科学·技术·社会　酶为生活添姿彩教学设计一等奖

《降低化学反应活化能的酶》

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、特性，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地位。

【知识与能力目标】

1、说出细胞代谢的概念；

2、说明酶在细胞代谢中的作用。

【过程与方法目标】

1、通过有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，及设置对照组和重复实验；

2、提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。

【情感态度价值观目标】

1、通过有关的实验和探索使学生体验实验成功的喜悦，并通过教师的引导使学生领悟科学实验的基本方法；

2、培养学生的探索精神和合作意识。

【教学重点】

1、酶的作用；

2、控制变量的科学方法。

【教学难点】

1、酶降低化学反应活化能的原理；

2、控制变量的科学方法。

◆

课前准备

1、多媒体课件；

2、学生课前查阅相关背景资料，搜集有关的资料。

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教学过程

一、创设情境导入新课（展示课件3、4）

【问题探讨】介绍教材P78斯帕兰扎尼的实验，讨论下列问题：

（1）这个实验要解决什么问题？

（2）是什么物质使肉块消失了？

（3）怎样才能证明你的推测？

二、新课教学

（一）酶的作用和本质（展示课件5）

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：（1）化学反应中无机催化剂的概念？（2）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。

【实验】比较过氧化氢在不同条件下的分解。

实验介绍之前，给学生介绍一些名词（展示课件6）

自变量，因变量，无关变量，对照实验，对照组，实验组等专有名词。

1、实验目的：通过比较过氧化氢在不同条件下的分解快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。（展示课件7）

酶2、实验原理：2H2O22H2O＋O2（展示课件7）

2H2O＋O2 2H2O23、实验步骤及现象（展示课件7）

3%的过氧化氢溶液

2mL 2 mL 2 mL 2 mL 控制变量

点燃的卫生香检测

实验处理

常温

90℃左右水浴加热

滴加3.5%FeCl3溶液2滴

滴加20%肝脏研磨液2滴

气泡多少

基本没有

很少

较多

很多

基本无助燃性

有助燃性

助燃性强

助燃性更强

Fe3试管号

1 2 3 4 4、讨论（展示课件9）

（1）与1号试管相比，2号出现不同的现象.这一现象说明什么?（展示课件9）

答案：2号试管分解速度大于1号试管，表明加热促使过氧化氢分解

引伸：这是因为加热会使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为活跃状态，活跃状态即为易分解状态。

常态：在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物分子平均能量水平较低，称为“常态”。（展示课件10）激发态：当反应物分子获得能量参与反应时，其内部能量高于常态能量时所处的状态称为激发态。当分子获得能量的时候，便由常态转变为容易分解的活跃状态，即处于激发态。（展示课件10）

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。（展示课件10）

（2）3号和4号未经加热，也有大量气泡产生,这说明什么?（展示课件11）

Fe3+和过氧化氢酶促使过氧化氢分解

引伸：

Fe 3+和过氧化氢酶不能供给过氧化氢能量，但它们可以降低过氧化氢分解反应的活化能。

（3）3号与4号相比，4号试管中的反应速率快.这说明什么?（展示课件11）

与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。

（4）

在细胞内能通过加热提高反应速率吗?为什么说酶对于细胞内化学反应顺利进行至关重要?（展示课件12）

探究：（展示课件12）

实验中为什么要选用新鲜的肝脏？为什么要将肝脏制成研磨液？滴入肝脏研磨液和氯化铁溶液时，可否共用一个滴管？为什么？

5、实验分析（展示课件13）

6、实验结论（展示课件14）

同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更为显著，因而催化效率更高。

（二）酶的本质（展示课件15）

A、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？

（巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。）

B、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？

（巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。）

C、从毕希纳德实验可以得出什么结论？（毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。）

D、萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质,并因此获得诺贝尔奖.你认为他成功的主要原因是什么?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。——马克思（展示课件16）

请给酶下一个完整的定义。（展示课件17）

（来源、功能、化学本质。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，少数是RNA等。）

既然酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要，为什么酶可以在常温常压下高效地催化化学反应进行呢？我们可以先了解加热促进反应的原理，加热促使过氧化氢分解是因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。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。

过氧化氢酶促使过氧化氢分解并未供给过能量，而是降低了过氧化氢分解反应的活化能。推而广之，酶促使反应进行，原因是酶能够降低化学反应活化能。对于这句话的理解可以阅读第80页内容，注意图5-1和5-2。（展示课件18、19）

各条件使反应加快的本质：（展示课件20）

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。活化能越低，反应发生的速率越快。如果把发生化学反应比喻为驾驶汽车翻越一座高山，加温加压相当于加大油门，而催化剂则相当于帮司机找到一条穿山隧道。这就是催化剂所体现的优越性。而同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，效率更高。

（三）酶的特性

1、酶的高效性（展示课件21、22）

酶的催化效率大约是无机催化剂的1017——1013倍，酶具有高效性。

2、酶的专一性（展示课件23）

不同的细胞需要不同的化学反应。同一细胞在不同时期需要的反应不同，同一反应的强度也不相同。这些都需要酶的专一性来保证，才能使细胞代谢有条不紊地进行。

3、酶的作用条件温和（展示课件24）

在最适宜的温度和最适宜的pH下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶的活性都会明显降低。过酸、过碱和高温，都能使酶的分子结构遭到破坏而失去活性，且不可逆。

展示温度和PH值对酶活性的影响的相关动画。（展示课件25、26）

（四）影响酶促反应速率的因素（展示课件27）

1、温度

2、PH值

3、酶的浓度：反应速率随酶浓度的升高而加快。

4、底物的浓度：在一定浓度

范围内，反应速率随浓度的升高而加快，但达到一定浓度，反应速率不再变化。

三、课堂小结