第1節 降低化學反應活化能的酶從容說課 該節主要介紹了酶在細胞代謝中的作用、酶的本質以及酶的3個特性。本節在學生學習過初中生物學的基礎上，創設了“問題探討”的情境200多年前科學家斯帕蘭札尼有關探究鷹消化食物原理的著名實驗，引導學生分析和討論，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，引導學生自己得出結論，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），從而確定實驗結果的不同就是有該不同的條件造成的。在學生獲得感性知識的基礎上，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反應所需的活化能。這種編排有助于引導學生學會確認和控制變量，有助于培養學生的科學探究能力。關于酶的化學本質，教材沒有平鋪直敘地講述，而是引導學生對有關資料進行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科學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。隨著科學技術的不斷進步，后來的科學家對酶的本質不斷獲得新的研究成果。教材引導學生分析這些資料，這在培養學生繼承、創新、實事求是和大膽實踐等科學精神和態度方面，都具有重要的教育價值。至于酶的定義，教材要求學生在分析資料后自己進行歸納、總結和完善。這體現出教材在促進學生積極改變學習方式，力求培養學生主動建構知識的編寫意圖。本節資料分析后面的一段短文，同樣是意在結合本節的有關知識，培養學生具備正確的科學精神和態度。關于酶具有高效性，教材是引導學生回憶上一節的實驗現象以及聯系自己的生活經驗后得出的。關于酶具有專一性，教材是通過舉實例和打比喻得出的。關于酶的第三個特性，教材設計了一個探究哪些因素影響酶活性的實驗，讓學生在探究后得出結論。本探究的實驗指導提供了相關的背景知識，目的是便于學生提出所需探究的問題。在學生探究的基礎上，教材配合兩個曲線圖，概括出酶的作用條件較溫和的結論。本節的“科學技術社會”，通過多個側面，體現出酶與人類生活的密切關系，從而進一步開闊學生的眼界。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。（3）酶的特性。（4）提高學生觀察、分析、判斷的思維能力，提高學生的實驗操作能力。2.過程與方法（1）通過本節課教學，讓學生進行有關的實驗和探索，學會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設置對照組和重復實驗。（2）通過讓學生了解酶的發現過程，使學生體會實驗在生物學研究中的作用地位；通過討論酶在生產、生活中的應用，使學生認識到生物科學技術與社會生產、生活的關系；體會科學、技術、社會之間相互促進的關系，進而體會研究生命科學價值。（3）在實驗能力提高的基礎上，提高學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.情感態度與價值觀（1）通過學習生物學家研究酶的本質的過程，激勵學生學習科學家實事求是的科學態度和勇于探索的科學精神。（2）通過實驗探究影響酶活性的條件，培養學生的探索精神、創新精神和合作精神。教學重點 1.比較過氧化氫酶在不同條件下分解速率快慢的實驗，并引導學生得出結論酶的高效催化作用（酶的作用）。2.酶的本質。3.酶的特性。教學難點 1.酶的活化能降低的原理。2.實驗中控制變量的科學方法。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 酶的作用教學過程課前準備教師準備實驗器材，并設計好觀察記錄表；學生預習實驗，掌握實驗的原理并設計好實驗的過程。情境創設人不吃飯行嗎？食物進入人體內發生了怎樣的變化？這些問題在現在來說都已經十分清楚了。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家就對此進行了探索。實驗介紹：1783年意大利科學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？答：一定是某些物質進入到金屬籠中，使肉分解。現在已經知道這個能讓肉分解的物質就是酶。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：對于一個生物體來說要進行的生理活動非常之多，構成生物體的每一個細胞內的物質需要不斷地合成與分解，不斷地處于自我更新的狀態，而這種自我更新的過程完全依賴于細胞內發生的生物化學反應，每一個化學反應都伴隨著能量的變化。細胞中全部有序的化學變化的總稱就叫細胞代謝。細胞生存的條件是很溫和的，那么細胞內數量如此巨大的生物化學反應如何在常溫、常壓、水溶液環境、ph接近中性的條件下，迅速高效地進行呢？在化學反應中有沒有提高化學反應的方法呢？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。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滴質量分數為20%肝臟研磨液觀 察觀察氣泡冒出情況，并記錄現象無較多較多很多將點燃的衛生香放在液面上沒變化火頭變亮火頭變亮復燃原 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 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，觀察其對實驗結果的影響。