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2019-2020年高中生物 酶的特性 第2課時示范教案 蘇教版 （提示：本節(jié)課建議安排在實驗室；教師可以在每個實驗桌上預先準備3.5%的FeCl3溶液，20%的新鮮豬肝提取液，馬鈴薯的組織提取液,火柴、衛(wèi)生香、試管組等實驗材料） 導入新課 課件展示： （1）巴斯德是一位偉大的微生物學家，是微生物學的奠基人。他對酵母菌在酒精發(fā)酵中的作用的機理研究、乳酸發(fā)酵的微生物學原理的研究以及澄清生物的自然發(fā)生等方面作出了卓越的貢獻。 （2）1854年9月，法國教育部委任巴斯德為里爾工學院院長兼化學系主任，在那里，他對酒精工業(yè)發(fā)生了興趣，而制作酒精的一道重要工序就是發(fā)酵。當時里爾一家酒精制造工廠遇到技術問題，請求巴斯德幫助研究發(fā)酵過程，巴斯德深入工廠考察，把各種甜菜根汁和發(fā)酵中的液體帶回實驗室觀察。經(jīng)過多次實驗，他發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵液里有一種比酵母菌小得多的球狀小體，它長大后就是酵母菌。巴斯德繼續(xù)研究，弄清發(fā)酵時所產(chǎn)生的酒精和二氧化碳氣體都是酵母菌使糖分解得來的。 當時大家普遍相信酒精是由糖發(fā)生化學變化而產(chǎn)生，并沒有生物參與，而巴斯德的研究結(jié)果顯現(xiàn)發(fā)酵需有酵母菌的存在才得以進行。此理論深深地震撼當時的社會，也引起許多人士的質(zhì)疑，經(jīng)巴斯德不斷地探究、推導，終于向世人證明他的理論是正確的。 （3）1897年德國學者畢希納發(fā)現(xiàn)酵母菌的無細胞提取液能與酵母一樣具有發(fā)酵糖液產(chǎn)生乙醇的作用。 師 當你對上述材料閱讀以后，思考以下幾個問題，假如不成熟，可以與你的伙伴討論，假如你覺得你的想法不錯，不妨與你的伙伴分享： ①你覺得巴斯德在研究酒精發(fā)酵中，獲得成功的原因有哪些？ ②酵母菌發(fā)酵，將糖轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳；酵母菌的無細胞提取液能與酵母一樣具有發(fā)酵糖液產(chǎn)生乙醇的作用。那么，畢希納的發(fā)現(xiàn)是否說明沒有酵母菌的作用，酒精發(fā)酵仍舊可以發(fā)生呢？假如答案是否定的，那么，發(fā)酵過程中的糖具有怎樣的作用？酒精和二氧化碳是如何產(chǎn)生的呢？ 生甲 巴斯德成功的原因是他堅持不懈的努力與細心的觀察。 生乙 巴斯德成功的原因是他有比較科學的研究方法；還有，他具有比較好的化學知識背景；還有，他不迷信、不盲從。 生丙 從信息材料中我們可以看出，似乎酒精發(fā)酵不是一種生命特有的現(xiàn)象。但是，若沒有酵母菌的無細胞提取液，仍舊不能使糖液發(fā)酵產(chǎn)生乙醇，因此，通常情況下的酒精發(fā)酵仍舊離不開酵母菌的作用。 生丁 糖是酵母菌發(fā)酵的一種原料；酒精和二氧化碳是由糖經(jīng)過一系列的反應轉(zhuǎn)化而來的。 師 我們通過討論，似乎可以得出這樣一個意見，將糖轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳，是一種生物體內(nèi)的化學變化。在特定的條件下，酵母菌細胞內(nèi)的這種變化在高速、有序地發(fā)生著。那么，這種反應在化學實驗室里是否容易發(fā)生呢？假如答案是否定的話，為什么在酵母菌細胞內(nèi)容易發(fā)生這種轉(zhuǎn)變？是什么物質(zhì)在這一過程中起了關鍵性的作用呢？ 學生活動：小組討論。 生 在實驗室中一般不容易將糖轉(zhuǎn)化成為酒精與二氧化碳；在酵母菌細胞內(nèi)，能快速、有序地將糖轉(zhuǎn)化成為酒精與二氧化碳，可能與酵母菌細胞內(nèi)的某種物質(zhì)有關，這種物質(zhì)的功能類似于唾液淀粉酶對淀粉水解的催化功能；而酵母菌的無細胞提取液也能使糖轉(zhuǎn)化為酒精與二氧化碳，是因為提取液中也含有這類物質(zhì)。 