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1、高二生物新陈代谢与酶教案高二生物新陈代谢与ATP教案 高二生物新陈代谢与ATP教案 教学目标 学问方面1、理解ATP的分子简式及其结构特点2、理解ATP和ADP之间的相互转化及其对细胞中能量代谢中的意义3、理解ATP的形成途径4、驾驭ATP是新陈代谢的干脆能源，并理解ATP作为能量通用货币的含义 实力方面学生通过分析ATP与ADP的相互转化及其对细胞内供能的意义，初步训练学生分析实际问题的实力。 情感、看法、价值观方面让学生在分析自己身体内发生的ATP-ADP循环及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产实践中的价值，加强学生对身边的科学（RLS）这一理念的理解。 教学建议 教材分析1、对于A
2、TP的分子结构，教材首先介绍了ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，分子简式为A-PPP，其中A代表腺苷，T代表三个，P代表磷酸基，代表高能磷酸键，然后从比较高能磷酸化合物释放能量的标准数值和ATP释放能量的数值入手，使学生很信服地相识到ATP的确是一种高能磷酸化合物。2、对于ATP与ADP的相互转化，教材中首先介绍了ATP水解和重新合成的过程：ATP与ADP的转化中，ATP的其次个和第三个磷酸之间的高能磷酸键对于细胞中能量的捕获、贮存和释放都是很重要的。其次个高能磷酸键的末端，能很快地水解断裂，于是ATP转换为ADP，能量随之释放出来以用于各项生命活动；同样，在供应能量的条件下，也简单加上第三个磷酸，
3、使ADP又转化为ATP。在ATP与ADP的转化过程中都须要酶的参加，活细胞内这个过程是永无休止地循环进行的。同时还介绍了ATP与ADP的这种相互转化是非常快速的，ATP在细胞中的含量是很少的，如肌细胞中的ATP只能维持肌肉收缩2钞钟左右。从而易于引发学生探讨ADP-ADP循环的意义，同时可使学生加强ATP是生物体维持各项生命活动所需能量的干脆来源的观点。3、对于ATP的形成途径，教材是在介绍了ADP-ATP循环的基础上，从动物（包括人体）和绿色植物两方面进行了阐述。对动物而言，产生ATP途径是是氧化磷酸化，即呼吸作用；对植物而言，产生ATP的过程包括氧化磷酸化（呼吸作用）和光合磷酸化（光合作用
4、）。4、对于ATP的生理功能，教材先分析了生物体内糖类、脂肪等物质具有储存能量的特点，指出新陈代谢不仅须要酶，还须要能量，糖类是细胞的主要能源之一，脂肪是生物体内重要的储能物质，但这些有机物中的能量都不能干脆被生物利用，它们的能量只有在细胞中随着有机物的逐步分解而释放出来，且储存到ATP中才能被生物体利用，从而使学生易于理解为什么ATP是新陈代谢所需能量的干脆来源。在本节的最终，教材还用ATP是流通着的能量货币这一形象的比方，以加深学生对ATP的生理功能以及ADP-ATP相互转化的相识，即伴随着ATP的水解与合成的过程，发生着能量的释放与储存，从而推动新陈代谢顺当进行。 教法建议本节教学内容中
5、，ATP的分子简式、ATP的生理功能是重点，ATP与ADP的相互转变在新陈代谢中的作用，既是教学重点也是难点。1引入本节课时，首先要让学生明确以下事实，即生物体的生存不仅仅要依靠物质上的支持，同时还必需有能量的维持，在生物体内发生物质改变的同时，必定伴随着能量的获得、储存、释放、利用和散失。这样，引入ATP这一生物体干脆能源就顺理成章了。2引出ATP这一高能化合物时，还是先从学生较为熟识的能量形式入手比较简单被学生接受。比如，可先从宏观上引导学生分析绿色植物的光合作用过程把光能以化学能的形式储存在糖类、脂肪等有机物中；动植物又通过呼吸作用分解体内的有机物而获得生命活动所需的能量。在此基础上，引
6、导学生进一步分析出：光能只有转化成一种活跃的化学能，才能被绿色植物利用；同样，动、植物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量，除了一部分以热能的形式散失或维持体温外，其余的都要转化成一种活跃的化学能，才能用于各项生命活动。那么这种活跃的、随时可以利用的化学能是什么呢?这样自然而然地就引出ATP这一生物体的干脆能源物质。 3ATP的分子结构不宜讲授得过于深化。学生只要了解ATP中具有不稳定的高能磷酸键，ATP水解时释放其能量，形成ATP时须要能量就可以了，应把学生探讨的重点放在ATP释放出的能量用于哪些生理过程，及形成ATP的高能磷酸键时，能量来自哪些生理过程，以便使学生易于理解ATP和ADP的相互
