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4.2酶是细胞生化反应的催化剂（课时1）教学设计
课题
4.2酶是细胞生化反应的催化剂（课时1）
单元
必修1
学科
生物
年级
高中
教材分析
本节是高中教材第一册第4章细胞的生存需要营养物质和能量"中第2节
4.2酶是细胞生化反应的催化剂的内容。本节内容分为2课时。酶的特性”是第一课时的内容。学生在初中学习过人体消化酶的知识，本课时通过探究实验探讨酶的高效性，专一性以及温度、班对酶的影响，掌握实验中变量的控制，为后面学习ATF，光合作用，呼吸作用等重要内容奠定坚实的基础。
学习目标与核心素养
1知识目标（1）获得酶的特性及影响酶活性条件的知识体（2）联系生活实际，了解酶在生活、生产、医学等方面的应用2能力目标（1）创设特定情境，培养学生设计实验，学会确定和控制自变量，观察和检测因变量的变化，提高科学探究思维能力（2）通过探讨交流评价，培养学生的思辨、判断、评价和表达能力，提高分析问题解决问题的能力3情感目标学习小组形式开展讨论，养成勇于创新、自主探究、合作学习的科学探究精神。生命观念：通过实验，理解酶的专一性和作用条件温和两大特性。科学思维：让学生逐步养成勇于质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度，培养学生的理性思维和科学探究的素养。社会责任：通过探究合作学习进而增强团队协作意识。
重点
教学重点：酶的催化作用具有高效性、专一性和需要适宜条件的特性。可结合生活实际加深对酶特性的理解。
难点
教学难点：探究实验中控制变量的科学方法。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第1课时为什么加酶洗衣粉在温水中效果较好？酶有哪些特点？酶的活性受哪些条件的影响呢？氮是植物生长必不可少的元素，大气中约含78%的氮气，但不能被农作物直接利用，因此，种植农作物一般都需要施用氮肥。目前，世界上大约有10%的能源用于工业固氮，因为工业固氮需要在20~50MPa、500℃的条件下，使用无机催化剂将氮气和氢气合成氨。而与豆科植物共生的根瘤菌却在常温常压下就能够固氮（图4-10）。我国豆田生物固氮量约为100kg/h2，相当于每年节约了10多万吨标准煤。根瘤菌轻松固氮的“法宝”是细胞中的生物催化剂—酶（enzyme）。和无机催化剂相比，酶的作用具有哪些特点？酶的化学本质是什么？
学生思考并猜想，讨论回答。
通过实际生活的案例引发思考，联系生活实际，通过举例感受酶在生活中的广泛应用。结合课本导入，在此引发思考，从而引入酶的特性。
新课讲授酶具有高效性和专一性等特点实验：探究酶催化的高效性、专一性和环境因素对酶活性的影响实验探究：观察植物细胞的质壁分离和复原现象酶的高效性酶的专一性影响酶活性的条件思维训练
细胞中的酶能加快化学反应的进行。在常温常压下生物体中数千种酶的作用，保证了生命活动的高效进行。溶菌酶分子实验探究：探究酶催化的高效性、专一性和环境因素对酶活性的影响。细胞中某些化学反应产生的H2O2具有很强的氧化性，会伤害细胞。生物组织中的过氧化氢酶和无机催化剂Fe3+都能催化HO2分解成H2O和O2。比较不同条件下反应中O2生成的速率，可以探究酶催化的高效性、专一性和pH对酶活性的影响。目的要求1.比较酶与普通催化剂的催化效率，探究酶催化作用的高效性。2.比较不同条件下过氧化氢酶的催化效率，探究酶的专一性和pH对酶活性的影响。材料器具质量分数为20%的新鲜鸡肝研磨液（或其他动物肝研磨液），体积分数为3.0%的H2O2溶液、质量分数为35%的FeCl3溶液、蒸馏水、胃蛋白酶溶液、pH分别为1和4的盐酸、pH分别为10和13的NaOH溶液，数据采集器、相对压强传感器、计算机、Y形试管、带导管的单孔橡皮塞、变径转接头、量筒、5mL注射器。活动程序1.连接好相对压强传感器、变径转接头、单孔橡皮塞和Y形试管，双手紧握Y形试管两分叉底管，观察相对压强值是否变化。若示数无变化或变化较小，说明实验装置漏气，需在接口处涂抹适量凡士林密封。研究酶催化特性的实验装置2.向3支Y形试管的侧管A、B
