高中生物《ATP和酶》酶的特性-教案4-苏教版必修1.doc

《ATP和酶》第2课时　酶的特性

教学过程
（提示：本节课建议安排在实验室；教师可以在每个实验桌上预先准备3.5%的FeCl3溶液，20%的新鲜猪肝提取液，马铃薯的组织提取液,火柴、卫生香、试管组等实验材料）
导入新课
课件展示：
（1）巴斯德是一位伟大的微生物学家，是微生物学的奠基人。他对酵母菌在酒精发酵中的作用的机理研究、乳酸发酵的微生物学原理的研究以及澄清生物的自然发生等方面作出了卓越的贡献。
（2）1854年9月，法国教育部委任巴斯德为里尔工学院院长兼化学系主任，在那里，他对酒精工业发生了兴趣，而制作酒精的一道重要工序就是发酵。当时里尔一家酒精制造工厂遇到技术问题，请求巴斯德帮助研究发酵过程，巴斯德深入工厂考察，把各种甜菜根汁和发酵中的液体带回实验室观察。经过多次实验，他发现，发酵液里有一种比酵母菌小得多的球状小体，它长大后就是酵母菌。巴斯德继续研究，弄清发酵时所产生的酒精和二氧化碳气体都是酵母菌使糖分解得来的。
当时大家普遍相信酒精是由糖发生化学变化而产生，并没有生物参与，而巴斯德的研究结果显现发酵需有酵母菌的存在才得以进行。此理论深深地震撼当时的社会，也引起许多人士的质疑，经巴斯德不断地探究、推导，终于向世人证明他的理论是正确的。
（3）1897年德国学者毕希纳发现酵母菌的无细胞提取液能与酵母一样具有发酵糖液产生乙醇的作用。

师
当你对上述材料阅读以后，思考以下几个问题，假如不成熟，可以与你的伙伴讨论，假如你觉得你的想法不错，不妨与你的伙伴分享：
①你觉得巴斯德在研究酒精发酵中，获得成功的原因有哪些？
②酵母菌发酵，将糖转化为酒精和二氧化碳；酵母菌的无细胞提取液能与酵母一样具有发酵糖液产生乙醇的作用。那么，毕希纳的发现是否说明没有酵母菌的作用，酒精发酵仍旧可以发生呢？假如答案是否定的，那么，发酵过程中的糖具有怎样的作用？酒精和二氧化碳是如何产生的呢？
生甲
巴斯德成功的原因是他坚持不懈的努力与细心的观察。
生乙
巴斯德成功的原因是他有比较科学的研究方法；还有，他具有比较好的化学知识背景；还有，他不迷信、不盲从。

生丙
从信息材料中我们可以看出，似乎酒精发酵不是一种生命特有的现象。但是，若没有酵母菌的无细胞提取液，仍旧不能使糖液发酵产生乙醇，因此，通常情况下的酒精发酵仍旧离不开酵母菌的作用。
生丁
糖是酵母菌发酵的一种原料；酒精和二氧化碳是由糖经过一系列的反应转化而来的。
师
我们通过讨论，似乎可以得出这样一个意见，将糖转化为酒精和二氧化碳，是一种生物体内的化学变化。在特定的条件下，酵母菌细胞内的这种变化在高速、有序地发生着。那么，这种反应在化学实验室里是否容易发生呢？假如答案是否定的话，为什么在酵母菌细胞内容易发生这种转变？是什么物质在这一过程中起了关键性的作用呢？
学生活动：小组讨论。
生
在实验室中一般不容易将糖转化成为酒精与二氧化碳；在酵母菌细胞内，能快速、有序地将糖转化成为酒精与二氧化碳，可能与酵母菌细胞内的某种物质有关，这种物质的功能类似于唾液淀粉酶对淀粉水解的催化功能；而酵母菌的无细胞提取液也能使糖转化为酒精与二氧化碳，是因为提取液中也含有这类物质。
推进新课

