guò)程完全依賴(lài)于細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)，每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化。細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱(chēng)就叫細(xì)胞代謝。細(xì)胞生存的條件是很溫和的，那么細(xì)胞內(nèi)數(shù)量如此巨大的生物化學(xué)反應(yīng)如何在常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性的條件下，迅速高效地進(jìn)行呢？在化學(xué)反應(yīng)中有沒(méi)有提高化學(xué)反應(yīng)的方法呢？過(guò)

5、氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)前介紹：動(dòng)植物在代謝中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫，對(duì)機(jī)體是有毒的。機(jī)體通過(guò)過(guò)氧化氫酶，催化過(guò)氧化氫迅速分解成水和氧氣而解毒。鐵離子也可催化這一反應(yīng)。2H2O2 H2OO2問(wèn)：如何獲得過(guò)氧化氫酶？答：新鮮肝臟中含有較多的過(guò)氧化氫酶，所以新鮮肝臟研磨液含有較多的過(guò)氧化氫酶。按以下實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：試管編號(hào)1234實(shí)驗(yàn)原理過(guò)氧化氫在高溫或Fe3或過(guò)氧化氫酶的作用下都可分解成水和氧氣第一步每支試管各加入2 mL 3%的H2O2溶液第二步90 熱水浴用滴管加2滴3.5%FeCl3溶液用滴管加2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%肝臟研磨液觀(guān) 察觀(guān)察氣泡冒出情況，并記錄現(xiàn)象無(wú)較多較多很多將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香放在

6、液面上沒(méi)變化火頭變亮火頭變亮復(fù)燃原 因沒(méi)有生成氧氣生成了少量氧氣生成了少量氧氣生成了大量氧氣結(jié) 論酶的催化效率比無(wú)機(jī)催化劑的催化作用更顯著對(duì)上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。問(wèn)：上述實(shí)驗(yàn)分成了1、2、3、4號(hào)四支試管，哪些是四支試管共同的條件？?jī)蓛杀容^不同的條件有幾個(gè)？答：共同點(diǎn)：都在試管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的壓力下進(jìn)行。不同點(diǎn)：1和2：只有溫度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝臟研磨液；3和4：加入的催化劑不同。問(wèn)：1號(hào)試管沒(méi)有加任何試劑，它起的作用是什么？答：它起的是對(duì)照的作用。結(jié)論：進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，觀(guān)察其對(duì)實(shí)驗(yàn)

7、結(jié)果的影響。如果結(jié)果不同，那么影響該結(jié)果的就是這一不同的因素。在上述實(shí)驗(yàn)3試管和4試管只有加入的催化劑不同，那么該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果3放的氧氣少，4放出氧氣多就是因?yàn)榧尤氲?號(hào)催化劑的催化效率比加入到3號(hào)的高。即酶具有高效性。問(wèn)：2和4試管現(xiàn)象基本相同，能否在生物體中也利用2的方法來(lái)解毒？答：不能。加熱到這樣的溫度會(huì)造成生物的細(xì)胞死亡。問(wèn)：能否用同一滴管給3和4試管加FeCl3溶液和肝臟研磨液？答：不能。共用滴管會(huì)讓肝臟研磨液（或FeCl3溶液）殘留在滴管內(nèi)，難以判斷出過(guò)氧化氫的分解是哪種滴加液的作用，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。問(wèn)：為何酶的催化效率會(huì)比無(wú)機(jī)催化劑更高呢？答：酶降低了活化能?；罨芫褪欠肿訌某?/p>

8、態(tài)轉(zhuǎn)化變?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?；罨茉酱?，反應(yīng)就越不容易進(jìn)行，反之就容易進(jìn)行。教師精講在生物體中，生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)每時(shí)每刻進(jìn)行著。以人為例：據(jù)估計(jì)人體細(xì)胞內(nèi)每分鐘大約要發(fā)生幾百萬(wàn)次的化學(xué)反應(yīng)，這么多的化學(xué)反應(yīng)能在人體中順利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和無(wú)機(jī)催化劑相比，具有更高的催化效率。酶在細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)變化過(guò)程中起著重要作用，這個(gè)作用是其他物質(zhì)無(wú)法代替的。它降低了化學(xué)反應(yīng)中的活化能，而自身卻沒(méi)有發(fā)生變化，所以是一種催化劑。它是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的，所以它也是細(xì)胞中具有高效催化效率的生物催化劑。它的作用就是降低活化能。評(píng)價(jià)反饋1.選用新鮮肝臟來(lái)比較過(guò)氧化氫在不同的條件下分

