細胞的能量供應和利用教案

細胞的能量供應和利用教案

第1節 降低化學反應活化能的酶

一、 目標

1.說明酶在細胞代謝中的作用、本質和特性。

2.透過閱讀分析“關於酶本質的探索”的資料，認同科學是在不斷的探索和爭論中前進的。

3.進行有關的實驗和探究，學會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設定對照組和重複實驗。

二、 重點和難點

1.教學重點

酶的作用、本質和特性。

2.教學難點

（1）酶降低化學反應活化能的原理。

（2）控制變量的科學方法。

三、教學方法

實驗演示法、探究法、講授法

四、課時安排

2

五、教學過程

〖複習及板書

1. 消化：在消化道內將食物分解成可以吸收的成分的過程，叫做～～。

2.物理消化：透過牙齒的咀嚼、舌的攪拌和胃的蠕動，將食物磨碎、攪拌並與消化液混合，這叫～～。

3.化學消化：透過各種消化液、消化酶的作用，使食物中各種成分分解爲可吸收的營養物質，這叫～～。

〖引入以“問題探討”引入，學生思考討論回答，教師提示。

〖提示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.是胃內的化學物質將肉塊分解了。

3.收集胃內的化學物質，看看這些物質在體外是否也能將肉塊分解。

〖問題以“本節聚焦”再次引起學生的思考，注意。

〖板書一、酶的作用和本質

細胞代謝：細胞每時每刻都進行着許多化學反應。

㈠酶在細胞代謝中的作用

〖演示實驗比較過氧化氫在不同條件下的分解。教師邊做邊讓學生完成 “討論”。

〖提示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。

質量分數爲20%的新鮮肝臟研磨液1滴質量分數爲3.5%的

氯化鐵溶液1滴

生物催化劑：過氧化氫酶所含酶的相對數量：1無機催化劑：Fe3+

Fe3+的相對數量：25萬

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着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，所以說酶對於細胞內化學反應的順利進行至關重要。

〖板書活化能：分子從常態轉變爲容易發生化學反應的活躍狀態所需要的能量。

〖講述

在20 ℃測得的過氧化氫分解的活化能

條件活化能/kJ?mol-1

沒有催化劑催化

用膠態鉑催化

用過氧化氫酶催化75

54

29

催化效率：同無機催化劑相比，酶降低活化能的作用更顯著，效率更高。

〖板書㈡酶的本質

〖資料分析學生閱讀分析討論回答，教師提示。

〖提示1.巴斯德認爲發酵與活細胞有關是合理的，但是認爲發酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用是不正確的；李比希認爲引起發酵的是細胞中的某些物質是合理的，但是認爲這些物質只有在酵母細胞死亡並裂解後才能發揮作用是不正確的。

2.提示：巴斯德是微生物學家，特別強調生物體或細胞的作用；李比希是化學家，傾向於從化學的角度考慮問題。他們的爭論促使後人把對酶的研究的目標集中在他們爭論的'焦點上，使科學研究更加有的放矢。

3.畢希納的實驗說明，酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎後繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。

4.薩姆納歷時9年用正確的科學方法，堅持不懈、百折不撓的科學精神，將酶提純出來。成功屬於不畏艱苦的人。

5.酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質，少數是RNA等。

〖小結略。

〖作業練習一二。

〖提示基礎題

1.巴斯德：發酵與活細胞有關，發酵是整個細胞而不是細胞中的某些物質在起作用。

李比希：引起發酵的是細胞中的某些物質，但是這些物質只有在酵母細胞死亡並裂解後才能發揮作用。

畢希納：酵母細胞中的某些物質能夠在酵母細胞破碎後繼續起催化作用，就像在活酵母細胞中一樣。

薩姆納：酶是蛋白質。

2.（1）細胞內每時每刻都在進行着成千上萬種化學反應，這些化學反應需要高效率地進行，酶的催化效率比無機催化劑高得多。

（2）細胞內的化學反應需要在常溫、常壓、酸鹼度適中等溫和條件下進行，無機催化劑常常需要輔助以高溫、高壓、強酸、強鹼等劇烈條件纔能有較高的催化效率。

3.D。

拓展題

1.可用第2章中學過的鑑定蛋白質的方法。在薩姆納之前，之所以很難鑑定酶的本質，主要是因爲細胞中酶的提取和純化非常困難。

2.（1）如四膜蟲的rRNA前體具有催化活性。（2）目前已有發現具催化活性的DNA的報道。

二、酶的特性

酶是活細胞產生的具有催化作用的有機物，其中絕大多數酶是蛋白質，少數是RNA等。

〖問題以“本節聚焦”發問，引起學生的思考和注意。

〖講述酶催化作用的特點

生物體內的各種化學反應，幾乎都是由酶催化的。酶所催化的反應叫酶促反應。酶促反應中被酶作用的物質叫做底物。經反應生成的物質叫做產物。酶作爲生物催化劑，與一般催化劑有相同之處，也有其自身的特點。