　板　书：
二、酶与酶促反应

师
要回答这些问题，我们需要学习酶的相关知识；而对于此类问题更多的理解，则需要我们通过多种途径与方法去学习、去理解。我们先可以进行这样一组实验。
教师布置学生实验，实验步骤如下：
（1）取A、B、C两支试管，各加入2 mL的可溶性淀粉溶液。
（2向A、B、C三支试管各加入2 mL的蒸馏水、质量分数为0.1%的稀硫酸、稀释的唾液,37 ℃水浴2分钟。
（3）向上述三支试管中加入3滴碘液，观察其颜色变化，以“+”的多少表示碘液遇淀粉后颜色变化的深浅。
师
说出你所观察到的实验现象。
生
在C试管内为何加入碘液后不变色？而在A、B两支试管内为何加入碘液后显蓝色？A试管为“++”、B试管为“+”说明了什么？
学生活动：学生小组讨论，也可利用实验桌上的实验器材重复上述实验。
学生小组讨论，小组代表回答，记录数据如下：A试管为“++”、B试管为“+”、C试管为“-”。
师
实验中设置A试管的作用？实验中37 ℃水浴的目的是什么
生
设置A试管是对照作用；37 ℃水浴的目的是提供反应适宜的温度。
师
请你尝试分析你所观察到的实验现象。
生
C试管内加入碘液后不变色的原因是C试管内的淀粉全部被水解了；而A、B两支试管内加入碘液后显蓝色是因为其中还有淀粉，且A试管中剩余的淀粉多，B试管中剩余的淀粉相对少，所以A试管为“++”、B试管为“+”。
师
假如我们在其他条件不变的情况下，对B试管进行酒精灯加热处理，再观察其实验结果，会如何？为什么？说明了什么？
学生活动：根据教师提示，进行实验操作，并收集实验数据。
学生小组讨论后回答：发现B试管的颜色变化相对于没有加热前的变化不明显。说明，加热以后淀粉被水解的量更多，剩余的淀粉更少。说明了在H+存在的条件下，加热有利于淀粉的水解。
师
假如我们在其他条件不变的情况下，对C试管进行酒精灯加热处理，再观察其实验结果，会如何？为什么？说明了什么？
生
发现C试管的颜色变化相对于没有加热前的变化要明显。说明，加热以后淀粉被水解的量变少，剩余的淀粉多。说明了在唾液存在的条件下，加热抑制了淀粉的水解。
师
你已有的知识是否能告诉你，B试管中的H+在淀粉水解中扮演怎样的角色？具有怎样的作用？C试管中的唾液能促使淀粉水解，究竟是唾液中的什么物质？从我们这个实验来看，这种物质在催化淀粉水解中有何异同？
学生活动，讨论并回答问题：
生甲
H+在淀粉水解中是一种催化剂，起到了降低化学反应的活化能，改变了化学速率，当然，其作用不能改变化学平衡。
生乙
在初中生物学中，我们知道了是唾液中的唾液淀粉酶催化了淀粉的水解。
生丙
从这个实验来看，我们可以认为，唾液淀粉酶与H+一样能够催化淀粉水解，二者都起到了催化剂的作用；这说明H+是一种无机催化剂，一定的加热会有影响，但是，加热会促进H+的催化作用，而使唾液淀粉酶的催化能力下降。

