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1、2022高中生物教学设计：新陈代谢与酶 【学习目标】 1.知道酶的发觉过程。2.理解酶的性质（主要是高效性、专一性、酶须要相宜条件的特性）。 3.用试验探究酶的高效性、酶的专一性。 【学习障碍】 1.理解障碍（1）如何理解酶与新陈代谢的关系?（2）如何理解酶的高效性、专一性等特性? （3）如何理解影响酶催化作用的因素? 2.解题障碍（1）用酶的作用特性去说明和说明一些生物学现象。（2）解影响酶的催化作用因素的图表题。 （3）解有关的试验设计题。 【学习策略】 1.理解障碍的突破（1）用结构与功能相统一等观点理解新陈代谢与酶的关系。生命系统既是一个须要维持稳态的系统，又是一个瞬时就会发生一系列合
2、成、分解的运动着的系统，这是一个冲突的统一体。新陈代谢中的各种化学反应是在温度、酸碱度等相对稳定的条件下进行的，这些化学反应不能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行，可是又要快速、高效地进行反应，怎样实现生命系统的这种功能?因此就必需有一种结构或物质存在，来行使其功能。这就是生物催化剂酶。生物体内的物质代谢过程是极其困难的，如人体从外界摄取的养分物质经过改变成为人体自身的组成物质，组成物质又经过氧化分解成为代谢的最终产物而排出体外，这些过程中包含着许很多多的生物化学反应。据估计，人体细胞内发生化学反应的频率约为几百万次/min。这么多的化学反应之所以能够在平常的温度、压力下快速顺当地完成，完全
3、是依靠酶的催化作用。正因为这样，生物体自我更新的速度是很快的。拿人体来说，体内血液中的红细胞更新的速度通常为200万/s以上，大约60 d左右全部红细胞要更新一半；肝脏和血浆中的蛋白质，大约10 d左右要更新一半；皮肤、肌肉等组织中的蛋白质，大约150 d左右要更新一半。人在一生（按60年计算）中与外界环境交换各种物质的数量，大约水为50000 kg，糖类为10000 kg，脂质为1000 kg，蛋白质为1600 kg。物质交换的总重量大约相当于人体重量的1200倍，而事实上现在人类的寿命已经大大超过60岁了。全部这些困难的代谢活动，只有在酶的参加下才能在常温、常压的条件下快速有序地进行。因此
4、生物体的新陈代谢过程，事实上是由一系列酶所催化的化学反应所组成的反应网络，这就是功能与结构的和谐统一。 （2）用迁移法来帮助理解酶的特性。酶是生物催化剂，因而它既有与一般催化剂相同的性质，也有与一般催化剂不同的特点。酶和一般催化剂的共同点是：第一，酶在催化反应加快进行时，在反应前后酶本身没有数量和性质上的变更，因而很少量的酶就可催化大量的物质发生反应。其次，酶只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使原来不能进行的反应发生。第三，酶只能使反应加快达到平衡，而不能变更达到平衡时，反应物和产物的浓度。因此，酶既能加快正反应进行，也能加快逆反应进行。酶促反应原委朝哪个方向进行，取决于反应物和产物的浓度
5、。酶与一般的催化剂相比又有其特点，最突出的是它的高效性和专一性。 生物化学理论的迁移 A.用酶的中间产物学说来理解酶的高效性 酶具有强大的催化实力，酶的催化实力远远超过化学催化剂。例如，碳酸酐酶能够催化下面的反应： 碳酸酐酶是目前已经知道的催化反应速度最快的酶之一。每个碳酸酐酶分子催化CO2水合作用形成相同数量的H2CO3的速度通常为6×105个/s。碳酸酐酶催化上述反应的速度比非酶催化的上述反应速度快107倍。假如没有这种酶，CO2从组织到血液，然后再通过肺泡呼出体外的过程只能以极其缓慢的速度进行，远远不能满意生物体生存的须要。酶具有这样强大的催化实力，可以用酶的中间产物学说来说