如果結果不同，那么影響該結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，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?；罨芫褪欠肿訌某B轉化變為容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。活化能越大，反應就越不容易進行，反之就容易進行。教師精講在生物體中，生物體內的化學反應每時每刻進行著。以人為例：據估計人體細胞內每分鐘大約要發生幾百萬次的化學反應，這么多的化學反應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。酶在細胞內的物質變化過程中起著重要作用，這個作用是其他物質無法代替的。它降低了化學反應中的活化能，而自身卻沒有發生變化，所以是一種催化劑。它是細胞內產生的，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fe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.在醫院常用雙氧水作為身體出現小傷口的消毒用藥，能觀察到什么現象嗎？試解釋該現象。參考答案：1.d 2.能看到傷口有氣泡產生。原因是人體細胞中產生的酶將雙氧水分解成了水和 氧氣。課堂小結布置作業1.查資料：催化劑之所以能加快化學反應，它的作用原理是什么？2.預習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.酶底物復合物的形成及誘導契合假說酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。這一過程為酶底物結合的誘導契合假說。2.酶促反應的機制（1）鄰近效應與定向排列：兩種或數種底物分子在酶活性中心聚集、特異結合，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，發生多個功能基團的協同作用，提高酶的催化效率。（3）表面效應：酶的活性中心提供的疏水環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，利于酶與底物結合。板書設計 第5章 細胞的能量供應和利用第1節 降低化學反應活化能的酶第一課時 酶的作用細胞代謝：細胞內全部的化學反應。酶的作用：降低活化能更顯著，催化效率更高。習題詳解 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，沒有化學性消化。2.是胃內的化學物質酶將肉塊分解了。3.收集胃內的化學物質，將肉塊放入這些物質中，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。二、本節聚焦（課本p78）1.因為細胞內每時每刻都進行著大量的生化反應，而這些反應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.絕大多數酶都是蛋白質，它是活細胞產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。這一現象說明加熱能促進過氧化氫的分解，提高反應速率。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。細胞內每時每刻都在進行著成千上萬種化學反應，這些化學反應需要在常溫、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化學反應的順利進行至關重要。備課資料 1.活化能非活化分子轉變為活化分子所需吸收的能量。溫度對反應速率有顯著影響。在多數情況下，其定量規律可由阿倫尼烏斯公式來描述：=aee/rt（1）式中為反應的速率系（常）數；e和a分別稱為活化能和指前因子，是化學動力學中極重要的兩個參數；r為摩爾氣體常數；t為熱力學溫度。對于更為復雜的描述與t的關系式中，活化能e定義為：e=rt2（dln/dt）（2）在元反應中，并不是反應物分子的每一次碰撞都能發生反應。s.a.阿倫尼烏斯認為，只有“活化分子”之間的碰撞才能發生反應，而活化分子的平均能量與反應物分子平均能量的差值即為活化能。近代反應速率理論進一步指出，兩個分子發生反應時必須經過一個過渡態活化絡合物，過渡態具有比反應物分子和產物分子都要高的勢能，互撞的反應物分子必須具有較高的能量足以克服反應勢能壘，才能形成過渡態而發生反應，此即活化能的本質。2.降低反應的活化能（activation energy）原理的假說（1）中間產物學說在酶催化的反應中，第一步是酶與底物形成酶底物中間復合物。當底物分子在酶作用下發生化學變化后，中間復合物再分解成產物和酶。esespe許多實驗事實證明了es復合物的存在。es復合物形成的速率與酶和底物的性質有關。電子顯微鏡的觀察結果、x射線晶體結構分析、酶與底物反應前后光譜特性分析、酶的溶解度變化、酶與底物的共沉降，獲得es復合物結晶都可證明中間產物的存在。（2）鄰近效應（proximity effect）和定向效應（orientation effect）鄰近效應在酶促反應中，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。定向效應：當專一性底物向酶活性中心靠近時，會誘導酶分子構象發生改變，使酶活性中心的相關基團和底物的反應基團正確定向排列，同時使反應基團之間的分子軌道