　板　书：
（一）酶的定义

师
同学们的推测相当准确。生物体内，每时每刻都在进行着许多复杂的化学反应，生物体内这些化学反应，在生物体内温和的条件（常温、常压）下、迅速而有规律地进行，这都与生物体内的催化剂——酶的作用有关。酵母菌细胞内，能快速、有序地将糖转化成为酒精与二氧化碳，就与酵母菌细胞内存在的相应酶的催化有关；C试管中的淀粉水解，与唾液中的水解淀粉的酶有关。那么什么是酶呢？
课件展示：
（1）1783年，意大利科学家斯巴兰让尼设计了一个巧妙的实验：为了研究消化液对于消化的作用,他将肉块放在小巧的金属笼子内，然后让鹰吞入笼子,这样肉块的消化可以不受胃的物理性消化作用的影响,而胃液可以流进笼子。一段时间以后,他将小笼取出，发现肉块消失了。这个实验说明了胃具有化学性消化作用。
（2）1836年，施旺从胃液中提取了消化蛋白质的物质，从而揭开了胃的消化之谜。
（3）20世纪30年代以来,科学家相继提取出多种酶的蛋白质结晶，这一事实说明酶的本质是蛋白质。
（4）20世纪80年代，科学家又发现少数RNA也具有生物催化作用，这一发现使酶的概念又一次得到了扩展。
师
在化学课程中，同学们也学习过有关催化剂的知识，那么一般的催化剂都有哪些性质呢？通过对上述材料的阅读，你能谈谈对酶的认识吗？
学生小组讨论，小组成员各自写出一个自己对于酶的理解后，小组共同协商提出一个受到大多数成员认同的观点，进行班级交流：
（1）化学催化剂具有用量少而催化效率高、反应前后不发生变化、促进化学反应迅速进行等性质。通常的化学催化剂发生催化作用时，往往需要极端条件，如高温、高压等，而酶的催化却往往在温和条件（常温、常压和接近中性的条件）下发生作用。
（2）酶的发现与其本质的认识是一个不断发展的过程，是一批坚持不懈、百折不挠的科学家不断探索的结果。成功属于不畏艰苦的人。
（3）酶是活细胞产生的，可以在细胞内起到催化作用，也可以在活细胞外发挥作用，如唾液淀粉酶以及酵母菌无细胞提取液中的酶。酶是一种催化剂，并且它是一种生物催化剂。
（4）大多数酶的化学成分是蛋白质，少数酶的成分是RNA。
（5）酶是活细胞产生的具有催化活性的一类有机物，绝大多数的酶是蛋白质，一小部分的酶是RNA。
师
酶作为生物催化剂，除了具有上述一般催化剂的性质外，还具有哪些特征呢？