9、解的實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)樾迈r的肝臟中A.含F(xiàn)e離子多B.含酶的種類(lèi)多C.溫度高D.過(guò)氧化氫酶多且活性高2.在醫(yī)院常用雙氧水作為身體出現(xiàn)小傷口的消毒用藥，能觀(guān)察到什么現(xiàn)象嗎？試解釋該現(xiàn)象。參考答案：1.D 2.能看到傷口有氣泡產(chǎn)生。原因是人體細(xì)胞中產(chǎn)生的酶將雙氧水分解成了水和 氧氣。課堂小結(jié)布置作業(yè)1.查資料：催化劑之所以能加快化學(xué)反應(yīng)，它的作用原理是什么？2.預(yù)習(xí)P81的資料分析，說(shuō)出酶的研究過(guò)程。從這些過(guò)程中你得到了什么啟示？課后拓展1.酶底物復(fù)合物的形成及誘導(dǎo)契合假說(shuō)酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。這一過(guò)程為酶底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說(shuō)。2.酶促反應(yīng)的機(jī)制（1）鄰

10、近效應(yīng)與定向排列：兩種或數(shù)種底物分子在酶活性中心聚集、特異結(jié)合，使活性中心的底物濃度增加；底物受催化攻擊部位對(duì)準(zhǔn)活性中心的催化基團(tuán)，可增加催化效率。（2）多元催化：一種酶常兼有酸、堿雙重催化作用，發(fā)生多個(gè)功能基團(tuán)的協(xié)同作用，提高酶的催化效率。（3）表面效應(yīng)：酶的活性中心提供的疏水環(huán)境可排除水分子對(duì)各功能基團(tuán)的干擾性吸引或排斥，防止底物與酶之間形成水化膜，利于酶與底物結(jié)合。第二課時(shí) 酶的本質(zhì)教學(xué)過(guò)程課前準(zhǔn)備教師收集有關(guān)酶研究的資料，比如酶工程、酶的分類(lèi)等。學(xué)生整理酶本質(zhì)探索的基本過(guò)程，了解這些科學(xué)家所作的重要貢獻(xiàn)和基本觀(guān)點(diǎn)。情境創(chuàng)設(shè)現(xiàn)在已經(jīng)知道細(xì)胞內(nèi)的生理活動(dòng)之所以如此有序地快速進(jìn)行，酶的作用無(wú)

11、可替代，但是19世紀(jì)以前，人們對(duì)這些所知甚少，人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)是科學(xué)家不懈努力的結(jié)果。師生互動(dòng)巴斯德和李比希觀(guān)點(diǎn)的比較 巴斯德 李比希18221895（法國(guó)） 18031873（德國(guó)）微生物學(xué)家、通過(guò)顯微鏡觀(guān)察 化學(xué)家，通過(guò)對(duì)化學(xué)變化的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵的過(guò)程中有酵母菌存在 認(rèn)為糖類(lèi)變成酒精就是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)結(jié)論：沒(méi)有活細(xì)胞 結(jié)論：在這個(gè)變化過(guò)程中，只有細(xì)胞糖類(lèi)不可能變成酒精 死亡之后放出了某些物質(zhì)起了作用問(wèn)：從巴斯德研究的領(lǐng)域來(lái)看，他得出結(jié)論的出發(fā)點(diǎn)主要是什么？答：巴斯德是微生物學(xué)家，他主要強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的整體作用。問(wèn)：從李比希研究的領(lǐng)域來(lái)看，它得出結(jié)論的出發(fā)點(diǎn)主要是什么？答：李比希是化學(xué)家，傾向于