7、转变在细胞中能量的储存、转移和利用中的作用。4ATP与ADP的相互转化及这种转化在能量的储存、转移和利用中的作用，是本节学习的难点。为使学生的探讨顺当进行，老师应适时给学生以下提示：其一，细胞内ATP的含量是相对稳定的；其二，ATP在细胞内的含量是极少的，其三，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞干脆利用，ATP的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的干脆能量来源；其四，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体干脆利用，只有这些能量转移给ATP，且ATP水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生相识到ATP与ADP之间高效、快速的转化是处于动态平衡之中的，ATP是生物体的干脆能源，是细胞能
8、量代谢的通用货币。5ATP的形成途径也不宜太深化，因为光合作用、呼吸作用的详细过程还没学到。留意引导学生分析出绿色植物通过光合作用，将光能转化成ATP中的化学能，并将ATP中的化学能最终储存在糖类等有机物中，即光合作用过程中固定的光能是绿色植物、动物和人形成的ATP的能量源泉。 教学设计示例 其次节新陈代谢与ATPATP的分子简式及其结构特点、ATP和ADP之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、ATP的形成途径、ATP是新陈代谢的干脆能源，能理解ATP作为“能量通用货币”的含义ATP和ADP之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、理解ATP作为“能量通用货币”的含义1课时板图、挂图、
9、多媒体课件1、引言设计1：通过学生列举生活实例引入ATP这一高能化合物。新陈代谢的物质改变过程中，必定伴随着能量的转化。为了使学生对能量的转化有一个感性的相识，老师应激励学生从自己的生活中找一些能量转化的实例，比如可以提问： （1）“你能举出几个生物体内发生的诸如能量转化、或能量的汲取储存、或能量的释放利用的例子来吗？”（2）“绿色植物能把光能干脆用于有机物的合成吗?”或“生物体通过呼吸作用把有机物中的能量释放出来，这些能量能干脆被细胞利用吗？”不能，光能必需要转化为一种活跃的化学能才能用于有机物的合成；有机物中的能量通过呼吸作用释放出来后，也必需转化为一种活跃的化学能才能用于生物体的各项生命
10、活动，携带这种活跃的化合能的物质就是一种高能化合物，即ATP，这样很自然地引入了ATP这个概念。设计2：从细胞中能量利用存在的冲突入手，设计相关的问题串引入ATP这一高能化合物。（1）“细胞中主要是由什么细胞器来产生能量的？”线粒体的呼吸作用氧化分解有机物释放能量（2）“细胞中有哪些生理过程在不断地消耗着能量？”细胞分裂、细胞核中DNA的复制、核糖体合成蛋白质、细胞膜主动运输、高尔基体合成分泌等须要能量（3）“细胞内产能与用能很明显地存在着空间上的隔离，细胞是怎样解决这一冲突的呢?”（4）“细胞内存在有糖类、脂肪等有机物，这些有机物含有大量且稳定的能量，但某项生命活动可能不用大量的能量就足以进
11、行，而且糖类、脂肪中储存的能量又过于稳定，不易被生物体利用，细胞又是怎样解决这一冲突的呢？”这样就可自然地引入ATP这种储能少、不稳定、可为全部生理活动供能的高能化合物。2、ATP的分子简式及其结构特点在引导学生探讨ATP的分子结构简式及其特点时，可从ATP的英文名称中的三个字母含义、中文名称、ATP是高能化合物等方面入手，使学生易于理解ATP的结构特点及其生理作用。 须要向学生说明清晰高能化合物的概念，即高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般的共价键的2倍以上，如ATP末端磷酸水解生成ADP和磷酸时，释放出的能量约30.5kJ/mol上，而6-磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有1
12、3.8kJ/mol。这种键称为高能键，常以“”符号表示。含有高能键的化合物统称为高能化合物。然后让学生自己分析ATP的结构简式的含义，如ATP中两个磷酸基团之间（P和P之间用“表示）的化学键是高能磷酸键。细胞内释放能量的反应，如呼吸作用常会伴随ADP转变成ATP；而耗能的反应，如蛋白质的合成等，须要用ATP水解成ADP再将能量释放出来，以推动需能代谢反应的进行。ATP和ADP在体内总是处于不停地转化中，且处于动态平衡之中。3、ATP和ADP之间的相互转变及其意义在引导学生探讨ATP和ADP之间的相互转变时，需强调细胞内ATP的含量是相对稳定的；ATP在细胞内的含量是极少的，细胞内的糖类、脂类等
