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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高中生物教学设计与反思新陈代谢与酶【学习目标】 1知道酶的发觉过程；2懂得酶的性质 主要是高效性、专一性、酶需要相宜条件的特性；3用试验探究酶的高效性、酶的专一性；【学习障碍】1懂得障碍 1如何懂得酶与新陈代谢的关系？3如何懂得影响酶催化作用的因素？2如何懂得酶的高效性、专一性等特性？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懂得障碍的突破 1用“ 结构与功能相统一” 等观点懂得新陈代谢与酶的关系；生命系统既是一个需要维护 稳态的系统,又是一个瞬时就会发生一系列
2、合成、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、酸碱度等相对稳固的条件下进行的,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复杂的,如人体 从外界摄取的养分物质经过变化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；据估量,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
3、顺当地完成,完全是依靠酶的催化作用；正由于这样,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 年运算 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,而实际上现在人类的寿命已经大大超过 60 岁了；全部这些复杂的代谢活动,只
4、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；因此生物体的新陈代谢过程,实际上是由一系列酶 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” 来帮忙懂得酶的特性；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 数量和性质上的转变,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答应进行 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稳,而不能转变达到平稳时,反应物和产物的浓度；因此,酶既能加快正反应进行,也
5、能加快逆反应进行；酶促反应到底朝哪个方向进行,取决于反应物和产物的浓度；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” 来懂得酶的高效性 酶具有强大的催化才能,酶的催化才能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,
6、远远不能满意 生物体生存的需要；酶具有这样强大的催化才能,可以用酶的中间产物学说来说明：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固的中间产物,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；依据中间产物学说,酶促反应需酶催化的反应可以写成下式：- 1 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - B用“ 酶的诱导契合学说” 来懂得酶的专一性：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
7、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挑选,酶和底物结合时,酶并不 是事先就以一种与底物互补的外形存在,而是在受到诱导之后才形成互补的外形；这种方式犹如一只手伸进 手套之后才诱导手套的外形发生变化一样；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变化,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外形,使酶只能与对应的化合物契合,从而排斥了那些外形、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仍有“ 锁和钥 匙学说” ,见本节教材
8、复习题二图示,在此不再赘述；3用“ 内外因法” 来懂得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变化的条件,内因是 变化的依据,外因通过内因而起作用；用此方法可以找出事物变化的根本缘由；酶起催化作用所需条件虽然 不象一般催化剂那样苛刻,如要求高温、高压,但它仍是需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打算的；我们主 要讨论其外因；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,酶的稳固性也越来越低,表现
9、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,温度连续上升,酶的活性会显著下降,以致完全丢失催化才能；这是由于酶是一 种蛋白质,蛋白质加温到 7090就会变性沉淀,如鸡蛋清在开水里一煮就凝固成白色固体一样；各种酶能忍耐高温的限度不同,绝大多数酶在 如下图；60 70的溶液中即受到很大破坏；酶的活性随温度变化的示意图 酸碱度 pH：酸碱度对酶的催化作用有很大影响,主要表达在两个方面：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
10、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；这是由于最初以一种淀粉酶溶液为原料时,该酶的_,继后以糖化酶连续作用,该酶的 _之故；解析：用“ 内外因法” 解；各种酶的最适 pH 不同,据题意,催化淀粉最终水解成葡萄糖最先需要淀粉酶后需要糖化酶,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；- 2
11、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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
12、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沸水浸泡一段时间后再储存,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
13、时间后甜味便降低,明显是单糖削减的缘故；假如采摘后放在沸水中浸泡一段时间后再储存,甜味会保留较长一段时间,即单糖削减的速度明显减慢,单糖这种变化与温度有关,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段说明 _；- 3 - 名师归纳总结 - -
14、 - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2曲线中的 B 点表示 _；3曲线中的 BC段说明 _；4曲线总体说明 _；解析：用“ 图文转换法”、再用“ 层析综合法” 来解；此题第一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,B,就是酶的最适温度；BC段,曲线下降,说明酶的活性随 说明酶的活性随温度的上升而上升；曲线最高点温度的上升而下降,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；答案： 1在肯定的温度范畴内,