推進新課 　板　書： 二、酶與酶促反應 師 要回答這些問題，我們需要學習酶的相關知識；而對于此類問題更多的理解，則需要我們通過多種途徑與方法去學習、去理解。我們先可以進行這樣一組實驗。 教師布置學生實驗，實驗步驟如下： （1）取A、B、C兩支試管，各加入2 mL的可溶性淀粉溶液。 （2）向A、B、C三支試管各加入2 mL的蒸餾水、質(zhì)量分數(shù)為0.1%的稀硫酸、稀釋的唾液,37 ℃水浴2分鐘。 （3）向上述三支試管中加入3滴碘液，觀察其顏色變化，以“+”的多少表示碘液遇淀粉后顏色變化的深淺。 師 說出你所觀察到的實驗現(xiàn)象。 生 在C試管內(nèi)為何加入碘液后不變色？而在A、B兩支試管內(nèi)為何加入碘液后顯藍色？A試管為“++”、B試管為“+”說明了什么？ 學生活動：學生小組討論，也可利用實驗桌上的實驗器材重復上述實驗。 學生小組討論，小組代表回答，記錄數(shù)據(jù)如下：A試管為“++”、B試管為“+”、C試管為“-”。 師 實驗中設置A試管的作用？實驗中37 ℃水浴的目的是什么？ 生 設置A試管是對照作用；37 ℃水浴的目的是提供反應適宜的溫度。 師 請你嘗試分析你所觀察到的實驗現(xiàn)象。 生 C試管內(nèi)加入碘液后不變色的原因是C試管內(nèi)的淀粉全部被水解了；而A、B兩支試管內(nèi)加入碘液后顯藍色是因為其中還有淀粉，且A試管中剩余的淀粉多，B試管中剩余的淀粉相對少，所以A試管為“++”、B試管為“+”。 師 假如我們在其他條件不變的情況下，對B試管進行酒精燈加熱處理，再觀察其實驗結(jié)果，會如何？為什么？說明了什么？ 學生活動：根據(jù)教師提示，進行實驗操作，并收集實驗數(shù)據(jù)。 學生小組討論后回答：發(fā)現(xiàn)B試管的顏色變化相對于沒有加熱前的變化不明顯。說明，加熱以后淀粉被水解的量更多，剩余的淀粉更少。說明了在H+存在的條件下，加熱有利于淀粉的水解。 師 假如我們在其他條件不變的情況下，對C試管進行酒精燈加熱處理，再觀察其實驗結(jié)果，會如何？為什么？說明了什么？ 生 發(fā)現(xiàn)C試管的顏色變化相對于沒有加熱前的變化要明顯。說明，加熱以后淀粉被水解的量變少，剩余的淀粉多。說明了在唾液存在的條件下，加熱抑制了淀粉的水解。 師 你已有的知識是否能告訴你，B試管中的H+在淀粉水解中扮演怎樣的角色？具有怎樣的作用？C試管中的唾液能促使淀粉水解，究竟是唾液中的什么物質(zhì)？從我們這個實驗來看，這種物質(zhì)在催化淀粉水解中有何異同？ 學生活動，討論并回答問題： 生甲 H+在淀粉水解中是一種催化劑，起到了降低化學反應的活化能，改變了化學速率，當然，其作用不能改變化學平衡。 生乙 在初中生物學中，我們知道了是唾液中的唾液淀粉酶催化了淀粉的水解。 生丙 從這個實驗來看，我們可以認為，唾液淀粉酶與H+一樣能夠催化淀粉水解，二者都起到了催化劑的作用；這說明H+是一種無機催化劑，一定的加熱會有影響，但是，加熱會促進H+的催化作用，而使唾液淀粉酶的催化能力下降。 　板　書： （一）酶的定義 師 同學們的推測相當準確。生物體內(nèi)，每時每刻都在進行著許多復雜的化學反應，生物體內(nèi)這些化學反應，在生物體內(nèi)溫和的條件（常溫、常壓）下、迅速而有規(guī)律地進行，這都與生物體內(nèi)的催化劑——酶的作用有關。酵母菌細胞內(nèi)，能快速、有序地將糖轉(zhuǎn)化成為酒精與二氧化碳，就與酵母菌細胞內(nèi)存在的相應酶的催化有關；C試管中的淀粉水解，與唾液中的水解淀粉的酶有關。那么什么是酶呢？ 課件展示： （1）1783年，意大利科學家斯巴蘭讓尼設計了一個巧妙的實驗：為了研究消化液對于消化的作用,他將肉塊放在小巧的金屬籠子內(nèi)，然后讓鷹吞入籠子,這樣肉塊的消化可以不受胃的物理性消化作用的影響,而胃液可以流進籠子。一段時間以后,他將小籠取出，發(fā)現(xiàn)肉塊消失了。這個實驗說明了胃具有化學性消化作用。 （2）1836年，施旺從胃液中提取了消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)，從而揭開了胃的消化之謎。 （3）20世紀30年代以來,科學家相繼提取出多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶，這一事實說明酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 （4）20世紀80年代，科學家又發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用，這一發(fā)現(xiàn)使酶的概念又一次得到了擴展。 師 在化學課程中，同學們也學習過有關催化劑的知識，那么一般的催化劑都有哪些性質(zhì)呢？通過對上述材料的閱讀，你能談談對酶的認識嗎？ 學生小組討論，小組成員各自寫出一個自己對于酶的理解后，小組共同協(xié)商提出一個受到大多數(shù)成員認同的觀點，進行班級交流： （1）化學催化劑具有用量少而催化效率高、反應前后不發(fā)生變化、促進化學反應迅速進行等性質(zhì)。通常的化學催化劑發(fā)生催化作用時，往往需要極端條件，如高溫、高壓等，而酶的催化卻往往在溫和條件（常溫、常壓和接近中性的條件）下發(fā)生作用。 （2）酶的發(fā)現(xiàn)與其本質(zhì)的認識是一個不斷發(fā)展的過程，是一批堅持不懈、百折不撓的科學家不斷探索的結(jié)果。成功屬于不畏艱苦的人。 （3）酶是活細胞產(chǎn)生的，可以在細胞內(nèi)起到催化作用，也可以在活細胞外發(fā)揮作用，如唾液淀粉酶以及酵母菌無細胞提取液中的酶。酶是一種催化劑，并且它是一種生物催化劑。 （4）大多數(shù)酶的化學成分是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶的成分是RNA。 （5）酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化活性的一類有機物，絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，一小部分的酶是RNA。 師 酶作為生物催化劑，除了具有上述一般催化劑的性質(zhì)外，還具有哪些特征呢？ 　板　書： （二）酶的特性 學生活動：學生閱讀書本邊做邊學，根據(jù)課本及圖43中所要求的實驗操作步驟，完成實驗一，思考實驗后討論提出的問題。 師 H2O2在室溫情況下，會自然分解成了H2O、O2，但是其分解速率很慢，不易被觀察到。假如要測定H2O2的分解速率，我們一般測定O2的生成速率，其原因是O2微溶于水，因而只要測定單位時間O2的生成量即可；我們也可以通過觀察容器中氣泡的大小與逸出速度來簡單表示H2O2的分解速率；另外，由于O2的助燃性，我們也可以用帶火星的衛(wèi)生香插入試管觀察其是否復燃及燃燒劇烈程度來粗略表示H2O2的分解速率。 學生匯報實驗現(xiàn)象：實驗中，加入新鮮酵母菌的提取液的試管中氣泡大，氣泡逸出速度快，插入的衛(wèi)生香燃燒劇烈；而加入蒸餾水的試管中氣泡小，氣泡逸出速度慢，幾乎不易被觀察到，插入的衛(wèi)生香不能復燃。 師 實驗中采用新鮮酵母菌的提取液的主要原因是什么？用放置時間較長的提取液可以嗎？為什么？ 生 實驗中采用新鮮酵母菌的提取液的主要原因是在其中含有催化H2O2分解的生物活性物質(zhì)——H2O2酶；用放置時間較長的提取液是不可以的；這可能因為H2O2酶放置在試管中的時間太長，會失去催化活性。 師 你們在生活中是如何來保藏生物的呢？是否可以用類似的方法來處理提取液，從而延長保藏時間呢？ 學生活動：學生思考，小組討論。 生甲 我們可以把提取液放置在冰箱里保藏。 生乙 我們可以把H2O2酶制成酶的制劑，干燥以后低溫保藏。 …… 師 實驗中另一試管加入蒸餾水的目的是什么？ 生 起到了實驗的對照組的作用。 師 實驗的結(jié)果說明了什么？ 生 實驗的結(jié)果說明了新鮮的酵母菌的提取液中含有H2O2酶，H2O2酶能催化H2O2分解。 師 假如我們把新鮮的酵母菌的提取液稀釋10倍，再重復上述實驗，會發(fā)現(xiàn)怎樣的實驗現(xiàn)象？ 學生活動：按照教師實驗指導，完成實驗步驟，收集實驗數(shù)據(jù)并分析。 學生討論后交流：實驗中加入稀釋10倍以后新鮮的酵母菌的提取液的試管中氣泡依舊很大，氣泡逸出仍舊很快，插入的衛(wèi)生香燃燒劇烈。 