13、能源物质不能被细胞干脆利用，ATP的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的干脆能量来源，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体干脆利用，只有这些能量转移给ATP，且ATP水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生相识到ATP与ADP之间高效、快速的转化是处于动态平衡之中的，ATP是生物体的干脆能源，是细胞能量代谢的“通用货币”。4、在探讨了ATP和ADP之间相互转变及其意义后，在小结ATP在细胞内能量的转换、运输、利用中的关键作用时，可结合本节所讲的内容，提一些与ATP有关的综合性问题供学生探讨，让学生在探讨中加深对ATP这一生物体干脆能源物质的理解。比如，可以探讨下面几个问题：（1）众多
14、能源物质中，ATP这种肯定含量极少的物质为什么成为干脆能源？葡萄糖、糖元、淀粉、脂肪、氨基酸、脂肪酸、磷酸肌酸等，这些都可作为生物体的能源物质，但生物体不能利用这些能源物质中的能量，这些物质中储存的能量必需要转移给ATP中。生物体干脆从ATP中获得生命活动所需的各种形式的能量，如ATP可转化为机械能、电能、渗透能、化学能、光能和热量等。（2）为什么ATP是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质，成为生物的干脆能源呢？我们来看看葡萄糖和ATP分子中储存能量的差异就明白了。ATP末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解时释放20.92kJ/mol以上能量的化合物叫高能
15、化合物，可见ATP是高能化合物，而且其能量与某些高能化合物（如磷酸肌酸）相比，要低一些，因此磷酸肌酸中的能量可在不需额外供能的状况下转移给ATP。而葡萄糖分子彻底氧化为二氧化碳和水后，释放出2870kJ/mol的能量。结果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在银行里的钱，而储存在ATP分子中的能量则像“零钱”，它更简单在细胞中被运用，因此还有的说ATP是能量的“通用货币”就是这个道理。（3）ATP对生命的维持是极其重要的，试想：当产生ATP的过程停止时，会发生什么？举一个例子，学生可能知道氰化物可以在特别短的时间内使人死亡，其毒理就是阻挡ATP的形成。当人体ATP合成受阻后，机体没有ATP，神经细
16、胞和其他细胞中的细胞活动就不能接着，人在3-6分钟内就会失去知觉。（4）还有一个问题值得一提，就是ATP在生物体中的肯定含量是微小的，但生物体中的每一个细胞每时每刻都在消耗着ATP，但在正常状况下，生物体内的ATP量可满意机体的要求，奥妙何在呢？生物体可把其它能源物质的能量高速地转移给ATP，以补充ATP的消耗，即ATPADP循环速度是很快的。 高一生物新陈代谢与酶教案 第1节新陈代谢与酶教学目标学问方面1、使学生理解新陈代谢的概念及其本质2、使学生了解酶的发觉过程；初步理解酶的概念、酶的特性、影响酶活性的因素3、使学生理解酶在生物新陈代谢中的作用实力方面在引导学生分析生物新陈代谢概念，探究酶
17、的特性，探究影响酶活性因素的过程中，初步训练学生的逻辑思维实力，分析试验现象实力及设计试验的实力，。情感、看法、价值观方面通过让学生了解酶的发觉过程，使学生体会试验在生物学探讨中的作用地位；通过探讨酶在生产、生活中的应用，使学生相识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会探讨生命科学价值的教化。教学建议教材分析1、酶的发觉教材简洁介绍酶的发觉历史，从1783年意大利科学家斯巴兰让尼设计的奇妙试验到20世纪80年头科学家发觉少数的酶是RNA，使学生对酶的探讨历史中的一些重大发觉有了一个大致了解。2、酶的特性酶的特性主要是通过支配了有关的学生试验，让学
18、生通过试验，发觉酶的三个特性，这样的编排方式符合学生由感性到理性的认知规律，有利于引导学生主动参加教学过程，并且有利于培育学生的多种实力。酶的高效性特点，是通过比较试验五、肝脏内的过氧化氢酶比无机催化剂的催化效率切入；酶的专一性的特点，是通过比较试验六、探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用切入；3、影响酶活性的因素本节教材主要讲解并描述酶的催化作用须要相宜的条件，通过试验七、探究影响淀粉酶活性的条件（选做）切入。本节内容的最终，支配了课外读“造福人类的酶工程”，以开阔学生的视野，同时又有助于加强学生对本节基础学问的理解，使学生体会科学、技术在变更人类生活质量中的作用。 教法建议1、使学生在理解细胞