C中分别加入5滴新鲜鸡肝研磨液、FeCl3溶液、蒸馏水，侧管D、E、F中各加入2mLH2O2溶液，并将3个相对压强传感器通过变径转接头与Y形试管的单孔橡皮塞连接。3.打开通用软件“酶的特性”，在实验界面输入催化剂名称，单击“开始实验”后，对传感器进行调零。同时倾斜3支Y形试管，使H2O2溶液流入另一侧管，观察并保存相对压强随时间变化的曲线.警示盐酸、NaOH溶液、H3O2溶液会伤害皮肤，使用时须小心！分析讨论1.分析程序3中3条曲线的变化趋势，可以得出哪些结论？2.程序4中有两条曲线几乎重合，为什么？3.分别比较程序5和6中3支试管对应的曲线，可以得出什么结论？4.唾液淀粉酶能将食物中的淀粉分解为麦芽糖。利用实验室现有材料器具设计实验，探究温度对酶活性的影响。若利用鸡肝硏磨液和HO2为实验材料，能得到类似的结论吗？实际上，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数大约是每滴肝研磨液中过氧化氢酶分子数的数万倍。Fe3+的催化效率为6.0×10-4mol/（mol·s），而过氧化氢酶的催化效率为8.3×104mol/（mol·s），过氧化氢酶的催化效率比Fe3+高得多。酶的催化效率比一般催化剂高107~1013倍。可见，酶的催化作用具有高效性。酶具有高效性：这对于细胞有什么意义呢？当我们打球或赛跑时，相关的酶迅速催化相应代谢，产生大量能量，供给肌细胞。如果酶催化效率不高，那么功能反应只能缓慢进行，我们就只能缓慢运动了。过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，蛋白酶除了催化蛋白质水解外，对其他化学反应不起作用。一种酶只能催化种或一类化学反应，即酶的催化作用具有专一性。酶具有专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应。就如同一把钥匙开一把锁一样。这对于细胞有什么意义呢？不同的细胞需要不同的化学反应。同一细胞在不同时期需要的反应不同，同一反应的强度也不相同。这些都需要酶的专一性来保证，才能使细胞代谢有条不紊地进行。科学家分别在不同的温度和pH条件下测定同一种酶的活性，并根据所获得的数据绘制成曲线:在适宜的温度和pH下，酶的活性最高。酶的种类不同，其发挥作用的最适温度和最适pH都会有差异。一定的低温使酶的活性降低，但不会使酶失活；温度过高、pH过高或过低都会使酶的分子结构遭到破坏而失去活性，即酶活性受温度、pH等环境因素的影响。拓展：动物体内的酶最适温度35-40℃之间；植物体内的酶最适温度40-50℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的可高达70℃
。动物体内的酶最适pH大多在6.5-8.0之间，胃蛋白酶最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH大多在4.5-6.5之间。思维训练：绘制甘薯的还原糖含量随温度变化的曲线科学探究中记录的原始数据往往数量较多、杂乱无章，难以从中发现规律。通过绘制曲线或运用其他技术对实验数据作进一步的处理和分析，构建模型就可以初步得出实验结论，在此基础上可以进一步提出问题继续探究。为探究温度对淀粉酶活性的影响，某兴趣小组将甘薯放在不同温度下（其他条件相同）处理30min后测定其还原糖含量，结果见表：请用描点法画出甘薯的还原糖含量随温度变化的曲线，或用
