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第5章 细胞的能量供应和利用

5.1 降低化学反应活化能的酶

一、教材分析

"降低化学反应活化能的酶" 第1课时--酶的作用，主要探讨酶在细胞代谢中的作用。该内容以第4章第3节物质的跨膜运输方式中的主动运输需要消耗能量以及初中生物学"消化"为基础。学习本节利于"细胞呼吸"、"光与光合作用"的学习；利于选修模块中有关酶的应用、微生物发酵、蛋白质提取和分离等知识的学习。在学生学习了细胞的化学组成、细胞的结构与功能的知识后，学习酶在细胞代谢中的作用，进一步密切了前后知识的内在联系。本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材。在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，妙用探究实验，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。第2课时--酶的本质，主要探讨酶的发现过程和其化学本质。新陈代谢是生物体内全部化学反应的总称，是生物体进行一切生命活动的基础。这些生物化学反应之所以能在常温常压下进行，就是因为有了酶这种生物催化剂的作用。因此酶是新陈代谢必不可少的物质。了解酶的本质，不仅有助于学生延伸对蛋白质功能、性质的理解，对理解细胞中复杂的代谢过程能井然有序地进行、理解细胞呼吸和光合作用等重要生理活动的正常进行有重要作用。故本节内容在《分子与细胞》模块的知识体系中占有较重要的地位。

酶的特性，主要探讨酶的专一性、高效性、温和性。新陈代谢之所以能在常温、常压、大多近中性环境下进行，就是因为酶的作用，而酶的特性有助于学生延伸对蛋白质功能和性质的理解，对理解细胞中复杂的代谢过程能井然有序地进行、理解细胞呼吸和光合作用、内环境稳态等重要生理活动有重要作用，同时在基因工程等现代生物科技专题模块和生物技术实践模块（发酵技术、酶的研究与应用等）的知识体系中的学习有重要作用。

二、教学目标

1、说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。

2、通过阅读分析"关于酶本质的探索"的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的。

3、进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量变化，及设置对照组和重复实验。

三、教学重点、难点及解决方法

1、教学重点及解决方法

教学重点]

酶的作用、本质和特性。

解决方法]

⑴利用学生对无机催化剂的知识基础切入，引入酶的学习。

⑵通过实验、资料分析得出酶的本质和三大特性。

2、教学难点及解决方法

教学难点]

⑴酶降低化学反应活化能的原理。 ⑵控制变量的科学方法。

解决方法]

⑴通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，感悟酶作为催化剂特点，及控制变量的方法。

⑵利用教材上形象，直观的图解和文学说明，让学生明确催化剂可降低化学反应的活化能。

四、课时安排

3课时

五、教学方法

直观教学、讲解、启发、实验法。 教具准备：课件、绘图等。

六、学生活动

⑴指导学生阅读教材，找出需了解的知识点，细胞代谢的定义，酶的本质，酶的特性等。

⑵完成教材中的实验。

七、教学程序

第1课时

问题探讨]介绍教材P78斯帕兰扎尼的实验，讨论下列问题：

⑴这个实验要解决什么问题？ ⑵是什么物质使肉块消失了？

对细胞来说，能量的获得和利用都必须通过化学反应。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞中代谢过程离不开降低化学反应活化能的酶。

学生回忆：⑴化学反应中无机催化剂的概念？⑵无机催化剂的作用、特点和条件是什么？

学生思考：细胞内的环境是一个常温常压下的状态，在这种环境下化学反应却能高效有序地发生，应该有适合的生物催化剂--酶。

一、酶在细胞代谢中的作用。

实验]比较过氧化氢在不同条件下的分解。

1、实验原理：2H2O2 2H2O＋O2

2H2O2 2H2O＋O2

2、实验步骤及现象

试管号 3%的过氧化氢溶液 控制变量 点燃的卫生香检测

实验处理 气泡多少

1 2mL

2 2 mL 90℃左右水浴加热 很少

3 2 mL 滴加3.5%FeCl3溶液2滴 较多 燃烧但不猛烈

4 2 mL 滴加20%肝脏研磨液2滴 很多 燃烧猛烈

3、讨论

⑴--⑷见教材P79。

⑸这个实验为什么要选用新鲜的肝脏？为什么要将肝脏制成研磨液？

⑹滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用一个吸管？为什么？

4、实验结论

5、实验过程的理论分析

⑴在做该实验时让学生感悟酶作为催化剂的突出特点--高效。

20%的新鲜肝脏研磨液1滴 3.5%的FeCl3溶液1滴

生物催化剂：过氧化氢酶所含酶的相对数量：1 无机催化剂：Fe3+

Fe3+的相对数量：25万

⑵控制变量：讲解教材P79相关内容，让学生了解实验设计的原则。

⑶

自变量 因变量 无关变量 对照组 实验组

2号：90℃水浴加热

3号：加入3.5% FeCl32滴

4号：加入20%肝脏研磨液2滴 H2O2分解速度用产生气泡的数目多少表示 加入试剂的量；实验室的温度；FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度。 1号试管 2、3、4号试管