19、水平上的新陈代谢概念及其本质是本节的重点与难点新陈代谢是活细胞中全部有序的化学改变的总称，这是在细胞水平上对新陈代谢的描述。其实学生已不是第一次接触新陈代谢的概念，在初中生物课和中学生物课绪论中，学习已接触到诸犹如化作用、异化作用及其关系等与新陈代谢有关的学问，但那是在生物个体水平对新陈代谢下的定义。本章的新陈代谢内容是对以往学问的深化和绽开，教学老师要有意识地从细胞和分子水平引导学生分析诞生物体是如何自我更新的，合成与分解是如何进行的，及其二者的关系，从而使学生更深刻地理解什么是生命。例如，为使学生理解新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称这句话，老师可结合前一章细胞的物质基础与结构基础的相关
20、学问，引导学生分析活细胞中发生的各种化学反应，如发生在线粒体内的糖的氧化放能的化学过程；发生在叶绿体中的水和二氧化碳合成为有机物的化学过程；发生在核糖体上的氨基酸缩合成多肽链的化学过程等，使学生对新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称这句话有一个感性相识。2、使学生理解酶的概念是本节的重点。在本节教学中如何组织学生完成酶具有专一性的试验并实施有效的探讨是本节的难点。生命体随时随刻发生着数量巨大的生物化学反应，同时又是一个稳定的，开放的系统。细胞中发生的各种化学反应不行能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行，而必需在常温、常压、水溶液环境下能快速、有序地进行的，这就要尽可能地降低化学反应能阈，这是
21、新陈代谢为什么离不开生物催化剂，即酶的缘由。酶的概念和酶的发觉可结合一起在让学生探讨，这样可让学生充分体会生产实践和科学试验对科学发展的促进作用。酶的特性这部分内容，可先组织学生依次完成试验，然后再由学生来探讨和总结。在引导学生分析酶的特性时，引导学生与蛋白质的多样性联系起来，可使学生易于理解酶的催化作用的专一注必定意味着酶的多样性，而且蛋白质分子空间结构的多样性和酶的专一性催化关系亲密。3、使学生理解酶具有高效性、专一性和须要相宜条件是本节的重点，如何组织学生完成影响酶活性因素的选做试验并分析、探讨试验是本节教学的难点。在组织学生操作、分析、探讨试验七、探究影响淀粉酶活性的条件（选做）基础上
22、，引导学生分析两个坐标曲线图，让学生概括酶的催化作用须要相宜的温度和pH。教学设计示例第一节新陈代谢与酶新陈代谢的概念及其本质的概念、酶的特性、影响酶活性的因素、酶在生物新陈代谢中的作用新陈代谢的概念及其本质的概念、酶在生物新陈代谢中的作用1课时板图、多媒体课件、试验1、引入新陈代谢的概念及本质（1）学生在初中生物学课本、中学绪论课的学习或通过各种媒体的介绍，对新陈代谢已经有了肯定的相识，首先，老师应了解学生对新陈代谢是如何理解的。为此老师可设计一些问题，引导学生以自身为例，剖析生命是如何维持的，以此引入本节的学习，如：人体的脑细胞是通过什么途径获得养分？脑细胞中产生的代谢废物又是通过什么途径
23、排出体外的？进入脑细胞的养分物质是如何被利用的？学生如何理解同化作用、异化作用，物质代谢、能量代谢，它们之间有何关系？想一想，人体的身体有哪些系统参加了新陈代谢过程，各是如何参加的等等？（2）学生一般只能从生物个体、器官或系统水平上，说明生物体与外界环境之间进行物质和能量的交换，在此基础上，老师应把探讨引向微观水平，即细胞和分子水平的代谢过程。如可以设问：你吃下的肉类蛋白质，通过什么途径转化成为你自身的蛋白质？你吃下的淀粉类食物，通过什么途径为你供应能量？等等通过分析、探讨，使学生理解：细胞的结构和生命活动的维持，须要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依靠于细
24、胞内发生的生物化学反应，从而在细胞水平理解新陈代谢的本质，即“新陈代谢是活细胞中全部有序的化学改变的总称”。2、酶的概念、特性及其生理功能在学生理解新陈代谢的本质后，可以利用学生已有的化学学问，分析出无机化学反应过程中所需的条件一般是很激烈的，再让学生分析诞生物体细胞生存的条件是很温柔的，可以提问，如：（1）细胞生存的条件是很温柔的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，快速高效的进行呢？（2）在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？这样可顺当地引出活细胞产生的生物催化剂，即酶。3、酶的发觉史这部分的教学，老师可让学生自己阅读，也可发给学生相应