Excel软件将还原糖含量随温度变化的数据转换成柱状图。
学生观看课本与课件图文，了解酶的作用，即保证了细胞生命活动的高效进行。。学生进行分组实验，先阅读实验材料，再分组。在老师指导下进行，通过实验探究酶催化的高效性、专一性和环境因素对酶活性的影响。学生阅读课本，了解实验的目的要求、材料器具和活动程序等，结合课本中相关图片的展示理解实验程序。学生在实验中会接触到相关溶液，应认真阅读课件中的警示语，注意人身安全的前提下进行实验。学生阅读讨论题，带着问题实验，并在实验后分析讨论问题。通过实验结果及课本知识，理解酶的高效性，认识到酶的催化作用具有高效性的意义。教师引导学生分析酶的其他特性，结合课件图文，总结出酶的催化作用具有专一性。学生思考并尝试回答问题。仔细阅读教材，并根据图片展示了解不同的温度和pH条件下测定同一种酶的活性，所获得的数据绘制成的曲线不同。学生观看拓展举例，进一步理解酶的活性受到温度和ph值的影响时的变化。学生阅读教材资料，就思考题进行讨论与分析。
开门见山的方式直接叙述酶的作用及其对细胞生命活动的影响，再通过实验验证，引导学生理解酶的作用和特征。通过分组实验，验证酶能加快化学反应、保证细胞生命活动高效进行的特性。分组实验不仅让实验高效进行，且能锻炼学生的实验能力，合作能力及探究能力。通过详细阅读课本，让学生自学实验过程，再实验操作前能明确实验目的和原理及其实施过程，对于实验的顺序进行有所保障。通过安全警示，引发学生注意与关注，从而提高实验过程中的安全意识，学会保护自身安全的前提下进行实验，规范操作实验过程。让学生带着问题去探究，帮助学生自主思考，发现和解决问题。通过分析实验结果，结合课本知识学习，尝试总结出酶的第一个特性：具有高效性，并顺势提问酶的高效性的意义，从而升华知识。通过分析实验结果，结合课本知识学习，尝试总结出酶的第二个特性：具有专一性，并顺势提问酶的专一性的意义，引发学生思考总结的同时，也升华了基础知识，加深了学生对于酶的特性的理解。通过图文结合，展示影响酶的活动条件，帮助学生理解酶的活性是可变的、动态的，而非固定的。通过拓展列举实际案例，进一步帮助学生加深对于影响酶活性的条件的理解。通过课后思维训练，巩固课堂知识，加强学生科学思维能力的训练。
小试牛刀：1.
关于人体内酶的叙述，错误的是（A）A．能产生酶的细胞一定能产生激素B．酶可以降低化学反应的活化能C．高效性是酶的重要特性之一D．高温下酶会变性失活2.
下列关于酶的叙述，正确的是（A ）
A．过酸、过碱、高温会使酶失活，应在低温下保存酶制剂
B．酶催化反应后，会立即被分解成氨基酸或核糖核苷酸
C．酶为分子提供能量，从常态转变为易发生化学反应的活跃状态
D．酶只在细胞内发挥作用
3.
最适温度下，将一定量的蛋白质甲与蛋白质乙在a时刻混合，一段时间内发现蛋白质甲的浓度不断降低，在b时刻浓度降为0，而蛋白质乙的浓度不变。下列叙述正确的是（ B ）
A．蛋白质乙可能是一种酶，其能为蛋白质甲发生水解反应提供能量
B．实验开始时若适当提高该反应体系温度，则蛋白质甲浓度降为0所需的时间延长
C．实验中蛋白质甲发生水解反应的速率不断降低，表明酶的活性在不断降低
D．向反应体系中加入双缩脲试剂可检测蛋白质甲的浓度是否为0
思考、回答问题
通过精选习题，检测并巩固学生课堂所学内容。
课堂小结
师（总结）：今天这节课我们了解了渗透作用。主要内容包括以下内容：
总结、归纳本课所学
师生共同总结回顾知识，强化重点知识，加深对知识的掌握
