降低化学反应活化能的酶

1、降低化学反应活化能的酶（第1课时）一、 教材分析1.地位和作用“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。该内容以第三章细胞的基本结构以及第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为基础。学习本节有利于细胞代谢的学习，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。教学目标(1)知识目标：说明酶在细胞代谢中的作用。(2)技能目标：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。(3)情感目标：评价实验结果； 参与交流，听取别人的正确意见，维护

2、或修改自己的方案和意见。2.过程和方法通过演示实验“比较过氧化氢在不同条件下的分解速率”，感悟酶作为催化剂的特点以及控制变量的方法。利用课件中动画以及教材上形象、直观的图解和文字说明，让学生明确催化剂可以降低化学反应的活化能。3.确定教学重、难点及解决方法教学重点：酶的作用。【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。通过课堂演示实验，以及分析实验得出酶的作用。说明自然界中的生命现象都与酶的活动密切相关，活细胞内几乎全部的化学反应都是在酶的催化下完成的。在我们人体内，大约每分钟要发生几百万次的化学反应，这么多得化学反应之所以能在常温、常压下进行，完全是因为酶的作用，酶在化学反

3、应中起到什么样的作用，显然是本节课的重点。教学难点：控制变量的科学方法。 酶的作用原理。【解决方法】通过演示过氧化氢在不同条件下的分解实验，感悟酶作为催化剂的特点以及控制变量的方法。利用课件动画和教材上形象、直观的图解和文字说明，让学生明确酶可以降低化学反应的活化能。“活化能”这个名词是学生首次接触，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？通过动画展示和类比，必须要学生理解。控制变量是实验设计中的重点，对于刚刚接触高中生物实验的学生来说，不能说不是一个难点。二、设计思路朗读第5章开篇

4、小诗，举例（主动运输、细胞内有机物的合成、肌细胞的收缩等）说明细胞作为一个基本的生命系统，只有不断的输入能量，才能维持生命活动的有序进行。从而引出第5章细胞的能量供应和利用。学生通过观察实验感知酶的作用，顺理成章引入酶能够降低化学反应的活化能知识点。通过形象的动画展示以及教材中生动的比喻，进一步使学生理解酶能够更加显著地降低化学反应的活化能。最后利用几道练习题练习反馈，加深理性认识。三、教学过程(一) 导入【教师活动】朗读第5章开篇小诗：“新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳，它们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！”引导学生阅读章首语和开篇小诗。师问：诗中蕴含了怎样的生物学道理？生答：

5、生命活动离不开能量。(启发：植物的生长、动物摄食等都属于生命活动)师问：能量的最终源头是哪里？能量依靠什么在细胞里流转激荡？生答：能量的最终源头是太阳能。靠化学反应在细胞里流转激荡。(启发：细胞内有很多的化学反应能释放能量)活细胞中每时每刻都进行着许许多多的化学反应，我们称之为细胞代谢。细胞内发生的化学反应举例：和能量转换相关的细胞器线粒体和叶绿体，分别发生的化学反应是有氧呼吸和光合作用，核糖体上发生的化学反应多肽链的合成，内质网上发生的化学反应蛋白质的加工，脂质的合成(可适当提问学生回答)在活细胞内每时每刻都在发生着化学反应，都需要酶的催化，细胞内的化学反应和化学实验中的反应条件有什么区别呢

6、？师问：细胞代谢发生的环境条件与化学实验中的反应条件有什么不同？展示初中学过的制备氧气的化学方程式：再看一个生活中的实例：生活中擦伤了，用双氧水消毒的时候会有白色的小气泡，请解释出现该现象的原因。生答：白色气泡是氧气，是因为过氧化氢分解成氧气和水的缘故。(启发：双氧水是低浓度的过氧化氢溶液，过氧化氢在常温下能够分解，但分解的速度很慢。这个现象中过氧化氢分解的速度比较快，是什么原因呢？有没有什么物质能催化它分解呢？) 有酶催化分解。【教师活动】过氧化氢是我们细胞代谢的过程中产生的有害物质，在我们的细胞内存在过氧化氢酶能催化其分解，变成氧和水。细胞内还有很多不同功能的酶，能够保证细胞代谢在常温、常

7、压下快速进行。那么酶和无机催化剂在催化效率上有什么区别呢？酶在细胞代谢中起到什么作用呢？ 我们通过下面的演示实验来证明。【实验】比较过氧化氢在不同条件下的分解速率。实验原理：不同条件指的是我们这里给出的四种条件，分别是常温、高温、Fe3+(无机催化剂)和过氧化氢酶。高温我们用90的水浴加热，无机催化剂用氯化铁溶液，新鲜的猪肝研磨液中有较多的过氧化氢酶。师问：用煮熟的/隔夜的/整块的猪肝行不行呢？生答：不行，煮熟的猪肝中酶已失去活性，失去了催化作用；隔夜的猪肝中的酶被腐生细菌分解；整块的猪肝阻碍了酶和过氧化氢的充分接触。(引导启发：高温会破坏酶的结构，结构和功能相适应，结构破坏了，酶就没有催化功