25、的补充资料，尤其是某种酶的探讨过程方面的资料，目的是让学生对酶的探讨过程、方法有一个较为全面的了解，让学生切身体会到生物学的试验探讨对生物学发觉的重要作用。学生阅读后，可提问：酶都是蛋白质吗？并做肯定的说明。酶是活细胞所产生的具有催化实力的一类特别的蛋白质。酶是细胞中促进化学反应速度的催化剂。现已发觉的酶约有3000种以上。它们分别存在于各种细胞中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使生物化学反应在常温、常压、水溶液等温柔的条件下就可顺当进行。许多年来，人们始终认为全部的酶都是蛋白质。然而生物学家的试验证明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh发觉原生动物四膜虫的26
26、SrRNA前体在没有蛋白质的状况下进行内含子的自我拼接，最终形成L19RNA。当时因为只是了解它有这种自我催化的活性，没有把它与酶等同看待。1983年Atman和Pace分别报导了在RNA前体加工过程起催化作用的酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的。假如除去蛋白质部分，并提高镁离子的浓度，则留下的RNA具有与全酶相同的催化活性，这是说明RNA具有酶活性的第一例证。“酶不都是蛋白质”，这一科学事实再一次有力地证明白试验在科学发展中所起到的举足轻重的作用，同时也让我们看到，科学是发展的，探究是无止境的，而真理是相对的，现在的科学事实可能在今后会被修正，甚至推翻。另外，酶、激素、维生素之间的区分值
27、得一提，学生在以后的学习中简单把这些物质和它们的作用搞混。可就中学生物学水平做一简洁比较：酶激素维生素从化学本质上看蛋白质蛋白质（如生长素、胰岛素等）、固醇类脂类物质（如性激素）多种多样，一般为小分子有机物。如维生素D是固醇类物质；维生素A是脂类物质（萜类）；维生素C是抗坏血酸（葡萄糖的衍生物）等等。从生理功能看可提高生物体生物化学反应的速度，是一种生物催化剂。激素又称“化学信使”，是特定细胞合成的，能使生物体发生肯定反应的有机分子。它的作用力很强，很低的浓度就能引起很强的反应，但在细胞中不能积累，很快就会被破坏。维生素经常与酶结合，是较困难酶的组成成分之一。自然食物中含量极少，但这些极微小的
28、量对人体的生长和健康是必需的，人体一般不能合成它们或合成量不足，必需从食物中摄取。可把酶的发觉史与酶的特性这两部分教学内容结合起来，这样可使学生用试验方法探究酶的特性顺理成章。4、酶的特性在进行酶的特性教学时，老师可提问：酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点?为解决这个问题，老师可演示有关试验，也可支配相应的学生试验，引导学生通过对试验现象的视察，分析得出结论，即酶的高效性、专一性与多样性特性。（1）酶的高效特性试验，试验前有必要简洁介绍两项内容：一是过氧化氢这种物质，它是动植物在代谢中产生的，对机体有毒害作用。生物体可通过过氧化氢酶，催化过氧化氢快速分解成水和氧气而解毒。无机催化剂三
29、价铁离子也可催化这一反应；二是本试验的试验步骤。试验后，让学生探讨得出过氧化氢酶的催化效率高于铁离子的结论，在此基础上，老师可列举其他实例，概括酶的高效性。老师还应强调正是由于酶的存在及其高效性，所以很多代谢反应在体外很难发生，在体内却可快速进行。（2）酶的专一性特性试验前可提问：“食物中的淀粉和蔗糖同属糖类，唾液淀粉酶能否消化水解这两种物质?”本试验所涉及的颜色反应要在试验前跟学生说明清晰。淀粉水解成的麦芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的条件下，与斐林试剂反应会有砖红色沉淀物质产生，淀粉和蔗糖与斐林试剂无此反应。因此，斐林试剂可以用来鉴定淀粉和蔗糖溶液中是否有麦芽糖和葡萄糖及果糖，进而推
30、想淀粉和蔗糖是否被水解。在此基础上，老师通过进一步实例说明酶的专一性是酶普遍具有的特性；（3）酶的多样性原理，可在学生理解酶的专一性原理基础上，结合蛋白质的多样性让学生分析得出。5、影响酶活性的因素有条件的学校，应尽量让学生做试验七、探究影响淀粉酶活性的条件，这对于训练学生分析试验实力，理解比照试验的设计方法等都是很帮助的。在学生通过试验分析得出影响酶活性的因素后，可适当结合学生的生活实际，引导学生分析、探讨一些与之相关的生活常识。如可提问：“持续高烧不退或严峻腹泻有时甚至会危及人的生命，学生知道其中的缘由吗？”人的正常体温是37，体温上升到38，虽然体温只是上升了1，但人已感觉特别没有精神，
31、假如上升到39甚至40以上，而且持续高烧，就会出现一系列严峻的反应，如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命，这是为什么呢？原来，酶作为生物催化剂，其催化活性受到许多因素的影响，如温度、pH值、有机溶剂、重金属离子、酶浓度、酶的激活剂、抑制剂等等，而酶的活性受上述因素的影响是特别敏感的，影响因素发生很小的改变的，酶活性就会发生很大的变更。人体中酶的最适温度一般为37，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。霍乱是一种烈性传染病，为霍乱弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍乱弧菌通过人的肠粘膜并大量繁殖，同时产生肠毒素引起猛烈腹泻造成
