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2019-2020年高中生物《降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶》教案14 新人教版必修1 ●三維目標 1.知識與技能 （1）細胞代謝的概念。 （2）酶的作用和本質(zhì)。 （3）酶的特性。 （4）提高學(xué)生觀察、分析、判斷的思維能力，提高學(xué)生的實驗操作能力。 2.過程與方法 （1）通過本節(jié)課教學(xué)，讓學(xué)生進行有關(guān)的實驗和探索，學(xué)會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設(shè)置對照組和重復(fù)實驗。 （2）通過讓學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程，使學(xué)生體會實驗在生物學(xué)研究中的作用地位；通過討論酶在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，使學(xué)生認識到生物科學(xué)技術(shù)與社會生產(chǎn)、生活的關(guān)系；體會科學(xué)、技術(shù)、社會之間相互促進的關(guān)系，進而體會研究生命科學(xué)價值。 （3）在實驗?zāi)芰μ岣叩幕A(chǔ)上，提高學(xué)生運用語言表達的能力和分享信息、分享實驗成果的能力。 3.情感態(tài)度與價值觀 （1）通過學(xué)習(xí)生物學(xué)家研究酶的本質(zhì)的過程，激勵學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的科學(xué)精神。（2）通過實驗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。 ●教學(xué)重點 1.比較過氧化氫酶在不同條件下分解速率快慢的實驗，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 1.酶的活化能降低的原理。 2.實驗中控制變量的科學(xué)方法。 ●教具準備 酶活性受溫度、pH影響的示意圖。 ●課時安排 建議課時：3課時 第一課時 酶的作用 ●教學(xué)過程 ［課前準備］ 教師準備實驗器材，并設(shè)計好觀察記錄表；學(xué)生預(yù)習(xí)實驗，掌握實驗的原理并設(shè)計好實驗的過程。 ［情境創(chuàng)設(shè)］ 人不吃飯行嗎？食物進入人體內(nèi)發(fā)生了怎樣的變化？這些問題在現(xiàn)在來說都已經(jīng)十分清楚了。這些變化過程在其他生物中有沒有呢？早在二百多年前科學(xué)家就對此進行了探索。 實驗介紹：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，過了一段時間，將籠子取出，肉塊不見了。 ［師生互動］ 問：（1）為何要將肉塊放在籠子中？ 答：排除了胃對肉塊的物理性消化。 問：（2）對肉起消化作用的是什么物質(zhì)？ 答：一定是某些物質(zhì)進入到金屬籠中，使肉分解?，F(xiàn)在已經(jīng)知道這個能讓肉分解的物質(zhì)就是——酶。 問：（3）進行肉類消化的過程的條件是怎樣的？ 答：進行分解肉的反應(yīng)是在一種極溫和的條件下進行的。 問：（4）在實驗室中能否也能讓肉分解？能的話需要怎樣的條件？ 答：實驗室也能進行肉的分解，但是比起在生物體中來說，需要高溫、高壓、強酸、強堿等劇烈的條件才能進行。 總結(jié)：對于一個生物體來說要進行的生理活動非常之多，構(gòu)成生物體的每一個細胞內(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程完全依賴于細胞內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)，每一個化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化。細胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱就叫細胞代謝。 細胞生存的條件是很溫和的，那么細胞內(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，迅速高效地進行呢？在化學(xué)反應(yīng)中有沒有提高化學(xué)反應(yīng)的方法呢？ 過氧化氫在不同條件下的分解 實驗前介紹：動植物在代謝中產(chǎn)生的過氧化氫，對機體是有毒的。機體通過過氧化氫酶，催化過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 H2O＋O2 問：如何獲得過氧化氫酶？ 答：新鮮肝臟中含有較多的過氧化氫酶，所以新鮮肝臟研磨液含有較多的過氧化氫酶。 按以下實驗步驟來進行實驗： 試管編號 1 2 3 4 實驗原理 過氧化氫在高溫或Fe3＋或過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)量分數(shù)為20%肝臟研磨液 觀 察 觀察氣泡冒出情況，并記錄 現(xiàn)象 無 較多 較多 很多 將點燃的衛(wèi)生香 放在液面上 沒變化 火頭變亮 火頭變亮 復(fù)燃 原 因 沒有生 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 酶的催化效率比無機催化劑的催化作用更顯著 對上述實驗進行分析，對照實驗的特點。 