第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶從容說課 該節(jié)主要介紹了酶在細胞代謝中的作用、酶的本質(zhì)以及酶的3個特性。本節(jié)在學(xué)生學(xué)習(xí)過初中生物學(xué)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)了“問題探討”的情境200多年前科學(xué)家斯帕蘭札尼有關(guān)探究鷹消化食物原理的著名實驗，引導(dǎo)學(xué)生分析和討論，明確在這個實驗過程中酶起了重要作用。那么酶在細胞代謝中有何作用？教材安排了實驗來比較過氧化氫在不同條件下分解速率快慢的實驗，引導(dǎo)學(xué)生自己得出結(jié)論，從而切身體會到酶具有很高的催化速率，該實驗還介紹了生物實驗的常用方法，所以要特別注意理解掌握設(shè)計對照實驗的原則單一變量原則（只有一個實驗條件不同，其他的實驗條件都相同），從而確定實驗結(jié)果的不同就是有該不同的條件造成的。在學(xué)生獲得感性知識的基礎(chǔ)上，教材利用卡通式插圖、圖解和文字敘述，指出酶能夠顯著降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能。這種編排有助于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會確認和控制變量，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。關(guān)于酶的化學(xué)本質(zhì)，教材沒有平鋪直敘地講述，而是引導(dǎo)學(xué)生對有關(guān)資料進行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科學(xué)家的觀點都有正確的成分，但限于各種原因又都不夠全面、準確。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，后來的科學(xué)家對酶的本質(zhì)不斷獲得新的研究成果。教材引導(dǎo)學(xué)生分析這些資料，這在培養(yǎng)學(xué)生繼承、創(chuàng)新、實事求是和大膽實踐等科學(xué)精神和態(tài)度方面，都具有重要的教育價值。至于酶的定義，教材要求學(xué)生在分析資料后自己進行歸納、總結(jié)和完善。這體現(xiàn)出教材在促進學(xué)生積極改變學(xué)習(xí)方式，力求培養(yǎng)學(xué)生主動建構(gòu)知識的編寫意圖。本節(jié)資料分析后面的一段短文，同樣是意在結(jié)合本節(jié)的有關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生具備正確的科學(xué)精神和態(tài)度。關(guān)于酶具有高效性，教材是引導(dǎo)學(xué)生回憶上一節(jié)的實驗現(xiàn)象以及聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗后得出的。關(guān)于酶具有專一性，教材是通過舉實例和打比喻得出的。關(guān)于酶的第三個特性，教材設(shè)計了一個探究哪些因素影響酶活性的實驗，讓學(xué)生在探究后得出結(jié)論。本探究的實驗指導(dǎo)提供了相關(guān)的背景知識，目的是便于學(xué)生提出所需探究的問題。在學(xué)生探究的基礎(chǔ)上，教材配合兩個曲線圖，概括出酶的作用條件較溫和的結(jié)論。本節(jié)的“科學(xué)技術(shù)社會”，通過多個側(cè)面，體現(xiàn)出酶與人類生活的密切關(guān)系，從而進一步開闊學(xué)生的眼界。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。2 / 15（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 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?？偨Y(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)。2H2O2H2OO2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1234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?；罨茉酱螅磻?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。板書設(shè)計 第5章 細胞的能量供應(yīng)和利用第1節(jié) 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶第一課時 酶的作用細胞代謝：細胞內(nèi)全部的化學(xué)反應(yīng)。酶的作用：降低活化能更顯著，催化效率更高。習(xí)題詳解 一、問題探討（課本P78）1.這個實驗要解決的問題是：鳥類的胃是否只有物理性消化，沒有化學(xué)性消化。2.是胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)酶將肉塊分解了。3.收集胃內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，將肉塊放入這些物質(zhì)中，看看這些物質(zhì)在體外是否也能將肉塊分解。