高一生物《必修1第5章第1节降低化学反应活化能的酶》

第1页共9页第5章细胞的能量供应和利用第一节降低化学反应活化能的酶教学目标：知识目标：说明酶在代谢中的作用、本质和特性；能力目标：通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的；进行有关的实验和探索，按所设计的实验方案和步骤，正确完成相关的实验操作；学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验(Ⅱ)；情感目标：评价自己的实验结果，参与交流，听取别人的正确意见，维护或修改自己的方案和意见；过程与方法：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、直观的图解和文字说明，让学生明确催化剂可降低化学反应的活化能；教学重点：酶的作用、本质和特性；教学难点：酶能够降低化学反应的活化能；控制变量的科学方法；解决方法：①利用教材上形象，直观的图解和文字说明，让学生明确催化剂可降低化学反应的活化能；②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。活化能这个名词在高中生物教材体系中是第一次出现，无论是学生还是教师对这个名词都很陌生。化学反应之所以能进行，就是达到反应所需的活化能。在酶的作用下，原来不能进行反应的物质发生了反应，是增加了反应物的自由能，还是降低了反应所需的活化能？通过实验和类比，必需要让学生理解。在过去几年的高考中，虽然出现了实验设计，但在教材中没有关于控制变量的内容，在本节教材介绍了控制变量的系列名词，但对刚刚接触高中生物实验的学生而言，不能说不是一个难点。教学准备：多媒体电子课件；课时安排：2课时；第1课时教学过程：一引入：教材P78问题探讨：问题1：鸟类的消化系统的组成？消化分为几类及其主要场所在哪里？问题探讨—PPT展示意大利科学家斯帕兰札尼的实验。问题2：这个实验要解决什么问题？问题3：是什么物质使肉块消失了？问题4：与外界的化学反应相比，生物体内的化学反应有什么特点？（条件温和、效率高）；问题5:在学习化学知识中，我们为了让一些化学反应更容易地进行，会使用催化剂，那无机物催化剂和生物体内的催化剂在反应条件上，效率上有什么区别呢？在化学课上，我们知道，有些化学反应容易进行，有些化学反应需要添加某种物质之后并且可能需要第2页共9页在特定的环境中才能进行。这种能够促进化学反应进行的物质，叫催化剂。细胞中的化学反应比起同学们在化学课上所学的反应要复杂得多，而且有些反应在细胞外，单纯用无机化学的手段是无法进行的，而在细胞内却可以快速地顺利地进行。这是为什么呢？（教师注意引导分析，答对的要肯定、鼓励、赞扬；答错的也要保护学生的积极性。）对于生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞物质需要不断的合成和分解，不断地处于自我更新的状态，这种自我更新完全依赖于细胞内的发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随能量变化。二细胞代谢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，即细胞代谢。而细胞代谢应该有适合的生物催化剂——酶。引导学生产生疑问：酶在细胞代谢中起了什么作用？究竟是怎样起作用的呢？三酶在细胞代谢中的作用─“比较过氧化氢在不同条件下的分解”指导学生阅读，设计实验观察表格，分组完成实验。（也可用动画演示代替。）附（参考表格）：操作现象讨论结论1号试管常温2号试管90℃水浴3号试管滴加2滴FeCl34号试管滴加2滴肝脏研磨液控制变量：讲解教材P79相关内容，让学生了解实验设计的原则。讨论：指出“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中自变量、因变量、无关变量、对照组、实验组。问题1：自变量中FeCl3如果改成滴加8滴则实验结果如何?是否违背对照实验设计原则?问题2：自变量,无关变量能否发生转变?活化能：引导：试管2产生气泡较多是因为加热所致，加热使H2O2分子得到了能量，从常态转变为容易分解的活跃状态。