6、明：酶在催化某一底物（被酶催化的物质）时，先与底物结合成一种不稳定的中间产物，这种中间产物极为活泼，很简单发生化学反应而变成反应物，并且放出酶。根据中间产物学说，酶促反应（需酶催化的反应）可以写成下式： B.用酶的诱导契合学说来理解酶的专一性：酶具有高度的专一性，这就是说，一种酶只能作用于一种底物，或一类分子结构相像的底物，促使底物进行肯定的化学反应，产生肯定的反应产物。酶的这种高度的专一性，可以用诱导契合学说来说明：酶对于它所作用的底物有着严格的选择，酶和底物结合时，酶并不是事先就以一种与底物互补的形态存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形态。这种方式犹如一只手伸进手套之后才诱导手套的形态发
7、生改变一样。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋白的空间结构发生相应的改变，从而使酶和底物契合而形成酶底物络合物，这就是科学家们普遍支持的诱导契合学说（见下图）。 底物的结构和酶的活动中心的结构的这种互补形态，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形态、大小不适合的化合物，这就是酶作用的专一性。 用来说明酶专一性催化作用的基本原理的学说还有锁和钥匙学说，见本节教材复习题二图示，在此不再赘述。 （3）用内外因法来理解酶的催化作用受温度、pH影响的机理。唯物辩证法认为外因是改变的条件，内因是改变的依据，外因通过内因而起作用。用此方法可以找出事物改变的根本缘由。酶起催化作用所需条件虽然不象一般催化剂那
8、样苛刻，如要求高温、高压，但它还是须要一些特定的环境条件的。这些条件就是影响酶催化作用的外因，主要是温度与pH；影响酶催化作用的内因是由酶本身的性质蛋白质所确定的。我们主要探讨其外因。温度：酶的催化效率又称酶的活性或活力。酶促反应与一般的化学反应一样，一般说来，环境温度上升，酶的活性随之提高，但不是无止境的。随着温度上升，酶的稳定性也越来越低，表现为酶的活性急速丢失。某种酶在某一温度下能表现出最大的活性，这个温度称为该种酶的最适温度。就大多数酶来讲，最适温度在40左右，温度接着上升，酶的活性会显著下降，以致完全丢失催化实力。这是因为酶是一种蛋白质，蛋白质加温到7090就会变性沉淀，如鸡蛋清在开
9、水里一煮就凝固成白色固体一样。各种酶能忍受高温的限度不同，绝大多数酶在6070的溶液中即受到很大破坏。酶的活性随温度改变的示意图如下图。 酸碱度（pH）：酸碱度对酶的催化作用有很大影响，主要体现在两个方面：一是同一种酶在不同的pH下活性不同，如上图。二是各种酶的最适pH不同，过酸或过碱都会降低酶的活性。例如胃蛋白酶在酸性（pH1.5）环境下活性最高，胰蛋白酶在微碱性（pH8）环境下活性最高，大部分酶在中性环境下活性最高。 例1在酶法生产葡萄糖时，pH先调到6，后调到4.5。这是因为最初以一种淀粉酶溶液为原料时，该酶的_，继后以糖化酶接着作用，该酶的_之故。 解析：用内外因法解。各种酶的最适pH
10、不同，据题意，催化淀粉最终水解成葡萄糖最先须要淀粉酶后须要糖化酶， pH先调到6，后调到4.5，可见这分别是两种酶的最适pH。 答案：最适pH为6 最适pH为4.5 2.解题障碍的突破 （1）用系统化和详细化（对号入座）法来解有关酶的特性的问题。 按系统化方法将酶的学问形成学问网络如下图。 详细化（对号入座）是把理论学问用于详细、个别场合的思维方法。在生物学学习中，适用详细化的方式主要有两种：一是用所学学问应用于生活和生产实践，分析和说明一些生命现象；二是用一些生活中的详细事例来说明生物学理论学问。 例2能够促使唾液淀粉酶水解的酶是 A.淀粉酶 B.分解酶 C.水解酶 D.蛋白酶 解析：用系统
