高中生物 酶促反应及影响酶作用速率的因素 第3课时示范教案 苏教版

用心 爱心 专心1 第第 3 3 课时课时 酶促反应及影响酶作用速率的因素酶促反应及影响酶作用速率的因素 教学过程 导入新课 教师呈示情景 出示细胞亚显微结构图或让学生观察教材中的细胞图 然后由学生回 答线粒体 叶绿体 溶酶体与核糖体等细胞器的作用 并思考 为何相关的细胞代谢只能 在相应的细胞结构中完成或进行 推进新课 板 书 三 酶促反应与酶促反应过程 教师引导 1 根据我们前面所学的知识可以知道 细胞内所有的代谢反应都是在酶的催化下进 行的 细胞内各种结构的功能不同 其原因之一是它们的结构中所含酶的种类各异 2 如 线粒体是有氧呼吸的主要场所 是由于彻底氧化分解有机物的酶分布于此 核糖体中有合成蛋白质的酶存在使其成为合成蛋白质的场所 叶绿体内有催化光合作用的 酶系 3 细胞空间上酶分布的分隔性和酶的高效性 专一性 多样性 使错综复杂的代谢 反应既各自独立又相互协调统一 4 我们把这种由酶催化的化学反应称为酶促反应 师 那么酶促反应与一般的化学反应有何区别呢 学生活动 学生小组讨论 代表发言 生甲 酶促反应通常是在常温 常压 接近中性等温和条件下进行的 生乙 酶的催化效率很高 因而生物体内的酶促反应速率很快 生丙 酶促反应中酶的催化往往具有专一性 即一种酶只能催化一种或一类化学反应 师 在酶促反应中 酶究竟是如何产生催化作用的 学生活动 自主学习课文中 酶促反应的相关知识 注意观察 酶促反应示意图 中 a b 两图的区别 并进行小组讨论 教师活动 打开自制的 Flash 课件 动态模拟酶在酶促反应中的作用机制 我们建议 在设置媒体技术时 要尽量符合 诱导 契合 模型 而非 钥匙 锁 模型 生 酶在酶促反应中能催化特定的底物反应 与酶的活性中心有关 但是 什么是酶的活 性中心呢 用心 爱心 专心2 师 活性中心是指酶分子中直接和底物结合 并和酶的催化作用直接有关的部位 酶 的活性中心一般位于酶分子的表面 呈裂缝状 酶活性中心一般是由两部分组成的 一 部分叫做结合基团 主要起到与底物结合的作用 另一部分叫做催化基团 直接参与催化 反应 少数酶分子中的基团同时具有上述两个作用 师 酶在酶促反应中究竟如何发挥作用呢 生甲 底物与酶的关系犹如钥匙 锁的关系 生乙 酶的活性中心与底物分子在结构上具有特殊的匹配关系 这种匹配可以通过酶与底物 之间的诱导而产生 当酶与底物结合的时候 便启动化学反应 生丙 在反应过程中 形成了酶 底物的中间产物 然后 酶与底物脱离 同时底物转变为 产物 师 酶促反应示意图 中 a b 两图各表示酶在何种反应中的催化作用 生 酶促反应示意图 中 a 图表示酶在合成反应中的催化作用 如酶可以催化两个氨基 酸脱水缩合生成二肽 酶促反应示意图 中 b 图表示酶在分解反应中的催化作用 如麦 芽糖酶可以催化麦芽糖水解为两分子葡萄糖 师 酶作用机理的假说到底有哪些 1 关于酶的活性中心和底物结合的机理 早在 1890 年 德国化学家费休就提出了 著名的 钥匙 锁 模型 他认为底物和酶分子的关系 就像钥匙和锁相配一样 一把锁 只能被一把钥匙打开 或是被在构象上相近的钥匙打开 这一学说在一定程度上解释了酶 促反应的特性 2 但实际上 酶的活性中心并不像这个模型中所显示的那样 是固定不变的 并且 