我们把这种转变所需要的能量称为活化能。思考分析：问题1.汽油在常温下会不会自发地起火?为什么?(在高温下,少数汽油分子获得了一定的能量而被活化,才能发生氧化反应.)问题2.为什么铁和过氧化氢酶能提高过氧化氢的分解反应的速率呢？PPT展示教科书图5-1.问题1:在20℃测得的过氧化氢分解的活化能,从图中你能得出什么结论?条件没在催化剂催化用胶状铂催化用过氧化氢酶催化活化能/kJ·mol-1755429问题2:请将教科书图5-2在坐标中绘制出来.问题3:请在同一个坐标中绘制”无催化剂、无机催化剂、有酶催化三种条件下分解等质量H2O2曲线图”附：活化能：在一个化学反应体系中，反应开始时，反应物分子的平均能量水平较低，为“初态”。在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有了比初态更高一些的能量，高出的这一部分能量称为“活化第3页共9页能”。活化能的定义是，在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能，单位是焦／摩尔，单位符号是J/mol。四酶的本质：阅读“资料分析——关于酶本质的探索”，讨论材料之后的问题。完成教材P82课后练习题1。酶的化学本质除了具有催化活性的RNA之外几乎都是蛋白质。但是，不能说所有的蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才称为酶。五课堂练习：见幻灯。第2课时实验材料用具：质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液，新鲜的质量分数为20%的猪肝研磨液，质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，体积分数为3%的过氧化氢溶液，体积分数为5%的盐酸溶液，体积分数为5%的氢氧化钠溶液，热水，蒸馏水，冰块，碘液，斐林试剂，试管，量筒，小烧杯，大烧杯，滴管，试管夹，酒精灯，三脚架，石棉网，温度计，火柴。一酶具高效性：我们来看一个数据比较：质量分数为20%的新鲜肝脏研磨液：1滴质量分数为3.5%的氯化铁溶液：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：25万提问：通过Fe3+、H2O2酶催化H2O2分解速率比较的实验探究，同学们已经建构出酶具有什么特性？总结：酶的催化作用具有高效性。二酶具有专一性：探究活动1：酶具专一性。[教师活动]提问：假如将H2O2酶催化H2O2分解的实验作如下更改，实验结果又将如何呢？①更换酶──将猪肝研磨液换成淀粉酶。②更换底物──将H2O2换成淀粉液。并请1、2两大组的同学实验探究①，3、两大组的同学实验探究②。[学生活动]分组实验。[教师活动]观察学生实验，若学生有关实验操作不规范，如量取液体的方法不规范等，则予以纠正。同时启发：加底物的量为多少？加淀粉酶或猪肝研磨液的量为多少？如何检测淀粉是否分解？……用以指导学生的实验操作。待学生实验结束后，提问：探究的结果如何？[学生活动]1、2组“换成淀粉酶后不产生气泡”，3、4组“换成淀粉后变蓝色”。[教师活动]提问：由此得出的结论是什么？[学生活动]不同的酶不能催化同一底物反应，同一种酶不能催化不同底物反应。[教师活动]总结：即每一种酶只能催化一种或一类化学反应。这就是酶的专一性。三酶的作用条件较温和[教师活动]提问：有关酶的催化作用，除刚刚探究的受底物的种类和酶的种类的影响外，同学们还有哪些需要进一步探究的问题呢？并提出要求：以小组为单位相互讨论，将问题写在纸上，然后大家一起交流。[学生活动]相互讨论，罗列问题，并推代表交流问题。如：“会不会受温度的影响”？“会不会受pH的影第4页共9页响”？“会不会受底物浓度的影响”？“会不会受酶浓度的影响”？……[教师活动]从学生提出的众多问题中，选择“酶的催化作用会不会受pH和温度的影响”两大问题作为进一步探究的问题。探究活动2：pH对酶活性的影响。[教师活动]提问：“酶的催化作用会不会受pH的影响”的假设是什么？[学生活动]酶的催化作用受pH的影响。[教师活动]提出要求：请同桌的两位同学协作，设计以H2O2为底物的验证实验方案，待方案完成后，请自告奋勇投影展示，并对设计方案进行说明。