　板　书：
二）酶的特性

学生活动：学生阅读书本边做边学，根据课本及图43中所要求的实验操作步骤，完成实验一，思考实验后讨论提出的问题。
师
H2O2在室温情况下，会自然分解成了H2O、O2，但是其分解速率很慢，不易被观察到。假如要测定H2O2的分解速率，我们一般测定O2的生成速率，其原因是O2微溶于水，因而只要测定单位时间O2的生成量即可；我们也可以通过观察容器中气泡的大小与逸出速度来简单表示H2O2的分解速率；另外，由于O2的助燃性，我们也可以用带火星的卫生香插入试管观察其是否复燃及燃烧剧烈程度来粗略表示H2O2的分解速率。
学生汇报实验现象：实验中，加入新鲜酵母菌的提取液的试管中气泡大气泡逸出速度快，插入的卫生香燃烧剧烈；而加入蒸馏水的试管中气泡小，气泡逸出速度慢，几乎不易被观察到，插入的卫生香不能复燃。
师
实验中采用新鲜酵母菌的提取液的主要原因是什么？用放置时间较长的提取液可以吗？为什么？
生
实验中采用新鲜酵母菌的提取液的主要原因是在其中含有催化H2O2分解的生物活性物质——H2O2酶；用放置时间较长的提取液是不可以的；这可能因为H2O2酶放置在试管中的时间太长，会失去催化活性。
师
你们在生活中是如何来保藏生物的呢？是否可以用类似的方法来处理提取液，从而延长保藏时间呢？
学生活动：学生思考，小组讨论。
生甲
我们可以把提取液放置在冰箱里保藏。
生乙
我们可以把H2O2酶制成酶的制剂，干燥以后低温保藏。
……
师
实验中另一试管加入蒸馏水的目的是什么？
生
起到了实验的对照组的作用。
师
实验的结果说明了什么？
生
实验的结果说明了新鲜的酵母菌的提取液中含有H2O2酶，H2O2酶能催化H2O2分解。
师
假如我们把新鲜的酵母菌的提取液稀释10倍，再重复上述实验，会发现怎样的实验现象？
学生活动：按照教师实验指导，完成实验步骤，收集实验数据并分析。
学生讨论后交流：实验中加入稀释10倍以后新鲜的酵母菌的提取液的试管中气泡依旧很大，气泡逸出仍旧很快，插入的卫生香燃烧剧烈。
师
这个实验说明了什么？
生
这个实验直接说明了新鲜的酵母菌的提取液H2O2酶在被稀释10倍以后，依然具有很高的催化H2O2分解的能力，间接说明了酶具有高效性。
师
书本实验一是否可以说明H2O2酶催化H2O2分解具有高效性呢？
生
从本质来看，并不能说明H2O2酶催化H2O2分解具有高效性。因为实验缺乏单一变量因子的控制。因而实验只能说明H2O2酶能催化H2O2分解，而不能说明H2O2酶催化H2O2分解具有高效性。
师
从我们的化学知识可以知道，Fe3+可以催化H2O2分解，那么，H2O2酶、Fe3+两者共同催化H2O2分解，谁的催化效率更高？
学生活动：学生根据教师的提示，选择合理的实验器材，进行实验，并对实验数据分析。
学生对实验数据分析后交流：实验中加入新鲜的酵母菌的提取液的试管中气泡很大，气泡逸出很快，插入的卫生香燃烧剧烈；而实验中加入Fe3+的试管中气泡小，气泡逸出速度慢，插入的卫生香通常不能复燃。
师
这个实验可以说明什么？
生
酶作为生物催化剂，其催化效率远远高于催化同一化学反应的无机催化剂。
师
我们还可以用猪肝提取液、马铃薯的组织提取液等生物材料进行实验。
师
酶催化反应的速度比一般的无机催化剂高106～107倍，有的酶催化反应速度极快，如碳酸酐酶催化二氧化碳与水合成碳酸的反应是已知最快的酶催化反应之一。每一个酶分子在1秒钟内可以使105个二氧化碳分子发生水合反应，因而酶的催化具有高效性。
师
从化学知识我们可以得知，MnO2不仅可以催化KClO3的分解，还可以催化H2O2分解；铁粉不仅可以催化合成氨的反应，还可以催化苯和液溴的反应。那么，唾液淀粉酶是否也具有这样的特性呢？
学生活动：自主学习实验二文本，着重通过对课本中表格的阅读，完成对实验操作步骤的掌握，按照实验步骤完成实验操作，收集实验数据，结合讨论中列出的问题思考，与他人交换意见。
（教学建议：建议教师引导学生回忆麦芽糖、淀粉的鉴定实验）
学生汇报实验现象：实验中，1号试管内加入斐林试剂，水浴加热后出现了砖红色沉淀；2号试管内加入斐林试剂，水浴加热后没有出现颜色变化。
师
请你对实验现象进行分析？
生甲
1号试管内加入斐林试剂，水浴加热后出现了砖红色沉淀，说明其中含有可溶性的还原糖；淀粉不具有还原性，因而可以推断淀粉被水解后产生了一种新物质。根据我们已有的知识可以推断，这种物质是麦芽糖，说明了淀粉被唾液中的淀粉酶水解了。
生乙
2号试管内加入斐林试剂，水浴加热后不出现砖红色沉淀。说明其中不含有可溶性的还原糖；蔗糖不具有还原性，但蔗糖水解产生的葡萄糖与果糖具有还原性。由此可推断，溶液中的蔗糖并未被水解。说明淀粉酶不能水解蔗糖。
师
这个实验说明酶具有什么特性？这个实验中淀粉酶只能催化淀粉水解吗？实验中能否将斐林试剂换成碘液？实验中蔗糖放置时间太长对实验结果有何影响？
生甲
可以说明酶的专一性。在这个实验中淀粉酶只催化淀粉水解。
生乙
实验中不能将斐林试剂换成碘液。若换成碘液，则淀粉在淀粉酶的作用下完全水解后形成麦芽糖，遇碘液不变色，而蔗糖遇碘液亦不变色，导致无法进行实验结果的甄别。
生丙
放置时间太长后，蔗糖水解产生的葡萄糖与果糖遇到斐林试剂、水浴加热后也出现了砖红色沉淀，影响实验结果。
课堂小结
酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应。如蛋白酶只能催化蛋白质水解；麦芽糖酶只能催化麦芽糖的水解，不能催化蔗糖水解；而肽酶可以催化不同种氨基酸组成的二肽的水解。

板书设计
二、酶与酶促反应
1.酶的命名及化学本质
2.酶的特性
（1）酶具有高效性
（2）酶具有专一性
7