問：上述實驗分成了1、2、3、4號四支試管，哪些是四支試管共同的條件？兩兩比較不同的條件有幾個？ 答：共同點：都在試管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的壓力下進行。 不同點：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：1號試管沒有加任何試劑，它起的作用是什么？ 答：它起的是對照的作用。 結(jié)論：進行該實驗的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，觀察其對實驗結(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。在上述實驗3試管和4試管只有加入的催化劑不同，那么該實驗的結(jié)果3放的氧氣少，4放出氧氣多就是因為加入到4號催化劑的催化效率比加入到3號的高。即酶具有高效性。 問：2和4試管現(xiàn)象基本相同，能否在生物體中也利用2的方法來解毒？ 答：不能。加熱到這樣的溫度會造成生物的細胞死亡。 問：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。共用滴管會讓肝臟研磨液（或FeCl3溶液）殘留在滴管內(nèi)，難以判斷出過氧化氫的分解是哪種滴加液的作用，影響實驗結(jié)果的準確。 問：為何酶的催化效率會比無機催化劑更高呢？ 答：酶降低了活化能。活化能就是分子從常態(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。活化能越大，反應(yīng)就越不容易進行，反之就容易進行。 ［教師精講］ 在生物體中，生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)每時每刻進行著。以人為例：據(jù)估計人體細胞內(nèi)每分鐘大約要發(fā)生幾百萬次的化學(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。它和無機催化劑相比，具有更高的催化效率。 酶在細胞內(nèi)的物質(zhì)變化過程中起著重要作用，這個作用是其他物質(zhì)無法代替的。它降低了化學(xué)反應(yīng)中的活化能，而自身卻沒有發(fā)生變化，所以是一種催化劑。它是細胞內(nèi)產(chǎn)生的，所以它也是細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。 ［評價反饋］ 1.選用新鮮肝臟來比較過氧化氫在不同的條件下分解的實驗，是因為新鮮的肝臟中 A.含F(xiàn)e離子多 B.含酶的種類多 C.溫度高 D.過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，說出酶的研究過程。從這些過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 酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進而相互結(jié)合。這一過程為酶－底物結(jié)合的誘導(dǎo)契合假說。 2.酶促反應(yīng)的機制 （1）鄰近效應(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準活性中心的催化基團，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)生多個功能基團的協(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)境可排除水分子對各功能基團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 酶的本質(zhì) ●教學(xué)過程 ［課前準備］ 教師收集有關(guān)酶研究的資料，比如酶工程、酶的分類等。學(xué)生整理酶本質(zhì)探索的基本過程，了解這些科學(xué)家所作的重要貢獻和基本觀點。 ［情境創(chuàng)設(shè)］ 現(xiàn)在已經(jīng)知道細胞內(nèi)的生理活動之所以如此有序地快速進行，酶的作用無可替代，但是19世紀以前，人們對這些所知甚少，人們對酶的認識是科學(xué)家不懈努力的結(jié)果。 ［師生互動］ 巴斯德和李比希觀點的比較 巴斯德 李比希 1822～1895（法國） 1803～1873（德國） 微生物學(xué)家、通過顯微鏡觀察 化學(xué)家，通過對化學(xué)變化的研究 發(fā)現(xiàn)發(fā)酵的過程中有酵母菌存在 認為糖類變成酒精就是一個化學(xué)反應(yīng) 結(jié)論：沒有活細胞 結(jié)論：在這個變化過程中，只有細胞 糖類不可能變成酒精 死亡之后放出了某些物質(zhì)起了作用 問：從巴斯德研究的領(lǐng)域來看，他得出結(jié)論的出發(fā)點主要是什么？ 答：巴斯德是微生物學(xué)家，他主要強調(diào)生物體或細胞的整體作用。 問：從李比希研究的領(lǐng)域來看，它得出結(jié)論的出發(fā)點主要是什么？ 