15、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连续上升,酶的催化效率就会下降 3用“ 求异思维法” 来解试验及设计试验的问题；4酶的催化效率受温度的影响所谓“ 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” 来找显现象的缘由,必需有两个场合,即所讨论的现象显现的正面场合和所讨论现象不显现的反面场合；在这两个场合中,其他情形都相同,只有一个情形在正面场合中显现,而在反面场合中不显现,那么,这个情形就是被讨论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表达主要就是单因子变量及对比试验的原就；解这类题肯定要在试验
16、操作的基础上去充分体会试验的原理及方法,由感性熟悉上升到理性熟悉；也可用“ 求异思维法” 来找出变量间的因果关系,从而把握试验及设计试验的方法；例 5 在编号为 1 4 的 4 支试管内各注入 10 mL 3%过氧化氢溶液, 1 号试管作为对比,在 2 号试管内快速放入新奇猪肝 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 1 2 小块,依据试验现象回答以下问题：1立刻显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_；24 号试管内有什么变化 ._；理由是 _；32 号和 3 号试管内都能产愤怒体,就产愤怒体的速度和数量不同,说明缘由；_；解析：用“
17、 求异思维法” 解；此题的设计就是本着求异法的规律原理将课本中的试验进行延长,增设了两个试验, 1 号试管作为对比,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%的过氧化氢溶液和新奇猪肝 1 2 小块,结果产愤怒泡 O2；两种场合,其他情形都相同,只有一个因素不同,那就是 2 号试管加了新奇猪肝,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；这其中就表达了单因子变量及对比试验的原理；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 ,Fe
18、3作为催化剂也是将过氧化氢分解成水和 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： 12 O2 新奇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
19、过氧化氢酶被破坏,失去活性 3酶或过氧化氢酶 的作用具有高效性；点评：此试验将锈铁钉代替氯化铁,表达了试验材料挑选的多样性,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情形挑选一些经济、便利的试验材料,当然这应以不影响试验结果为原就；另一方面,此题的试验变量仍可以扩展,但总体上应当留意单因子变量和对比；【同步达纲练习】1在不损耗植物细胞内部结构的情形下,以下哪种物质适用于去除细胞壁A蛋白酶与脂酶- 4 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - B纤维素酶与果胶酶 C盐酸 D淀粉酶 2在唾液淀粉酶催
20、化淀粉水解的试验中,将唾液稀释十倍与唾液原汁催化成效基本相同,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、据图回答以下问题：pH 对酶反应速度的影响,请根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 原 因 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
21、 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 1 5 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 使各试管中反应液的 pH 稳固在 5.00、6.20、 6.80、7.40、 8.00；分别向 1 5 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,立刻取出 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；pH 1 号2
22、 号3 号4 号5 号500 6 20 680 740 8 00 结果 颜色 橙黄色请回答：1试验过程中为什么要挑选 37恒温 ._；23 号试管加碘液后显现橙黄色,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 ._；5下图是小麦淀粉酶在不同温度下的催化效率变化曲线,试依据图回答：- 5 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,说明 _；【同步达纲练习】参考答
23、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,稀释后的成效仍和唾液原汁的成效基本相同；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,它们催化成效基本相同,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；此题第一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
24、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；因此通过此题,可以帮忙我们加深对酶的特性的懂得；A 图,三种酶所催化的反应与温度的变化相关,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、 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,
25、说明三种酶的最适 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 具有专一性；pH、温度都是最适值,但它不能催化淀粉的分解,这说明酶答案： 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“ 求异思维法” 来解；求异思维在试验中主要表达在单因子变量的原就上,pH 是试验变量,酶的活性是反应变量,要排除其他变量的干扰,设法找出变量间的因果关系,从而得出正确答案；答案： 137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,才能排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,酶活性逐步降低,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 20 100 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- 6 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页