12、從化學(xué)的角度考慮問(wèn)題。問(wèn)：他們的爭(zhēng)論被哪位科學(xué)家的研究成果平息了？答：畢希納。請(qǐng)分析畢希納研究的過(guò)程（學(xué)生活動(dòng)）。實(shí)驗(yàn)：酵母細(xì)胞研磨 加水?dāng)嚢?加壓過(guò)濾 含酵母細(xì)胞的提取液 加入葡萄糖?，F(xiàn)象：冒出氣泡。結(jié)論：酵母細(xì)胞的提取液和活酵母細(xì)胞的作用一樣。酵母細(xì)胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱(chēng)為釀酶。問(wèn)：你認(rèn)為畢希納只憑上面的實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒苷f(shuō)明酵母細(xì)胞的提取液和活酵母細(xì)胞的作用 一樣？答：不能。問(wèn)：那還應(yīng)做怎樣的實(shí)驗(yàn)？答：對(duì)照實(shí)驗(yàn)。將酵母菌分成兩等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通過(guò)研磨、過(guò)濾等過(guò)程來(lái)進(jìn)行，觀(guān)察結(jié)果是否一樣。問(wèn)：有人說(shuō)畢希那的研究成果與前人無(wú)關(guān)，你同意這樣的觀(guān)點(diǎn)嗎？答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研

13、究確定了爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，使得畢希納的研究更加具有針對(duì)性。雖然已經(jīng)確定了酶在物質(zhì)變化中的作用，但酶到底是什么物質(zhì)仍然是困擾大家的問(wèn)題。要研究酶是什么物質(zhì)，首先要得到純度較高的酶，然后才能作出鑒定。美國(guó)科學(xué)家薩姆納在研究酶究竟是什么過(guò)程中作出了杰出貢獻(xiàn)。薩姆納的研究過(guò)程問(wèn)：薩姆納研究哪種酶？是如何確定的？答：脲酶。借助其他科學(xué)家的研究，知道刀豆種子中脲酶的含量比較高。問(wèn)：脲酶提取出了，根據(jù)你學(xué)過(guò)的知識(shí)如何證明它就是脲酶，不是細(xì)胞中其他的有機(jī)物呢？答：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中首先可以證明是不是蛋白質(zhì)。用雙縮脲試劑這個(gè)特有反應(yīng)來(lái)鑒定。然后根據(jù)脲酶的特性：尿素 氨二氧化碳，來(lái)判定它不是脲酶。1926年薩姆納的重要科學(xué)研

14、究成果讓人們知道脲酶就是蛋白質(zhì)，后來(lái)其他科學(xué)家也提取了其他種類(lèi)的酶，也證明是蛋白質(zhì)，所以在以后一段較長(zhǎng)的時(shí)間，人們都認(rèn)為酶就是蛋白質(zhì)。問(wèn)：科學(xué)家得出的結(jié)論應(yīng)用的什么方法？答：概括法。問(wèn)：你能說(shuō)出當(dāng)時(shí)概括得出這個(gè)結(jié)論的基本思路嗎？答：脲酶是蛋白質(zhì)，胰蛋白酶也是蛋白質(zhì)，胃蛋白酶也是蛋白質(zhì)。人們發(fā)現(xiàn)的酶都是蛋白質(zhì)，所以酶就是蛋白質(zhì)。問(wèn)：這樣的結(jié)論到了20世紀(jì)80年代美國(guó)科學(xué)家的重要發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了什么變化？答：美國(guó)科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)了一種酶，它也有催化功能，但是它是RNA。這樣酶的定義就有了發(fā)展。即：酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物，其中絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少量的是RNA。教師精講酶作為生物催化劑

15、，人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間，從酶究竟是在活細(xì)胞中能起作用還是釋放出來(lái)起作用一直爭(zhēng)論到到底是什么物質(zhì)，每次爭(zhēng)論的結(jié)果都讓人們對(duì)酶的認(rèn)識(shí)更深入一步，更加準(zhǔn)確，所以可以說(shuō)酶的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程也正是人們認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)真實(shí)寫(xiě)照。評(píng)價(jià)反饋1.細(xì)胞內(nèi)合成酶的主要的場(chǎng)所是A.細(xì)胞質(zhì) B.線(xiàn)粒體 C.核糖體 D.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)2.分析上題中能不能說(shuō)合成酶的場(chǎng)所是核糖體？參考答案：1.C 2.不能。因?yàn)檫€有少量的酶是RNA，它的合成場(chǎng)所就不在核糖體。課堂小結(jié)通過(guò)對(duì)酶本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程的學(xué)習(xí)，我們知道酶的本質(zhì)就是具有催化作用的有機(jī)物。酶的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程也說(shuō)明了一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)科學(xué)結(jié)論的得出是科學(xué)家不斷探索、不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終揭示出來(lái)的。它是許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果