答：李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問題。 問：他們的爭論被哪位科學(xué)家的研究成果平息了？ 答：畢希納。 請分析畢希納研究的過程（學(xué)生活動）。 實驗：酵母細胞研磨 加水?dāng)嚢?加壓過濾 含酵母細胞的提取液 加入葡萄糖。 現(xiàn)象：冒出氣泡。 結(jié)論：酵母細胞的提取液和活酵母細胞的作用一樣。 酵母細胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為釀酶。 問：你認為畢希納只憑上面的實驗?zāi)懿荒苷f明酵母細胞的提取液和活酵母細胞的作用 一樣？ 答：不能。 問：那還應(yīng)做怎樣的實驗？ 答：對照實驗。將酵母菌分成兩等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通過研磨、過濾等過程來進行，觀察結(jié)果是否一樣。 問：有人說畢希那的研究成果與前人無關(guān)，你同意這樣的觀點嗎？ 答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究確定了爭論的焦點，使得畢希納的研究更加具有針對性。 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。美國科學(xué)家薩姆納在研究酶究竟是什么過程中作出了杰出貢獻。 薩姆納的研究過程 問：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：脲酶提取出了，根據(jù)你學(xué)過的知識如何證明它就是脲酶，不是細胞中其他的有機物呢？ 答：在這個實驗中首先可以證明是不是蛋白質(zhì)。用雙縮脲試劑這個特有反應(yīng)來鑒定。然后根據(jù)脲酶的特性：尿素 氨＋二氧化碳，來判定它不是脲酶。 1926年薩姆納的重要科學(xué)研究成果讓人們知道脲酶就是蛋白質(zhì)，后來其他科學(xué)家也提取了其他種類的酶，也證明是蛋白質(zhì)，所以在以后一段較長的時間，人們都認為酶就是蛋白質(zhì)。 問：科學(xué)家得出的結(jié)論應(yīng)用的什么方法？ 答：概括法。 問：你能說出當(dāng)時概括得出這個結(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：這樣的結(jié)論到了20世紀80年代美國科學(xué)家的重要發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了什么變化？ 答：美國科學(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：酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物，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，人們對它的認識經(jīng)歷了較長的時間，從酶究竟是在活細胞中能起作用還是釋放出來起作用一直爭論到到底是什么物質(zhì)，每次爭論的結(jié)果都讓人們對酶的認識更深入一步，更加準確，所以可以說酶的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程也正是人們認識自然的一個真實寫照。 ［評價反饋］ 1.細胞內(nèi)合成酶的主要的場所是 A.細胞質(zhì) B.線粒體 C.核糖體 D.內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 2.分析上題中能不能說合成酶的場所是核糖體？ 參考答案： 1.C 2.不能。因為還有少量的酶是RNA，它的合成場所就不在核糖體。 ［課堂小結(jié)］ 通過對酶本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程的學(xué)習(xí)，我們知道酶的本質(zhì)就是具有催化作用的有機物。酶的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程也說明了一個問題，這個科學(xué)結(jié)論的得出是科學(xué)家不斷探索、不斷進行實驗，最終揭示出來的。它是許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果。 ［布置作業(yè)］ 1.P82一基礎(chǔ)題1、2、3。 2.預(yù)習(xí)酶的特性的內(nèi)容。分小組來設(shè)計實驗驗證酶的專一性和酶要起作用需要溫和條件。 ［課后拓展］ 通過對酶的研究，證實絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)。酶按照化學(xué)組成可分成兩類：單純酶和結(jié)合酶，單純酶就是只有氨基酸組成，不含其他成分。例如：脲酶、胃蛋白酶等。結(jié)合酶就是除了蛋白質(zhì)之外，還含有對熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)的小分子物質(zhì)（如金屬離子，也可以是小分子有機物），前者稱為酶蛋白，后者稱為輔酶。只有兩者結(jié)合才具有活力。如轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶都屬于此類酶。 ●板書設(shè)計 gkxx