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2014屆高一生物 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 第1課時示范教案 新人教版

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2014屆高一生物 降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶 第1課時示范教案 新人教版

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(xì)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(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生分析和討論,明確在這個實(shí)驗(yàn)過程中酶起了重要作用。那么酶在細(xì)胞代謝中有何作用?教材安排了實(shí)驗(yàn)來比較過氧化氫在不同條件下分解速率快慢的實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)還介紹了生物實(shí)驗(yàn)的常用方法,所以要特別注意理解掌握設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)的原則單一變量原則(只有一個實(shí)驗(yàn)條件不同,其他的實(shí)驗(yàn)條件都相同),從而確定實(shí)驗(yàn)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?jǐn)⑹觯赋雒改軌蝻@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(rèn)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(jìn)行分析。需要指出的是,巴斯德和李比希等科學(xué)家的觀點(diǎn)都有正確的成分,但限于各種原因又都不夠全面、準(zhǔn)確。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)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(shí)事求是和大膽實(shí)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(jìn)行歸納、總結(jié)和完善。這體現(xiàn)出教材在促進(jìn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗(yàn)后得出的。關(guān)于酶具有專一性,教材是通過舉實(shí)例和打比喻得出的。關(guān)于酶的第三個特性,教材設(shè)計(jì)了一個探究哪些因素影響酶活性的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在探究后得出結(jié)論。本探究的實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步開闊學(xué)生的眼界。三維目標(biāo) 1.知識與技能(1)細(xì)胞代謝的概念。(2)酶的作用和本質(zhì)。(3)酶的特性。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(shí)驗(yàn)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(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。(2)通過讓學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程,使學(xué)生體會實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(jìn)的關(guān)系,進(jìn)而體會研究生命科學(xué)價值。(3)在實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣叩幕A(chǔ)上,提高學(xué)生運(yùn)用語言表達(dá)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(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。教學(xué)重點(diǎn) 1.比較過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。教具準(zhǔn)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(zhǔn)備教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材,并設(shè)計(jì)好觀察記錄表;學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn),掌握實(shí)驗(yàn)的原理并設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的過程。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(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(jìn)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(jìn)行肉類消化的過程的條件是怎樣的?答:進(jìn)行分解肉的反應(yīng)是在一種極溫和的條件下進(jìn)行的。問:(4)在實(shí)驗(yàn)室中能否也能讓肉分解?能的話需要怎樣的條件?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說,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):對于一個生物體來說要進(jìn)行的生理活動非常之多,構(gòu)成生物體的每一個細(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程完全依賴于細(xì)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(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱就叫細(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(shí)驗(yàn)前介紹:動植物在代謝中產(chǎn)生的過氧化氫,對機(jī)體是有毒的。機(jī)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(shí)驗(yàn)步驟來進(jìn)行實(shí)驗(yàn):試管編號1234實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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(diǎn)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(jī)催化劑的催化作用更顯著對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,對照實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。問:上述實(shí)驗(yàn)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(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: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(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,觀察其對實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。問:為何酶的催化效率會比無機(jī)催化劑更高呢?答:酶降低了活化能?;罨芫褪欠肿訌某B(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(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(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(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(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(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(jìn)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(jī)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(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。板書設(shè)計(jì) 第5章 細(xì)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(xì)胞代謝:細(xì)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(shí)驗(yàn)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?yàn)榧?xì)胞內(nèi)每時每刻都進(jìn)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(jìn)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(xì)胞產(chǎn)生的具有催化作用的有機(jī)物。3.通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究。其中有重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家有巴斯德、李比希、畢希那、切赫等。三、實(shí)驗(yàn)(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(jìn)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(xì)胞內(nèi)每時每刻都在進(jìn)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(jìn)行,只有酶能夠滿足這樣的要求,所以說酶對于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)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(rèn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)事實(shí)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(tuán)和底物的反應(yīng)基團(tuán)正確定向排列,同時使反應(yīng)基團(tuán)之間的分子軌道以正確方向嚴(yán)格定位,使酶促反應(yīng)易于進(jìn)行。以上兩種效應(yīng)使酶具有高效率和專一性特點(diǎn)。(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(tuán),這些基團(tuán)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(tuán)的位置等起到協(xié)同作用,從而使底物達(dá)到最佳反應(yīng)狀態(tài)。 希望對大家有所幫助,多謝您的瀏覽!

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