11、化和详细化（对号入座）法解。题目告知我们这主要是考查酶的功能特性，依据我们已建立的上述学问网络将问题对号入座，很明显题目详细是考查酶的专一性的特点，淀粉酶只能使淀粉水解成麦芽糖；分解酶是具有分解作用的全部酶的总称；水解酶是催化有机物与水作用形成各类分解产物的酶，包括淀粉酶、蛋白酶等；蛋白酶是只能水解蛋白质的酶。唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质，由于酶的催化作用具有专一性的特点。因此，促使其水解的酶只有蛋白酶。 答案：D 例3新采摘的玉米果穗具有甜味，但放一段时间后甜味便降低，假如采摘后放在沸水中浸泡一段时间后再保存，甜味会保留较长一段时间，请回答： （1）放一段时间后甜味降低的缘由是_。 （2）沸
12、水浸泡一段时间后再保存，甜味可保留较长时间的缘由是_。 （3）通过上述试验可以证明_。 解析：用系统化和详细化（对号入座）法解。玉米的甜味是由某些单糖引起的，放一段时间后甜味便降低，明显是单糖削减的原因；假如采摘后放在沸水中浸泡一段时间后再保存，甜味会保留较长一段时间，即单糖削减的速度明显减慢，单糖这种改变与温度有关，综合分析，不难看出这是酶的作用。 答案：（1）在酶的作用下，单糖分解或转变成淀粉 （2）高温使酶失活，抑制了单糖的分解或淀粉的合成 （3）酶的催化作用受到温度的影响，高温可使酶失活 （2）先用图文转换法，再用层析综合法来解图表类问题。 在解图表类问题时，先进行图文信息转换，再对其
13、分析。详细分析时，用层析法来找出变量间的因果关系。 例4下图表示温度对酶的催化效率的影响曲线。请据图回答： （1）曲线中的AB段表明_。 （2）曲线中的B点表示_。 （3）曲线中的BC段表明_。 （4）曲线总体说明_。 解析：用图文转换法、再用层析综合法来解。本题首先必需看懂曲线图中两个变量温度与催化效率之间的因果关系。然后可以将此图层析为三段：在AB段，曲线向上，说明随着温度的上升，催化效率加快，说明酶的活性随温度的上升而上升；曲线最高点B，就是酶的最适温度；BC段，曲线下降，说明酶的活性随温度的上升而下降，温度过高，酶的活性受到抑制。最终，综合整个图上的信息，说明酶的催化效率受温度的影响。
14、 答案：（1）在肯定的温度范围内，酶的催化效率随温度的上升而上升 （2）酶作用的最适温度 （3）假如温度在达到酶作用的最适温度后接着上升，酶的催化效率就会下降 （4）酶的催化效率受温度的影响 （3）用求异思维法来解试验及设计试验的问题。 所谓求异思维法（或称差异思维法）是从两个场合的差异中寻求缘由的方法。为了应用求异思维法来找出现象的缘由，必需有两个场合，即所探讨的现象出现的正面场合和所探讨现象不出现的反面场合。在这两个场合中，其他状况都相同，只有一个状况在正面场合中出现，而在反面场合中不出现，那么，这个状况就是被探讨现象的缘由或部分缘由。这种思维方法在生物学试验中的详细体现主要就是单因子变量
15、及比照试验的原则。 解这类题肯定要在试验操作的基础上去充分体会试验的原理及方法，由感性相识上升到理性相识。也可用求异思维法来找出变量间的因果关系，从而驾驭试验及设计试验的方法。 例5 在编号为14的4支试管内各注入10 mL 3%过氧化氢溶液，1号试管作为比照，在2号试管内快速放入簇新猪肝12小块，3号试管内放入一枚锈铁钉，4号试管内放入煮熟猪肝12小块，依据试验现象回答下列问题： （1）马上出现大量气泡的试管为_号，这种气泡是什么气?_。产生大量气泡的缘由是_。 （2）4号试管内有什么改变?_。理由是_。 （3）2号和3号试管内都能产生气体，就产生气体的速度和数量不同，说明缘由。 _。 解析