32、快速而严峻的脱水，血容量明显削减，因而出现微循环衰竭，使细胞得不到钾、钠、钙、氯离子，导致肌肉痉挛；细胞得不到碳酸氢根离子而导致细胞内pH值发生较大的变更，酶活性即相应大大降低，严峻的会出现代谢性酸中毒，最终病人肾功能衰竭，休克、死亡。人体大量出汗、腹泻都要相应地补充水就是这个道理；婴幼儿自身调整实力差，婴幼儿腹泻经常引起严峻后果，就是这个道理。或者问：“当人误食了含有重金属的食物或农药后，有一种应急措施，就是抓紧给病人大量喝牛奶或豆浆，学生知道这是为什么吗？”酶活性除了与温度、pH有关外，还受有机溶剂、重金属离子等的影响。有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要缘由是有机溶剂和重金属离子与酶蛋白
33、上的某些化学基团结合，使酶的活性完全丢失，这也是人误食了有机磷农药、有机氯农药或含重金属离子的食物中毒甚至死亡的缘由。牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质，这些蛋白质可以和重金属或有机物结合，而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后，大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道汲取，从而也就避开了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会，而爱护了这些酶的活性。当然，这只是应急措施，还要去医院洗胃并进行进一步的治疗。扩展资料淀粉液遇碘变蓝的缘由淀粉是白色无定形的粉末，由10%30%的直链淀粉和70%90%的支链淀粉组成。直链淀粉具有遇碘变蓝的特性，因为溶于水的直链淀粉借助
34、分子内的氢键卷曲成螺旋状，第一个螺距有六个葡萄糖残基组成。假如在淀粉液中加入碘液，碘分子便嵌人到螺旋结钩的空隙处，并且借助范德华力与直链淀粉联系在一起，形成了一种络合物，这种络合物能够比较匀称地汲取波长范围为400750nm可见光，而反射的光是蓝光，所以使淀粉溶液呈现出蓝色来。绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA生物体内存在三千多种具有不同功能的酶，一切生命现象都与酶有关，因为活细胞内的生物化学反应，都是在酶的催化作用下进行的，没有酶，新陈代谢就不能进行，生命也就会随之停止。酶的化学本质是蛋白质，这一相识直到20世纪80年头后才被科学修正过来。科学探讨表明，一些RNA分子也具有酶的催化功能，
35、如一种叫RNaseP的酶，它是由20%的蛋白质和80%的RNA组成。科学家将这种酶的蛋白质除去，同时提高镁离子的浓度，留下来的RNA仍具有与该酶相同的催化活性。后来的科学试验进一步证明其它某些RNA分子与那些构成酶的蛋白质分子一样，也都是效率特别高的生物催化剂。酶工程细菌细胞直径不足2m，每时每刻却发生着1500一2000个化学反应，由1000多种酶对这些反应进行催化和调制，生产着3000多种蛋白质，1000多种核酸；而且细菌合成效率惊人，它合成每个肽链只需百分之三秒，而现代最先进的蛋白质自动合成机器只能合成小肽，而且速度也慢，合成每个肽链须要7分钟，两者相差200多倍；它合成RNA和DNA的
36、速度更是远远超过了人工合成；另外细胞中能量转换效率也很高，这一切都有赖于生物催化剂，这就是酶。现已发觉的酶约有几千种以上。它们定位于各种细胞的不同细胞器中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使这些反应在正常温度等条件下就可顺当进行。酶是细胞产物，但不肯定非要在细胞内发挥作用，在细胞外，即在非细胞条件下也能发挥作用。19世纪，人们已相识到酵母可以使葡萄糖发酵，产生酒精和二氧化碳，但是对于这一过程是如何进行的，当时主要有两种观点，而且始终未能达成一样。1857年，法国闻名的细菌学家巴斯德认为酒精发酵须要有完整的细胞结构才能实现；德国化学家李比西则认为酒精发酵要求的只是细胞中的某些物质，而不
37、要求完整的细胞参加。直到1897年，毕西纳不用完整的酵母细胞，而用酵母汁进行酒精发酵获得胜利，从而证明生物体内的催化反应也可能在体外进行。正是基于这点，人们可以利用细胞中的酶能催化体外的生化反应，这就是酶工程得以发觉的前提。我们都用过加酶洗衣粉，同一般的洗衣粉相比，加酶洗衣粉中含有蛋白质和脂肪酶等多种通过微生物生产出来的酶，因此，去除汗渍和油污的实力比较强。我们知道，酶作为一类具有生物催化作用的有机物，是在活细胞内产生的。那么，人们是怎样通过活细胞获得这种酶并且在生产和生活中运用这些酶的呢？这些都是通过酶工程来实现的。所谓酶工程，就是在肯定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的原料转化成有