師 這個實驗說明了什么？ 生 這個實驗直接說明了新鮮的酵母菌的提取液H2O2酶在被稀釋10倍以后，依然具有很高的催化H2O2分解的能力，間接說明了酶具有高效性。 師 書本實驗一是否可以說明H2O2酶催化H2O2分解具有高效性呢？ 生 從本質(zhì)來看，并不能說明H2O2酶催化H2O2分解具有高效性。因為實驗缺乏單一變量因子的控制。因而實驗只能說明H2O2酶能催化H2O2分解，而不能說明H2O2酶催化H2O2分解具有高效性。 師 從我們的化學知識可以知道，F(xiàn)e3+可以催化H2O2分解，那么，H2O2酶、Fe3+兩者共同催化H2O2分解，誰的催化效率更高？ 學生活動：學生根據(jù)教師的提示，選擇合理的實驗器材，進行實驗，并對實驗數(shù)據(jù)分析。 學生對實驗數(shù)據(jù)分析后交流：實驗中加入新鮮的酵母菌的提取液的試管中氣泡很大，氣泡逸出很快，插入的衛(wèi)生香燃燒劇烈；而實驗中加入Fe3+的試管中氣泡小，氣泡逸出速度慢，插入的衛(wèi)生香通常不能復燃。 師 這個實驗可以說明什么？ 生 酶作為生物催化劑，其催化效率遠遠高于催化同一化學反應的無機催化劑。 師 我們還可以用豬肝提取液、馬鈴薯的組織提取液等生物材料進行實驗。 師 酶催化反應的速度比一般的無機催化劑高106～107倍，有的酶催化反應速度極快，如碳酸酐酶催化二氧化碳與水合成碳酸的反應是已知最快的酶催化反應之一。每一個酶分子在1秒鐘內(nèi)可以使105個二氧化碳分子發(fā)生水合反應，因而酶的催化具有高效性。 師 從化學知識我們可以得知，MnO2不僅可以催化KClO3的分解，還可以催化H2O2分解；鐵粉不僅可以催化合成氨的反應，還可以催化苯和液溴的反應。那么，唾液淀粉酶是否也具有這樣的特性呢？ 學生活動：自主學習實驗二文本，著重通過對課本中表格的閱讀，完成對實驗操作步驟的掌握，按照實驗步驟完成實驗操作，收集實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合討論中列出的問題思考，與他人交換意見。 （教學建議：建議教師引導學生回憶麥芽糖、淀粉的鑒定實驗） 學生匯報實驗現(xiàn)象：實驗中，1號試管內(nèi)加入斐林試劑，水浴加熱后出現(xiàn)了磚紅色沉淀；2號試管內(nèi)加入斐林試劑，水浴加熱后沒有出現(xiàn)顏色變化。 師 請你對實驗現(xiàn)象進行分析？ 生甲 1號試管內(nèi)加入斐林試劑，水浴加熱后出現(xiàn)了磚紅色沉淀，說明其中含有可溶性的還原糖；淀粉不具有還原性，因而可以推斷淀粉被水解后產(chǎn)生了一種新物質(zhì)。根據(jù)我們已有的知識可以推斷，這種物質(zhì)是麥芽糖，說明了淀粉被唾液中的淀粉酶水解了。 生乙 2號試管內(nèi)加入斐林試劑，水浴加熱后不出現(xiàn)磚紅色沉淀。說明其中不含有可溶性的還原糖；蔗糖不具有還原性，但蔗糖水解產(chǎn)生的葡萄糖與果糖具有還原性。由此可推斷，溶液中的蔗糖并未被水解。說明淀粉酶不能水解蔗糖。 師 這個實驗說明酶具有什么特性？這個實驗中淀粉酶只能催化淀粉水解嗎？實驗中能否將斐林試劑換成碘液？實驗中蔗糖放置時間太長對實驗結(jié)果有何影響？ 生甲 可以說明酶的專一性。在這個實驗中淀粉酶只催化淀粉水解。 生乙 實驗中不能將斐林試劑換成碘液。若換成碘液，則淀粉在淀粉酶的作用下完全水解后形成麥芽糖，遇碘液不變色，而蔗糖遇碘液亦不變色，導致無法進行實驗結(jié)果的甄別。 生丙 放置時間太長后，蔗糖水解產(chǎn)生的葡萄糖與果糖遇到斐林試劑、水浴加熱后也出現(xiàn)了磚紅色沉淀，影響實驗結(jié)果。 課堂小結(jié) 酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學反應。如蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解；麥芽糖酶只能催化麥芽糖的水解，不能催化蔗糖水解；而肽酶可以催化不同種氨基酸組成的二肽的水解。  板書設計 二、酶與酶促反應 1.酶的命名及化學本質(zhì) 2.酶的特性 （1）酶具有高效性 （2）酶具有專一性