[学生活动]协作设计验证实验方案。[教师活动]巡视指导，并通过如下问题引导学生：“本实验的自变量是什么”？“将要控制哪几种pH”？“应选择几支试管”？并即时交待“为了使酶处于过酸、过碱的环境下，建议HCl、NaOH的使用量为1mL”。“一支试管加HCl，一支试管加NaOH，那么还有一支试管如何处理，才能既为中性，又符合对照实验的等量原则”？“能否在没有控制pH之前将猪肝研磨液滴入H2O2中”？……待学生设计基本完成后，让一学生主动上前将设计方案投影展示并加以说明。[学生活动]投影展示设计方案，并作必要的说明。[教师活动]待学生展示、说明完毕后，提问全班学生对该同学的方案有无修正意见，若有，则请加入说明。若学生设计程序中出现“未调H2O2的pH就加入猪肝研磨液”，且没有学生能予以修正，教师则启发学生思考“在调pH之前，会不会发生反应”？从而纠正为先调H2O2的pH再滴加猪肝研磨液。通过全体师生共同点评，从中完善出如下的设计方案。取三支试管编号123分别加入H2O22mL2mL2mL分别加入1mL（摇匀）蒸馏水HClNaOH分别加入猪肝研磨液2滴2滴2滴实验结果实验结论[学生活动]进行实验。[教师活动]巡回观察学生实验，并对部分有困难的学生进行指导，如：分别量取2mLH2O2注入1、2、3三支试管，再量取1mLH2O注入1号试管摇匀，再量取1mLHCl注入2号试管摇匀，将量筒洗净，再量取1mLNaOH注入3号试管摇匀，最后向三支试管各滴入2滴猪肝研磨液摇匀，观察实验现象。待学生实验结束后，提问：实验探究的结果如何？[学生活动]1号试管产生大量气泡，2号试管无气泡产生，3号试管无气泡产生。[教师活动]由此得出的结论是什么？[学生活动]酶的催化作用受pH的影响。探究活动3：pH由过酸、过碱恢复到中性，酶的活性是否恢复？[教师活动]提出问题：处于过酸、过碱环境中的酶，在恢复到中性时，酶的活性是否能恢复呢？[学生活动]讨论回答：过酸或过碱环境下的酶恢复到中性，酶的活性能够恢复。[教师活动]提问：验证实验方案如何？[学生活动]讨论并回答。学生回答的方案可能有如下两种：①将1试管与3试管混合。②往2试管中加1mLNaOH，往3号试管中加1mLHCl。[教师活动]通过“这两种方案是否都可行呢？”的提问，引起学生展开热烈的讨论。若学生能达成共识最好，若学生争执不休，教师则用如下问题加以启发：①方案如能恢复，能否说明是过酸下恢复，还是过碱下恢复，还是两者都恢复？这样学生很自然地得出最佳方案。[学生活动]进行实验。[教师活动]提问：结果如何？[学生活动]没有气泡产生。第5页共9页[教师活动]由此探究可得出什么结论？[学生活动]处于过酸或过碱环境下的酶恢复到中性，酶的活性不能恢复。[教师活动]出示pH对酶影响的主体知识体系：酶的催化活性受pH的影响。过酸、过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶失去催化活性，且不能恢复。探究活动4：温度对酶活性的影响。[教师活动]出示“酶的催化作用会不会受温度的影响”的探究问题，并提问：假设是什么？[学生活动]酶的催化作用受温度的影响。[教师活动]请学生参照pH探究方案设计格式，以小组为单位，协作设计以60℃为最佳温度的验证实验方案，完毕后，请学生主动上前投影展示并加以说明。[学生活动]协作设计实验方案。[教师活动]巡视并通过如下问题进行引导：“能不能用H2O2作为底物”？“将控制几种温度”？“其中一组温度控制为60℃，其他两组温度应控制为多少℃”？“是在控制温度前将酶与底物混合，还是在控制温度后将酶与底物混合”？“为确保酶与底物混合后所控制的温度不发生变化，应如何控制温度”？“由此，应取的试管数和编号方法”？“混合以后要不要保温”？“用什么检测反应有没有进行”？……待学生设计完成后，让一学生主动投影展示设计方案并作说明。[学生活动]边投影展示设计方案边进行说明。[教师活动]待学生展示、说明完毕后，提问全班学生对该同学的方案有无修正意见，若有，则请加入说明。若学生设计程序中出现“未控制温度就将淀粉酶加入淀粉液中”和“没有分别控制淀粉酶、淀粉液的温度”，而其他学生又没有对此指出与修正，则启发学生思考“控制温度前