这个模型不能解释可逆反应 因为底物和产物的结构是不同的 为什么这些不同的钥匙能 开同一把锁 年 科仕兰提出的 诱导 契合 模型克服了 钥匙 锁 模型的 缺点 按照这一模型 酶与底物结合时 底物能诱导酶分子的构象发生变化 使酶分子能 与底物很好地结合 从而发生催化作用 酶的 射线衍射研究证明 酶与底物结合时 酶 分子的构象的确是发生了变化 3 酶和底物相互作用而产生酶 底物复合物这一过程十分重要 在实验室内进行一 个化学反应 首先需要给以活化能 所以需要加热 酶促反应不需要加热 不必给以活化 用心 爱心 专心3 能 这是因为酶和底物的相互作用要释放一些结合能 使酶 底物复合物稳定 有了结合 能的释放 酶就可以降低化学反应所需的活化能了 师 在我们上一堂课中 进行了这样一个实验 在用稀硫酸和唾液淀粉酶催化淀粉水解时 在其他条件不变的情况下 假如对加入稀硫酸的试管进行酒精灯加热处理 再观察其实验 结果 会发现淀粉水解的速率增加 而对加入稀释的唾液进行同样的处理 却发现被水解 的速率显著减慢 甚至完全不水解 说明了高温加热增加了 H 的催化活性 却显著降低了 淀粉酶的催化活性 甚至会导致淀粉酶失去催化活性 那么 温度对酶的催化活性究竟有 什么影响呢 温度影响酶的催化活性的机理是什么呢 探究一 温度对酶作用速率的影响 实验假设 温度影响酶作用速率 具体来说 在其他条件不变的情况下 一定范围内增加温度 酶作用速率升高 超过一定的温度范围以后 再增加温度 酶作用速率下降 高温导致酶 失去活性 实验器材 冰箱 烧杯 试管 量筒 温度计 酒精灯 淀粉溶液 稀释的唾液 碘液等 实验步骤 取 8 支试管 分别标记为 1 2 3 4 5 6 7 8 用量筒各量取 2 mL 的可溶性 淀粉溶液 分别加入上述 8 支试管 对上述 8 个试管分别进行 0 17 27 37 47 57 67 100 的温度控制 5 分钟 同时 取另一组 8 支试管 用量筒 量取 2 mL 稀释的唾液也进行同样的温度控制处理 取出上述两组试管 将稀释的唾液分别加入到对应温度的试管中 再水浴保持相应 温度 5 分钟 取出试管 加入碘液 2 3 滴 观察颜色变化 用 表示颜色变化的深浅 实验数据与分析 12345678 加入 I2后颜色变化 数据分析 酶作用速率 关于实验数据的分析说明 实验中 加入碘液后颜色变化越明显 直接表明淀粉被水 解的越少 间接证明酶在该温度条件下的催化活性越低 酶作用速率降低 反之 则相反 教师提出下列问题 学生进行实验或讨论 1 假如实验中将步骤 换成加入斐林试剂 后水浴加热会出现怎样的结果 学生探究结果 在试管 4 中出现的砖红色沉淀最明显 而 1 7 8 试管几乎无沉淀 2 假如进行重复实验 在步骤 之后 将实验中的试管 1 7 8 再置于 37 的条 件下水浴 5 分钟 有何现象 学生探究结果 试管 1 中加入碘液无颜色变化 不显蓝色 而 7 8 试管加入碘液显 蓝色 3 上述实验说明了什么 生 说明了在 0 时 酶的活性会受到抑制 但在一定范围内温度升高其活性会增加 说 明这种低温导致的酶活性的降低是可以被恢复的 而在 57 67 100 时 酶的活 性会受到抑制 并且随着温度的降低 其活性不再变化 说明高温导致的这种活性的降低 试 管 号 实 验 数 据 用心 爱心 专心4 是不可以被恢复的 4 