活化能]分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。

用无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。如H2O2的分解，20℃无催化剂时需活化能75kJ/mol ；用铂作催化剂时，只需活化能54kJ/mol；用H2O2酶时，活化能下降到29 kJ/mol以下。（结合教材P80图讲解）

正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。

二、总结

细胞代谢离不开酶的原因。

三、作业布置

预习下节课所讲内容。

四、析书设计

第5章 细胞的能量供应和利用

第1节 降低化学反应活化能的酶

一、酶在细胞代谢中的作用

1、细胞代谢：细胞内的全部化学反应。

2、酶的作用：降低活化能更显著、催化效率更高。

第2课时

导言]酶到到底是什么物质呢？19世纪以前，人们还不知道为何物。19世纪以后，随着对酿酒中发酵过程的深入研究，才逐渐揭开了酶的"面纱"。

二、酶的本质

资料分析]教师设置下列问题，让学生带着问题去阅读教材P81--82相关内容。

1、巴斯德和李比希的观点分别是什么？

2、巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？

3、科学发展过程中出现争论是正常的。试分析巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么，这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？

4、巴斯德和李比希之间的争论被哪位科学家的研究成果平息了？

5、简述毕希纳实验的过程？

6、从毕希纳的实验可以得出什么结论？

7、要证明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样还需要对实验如何改进？

8、萨姆纳提取到了脲酶，他是如何证明它的化学成分的？

9、萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？

10、请给酶下一个较完整的定义？

11、结合酶本质的探索历程谈谈你对马克思说的："在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点"这句话的理解。

学生讨论回答：

二、总结

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。

三、作业布置

教材P82练习

四、板书设计

二、酶的本质

1、 酶本质的发现过程：

巴斯德 李比希

毕希纳

萨姆纳

切赫·奥特曼

2、酶的本质：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。

第3课时

导言：酶作为催化剂，与无机催化剂相比有什么不同呢？

通过教材P78实验，我们已经知道加肝脏研磨液的4号试管放出的O2远多于加FeCl3溶液的3号试管。从而说明了酶具有高效性。

一、酶具有高效性

酶的催化效率大约是无机催化剂的1017--1013倍（思考：这对细胞有什么意义？）

二、酶具有专一性

补充"探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用"实验。

1、实验原理

a.淀粉→麦芽糖

（非还原性糖）

蔗糖→葡萄糖＋果糖 还原性糖

（非还原性糖）

b.还原性糖＋斐林试剂→砖红色氧化亚铜沉淀

c.用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。

2、实验步骤

序号 实验操作内容 试管1 试管2

1 注入可溶性淀粉溶液 2ml

2 注入蔗糖溶液 2ml

3 注入淀粉酶溶液 2ml 2ml

4 将试管放在60℃水中 5分钟 5分钟

5 加入斐林试剂 2ml 2ml

6 放热水于大烧杯中加热煮沸 1分钟 1分钟

7 观察实验现象

3、实验结论

4、酶的专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

三、酶的作用条件较温和

探究]影响酶活性的条件。

1、实验原理

淀粉→麦芽糖和葡萄糖→砖红色沉淀

↓碘液 ↓碘液

紫蓝色复合物 不形成紫蓝色复合物

2、 实验步骤

序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3 试管1′ 试管2′ 试管3′

1 注入可溶性淀粉溶液 2ml 2ml 2ml

2 注入新鲜淀粉酶溶液 1ml 1ml 1ml

3 放置温度 60℃ 100℃ 0℃ 60℃ 100℃ 0℃

4 保温时间 5分钟 5分钟 5分钟 5分钟 5分钟 5分钟

5 混合 试管1′ 试管2′ 试管3′

6 保温时间 5分钟 5分钟 5分钟

7 滴碘液 1滴 1滴 1滴

8 观察实验现象

序号 实验操作内容 试管1 试管2 试管3

1 注入等量的新鲜淀粉溶液 1mL 1 mL 1 mL

2 注入等量的不同PH的溶液 1 mL蒸馏水 1 mL NaOH 1 mL HCl

3 注入等量的可溶性淀粉溶液 2 mL 2 mL 2 mL

4 放60℃热水中相等时间 5分钟 5分钟 5分钟

5 加等量斐林试剂并摇匀 2 mL 2 mL 2 mL

6 放热水中用酒精灯加热煮沸 1分钟 1分钟 1分钟

7 观察实验现象

3、实验结论

4、分析教材

⑴组织学生讨论完成教材P84相关问题。

⑵教师结合教材P85相关图讲解。

①在一定温度范围内，酶活性随温度升高而增强，其中酶的活性最高时的温度，即为该种酶的最适温度。若超过最适温度，酶的活性逐渐下降，甚至丧失。（低温使酶的活性明显降低，但酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复。）

②每种酶只能在一定限度的PH范围内表现出活性，其中酶活性最强的PH即为该酶的最适PH。（过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活）

四、总结

酶具有高效性、专一性，并且需要适宜的条件。

五、作业布置

教材P86练习

六、板书设计

酶具有高效性

酶的特性酶具有专一性

酶的作用条件温和