人教版 (2019)必修1《分子与细胞》酶的特性第2课时教案设计

这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》酶的特性第2课时教案设计，共9页。教案主要包含了学习目标与重难点，教学过程，概念迁移，评价与反馈，作业或实践等内容，欢迎下载使用。
一、（教学目标）学习目标与重难点
学习目标（教学目标）
（1）通过探究影响酶活性的条件，阐明酶的作用条件较温和
（2）酶的分布与细胞结构和功能的关系
2.学习重难点（教学重难点）
（1）学习重点（教学重点）
1、酶的作用条件较温和
2、酶的分布与细胞结构和功能的关系
（2）学习难点（教学难点）
1、探究影响酶活性的条件
2、探究实验中控制变量的科学方法
二、教学过程
教学环节
师生活动
设计意图
课程导入
问题引入：上节课我们通过将酶和无机催化剂进行对比，得出了酶的催化作用具有专一性。那么许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应，那么酶起催化作用又需要怎样的条件呢？
对比酶和无机催化剂，继续探究酶的特性。
一、概念建构
学习课本82页的探究实践：影响酶活性的条件。思考什么是酶活性？如果细胞生活的环境条件发生了变化，酶活性究竟会怎样变化呢？
请同学们看以下一段背景知识……
在初中做消化酶实验时需要控制温度等实验条件。
不同消化液的pH不一样，唾液的pH为6.2到7.4，胃液的pH为0.9到1.5，小肠液的pH为7.6。唾液淀粉酶会随唾液流入胃，胃蛋白酶会随食糜进入小肠。
那么读了这段背景知识，你能提出
什么样的问题呢？下面请同学们思考你提出的问题有没有探究的价值，能不能通过探究实验找到答案。如果可以，那么请针对提出的问题作出假设。
依据酶的化学本质一般是蛋白质，而蛋白质会受到环境因素的影响。同学们可能会提出温度会影响酶活性以及PH会影响酶活性的假设。那么如何验证自己的假设呢？
实验目的非常明确，就是探究温度或者pH对酶活性的影响。那么自变量就是温度或者pH,因变量就是酶活性，而因变量酶活性的观测指标需要根据相应的酶促反应来确定。所以我们的实验思路即为：在不同的温度或者pH条件下，让底物在酶的催化下进行反应，然后检测底物的分解速率或者底物的剩余量。
在设计实验时，需要思考以下几个问题：
①材料用具提到了两种酶溶液，那么你将选择哪一种酶作为实验材料？为什么选择这种酶？
②实验中应该如何控制自变量？怎样观察或检测因变量？
③怎么排除自变量以外的因素对实验结果造成干扰？
④根据自己做出的假设，你预期会看到怎样的实验结果？比如酶活性升高或降低时，会出现什么样的实验现象？将预期的实验结果记录下来。
明确酶活性的概念，开始进行探究实验的设计。
阅读背景知识，提出问题，作出假设。
引出探究实验的实验目的，设计思路。
根据提供的材料用具，思考如何选择材料，如何控制变量，如何检测因变量，如何预期实验结果。
二、概念对比或应用
在探究温度对酶活性的影响时，如何解决上述的问题？
因为过氧化氢在不同温度下有不同的分解速率，高温下可以自身分解，会给实验引入了额外的变量。所以适宜选用:淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响。
那么自变量也就是温度，其设置方法我们可以根据所提供的材料用具来决定，一般淀粉酶常用的是α-淀粉酶，最适合的催化温度大概在60℃， 所以我们可以准备60℃的水、沸水以及冰水。
而因变量也就是酶活性，它的观测指标 我们可以通过滴加碘液后观察溶液颜色变化来记录。材料用具里提供了碘液还有斐林试剂，本实验因变量的观测指标 不宜选用斐林试剂来检测是否有还原糖的生成，因为斐林试剂检测需要水浴加热，而加热会改变反应体系的温度，从而给实验又引入了额外的变量。
那么在探究温度对酶活性的影响时，怎样排除pH和其他因素对实验结果造成干扰呢？ 一定要让每个处理组的无关变量保持一致，例如PH要调至相同且适宜。
