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2019-2020年高中生物 酶的特性 第2課時(shí)示范教案 蘇教版 （提示：本節(jié)課建議安排在實(shí)驗(yàn)室；教師可以在每個(gè)實(shí)驗(yàn)桌上預(yù)先準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)材料） 導(dǎo)入新課 課件展示： （1）巴斯德是一位偉大的微生物學(xué)家，是微生物學(xué)的奠基人。他對(duì)酵母菌在酒精發(fā)酵中的作用的機(jī)理研究、乳酸發(fā)酵的微生物學(xué)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(xiàn)。 （2）1854年9月，法國教育部委任巴斯德為里爾工學(xué)院院長兼化學(xué)系主任，在那里，他對(duì)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(dāng)時(shí)里爾一家酒精制造工廠遇到技術(shù)問題，請(qǐng)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(shí)驗(yàn)室觀察。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，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(shí)所產(chǎn)生的酒精和二氧化碳?xì)怏w都是酵母菌使糖分解得來的。 當(dāng)時(shí)大家普遍相信酒精是由糖發(fā)生化學(xué)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(jìn)行。此理論深深地震撼當(dāng)時(shí)的社會(huì)，也引起許多人士的質(zhì)疑，經(jīng)巴斯德不斷地探究、推導(dǎo)，終于向世人證明他的理論是正確的。 （3）1897年德國學(xué)者畢希納發(fā)現(xiàn)酵母菌的無細(xì)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(dāng)你對(duì)上述材料閱讀以后，思考以下幾個(gè)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(cuò)，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(xì)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(jiān)持不懈的努力與細(xì)心的觀察。 生乙 巴斯德成功的原因是他有比較科學(xué)的研究方法；還有，他具有比較好的化學(xué)知識(shí)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(xì)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(yīng)轉(zhuǎn)化而來的。 師 我們通過討論，似乎可以得出這樣一個(gè)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(xué)變化。在特定的條件下，酵母菌細(xì)胞內(nèi)的這種變化在高速、有序地發(fā)生著。那么，這種反應(yīng)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xì)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(guān)鍵性的作用呢？ 學(xué)生活動(dòng)：小組討論。 生 在實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xì)胞內(nèi)的某種物質(zhì)有關(guān)，這種物質(zhì)的功能類似于唾液淀粉酶對(duì)淀粉水解的催化功能；而酵母菌的無細(xì)胞提取液也能使糖轉(zhuǎn)化為酒精與二氧化碳，是因?yàn)樘崛∫褐幸埠羞@類物質(zhì)。 推進(jìn)新課 　板　書： 二、酶與酶促反應(yīng) 師 要回答這些問題，我們需要學(xué)習(xí)酶的相關(guān)知識(shí)；而對(duì)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(xué)習(xí)、去理解。我們先可以進(jìn)行這樣一組實(shí)驗(yàn)。 教師布置學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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(shí)驗(yàn)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(lán)色？A試管為“++”、B試管為“+”說明了什么？ 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生小組討論，也可利用實(shí)驗(yàn)桌上的實(shí)驗(yàn)器材重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。 學(xué)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(shí)驗(yàn)中設(shè)置A試管的作用？實(shí)驗(yàn)中37 ℃水浴的目的是什么？ 生 設(shè)置A試管是對(duì)照作用；37 ℃水浴的目的是提供反應(yīng)適宜的溫度。 師 請(qǐng)你嘗試分析你所觀察到的實(shí)驗(yàn)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(lán)色是因?yàn)槠渲羞€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(duì)少，所以A試管為“++”、B試管為“+”。 師 假如我們?cè)谄渌麠l件不變的情況下，對(duì)B試管進(jìn)行酒精燈加熱處理，再觀察其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，會(huì)如何？為什么？說明了什么？ 學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)教師提示，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 學(xué)生小組討論后回答：發(fā)現(xiàn)B試管的顏色變化相對(duì)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?cè)谄渌麠l件不變的情況下，對(duì)C試管進(jìn)行酒精燈加熱處理，再觀察其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，會(huì)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(duì)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(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)來看，這種物質(zhì)在催化淀粉水解中有何異同？ 學(xué)生活動(dòng)，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(xué)反應(yīng)的活化能，改變了化學(xué)速率，當(dāng)然，其作用不能改變化學(xué)平衡。 生乙 在初中生物學(xué)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(gè)實(shí)驗(yàn)來看，我們可以認(rèn)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(jī)催化劑，一定的加熱會(huì)有影響，但是，加熱會(huì)促進(jìn)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(xué)們的推測(cè)相當(dāng)準(zhǔn)確。生物體內(nèi)，每時(shí)每刻都在進(jìn)行著許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生物體內(nèi)這些化學(xué)反應(yīng)，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(jìn)行，這都與生物體內(nèi)的催化劑——酶的作用有關(guān)。酵母菌細(xì)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(xì)胞內(nèi)存在的相應(yīng)酶的催化有關(guān)；C試管中的淀粉水解，與唾液中的水解淀粉的酶有關(guān)。那么什么是酶呢？ 課件展示： （1）1783年，意大利科學(xué)家斯巴蘭讓尼設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：為了研究消化液對(duì)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(jìn)籠子。一段時(shí)間以后,他將小籠取出，發(fā)現(xiàn)肉塊消失了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了胃具有化學(xué)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(jì)30年代以來,科學(xué)家相繼提取出多種酶的蛋白質(zhì)結(jié)晶，這一事實(shí)說明酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)。 （4）20世紀(jì)80年代，科學(xué)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(kuò)展。 師 在化學(xué)課程中，同學(xué)們也學(xué)習(xí)過有關(guān)催化劑的知識(shí)，那么一般的催化劑都有哪些性質(zhì)呢？通過對(duì)上述材料的閱讀，你能談?wù)剬?duì)酶的認(rèn)識(shí)嗎？ 學(xué)生小組討論，小組成員各自寫出一個(gè)自己對(duì)于酶的理解后，小組共同協(xié)商提出一個(gè)受到大多數(shù)成員認(rèn)同的觀點(diǎn)，進(jìn)行班級(jí)交流： （1）化學(xué)催化劑具有用量少而催化效率高、反應(yīng)前后不發(fā)生變化、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)迅速進(jìn)行等性質(zhì)。通常的化學(xué)催化劑發(fā)生催化作用時(shí)，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(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，是一批堅(jiān)持不懈、百折不撓的科學(xué)家不斷探索的結(jié)果。成功屬于不畏艱苦的人。 （3）酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的，可以在細(xì)胞內(nèi)起到催化作用，也可以在活細(xì)胞外發(fā)揮作用，如唾液淀粉酶以及酵母菌無細(xì)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(xué)成分是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶的成分是RNA。 （5）酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化活性的一類有機(jī)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(xué)生活動(dòng)：學(xué)生閱讀書本邊做邊學(xué)，根據(jù)課本及圖43中所要求的實(shí)驗(yàn)操作步驟，完成實(shí)驗(yàn)一，思考實(shí)驗(yàn)后討論提出的問題。 師 H2O2在室溫情況下，會(huì)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(cè)定H2O2的分解速率，我們一般測(cè)定O2的生成速率，其原因是O2微溶于水，因而只要測(cè)定單位時(shí)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(fù)燃及燃燒劇烈程度來粗略表示H2O2的分解速率。 學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)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(fù)燃。 師 實(shí)驗(yàn)中采用新鮮酵母菌的提取液的主要原因是什么？用放置時(shí)間較長的提取液可以嗎？為什么？ 生 實(shí)驗(yàn)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(shí)間較長的提取液是不可以的；這可能因?yàn)镠2O2酶放置在試管中的時(shí)間太長，會(huì)失去催化活性。 師 你們?cè)谏钪惺侨绾蝸肀２厣锏哪?？是否可以用類似的方法來處理提取液，從而延長保藏時(shí)間呢？ 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)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(shí)驗(yàn)中另一試管加入蒸餾水的目的是什么？ 生 起到了實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組的作用。 師 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明了什么？ 生 實(shí)驗(yàn)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(fù)上述實(shí)驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？ 學(xué)生活動(dòng)：按照教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，完成實(shí)驗(yàn)步驟，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析。 學(xué)生討論后交流：實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？ 生 這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)缺乏單一變量因子的控制。因而實(shí)驗(yàn)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(xué)知識(shí)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(xué)生活動(dòng)：學(xué)生根據(jù)教師的提示，選擇合理的實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后交流：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fù)燃。 師 這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以說明什么？ 生 酶作為生物催化劑，其催化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于催化同一化學(xué)反應(yīng)的無機(jī)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 師 酶催化反應(yīng)的速度比一般的無機(jī)催化劑高106～107倍，有的酶催化反應(yīng)速度極快，如碳酸酐酶催化二氧化碳與水合成碳酸的反應(yīng)是已知最快的酶催化反應(yīng)之一。每一個(gè)酶分子在1秒鐘內(nèi)可以使105個(gè)二氧化碳分子發(fā)生水合反應(yīng)，因而酶的催化具有高效性。 師 從化學(xué)知識(shí)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(yīng)，還可以催化苯和液溴的反應(yīng)。那么，唾液淀粉酶是否也具有這樣的特性呢？ 學(xué)生活動(dòng)：自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)二文本，著重通過對(duì)課本中表格的閱讀，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)操作步驟的掌握，按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)操作，收集實(shí)驗(yàn)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(xué)建議：建議教師引導(dǎo)學(xué)生回憶麥芽糖、淀粉的鑒定實(shí)驗(yàn)） 學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)中，1號(hào)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(hào)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(qǐng)你對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析？ 生甲 1號(hào)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(shí)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(hào)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(gè)實(shí)驗(yàn)說明酶具有什么特性？這個(gè)實(shí)驗(yàn)中淀粉酶只能催化淀粉水解嗎？實(shí)驗(yàn)中能否將斐林試劑換成碘液？實(shí)驗(yàn)中蔗糖放置時(shí)間太長對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？ 生甲 可以說明酶的專一性。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中淀粉酶只催化淀粉水解。 生乙 實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的甄別。 生丙 放置時(shí)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(shí)驗(yàn)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(xué)反應(yīng)。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(shè)計(jì) 二、酶與酶促反應(yīng) 1.酶的命名及化學(xué)本質(zhì) 2.酶的特性 （1）酶具有高效性 （2）酶具有專一性