高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 5.1 降低化学反应活化能的酶教案 新人教版必修1

第5章 细胞的能量供应和利用5.1 降低化学反应活化能的酶一、教材分析“降低化学反应活化能的酶” 第1课时酶的作用，主要探讨酶在细胞代谢中的作用。该内容以第4章第3节物质的跨膜运输方式中的主动运输需要消耗能量以及初中生物学“消化”为基础。学习本节利于“细胞呼吸”、“光与光合作用”的学习；利于选修模块中有关酶的应用、微生物发酵、蛋白质提取和分离等知识的学习。在学生学习了细胞的化学组成、细胞的结构与功能的知识后，学习酶在细胞代谢中的作用，进一步密切了前后知识的内在联系。本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极佳素材。在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，妙用探究实验，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。第2课时酶的本质，主要探讨酶的发现过程和其化学本质。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，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的地位。酶的特性，主要探讨酶的专一性、高效性、温和性。新陈代谢之所以能在常温、常压、大多近中性环境下进行，就是因为酶的作用，而酶的特性有助于学生延伸对蛋白质功能和性质的理解，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、内环境稳态等重要生理活动有重要作用，同时在基因工程等现代生物科技专题模块和生物技术实践模块（发酵技术、酶的研究与应用等）的知识体系中的学习有重要作用。二、教学目标1、说明酶在细胞代谢中的作用、本质和特性。2、通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的。3、进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量变化，及设置对照组和重复实验。三、教学重点、难点及解决方法1、教学重点及解决方法教学重点酶的作用、本质和特性。解决方法利用学生对无机催化剂的知识基础切入，引入酶的学习。通过实验、资料分析得出酶的本质和三大特性。2、教学难点及解决方法教学难点酶降低化学反应活化能的原理。 控制变量的科学方法。解决方法通过比较过氧化氢在不同条件下的分解实验，感悟酶作为催化剂特点，及控制变量的方法。利用教材上形象，直观的图解和文学说明，让学生明确催化剂可降低化学反应的活化能。四、课时安排3课时五、教学方法直观教学、讲解、启发、实验法。 教具准备：课件、绘图等。六、学生活动指导学生阅读教材，找出需了解的知识点，细胞代谢的定义，酶的本质，酶的特性等。完成教材中的实验。七、教学程序第1课时问题探讨介绍教材P78斯帕兰扎尼的实验，讨论下列问题：这个实验要解决什么问题？ 是什么物质使肉块消失了？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：化学反应中无机催化剂的概念？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。一、酶在细胞代谢中的作用。实验比较过氧化氢在不同条件下的分解。1、实验原理：2H2O22H2OO2 2H2O22H2OO22、实验步骤及现象试管号3%的过氧化氢溶液控制变量点燃的卫生香检测实验处理气泡多少12mL22 mL90左右水浴加热很少32 mL滴加3.5%FeCl3溶液2滴较多燃烧但不猛烈42 mL滴加20%肝脏研磨液2滴很多燃烧猛烈3、讨论见教材P79。这个实验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，可否共用一个吸管？为什么？4、实验结论5、实验过程的理论分析在做该实验时让学生感悟酶作为催化剂的突出特点高效。20%的新鲜肝脏研磨液1滴3.5%的FeCl3溶液1滴生物催化剂：过氧化氢酶所含酶的相对数量：1无机催化剂：Fe3+Fe3+的相对数量：25万控制变量：讲解教材P79相关内容，让学生了解实验设计的原则。自变量因变量无关变量对照组实验组2号：90水浴加热3号：加入3.5% FeCl32滴4号：加入20%肝脏研磨液2滴H2O2分解速度用产生气泡的数目多少表示加入试剂的量；实验室的温度；FeCl3和肝脏研磨液的新鲜程度。1号试管2、3、4号试管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称为活化能。用无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。如H2O2的分解，20无催化剂时需活化能75kJ/mol ；用铂作催化剂时，只需活化能54kJ/mol；用H2O2酶时，活化能下降到29 kJ/mol以下。