最后根据酶绝大多数都是蛋白质，而蛋白质容易受到环境因素影响，我们可以预测：在α-淀粉酶比较适宜催化的60℃ 处理组，酶活性较高，使得淀粉分解，因此加入碘液不变色，而其他组的温度可能会降低α-淀粉酶的活性，使得淀粉有剩余，加碘液会变蓝色。
实验步骤：
第一步，我们要准备六支试管，并且编号。其中在1号、3号、5号三支试管中分别加入2mL淀粉溶液。2号、4号、6号三支试管中分别加入1mL淀粉酶溶液。
第二步，将1号试管和2号试管进行冰水浴保温五分钟，将3号试管和4号试管在60℃水浴保温五分钟，将5号试管和6号试管进行沸水浴五分钟。
第三步，将2号试管中的溶液倒入1号试管进行混合，将4号试管中的溶液倒入3号试管中进行混合，将6号试管中的溶液倒入5号试管中进行混合。
第四步，混合之后将1号试管、3号试管以及5号试管分别在冰水浴、60℃水浴、沸水浴条件下保温两分钟。
第五步，加入两滴碘液，观察颜色变化。因为在100摄氏度的高温下，淀粉结构被破坏，不能与碘液形成蓝色络合物，遇碘不变蓝。所以5号试管在完成反应后，先在自来水下冲凉，然后再加入碘液进行检测。
那么究竟会出现什么样的颜色变化呢？请同学们认真观看探究温度对酶活性影响的实验操作视频，并阐述实验结果。
根据视频中看到的实验现象，可以得出实验结果：1号试管及5号试管溶液变为深蓝色，说明淀粉被分解得极少或未分解，3号试管溶液几乎未变色，说明淀粉几乎被彻底分解。由此可以得到实验结论：温度过低或过高都会降低淀粉酶的活性，60℃时其活性较高。
那么在探究pH对酶活性的影响时应
该怎么选择实验材料，确定自变量的设置方法以及因变量的检测方法呢？
当自变量为pH时适宜选用：过氧化氢溶液和肝脏研磨液来进行探究实验。自变量也就是PH，其设置方法可以选用材料用具提供的：缓冲液，盐酸溶液和氢氧化钠溶液。
因变量酶活性的观测指标:可以通过检测反应产物氧气产生的速率，或者可以插入卫生香观察卫生香复燃情况。
那么怎样排除温度和其他因素对实验结果造成干扰呢？无关变量一定保持一致，例如将温度调至相同且适宜。
一般来说，酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，活细胞的pH和缓冲液最接近，因此在缓冲液组的pH条件下，酶活性较高，因此预测：缓冲液组气泡产生最快，卫生香复燃剧烈。而其他组的pH可能会降低酶的活性，影响反应的强度。
实验步骤。
第一步，准备三支试管，并且编号。在三支试管中，分别加入两滴肝脏研磨液。
第二步，在1号试管中加入1ml pH=7的缓冲液，在2号试管中加入1ml盐酸溶液，在3号试管中加入1ml氢氧化钠溶液。
第三步，在三支试管中分别加入两毫升 过氧化氢溶液。
注意需要事先在肝脏研磨液中加入调节pH的溶液,之后再将酶溶液和底物进行混合，否则尚未调节pH反应就已经结束，因为酶的催化具有高效性。
第四步，观察气泡生成的速率，或者插入卫生香，观察复燃情况。
根据视频中看到的实验现象，可以得出实验结果：1号试管气泡多、卫生香复燃快，说明此pH条件下H2O2被催化分解产生了氧气。2、3号试管几乎无气泡产生且卫生香不复燃，说明此pH条件下H2O2几乎不被分解。实验结论： pH过酸或过碱都会降低过氧化氢酶的活性，pH为7时其活性较高。
明确探究温度对酶活性影响的实验中的自变量、因变量以及无关变量等问题。
强化实验操作
在酶和淀粉混合之前，务必各自在设定的温度保温好五分钟，不能混合后再保温。一旦混合，二者就会快速完成反应，因为酶的催化具有高效性。
根据实验现象阐明实验结果，得出实验结论。
不适宜选用淀粉溶液和淀粉酶溶液。因为酸可以催化淀粉水解；调节pH值所营造的酸性环境会干扰碱性的斐林试剂对淀粉分解的检测；碱性环境会干扰碘液与淀粉的蓝色反应；而斐林试剂的碱性又会影响淀粉酶的活性。所以还是适宜选用过氧化氢溶液和肝脏研磨液。
掌握实验步骤，注意操作易错点。
三、概念迁移
通过对两个探究实验的实验结论进行归纳整合，可以得出：
溶液的温度和pH均会影响酶活性。