相同點：

（1）改變化學反應速率，本身不被消耗；

（2） 只能催化熱力學允許進行的反應；

（3） 加快化學反應速率，縮短達到平衡時間，但不改變平衡點；

（4）降低活化能，使速率加快。

不同點：

（1）高效性，指催化效率很高，使得反應速率很快；

（2）專一性，任何一種酶只作用於一種或幾種相關的化合物，這就是酶對底物的專一性；

（3）多樣性，指生物體內具有種類繁多的酶；

（4）易變性，由於大多數酶是蛋白質，因而會被高溫、強酸、強鹼等破壞；

（5）反應條件的溫和性，酶促反應在常溫、常壓、生理pH條件下進行；

（6）酶的催化活性受到調節、控制；

（7）有些酶的催化活性與輔因子有關。

〖板書

㈠酶具有高效性

㈡酶具有專一性

㈢酶的作用條件較溫和（〖探究影響酶活性的條件，教師做實驗，學生邊觀察便得出酶的作用條件。）

酶的催化活性的強弱以單位時間（每分）內底物減少量或產物生成量來表示。

〖講述影響酶作用的因素

酶的催化活性的強弱以單位時間（每分）內底物減少量或產物生成量來表示。研究某一因素對酶促反應速率的影響時，應在保持其他因素不變的情況下，單獨改變研究的因素。

影響酶促反應的因素常有：酶的濃度、底物濃度、pH值、溫度、抑制劑、激活劑等。其變化規律有以下特點。

（1）酶濃度對酶促反應的影響在底物足夠，其他條件固定的條件下，反應系統中不含有抑制酶活性的物質及其他不利於酶發揮作用的因素時，酶促反應的速率與酶濃度成正比。

（2）底物濃度對酶促反應的影響在底物濃度較低時，反應速率隨底物濃度增加而加快，反應速率與底物濃度近乎成正比；在底物濃度較高時，底物濃度增加，反應速率也隨之加快，但不顯著；當底物濃度很大，且達到一定限度時，反應速率就達到一個最大值，此時即使再增加底物濃度，反應速率幾乎不再改變。

（3）pH對酶促反應的影響每一種酶只能在一定限度的pH範圍內才表現活性，超過這個範圍酶就會失去活性。在一定條件下，每一種酶在某一個pH時活力最大，這個pH稱爲這種酶的最適pH。

（4）溫度對酶促反應的影響酶促反應在一定溫度範圍內反應速率隨溫度的升高而加快；但當溫度升高到一定限度時，酶促反應速率不僅不再加快反而隨着溫度的升高而下降。在一定條件下，每一種酶在某一溫度時活力最大，這個溫度稱爲這種酶的最適溫度。

（5）激活劑對酶促反應的影響激活劑可以提高酶活性，但不是酶活性所必需的。激活劑大致分兩類：無機離子和小分子化合物。

（6）抑制劑對酶促反應的影響抑制劑使酶活性下降，但不使酶變性。抑制劑作用機制分兩種：可逆的抑制作用和不可逆的抑制作用。

〖小結

㈠酶具有高效性

㈡酶具有專一性

㈢酶的作用條件較溫和

〖作業練習一二。

〖提示基礎題

1.B。 2.B。

3.這個模型中A代表某類酶，B代表反應底物，C和D代表反應產物。這個模型的含義是：酶A與底物B專一性結合，催化反應的發生，產生了產物C和D。這個模型揭示了酶的專一性。

拓展題

1.（1）A點：隨着反應底物濃度的增加，反應速率加快。B點：反應速率在此時達到最高。C點：反應速率不再隨反應底物濃度的增加而升高，維持在相對穩定的水平。

（2）如果A點時溫度升高10 ℃，曲線上升的幅度變小。因爲圖中原曲線表示在最適溫度下催化速率隨底物濃度的變化。溫度高於或低於最適溫度，反應速率都會變慢。