（结合教材P80图讲解）正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。二、总结细胞代谢离不开酶的原因。三、作业布置预习下节课所讲内容。四、析书设计第5章 细胞的能量供应和利用第1节 降低化学反应活化能的酶一、酶在细胞代谢中的作用1、细胞代谢：细胞内的全部化学反应。2、酶的作用：降低活化能更显著、催化效率更高。第2课时导言酶到到底是什么物质呢？19世纪以前，人们还不知道为何物。19世纪以后，随着对酿酒中发酵过程的深入研究，才逐渐揭开了酶的“面纱”。二、酶的本质资料分析教师设置下列问题，让学生带着问题去阅读教材P8182相关内容。1、巴斯德和李比希的观点分别是什么？2、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？3、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？4、巴斯德和李比希之间的争论被哪位科学家的研究成果平息了？5、简述毕希纳实验的过程？6、从毕希纳的实验可以得出什么结论？7、要证明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样还需要对实验如何改进？8、萨姆纳提取到了脲酶，他是如何证明它的化学成分的？9、萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要原因是什么？10、请给酶下一个较完整的定义？11、结合酶本质的探索历程谈谈你对马克思说的：“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”这句话的理解。学生讨论回答：二、总结 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。三、作业布置 教材P82练习四、板书设计二、酶的本质1、 酶本质的发现过程：巴斯德 李比希 毕希纳 萨姆纳 切赫奥特曼2、酶的本质：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。第3课时导言：酶作为催化剂，与无机催化剂相比有什么不同呢？通过教材P78实验，我们已经知道加肝脏研磨液的4号试管放出的O2远多于加FeCl3溶液的3号试管。从而说明了酶具有高效性。一、酶具有高效性酶的催化效率大约是无机催化剂的10171013倍（思考：这对细胞有什么意义？）二、酶具有专一性补充“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”实验。1、实验原理a.淀粉麦芽糖（非还原性糖）蔗糖葡萄糖果糖 还原性糖（非还原性糖）b.还原性糖斐林试剂砖红色氧化亚铜沉淀c.用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。2、实验步骤序号实验操作内容试管1试管21注入可溶性淀粉溶液2ml2注入蔗糖溶液2ml3注入淀粉酶溶液2ml2ml4将试管放在60水中5分钟5分钟5加入斐林试剂2ml2ml6放热水于大烧杯中加热煮沸1分钟1分钟7观察实验现象3、实验结论4、酶的专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应。三、酶的作用条件较温和探究影响酶活性的条件。1、实验原理淀粉麦芽糖和葡萄糖砖红色沉淀碘液 碘液紫蓝色复合物 不形成紫蓝色复合物2、 实验步骤序号实验操作内容试管1试管2试管3试管1试管2试管31注入可溶性淀粉溶液2ml2ml2ml2注入新鲜淀粉酶溶液1ml1ml1ml3放置温度6010006010004保温时间5分钟5分钟5分钟5分钟5分钟5分钟5混合试管1试管2试管36保温时间5分钟5分钟5分钟7滴碘液1滴1滴1滴8观察实验现象序号实验操作内容试管1试管2试管31注入等量的新鲜淀粉溶液1mL1 mL1 mL2注入等量的不同PH的溶液1 mL蒸馏水1 mL NaOH1 mL HCl3注入等量的可溶性淀粉溶液2 mL2 mL2 mL4放60热水中相等时间5分钟5分钟5分钟5加等量斐林试剂并摇匀2 mL2 mL2 mL6放热水中用酒精灯加热煮沸1分钟1分钟1分钟7观察实验现象3、实验结论4、分析教材组织学生讨论完成教材P84相关问题。教师结合教材P85相关图讲解。在一定温度范围内，酶活性随温度升高而增强，其中酶的活性最高时的温度，即为该种酶的最适温度。若超过最适温度，酶的活性逐渐下降，甚至丧失。（低温使酶的活性明显降低，但酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复。）每种酶只能在一定限度的PH范围内表现出活性，其中酶活性最强的PH即为该酶的最适PH。（过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活）四、总结 酶具有高效性、专一性，并且需要适宜的条件。五、作业布置 教材P86练习六、板书设计 酶具有高效性酶的特性酶具有专一性 酶的作用条件温和