38、用物质的技术，而且酶工程是生物工程的核心，没有酶的作用，任何生物工程技术都不能实现。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两个方面组成的。（一）酶制剂的生产已知酶的种类大约有几千种，实际已被运用于工业生产的仅10余种，如已能够实现工业化大量生产的酶有淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶等，其中碱性蛋白酶用于加酶洗涤剂，占国际上酶销售额的首位，青霉素固化酶用于医疗，占世界用量其次位。早期酶制剂主要来源于动植物材料，而今酶的主要来源是微生物。酶制剂的生产包括酶的生产、提取、分别纯化和固定化。1、酶的生产、提取和分别纯化（1）酶的生产酶普遍存在于动物、植物和微生物体内。人们最早是从植物的器官和组织中
39、提取酶的。例如，从胰脏中提取蛋白酶，从麦芽中提取淀粉酶；现在，生产酶制剂所须要的酶大都来自微生物，这是因为同植物和动物相比，微生物具有简单培育、繁殖速度快和便于大规模生产等优点。人们供应必要的条件，利用微生物发酵来生产酶。（2）酶的提取和纯化从微生物、动植物细胞中得到含有多种酶的提取液后，为了从提取液中获得所须要的某一种酶，必需将提取液中的其他物质分别，这就是酶的分别纯化。经过分别纯化后的得到的酶，活性不能降低，因此，分别纯化必需在相宜的条件下进行。人们多选择不同种类和浓度的有机溶剂，以沉淀不同的酶蛋白，达到分别纯化酶的目的。2、酶的固定化将分别纯化的酶制成酶制剂进行干燥处理，再适量加入相应的
40、稳定剂和填充剂，制成粉状制剂，用它们来催化生化反应。但其结果是酶制剂和产物混在一起，不能得到高纯度的产品；也很难让酶制剂进行重复运用。怎么办呢？科学家们想到了酶的固定化。先将纯化的酶连接到肯定的载体上（使酶固定化），运用时将被固定的酶投放到反应溶液中，催化反应结束后又能将被固定的酶回收。固定化酶一般是呈膜状、颗粒状或粉状的酶制剂，它在肯定的空间范围内运用，产品的纯度高，没有酶的而且酶制剂可反复运用，这种技术是1969年日本首先研制胜利，现已方法应用到生产中的。固定化酶同自由酶相比，具有以下优点：其一是稳定性高；其二是酶可反复运用；其三是产物纯度高；其四是生产可连续化和自动化；其五是设备小型化以
41、及可节约能源等。我们知道，蔗糖几乎全部来源于甘蔗或甜菜，但是甘蔗和甜菜的种植范围都比较有限，因此，蔗糖的产量也就受到了影咱。能不能利用淀粉来生产类似蔗糖的甜味剂呢？科学家通过-淀粉酶、糖化酶和将葡萄糖异构酶连接到离子交换树脂上，或者包埋在明胶中，制成的固定化葡萄糖异构酶，这种固定化酶可以用于使葡萄糖转化成甜度更高的高果糖浆。一些发达国家高果糖浆的年产量现已达到几百万吨，高果糖浆在很多饮料的制造中已经渐渐替代了蔗糖。3、固定化细胞利用胞内酶制作固定化酶时，先要把细胞打碎，才能将里面的酶提取出来，这就增加了工序和成本。人们设想干脆固定那些含有所需胞内酶的细胞，并且就用这样的细胞来催化化学反应。20
42、世纪70年头，科学家研制成固定化细胞，并且用于生产。例如，将酵母细胞吸附到多孔塑料的表面上或包埋在琼脂中，制成的固定化酵母菌细胞，可以用于酒类的发酵生产。（二）酶制剂的应用1、治疗疾病胰岛素是治疗糖尿病的常用药品，这种蛋白质是胰脏中胰岛细胞分泌的一种激素，是由两条肽链组成，一条由21个氨基酸组成，称为A链；另一条由30个氨基酸组成，称为B链。胰岛素是治疗糖尿病的。由于糠尿病患者许多，胰岛素的须要量很大，所以很多糖尿病患者运用的曾是猪的胰岛素。但是，猪胰岛素与人胰岛素在化学结构上有一处差别：猪胰岛素B链上最终一个氨基酸是丙氨酸，人胰岛素B链上最终一个氨基酸是苏氨酸。因此，用猪胰岛素治疗人的糖尿病
43、，简单使一些患者产生免疫反应。现在，科学家可利用酶，切下并移去猪胰岛素B链上的那个丙氨酸，然后接上一个苏氨酸。这样，猪的胰岛素就魔术般地变成人的胰岛素了；尿激酶可以用来活化人体内的溶纤维蛋白酶原，使溶纤维蛋白酶原转化为溶纤维蛋白酶，是治疗脑溢血、心肌梗塞、肺动脉堵塞等疾病引起的血栓所须要的药物，它是能利用培育哺乳动物细胞得到的唯一可以商业化的治疗剂。但由尿或组织培育的产物中提取价格较高，1980年4月，科学家已经通过质粒DNA诱发大肠杆菌生产出尿激酶，为在工业上利用酶工程方法生产酶开拓了道路；青霉素是人们常常运用的一种抗生素。但是，多年的运用使得不少病原菌对青霉素产生了抗药性，为此，科学家一方