16、：用求异思维法解。此题的设计就是本着求异法的逻辑原理将课本中的试验进行延长，增设了两个试验，1号试管作为比照，只在试管中加入10 mL 3%的过氧化氢溶液，结果没有任何现象发生；2号试管加入10 mL 3%的过氧化氢溶液和簇新猪肝12小块，结果产生气泡（O2）；两种场合，其他状况都相同，只有一个因素不同，那就是2号试管加了簇新猪肝，导致产生O2，即产生O2的缘由就是猪肝中的过氧化氢酶的作用；这就是从两个场合的差异中寻求缘由的方法。这其中就体现了单因子变量及比照试验的原理。同理，3号试管内放入10 mL 3%的过氧化氢溶液和一枚锈铁钉，锈铁钉是为了供应Fe3+，Fe3+作为催化剂也是将过氧化氢分
17、解成水和O2缘由；4号试管内放入10 mL 3%的过氧化氢溶液和煮熟的猪肝12小块，煮熟的猪肝中的过氧化氢酶受高温的影响，酶的结构被破坏从而失去活性，这样过氧化氢不被分解，没有任何现象发生。2号试管与3号试管相比，产生O2的速度不同，2号试管含有过氧化氢酶，能将过氧化氢快速分解产生大量的O2，而3号试管内的Fe3+是一般的无机催化剂，虽然能分解过氧化氢，但反应速度很慢，2号和3号试管相比说明酶的催化作用具有高效性。 答案：（1）2 O2 簇新猪肝内的过氧化氢酶快速催化过氧化氢，将其分解，产生大量O2 （2）没有 煮熟猪肝细胞内的过氧化氢酶被破坏，失去活性 （3）酶（或过氧化氢酶）的作用具有高效
18、性。点评：此试验将锈铁钉代替氯化铁，体现了试验材料选择的多样性，并且锈铁钉便利易得，所以这也是试验中可取方法，试验中我们可以依据详细状况选择一些经济、便利的试验材料，当然这应以不影响试验结果为原则。另一方面，本题的试验变量还可以扩展，但总体上应当留意单因子变量和比照。 【同步达纲练习】 1.在不损伤植物细胞内部结构的状况下，下列哪种物质适用于去除细胞壁 A.蛋白酶与脂酶 B.纤维素酶与果胶酶 C.盐酸 D.淀粉酶 2.在唾液淀粉酶催化淀粉水解的试验中，将唾液稀释十倍与唾液原汁催化效果基本相同，这说明白什么?_。 3.下图分别表示胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰蛋白酶在酶浓度肯定时，温度、pH对酶反应速
19、度的影响，请依据图回答下列问题： （1）图A中，a点所对应的温度称_，a点到b点曲线急剧下降，其缘由是_。 （2）将装有唾液淀粉酶与淀粉糊的甲、乙两试管分别放入10和75水浴锅中，20 min后取出转入37的水浴锅中保温，两试管内反应分别应为：甲_，乙_。 （3）图B中，c点表示_。 （4）在丙试管中装入胰蛋白酶与淀粉糊，且将溶液的pH调整至9，而后放入37的水浴锅中保温20 min，试管内的反应为_，说明_。 4.为了验证pH对唾液淀粉酶活性的影响，做如下试验。 操作步骤： 在15号试管中分别加入0.5%淀粉液2 mL。 加完淀粉液后，向各试管中加入相应的缓冲液3.00 mL使各试管中反应液
20、的pH稳定在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。 分别向15号试管中加入0.5%唾液1 mL，然后放入37恒温水浴中。 反应过程中，每隔1 min从第3号试管中取出一滴反应液，滴在比色板上，加1 滴碘液显色，待呈橙黄色时，马上取出5支试管，加碘液显色并比色，记录结果。结果见下表： 表中+表示蓝色程度。 1号2号3号4号5号 pH5.006.206.807.408.00 结果（颜色）+橙黄色+ 请回答： （1）试验过程中为什么要选择37恒温?_。 （2）3号试管加碘液后出现橙黄色，说明什么?_。 （3）假如反应速度过快，应当对唾液做怎样的调整? _。 （4）该试验得出的结论是什么?