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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第四章
细胞的生存需要营养物质和能量
沪科版
必修1
4.2酶是细胞生化反应的催化剂
（课时1）
为什么加酶洗衣粉在温水中效果较好？酶有哪些特点？酶的活性受哪些条件的影响呢？
导入
导入
氮是植物生长必不可少的元素，大气中约含78%的氮气，但不能被农作物直接利用，因此，种植农作物一般都需要施用氮肥。目前，世界上大约有10%的能源用于工业固氮，因为工业固氮需要在20~50MPa、500℃的条件下，使用无机催化剂将氮气和氢气合成氨。而与豆科植物共生的根瘤菌却在常温常压下就能够固氮（图4-10）。我国豆田生物固氮量约为100kg/h2，相当于每年节约了10多万吨标准煤。根瘤菌轻松固氮的“法宝”是细胞中的生物催化剂—酶（enzyme）。和无机催化剂相比，酶的作用具有哪些特点？酶的化学本质是什么？
豆科植物的根瘤
讲授新课
酶具有高效性和专一性等特点
细胞中的酶能加快化学反应的进行。在常温常压下生物体中数千种酶的作用，保证了生命活动的高效进行。
溶菌酶分子
探究酶催化的高效性、专一性和环境因素对酶活性的影响
实验探究：
细胞中某些化学反应产生的H2O2具有很强的氧化性，会伤害细胞。生物组织中的过氧化氢酶和无机催化剂Fe3+都能催化HO2分解成H2O和O2。比较不同条件下反应中O2生成的速率，可以探究酶催化的高效性、专一性和pH对酶活性的影响。
目的要求
1.比较酶与普通催化剂的催化效率，探究酶催化作用的高效性。
2.比较不同条件下过氧化氢酶的催化效率，探究酶的专一性和pH对酶活性的影响。
材料器具
质量分数为20%的新鲜鸡肝研磨液（或其他动物肝研磨液），体积分数为3.0%的H2O2溶液、质量分数为35%的FeCl3溶液、蒸馏水、胃蛋白酶溶液、pH分别为1和4的盐酸、pH分别为10和13的NaOH溶液，数据采集器、相对压强传感器、计算机、Y形试管、带导管的单孔橡皮塞、变径转接头、量筒、5mL注射器。
活动程序
1.连接好相对压强传感器、变径转接头、单孔橡皮塞和Y形试管，双手紧握Y形试管两分叉底管，观察相对压强值是否变化。若示数无变化或变化较小，说明实验装置漏气，需在接口处涂抹适量凡士林密封。
研究酶催化特性的实验装置
2.向3支Y形试管的侧管A、B
C中分别加入5滴新鲜鸡肝研磨液、FeCl3溶液、蒸馏水，侧管D、E、F中各加入2mLH2O2溶液，并将3个相对压强传感器通过变径转接头与Y形试管的单孔橡皮塞连接。
3.打开通用软件“酶的特性”，在实验界面输入催化剂名称，单击“开始实验”后，对传感器进行调零。同时倾斜3支Y形试管，使H2O2溶液流入另一侧管，观察并保存相对压强随时间变化的曲线
序号
项目
试管
1
2
3
4
1
H2O2溶液
2mL
2mL
2mL
2mL
2
肝脏研磨液
2滴
/
/
/
3
FeCl3溶液
/
2滴
/
/
4
蒸馏水
/
/
2滴
2滴
5
温度
室温
室温
室温
90℃
6
结果现象
气泡多
气泡少
无气泡
气泡少
警示
盐酸、NaOH溶液、H3O2溶液会伤害皮肤，使用时须小心！
分析讨论
1.分析程序3中3条曲线的变化趋势，可以得出哪些结论？
2.程序4中有两条曲线几乎重合，为什么？
3.分别比较程序5和6中3支试管对应的曲线，可以得出什么结论？
4.唾液淀粉酶能将食物中的淀粉分解为麦芽糖。利用实验室现有材料器具设计实验，探究温度对酶活性的影响。若利用鸡肝硏磨液和HO2为实验材料，能得到类似的结论吗？
实际上，每滴FeCl3溶液中的Fe3+数大约是每滴肝研磨液中过氧化氢酶分子数的数万倍。Fe3+的催化效率为6.0×10-4mol/（mol·s），而过氧化氢酶的催化效率为8.3×104mol/（mol·s），过氧化氢酶的催化效率比Fe3+高得多。酶的催化效率比一般催化剂高107~1013倍。