与无机催化剂相比，酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行。
到底不同温度或者不同pH条件下，酶的活性差别有多大呢？下面我们以温度为例做进一步探究，学习将定性实验变为定量实验。
定量实验的基本思路和实验步骤：
分组：设置0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃ 6个温度梯度进行催化反应。
记录反应时间：从反应开始，每隔1min从每个反应管中吸取一滴反应液用碘液检测淀粉的有无，记录反应液中检测不到淀粉所需的时间。
酶活性计算：以反应液中检测不到淀粉所需时间的倒数作为酶活性高低的检测指标。然后可以根据数据绘制出温度对酶活性影响的曲线。
科学家采用定量分析的方法，分别在不同的温度和pH条件下，测定同一种酶的活性，根据所得到的数据绘制成曲线图。
分析这两个曲线图可以看出，在最适宜的温度和pH条件下，酶的活性最高。温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。同学们可以想想是不是在感冒发烧时会有些食欲不振？就是因为体温偏高时，偏离了酶的最适温度，我们体内的消化酶的活性也会变差。
那么在过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏， 使酶永久失活。在0℃左右时，酶的活性很低， 但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性还会升高。因此酶制剂适宜在低温下保存。
细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。拿植物叶肉细胞来说，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。
溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，具有抗菌消炎的作用。在临床上与抗生素混合使用，能增强抗生素的疗效。
果胶酶能分解果肉细胞壁中的果胶，提高果汁产量，使果汁变得清亮。
加酶洗衣粉比普通洗衣粉有更强的去污能力，能把衣物清洗得更加干净鲜亮。
含酶牙膏可以分解细菌，使我们的牙齿亮洁，口气清新。
多酶片中含有多种消化酶，人在消化不良时可以服用。
胰蛋白酶可用于促进伤口愈合和溶解血凝块，还可以用于去除坏死组织，抑制污染微生物的繁殖。
利用脂肪酶处理废油脂，制造生物柴油，既保护了环境又使其得到合理利用。
青霉素酰化酶能将易形成抗药性的青霉素改造成杀菌力更强的氨苄青霉素。
自然界中存在的酶并不完全适于在生活和生产上应用。科学家利用酶工程技术对酶进行改造，使之更加符合人们的需要。
通过探究实践，得出酶的作用条件较温和。
学习将定性实验变为定量实验。
引出温度或者pH对酶活性的影响曲线图。
阐明酶的分布与细胞结构和功能的关系。
酶在我们的生活和生产中的应用，为我们的生活添姿彩。
四、评价与反馈
下面我们一起来做一下课堂反馈：
将刚采摘的新鲜糯玉米立即放入85℃的水中热烫处理2min,可较好地保持甜味。这是因为加热会（ ）
A. 提高淀粉酶的活性
B. 改变可溶性糖分子的结构
C. 破坏淀粉酶的活性
D. 破坏将可溶性糖转化为淀粉的酶的活性
下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（ ）
A.当温度为t2时，该反应的活化能最高
B.当反应物浓度提高时，t2对应的数值可能会增加
C.温度在t2时比在t1时更适合酶的保存
D.酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重
五、作业或实践
1、阅读课本84页与社会的联系，想一想用酶来水解淀粉 生产葡萄糖有什么优越性？还有哪些产品可以用酶法生产？
2、完成课本85页：拓展应用第2题，画出条件改变后的曲线。
3、对于酶的特性进行归纳总结。