二、本節(jié)聚焦（課本P78）1.因為細胞內(nèi)每時每刻都進行著大量的生化反應(yīng)，而這些反應(yīng)都需要在相對溫和的條件下進行，只有酶才能滿足這樣的要求。2.絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，它是活細胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機物。3.通過實驗來進行研究。其中有重要貢獻的科學(xué)家有巴斯德、李比希、畢希那、切赫等。三、實驗（課本P79）1.2號試管放出的氣泡多。這一現(xiàn)象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應(yīng)速率。2.不能。3.說明FeCl3中的Fe3和新鮮肝臟中的過氧化氫酶都能加快過氧化氫分解的速率。4.4號試管的反應(yīng)速率比3號試管快得多。說明過氧化氫酶比Fe3的催化效率高得多。細胞內(nèi)每時每刻都在進行著成千上萬種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)需要在常溫、常壓下高效率地進行，只有酶能夠滿足這樣的要求，所以說酶對于細胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進行至關(guān)重要。備課資料 1.活化能非活化分子轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿铀栉盏哪芰?。溫度對反?yīng)速率有顯著影響。在多數(shù)情況下，其定量規(guī)律可由阿倫尼烏斯公式來描述：=AeE/RT（1）式中為反應(yīng)的速率系（常）數(shù)；E和A分別稱為活化能和指前因子，是化學(xué)動力學(xué)中極重要的兩個參數(shù)；R為摩爾氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。對于更為復(fù)雜的描述與T的關(guān)系式中，活化能E定義為：E=RT2（dln/dT）（2）在元反應(yīng)中，并不是反應(yīng)物分子的每一次碰撞都能發(fā)生反應(yīng)。S.A.阿倫尼烏斯認為，只有“活化分子”之間的碰撞才能發(fā)生反應(yīng)，而活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子平均能量的差值即為活化能。近代反應(yīng)速率理論進一步指出，兩個分子發(fā)生反應(yīng)時必須經(jīng)過一個過渡態(tài)活化絡(luò)合物，過渡態(tài)具有比反應(yīng)物分子和產(chǎn)物分子都要高的勢能，互撞的反應(yīng)物分子必須具有較高的能量足以克服反應(yīng)勢能壘，才能形成過渡態(tài)而發(fā)生反應(yīng)，此即活化能的本質(zhì)。2.降低反應(yīng)的活化能（activation energy）原理的假說（1）中間產(chǎn)物學(xué)說在酶催化的反應(yīng)中，第一步是酶與底物形成酶底物中間復(fù)合物。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。ESESPE許多實驗事實證明了ES復(fù)合物的存在。ES復(fù)合物形成的速率與酶和底物的性質(zhì)有關(guān)。電子顯微鏡的觀察結(jié)果、X射線晶體結(jié)構(gòu)分析、酶與底物反應(yīng)前后光譜特性分析、酶的溶解度變化、酶與底物的共沉降，獲得ES復(fù)合物結(jié)晶都可證明中間產(chǎn)物的存在。（2）鄰近效應(yīng)（proximity effect）和定向效應(yīng)（orientation effect）鄰近效應(yīng)在酶促反應(yīng)中，由于酶和底物分子之間的親和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趨勢，最終結(jié)合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應(yīng)。定向效應(yīng)：當(dāng)專一性底物向酶活性中心靠近時，會誘導(dǎo)酶分子構(gòu)象發(fā)生改變，使酶活性中心的相關(guān)基團和底物的反應(yīng)基團正確定向排列，同時使反應(yīng)基團之間的分子軌道以正確方向嚴格定位，使酶促反應(yīng)易于進行。以上兩種效應(yīng)使酶具有高效率和專一性特點。（3）酶使底物分子中的敏感鍵發(fā)生變形（distortion）酶底物復(fù)合物形成時，酶分子構(gòu)象發(fā)生變化，底物分子也常常受到酶的作用而發(fā)生變化，甚至使底物分子發(fā)生扭曲變形，從而使底物分子某些鍵的鍵能減弱，產(chǎn)生鍵扭曲，有助于過度態(tài)的中間產(chǎn)物形成,從而降低了反應(yīng)的活化能。（4）多功能催化作用酶的活性中心部位，一般都含有多個起催化作用的基團，這些基團在空間有特殊的排列和取向，可以對底物價鍵的形變和極化及調(diào)整底物基團的位置等起到協(xié)同作用，從而使底物達到最佳反應(yīng)狀態(tài)。 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！