可见，酶的催化作用具有高效性。
酶具有高效性
当我们打球或赛跑时，相关的酶迅速催化相应代谢，产生大量能量，供给肌细胞。如果酶催化效率不高，那么功能反应只能缓慢进行，我们就只能缓慢运动了。
这对于细胞有什么意义呢？
过氧化氢酶只能催化过氧化氢的分解，蛋白酶除了催化蛋白质水解外，对其他化学反应不起作用。一种酶只能催化种或一类化学反应，即酶的催化作用具有专一性。
A
B
酶
底物
A
B
酶
底物
A
C
D
酶
产物
产物
不同的细胞需要不同的化学反应。同一细胞在不同时期需要的反应不同，同一反应的强度也不相同。这些都需要酶的专一性来保证，才能使细胞代谢有条不紊地进行。
酶具有专一性
一种酶只能催化一种或一类化学反应。就如同一把钥匙开一把锁一样。
这对于细胞有什么意义呢？
科学家分别在不同的温度和pH条件下测定同一种酶的活性，并根据所获得的数据绘制成曲线:
影响酶活性的条件
嗜热温泉内蓝细菌中的酶
人体中的酶
温度（℃）
温度对酶活性的影响
反应速率
胰蛋白酶
胃蛋白酶
pH对酶活性的影响
pH
反应速率
在适宜的温度和pH下，酶的活性最高。酶的种类不同，其发挥作用的最适温度和最适pH都会有差异。一定的低温使酶的活性降低，但不会使酶失活；温度过高、pH过高或过低都会使酶的分子结构遭到破坏而失去活性，即酶活性受温度、pH等环境因素的影响。
拓展：
动物体内的酶最适温度35-40℃之间；植物体内的酶最适温度40-50℃之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有的可高达70℃
。
酶的活性受温度影响的示意图
动物体内的酶最适pH大多在6.5-8.0之间，胃蛋白酶最适pH为1.5；植物体内的酶最适pH大多在4.5-6.5之间。
酶的活性受PH的影响
绘制甘薯的还原糖含量随温度变化的曲线科学探究中记录的原始数据往往数量较多、杂乱无章，难以从中发现规律。通过绘制曲线或运用其他技术对实验数据作进一步的处理和分析，构建模型就可以初步得出实验结论，在此基础上可以进一步提出问题继续探究。
思维训练：
为探究温度对淀粉酶活性的影响，某兴趣小组将甘薯放在不同温度下（其他条件相同）处理30min后测定其还原糖含量，结果见表：
不同温度下甘薯中的还原糖含量
请用描点法画出甘薯的还原糖含量随温度变化的曲线，或用
Excel软件将还原糖含量随温度变化的数据转换成柱状图。
小结
酶的特性：
具有高效性
具有专一性
作用条件较温和
要有合适的温度
要有合适的pH
1.关于人体内酶的叙述，错误的是（ ）
A．能产生酶的细胞一定能产生激素
B．酶可以降低化学反应的活化能
C．高效性是酶的重要特性之一
D．高温下酶会变性失活
A
课堂练习
2.下列关于酶的叙述，正确的是（ ）
A．过酸、过碱、高温会使酶失活，应在低温下保存酶制剂
B．酶催化反应后，会立即被分解成氨基酸或核糖核苷酸
C．酶为分子提供能量，从常态转变为易发生化学反应的活跃状态
D．酶只在细胞内发挥作用
A
课堂练习
3.最适温度下，将一定量的蛋白质甲与蛋白质乙在a时刻混合，一段时间内发现蛋白质甲的浓度不断降低，在b时刻浓度降为0，而蛋白质乙的浓度不变。下列叙述正确的是（ ）
A．蛋白质乙可能是一种酶，其能为蛋白质甲发生水解反应提供能量
B．实验开始时若适当提高该反应体系温度，则蛋白质甲浓度降为0所需的时间延长
C．实验中蛋白质甲发生水解反应的速率不断降低，表明酶的活性在不断降低
D．向反应体系中加入双缩脲试剂可检测蛋白质甲的浓度是否为0
B
课堂练习
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