8、能了；同理，细菌把酶分解也破坏了酶的结构；整块的猪肝细胞比较完整，细胞内的过氧化氢酶能和H2O2接触吗？/ H2O2能够直接进入细胞内吗？不能接触就无法催化H2O2分解) 材料用具除了试管，滴管、试管架、卫生香、火柴、大烧杯、90左右的热水以外，最重要的就是新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液和新配制的体积分数为3%的过氧化氢溶液。师问：怎样设计实验证明以上四种条件下，H2O2分解速率不同呢？生答：在以上4种条件下，看哪一组H2O2分解释放的氧气多，氧气多能使卫生香复燃(引导启发：H2O2分解会释放O2，O2能使卫生香？点燃卫生香，燃烧猛烈)请大家观察演示实验。【演示实验】第一步：取4支洁净的试

9、管，分别编上序号1、2、3、4第二步，我们要在这四个试管中分别加入反应物(3%的H2O2溶液2mL)第三步，将2号试管放在90左右的水浴中加热，和1试管比较师问：观察实验现象，与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？ 这一现象说明了什么？1号试管起什么作用？【学生讨论】生答：气泡多，加热能促进H2O2分解，对照。师问：在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？【学生讨论】生答：不能，加热会导致细胞死亡。(启发：人类正常体温37度左右)向3号试管中滴入2滴FeCl3向4号试管中滴入2滴肝脏研磨液师问：两次可否用同一个滴管，为什么？【学生讨论】生答：不能，会影响实验结果。第四步，将点燃的卫生香分别

10、放在3号和4号试管液面的上方，观察哪支试管中卫生香会燃烧更猛烈。实验结果显示：4号试管中卫生香燃烧更猛烈。师问：3号和4号未经加热，也有大量气泡产生，说明什么？【学生讨论】生答：Fe3+和过氧化氢酶能加快H2O2的分解速率。师问：3号与4号相比，哪支试管中的反应速率快？说明什么？为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？【学生讨论】生答：4号快，过氧化氢酶比Fe3+的催化效率更高；只有酶才能使细胞内化学反应在常温常压下高效率的进行。(启发：在我们人体内，大约每分钟要发生几百万次的化学反应，高催化效率的酶非常重要)【教师活动】我们再次回到这个实验，大家观察实验表格，实验中，反应温度和添加试

11、剂都是反应条件，有气泡产生和卫生香的燃烧状况是反应的结果，反应条件改变会导致反应结果的改变。在数学中，函数y=f(x)，其中，如果x发生改变，y就会发生相应的变化，x叫做自变量，y叫做因变量。我们也可以把这种函数的思想引入生物学中来，我们把反应条件比作自变量，反应结果比作因变量。在这个实验中，还存在一些可变的因素，对实验结果造成影响，比如说过氧化氢溶液的量和浓度，这些因素叫做无关变量。师问：在每组实验中为什么选用两支试管？如果只用试管4能否说明酶的催化效率？【学生讨论】生答：每一组实验中只有一个变量不同，其他变量都保持不变，只有试管4不能说明酶的催化效率，必须要有对照。(启发：这体现了对照原则

12、)师问：在第二组实验中两支试管的唯一区别是催化剂不同，如果两试管的温度也不同，对实验结果有影响吗？【学生讨论】生答：有影响。不能证明到底是是催化剂还是温度的不同造成的实验结果的差异。(启发：这体现了单一变量原则，在实验设计中，要控制自变量、观察分析因变量、使无关变量保持一致)。【笔记】实验设计原则：对照原则；单一变量原则【教师活动】在这两组实验中，除了一个因素以外，其余因素都保持不变，我们把这样的实验叫做对照实验。在这个实验中1号试管是对照组，2、3、4号试管是实验组。我们总结会一下实验的结论：加热和用催化剂都能提高化学反应速率；酶比无机催化剂的效率高得多。师问：为什么酶的催化效率会比无机催化

13、剂更高呢？这里我们先介绍一个概念：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。比如在20测得的过氧化氢分解的活化能如下表所示：展示酶降低化学反应活化能的动画。打个比喻：2个分子发生反应形成产物分子时必需跨过“一堵墙”，这堵墙就是障碍，要克服这个障碍才能完成反应，这堵墙的高度就是活化能。反应物到了墙上就成了过渡态，过了墙就是产物。如某个反应要跨过的墙是1米（就是反应需要1米的活化能，比喻不当），在没有催化剂的情况下，你就要给反应物以足够的能量跨过1米的墙，而催化剂相当于把墙的高度给降低（降低活化能），使反应容易进行。 因此，加热提高了分子的能量； Fe3+降低了反应的活化能，而酶更显著地降低了反应的活化能，因而催化效率更高(笔记)。教材中把化学反应比作是驾车翻越高山，加热相当于给汽车加大油门，用催化剂相当于帮司机找到一条穿山隧道。正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和的条件下快速进行。【知识应用】三种条件下