21、_。 5.下图是小麦淀粉酶在不同温度下的催化效率改变曲线，试依据图回答： （1）在35时，小麦淀粉酶的催化效率_。 （2）在_和_时，催化效率都降为0，但在再回复到35时，仅_的催化效率复原，表明_。 【同步达纲练习】参考答案 1.解析：用系统化和详细化（对号入座）法来解。细胞壁的化学成分主要是纤维素和果胶。答案：B 2.解析：用系统化和详细化（对号入座）法来解。题目中的唾液稀释液和唾液都含有淀粉酶，都能催化淀粉水解成葡萄糖和麦芽糖。区分在于，稀释后的效果仍和唾液原汁的效果基本相同。由于唾液中的淀粉酶具有高效性的催化作用，稀释只是使酶的浓度有所下降，但只要酶存在，它就具有高效的催化作用，所以，
22、它们催化效果基本相同，应答酶具有高效性。答案：酶具有高效性 3.解析：先用图文转换法、再用层析综合法来解。本题首先必需看懂曲线图中几个变量之间的关系。曲线的升降与反应速度的快慢有关。酶活性的强弱，与所催化的反应速度亲密相关，酶活性越强所催化的反应速度就越快。因此通过本题，可以帮助我们加深对酶的特性的理解。A图，三种酶所催化的反应与温度的改变相关，在0至30之间，曲线向上，说明随着温度的上升，反应速度加快，说明酶的活性随温度的上升而上升；约在30至38之间是酶的活性最强的时候，其中曲线最高点a，就是酶的最适温度；以后，曲线下降，说明酶的活性随温度的上升而下降，温度过高，酶的活性受到抑制。因此甲、
23、乙两试管分别放入10和75水浴锅中，20 min后取出转入37的水浴锅中保温，两试管内反应分别应为：甲试管反应速度加快，而乙试管无催化反应。B图，三种酶的曲线分布有所不同，表明三种酶的最适pH是不同的。胃蛋白酶的最适pH为2左右，唾液淀粉酶的最适pH为7左右，胰蛋白酶的最适pH为9左右。所以，c点表示胃蛋白酶的最适pH为2左右。虽然丙试管中胰蛋白酶所处的pH、温度都是最适值，但它不能催化淀粉的分解，这说明酶具有专一性。 答案：（1）酶的最适温度 温度过高，酶的活性受到抑制 （2）试管反应速度加快 试管无催化反应 （3）胃蛋白酶的最适pH为2 （4）无催化反应 酶具有专一性 4.解析：用求异思维
24、法来解。求异思维在试验中主要体现在单因子变量的原则上，pH是试验变量，酶的活性是反应变量，要解除其他变量的干扰，设法找出变量间的因果关系，从而得出正确答案。 答案：（1）37是唾液淀粉酶起催化作用的最适温度，只有在恒温的条件下，才能解除温度因素对结果的干扰 （2）淀粉已完全水解 （3）提高唾液的稀释倍数 （4）唾液淀粉酶的最适pH在6.8左右，高于或低于此pH时，酶活性渐渐降低，酶的活性受pH的影响 5.解析：先用图文转换法，再用层析综合法来解。 答案：（1）最高 （2）0 100 A 低温不会破坏酶的结构，当温度复原时，酶的活性能够复原；高温破坏了酶的结构而使其失活，不能再复原 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第19页 共19页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页第 19 页 共 19 页