能否根据数学的函数思想 绘出唾液淀粉酶作用速率与温度之间关系的函数示意 图 你能否对该函数图进行解释 学生自主完成 见右图 学生解释 说明酶的催化需要适宜的温度范围 并且特定的酶具有一个特定的最适宜 温度 在最适温度范围内 随着温度的升高 酶作用速率增加 超过最适温度范围后 随 着温度的升高 酶作用速率降低 最终失去活性 低温对酶活性的抑制是可以被恢复的 而高温导致酶的活性丧失是不可以被恢复的 为什么呢 师 高温导致了酶的空间结构的破坏 而这种破坏是不可以被恢复的 因而酶的活性中心 失去其催化活性 低温仅抑制了酶的活性中心的催化能力 并没有破坏酶的空间结构 所 以这种酶活性的降低是可以被恢复的 5 有些细菌生活在火山喷发口 也有一些生物生活在温泉之中 你如何来解释这种 现象呢 小组讨论 代表发言 生活在这些环境中的生物 其体内的酶与人体内的酶的种类是 不同的 所以所需要的最适温度与人的也不同 6 人体内有许多种类的酶 这些不同的酶所需要的最适温度都相同吗 师 人体不同的酶所需要的最适温度是有所不同的 但大多是 37 左右 具体情况 可 以查阅相关资料 探究二 pH 对酶作用速率的影响 教学建议 可以参考探究一的实验设计思路 设计出一组呈梯度的 pH 环境 以研究不 同的 pH 对酶作用速率的影响 师 能否根据数学的函数思想 绘出 H2O2酶作用速率与 pH 之间关系的函数示意图 你能 否对该函数图进行解释 学生自主完成 见下图 生 说明酶的催化需要适宜的 pH 范围 并且特定的酶具有一个特定的最适宜 pH 在最适 pH 范围内 随着 pH 的升高 酶作用速率增加 超过最适 pH 范围后 随着 pH 的升高 酶 作用速率降低 并最终导致酶失去活性 过酸与过碱对酶活性的破坏都不可以被恢复 师 你能否画出不同的酶作用速率与 pH 之间的关系示意图 并举出相应的例子 学生自主完成 见下图 用心 爱心 专心5 如人体内的胃蛋白酶需要的最适 pH 范围是 1 5 2 2 之间 而胰蛋白酶需要的最适的 pH 范围是 8 0 9 0 探究三 酶浓度对酶作用速率的影响 实验假设 酶浓度影响酶作用速率 具体来说 在其他条件不变的情况下 一定范围内增加酶浓 度 酶作用速率升高 超过一定的浓度范围以后 再增加酶浓度 酶作用速率不变 实验器材 烧杯 试管 量筒 干酵母菌 过氧化氢 蒸馏水等 实验步骤 取一定量的酵母菌配制成酵母菌溶液 用容量瓶 或量筒与烧杯 将上述鲜酵母菌 溶液分别配制成稀释 10 倍 100 倍 100 倍 1 000 倍的酵母菌稀释液 另取 4 支试管 分别标记为 1 2 3 4 用量筒各量取 3 mL 的过氧化氢溶液 分别加入上述 4 支试管 将酵母菌稀释液分别加入上述 4 支试管 观察试管中气泡逸出的速率与气泡的大小 实验数据与分析 1234 加入酵母菌稀释液后气泡逸出的 速率 数据分析 酶作用的速率 关于实验数据的分析说明 实验中 加入酵母菌稀释液后气泡逸出的速率越快 气泡 越大 直接表明过氧化氢被分解得越多 间接证明酶作用的速率越大 师 能否根据数学的函数思想 绘出 H2O2酶作用速率与酶浓度之间关系的函数示意图 你 能否对该函数图进行解释 学生自主完成 见下图 生 具体来说 在底物浓度一定 其他条件不变的情况下 一定范围内增加酶浓度 酶作 用速率升高 酶的浓度超过一定的范围以后 