44、面研制新的抗生素以替代青霉素，另一方面设法通过有关的酶制剂来改造青霉素的分子结构，进而研制出新型的青霉素。青霉素的分子是由一个母核和一个侧链组成的。科学家利用青霉素酰化酶，将母核和侧链水解开，然后，利用化学合成的方法，使青毒素的母核与其他的侧链连接，从而研制出氨苄青霉素等新型的青霉素。现在，制药厂已经能够利用固定化青霉素酰化酶反应器，成批地生产用于合成氨苄青霉素等新型青霉素的母核了；再如，溶菌酶可分解病原菌的细胞壁，具有明显的抗菌和消炎作用；溶纤维蛋白酶具有溶解患者血管内纤维蛋白凝块的作用，可以用来治疗血栓病。2、产品加工利用酶制剂生产一些产品，这一过程是在酶反器中进行的，酶反应器是指供酶制剂
45、催化化学反应容器。酶反应器分成多种，如具有固定化酶（或固定化细胞）的反应器叫做柱式酶反应器，柱式酶反应器是将含有底物的液体，以肯定的速度连绵不断地从一端注入装有固定化酶（或固定化细胞）的容器，在液体流经固定化酶（或固定化细胞）时，容器内就发生催化反应并且生成产物、含有产物的液体则连绵不断地从容器的另一端流出。同一般的化工容器一样，须要对酶反应器温度和pH等条件进行严格限制；不同的是，酶反应器必需进行无菌操作。食品加工业方面。酿酒厂和饮料厂利用果胶酶来澄清果酒和果汁，效果非常明显；又如，葡萄糖氧化酶可以除去密封饮料和罐头中的氧气、从而有效地防止饮料和食品氧化变质；再如，用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，
46、可以使肉丝、肉片等烹调后吃起来嫩滑可口；例如，支链淀粉酶是分解多糖类支链淀粉的酶，它能把胚芽转变为色泽较好的麦芽糖糖浆。麦芽糖的甜味没有葡萄糖浓，但很适口，且简单发酵、粘度大、溶解度大，用其制作糖果可以防止遇热变色，用于冰激凌可以防止产生砂糖结晶。日常生活方面。照相业由于采纳了酶技术使照相材料发生了很大变革；家庭用的洗衣粉里加了一些酶，它能够分解某些蛋白质等物质，使衣服上的血迹、汗渍等简单洗掉。但是，由于这些酶比较脆弱，在漂白剂一同起作用下很简单被破坏，然而酶工程可以解决这一技术难题。目前，市场上己经出现了能够和漂白剂一同起作用的去污酶洗衣粉。科学家通过对去污酶结构上的两个氨基酸进行修改，提高
47、了这种酶的反抗力。化学工业方面酶制剂也得到了广泛应用，在塑料工业与合成纤维工业中，已经可以用酶制剂催化氢化链烯的生产；其他方面，一些纺织原料也可以利用酶制剂进行加工。例如，自然蚕丝（指家蚕吐出的蚕丝）的外表有一层丝胶，丝胶干脆影响自然蚕丝的运用。过去，人们只能在高温条件下用碱性物质脱去自然蚕丝上的丝胶。现在，人们可以在温柔的条件下，利用蛋白酶对自然蚕丝进行脱胶，脱胶后的蚕丝具有鲜亮的色泽和柔滑的手感。3、化验诊断和水质监测依据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下形成水和原子氧，而氧原子可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物，人们依据这个原理
48、，将上述两种酶和无色的化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，当它与尿液相遇时，依据尿液中葡萄糖含量由少到多而呈现出浅蓝、浅绿、棕或深棕色，这样糖尿病人就可以便利地为自己化验尿糖的状况了。科学家依据同一原理，还研制出能够化验血糖数值的血糖快速测试仪，具有灵敏度高和速度快等优点。酚是一类对人体有害的化合物，常常通过炼油和炼焦等工厂的废水排放到河流和湖泊中，科学家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶传感器，可快速测定出水中质量分数仅有2107的酚。4、用于生物工程其他分支领域基因工程离不开内切酶和连接酶；植物体细胞杂交制备原生质体时，须要纤维素酶，人们把它们称为生物工程的工具酶，而这些酶可由
49、酶工程得到。酶作用的特性酶是催化剂，只需微量就可以使所催化的反应加速进行，而其本身的质和量都不发生改变，此外酶是生物催化剂，它有着不同于化学催化剂的特性。（1）酶具有高效性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。每个碳酸酐酶分子每秒能够催化个，使它们与相同数量的结合，形成相同数量的。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上倍。酶为什么会具有这样强大的催化实力呢?酶的中间产物学说认为：酶在催化某一底物时，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，酶的催化反应可以写成下式：S（底物）十E（酶）=SE（中间产物）=E十P（反应产物）（2）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。酶为什么具有这样高度的专一性呢?这可以用“诱导契合学说”来说明