再增加酶浓度 酶作用速率不变 这主要与 反应容器中底物浓度的限制 产物浓度的抑制等因素有关 探究四 底物浓度对酶作用速率的影响 教学建议 可以参考探究三的实验设计思路 设计出一组呈浓度梯度的过氧化氢溶液 环境 以研究不同的底物浓度对酶作用速率的影响 学生探究 进行相关的实验并进行数据分析 并画出底物浓度与酶作用速率关系的函 试 管 号 实 验 数 据 用心 爱心 专心6 数图 生 在其他条件不变的情况下 一定范围内增加底物浓度 酶作用速率升高 超过一定的 温度范围以后 再增加底物浓度 酶作用速率不变 这主要与反应容器中酶浓度的限制 产物浓度的抑制等因素有关 师 那么 反应产物的浓度对实验中酶作用的速率有何影响呢 教师活动 引导学生从化学平衡的角度来分析问题 生 反应产物对实验中酶作用的速率具有抑制作用 随着反应产物浓度的增加 抑制作用 越明显 课堂小结 酶促反应的速率受到多种因素共同影响 单单考虑一种因素而忽略另一种因素都是不 可取的 研究其中一种因素的作用 要注意控制变量 引导学生阅读 放眼社会 的 酶与疾病 让学生了解酶和疾病的关系 如先天性酶 缺陷病 酶的活性变化而导致疾病的产生 酶在诊断和治疗疾病中的应用 更重要的是理 解酶是生物体内进行新陈代谢的重要物质 教师还可鼓励学生收集社会生活中 尤其是医 疗卫生事业中有关酶的应用的例子 用作辅助消化剂的多酶片 含有淀粉酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶和脂肪酶等 尽管胃内 酸度较高 不适合大多数酶发挥作用 但人们可以将某些酶制剂做成肠溶剂型 如糖衣片 和胶囊等 让酶到达肠内后再被释放出来发挥作用 从而治疗消化不良和食欲不振等症 学生活动 阅读 酶与疾病 并利用网络 图书馆 报刊等途径 通过资料收集与整 理 实地走访与考察等多种方法 写出一篇有关 酶与疾病 的调查报告 板书设计 3 酶促反应 4 影响酶促反应的因素 1 温度 2 pH 3 酶的浓度 4 底物浓度 活动与探究 探究胃蛋白酶进入小肠后是否能发挥活性 的活动建议 探究原理 酶的活性受 p 的影响 在过酸或过碱的环境下酶的活性都会丧失 在活性范围内 酶的活性随着 p 的变化而有所变化 由于人体的胃蛋白酶由胃腺细胞分泌产生 并在胃 中催化蛋白质分解的反应 然后随食糜进入小肠 这时 p 由 变成 对胃蛋白 酶的活性产生了影响 用心 爱心 专心7 实验材料 胃蛋白酶溶液 精肉块 盐酸 Na p 试纸等 实验步骤 1 配制 p 和 p 的液体 2 在两试管中分别加入等量 p 和 p 的液体 3 加入两块相同形状的等重量的精肉块 4 向两试管中同时滴入胃蛋白酶溶液 5 定时观察 记录 6 分析得出结论 习题详解 1 解析 ATP 又可以称作三磷酸腺苷 分子结构可简写为 A P P P 含有两个高能磷 酸键 而高能磷酸键容易断裂而释放能量 ATP 与 ADP 在一定条件下容易相互转化 ATP 是 生命活动的能量 货币 生命活动的直接能源物质 答案 A 2 解析 在动物细胞中 营养物质在氧气参与的情况下 分解产生二氧化碳和水 同 时产生能量 一部分能量以热能形式向外界散失 另外一部分能量与 ADP Pi 形成 ATP 能量转变为 ATP 中活跃的化学能 当动物细胞需要能量时 ATP 水解 形成