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2019-2020年高一生物《新陳代謝與酶》教學(xué)設(shè)計(jì)之一 （一）學(xué)習(xí)內(nèi)容： 第三章《生物的新陳代謝》的第一節(jié)《新陳代謝與酶》，第二節(jié)《新陳代謝與ATP》；通過實(shí)驗(yàn)《比較過氧化氫酶和的催化效率》，《探索淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用》及《探索影響淀粉酶活性的條件》總結(jié)歸納作為酶所具備的特點(diǎn)。 （二）學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 1. 酶的概念、酶的催化作用特點(diǎn) 2. 酶的特性實(shí)驗(yàn)完成 3. 理解酶的特性與新陳代謝的關(guān)系 （三）學(xué)習(xí)難點(diǎn)： 1. 酶的性質(zhì)及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 2. 酶的性質(zhì)驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì) （四）學(xué)習(xí)過程： 1. 新陳代謝：是活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱。 理解：新陳代謝是生物最基本的特征，是生物與非生物最本質(zhì)的區(qū)別。要將新陳代謝同普通的物理變化和化學(xué)變化區(qū)分開。這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在三點(diǎn)上：① 新陳代謝是活細(xì)胞中發(fā)生的過程；② 是有序的化學(xué)反應(yīng)，是受控過程；③ 新陳代謝的本質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)，涉及物質(zhì)變化和能量變化；對(duì)細(xì)胞、對(duì)生物體而言，這種有序變化是其存在的基礎(chǔ)，是以生物體表現(xiàn)出生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳和變異的特征。細(xì)胞才以活的姿態(tài)出現(xiàn)，表現(xiàn)出生長(zhǎng)、分裂、完成生命活動(dòng)等特征。 2. 酶 （1）發(fā)現(xiàn)1783年，意大利科學(xué)家，斯巴蘭讓尼鷹的消化實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簠^(qū)分鳥類的胃的消化過程，是進(jìn)行物理性消化，還是存在化學(xué)性消化。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將肉塊放入小巧的金屬籠，讓鷹將金屬籠吞入，既保證肉塊不受物理性消化的影響，同時(shí)胃液可流入籠內(nèi)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：隔一段時(shí)間后，將小籠子取出，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失了。 結(jié)果分析：胃內(nèi)具有化學(xué)性消化作用 1836年，德國科學(xué)家施旺，從胃液中提取出消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)（蛋白酶） 1926年，美國薩姆納從刀豆種子中提出脲酶結(jié)晶，并證實(shí)脲酶是一種蛋白質(zhì)。 20世紀(jì)30年代，酶是一類具有生物催化作用的蛋白質(zhì) 20世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家切赫和奧特曼發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA 也具生物催化作用。 （2）本質(zhì)：酶，是活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有生物催化作用的有機(jī)物 理解：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)成分，即一些具有生物催化作用的有機(jī)物，如RNA并非是蛋白質(zhì)成分，它們具有生物酶的特點(diǎn)：① 是活細(xì)胞可以合成的；② 能夠催化反應(yīng)進(jìn)行；③ 是生物體內(nèi)的有機(jī)物，所以，有幾點(diǎn)要注意：a. 不是酶的本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，少數(shù)RNA也是酶；b. 不是蛋白質(zhì)都能稱為酶，只有是活細(xì)胞中產(chǎn)生具有催化作用的蛋白質(zhì)才稱為酶，催化作用僅為蛋白質(zhì)多種功能之一；c. 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生，但不一定只在活細(xì)胞內(nèi)才能發(fā)揮作用，在體外條件合適情況下一樣能發(fā)揮催化作用。 （3）特性 酶的特點(diǎn)在化學(xué)中已經(jīng)學(xué)到，所有的酶在一定的條件下都能使生物體內(nèi)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速地進(jìn)行，而酶本身不發(fā)生變化，但酶有別于無機(jī)化學(xué)催化劑。 ① 酶具有“高效性” 過氧化氫酶，與相比，過氧化氫酶的催化效率要高許多。通常情況下，酶的催化效率是無機(jī)催化劑的倍。也就是說，酶的催化效率是極高的，比如： 每個(gè)碳酸酐酶分子每秒能夠催化個(gè)，使其與相同數(shù)量的結(jié)合，形成，是非酶催化的一百萬倍。 ② 酶具有“專一性” 一種酶只能作用于一種底物，或一類分子結(jié)構(gòu)相似的底物： 淀粉酶 只能催化淀粉水解，對(duì)蔗糖不起催化作用 二肽酶 可以水解任何兩種氨基酸組成的二肽 所以，每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學(xué)反應(yīng)。進(jìn)一步講，生物體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)很多，在同一時(shí)刻，機(jī)體內(nèi)部不同部位不同細(xì)胞，或同一細(xì)胞不同的位置發(fā)生著千萬種反應(yīng)，而反應(yīng)的進(jìn)行依賴于酶的存在，所以，可以推論酶具有“多樣性”。大多數(shù)酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)也是具有多樣性特點(diǎn)的。特別是蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是酶發(fā)揮作用的重要基礎(chǔ)之一。 ③ 酶需要適宜的條件 每一種酶活性的發(fā)揮都離不開特定的環(huán)境條件，通常酶在一定的范圍內(nèi)才具有活性，有催化能力，超過了這個(gè)范圍，就不再有催化能力，即酶失活；酶即使在活性范圍內(nèi)，催化能力也有高低之分，酶在改變某一環(huán)境條件下，活性也改變，當(dāng)酶活性最高時(shí)，該環(huán)境條件稱為最適條件，在此條件兩側(cè)，酶活性都將降低。影響因素常有：a. 溫度：一定范圍內(nèi)，酶的催化能力隨溫度升高而增強(qiáng)（）但超過60℃，絕大多數(shù)酶就會(huì)失去活性，低溫使活性降低，但分子結(jié)構(gòu)未破壞，可恢復(fù)活性。b. pH 酶對(duì)環(huán)境中的pH十分敏感，酶只有在一定的pH范圍內(nèi)才能表現(xiàn)出活性，隨pH不同，酶的活性波動(dòng)很大，一般最適pH常在4－8之間，不同酶情況不一樣。 酶 最適pH 過氧化氧酶（肝） 唾液淀粉酶 脂肪酶 胰蛋白酶 胃蛋白酶 6.8 6.8 8.3 8.0-9.0 1.5-2.2 過酸，過堿和pH偏高或偏低，酶的活性都會(huì)明顯降低至失活，通常是使酶分子結(jié)構(gòu)遭到破壞而導(dǎo)致失活。 高溫常破壞酶的分子結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致失活，低溫也能使酶活性急劇下降，但酶的分子結(jié)構(gòu)未被破壞，當(dāng)溫度恢復(fù)到適宜濕度時(shí)，酶活性可恢復(fù)。 這兩種作用下，作為維持酶空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵或次級(jí)鍵被破壞，主要是肽鍵，離子鍵，氫鍵，二硫鍵被破壞，導(dǎo)致酶被水解。 （4）酶工程： 盛有酶的容器——酶反應(yīng)器中，利用酶的生物催化作用生產(chǎn)產(chǎn)品。 ——淀粉酶用于高果糖漿的生產(chǎn)淀粉→麥芽糖→葡萄糖→果糖 利用豬胰島素生產(chǎn)人胰島素等。 （5）新陳代謝與酶 自然界的一切生命現(xiàn)象都與酶的活動(dòng)有關(guān)，活細(xì)胞內(nèi)全部的生物化學(xué)反應(yīng)，都是在酶的催化作用下進(jìn)行的，生命系統(tǒng)既是一個(gè)需要維持穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)，又是一個(gè)瞬間就會(huì)發(fā)生一系列合成分解運(yùn)動(dòng)著的系統(tǒng)，是一個(gè)矛盾的統(tǒng)一體。新陳代謝中的各種化學(xué)反應(yīng)是在溫度、酸堿度等相對(duì)穩(wěn)定的條件下進(jìn)行的。要想在常態(tài)下迅速而高效地進(jìn)行反應(yīng)，并且盡可能地降低能量閾，這就需要生物催化劑——酶，離開了酶，新陳代謝就不能進(jìn)行，生命就會(huì)停止。 第二節(jié) 新陳代謝與ATP （一）學(xué)習(xí)內(nèi)容： 1. ATP的生理功能 2. ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 3. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 4. ATP的形成途徑 （二）學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 1. ATP的生理功能 2. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化以及ATP的形成途徑 （三）學(xué)習(xí)難點(diǎn)： 1. ATP的結(jié)構(gòu)和生理功能 2. ATP的形成與轉(zhuǎn)化 （四）學(xué)習(xí)過程： 新陳代謝中的一系列變化過程需要有酶的催化作用，同時(shí)，這些過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)移。 糖類是細(xì)胞的主要能源物質(zhì)，脂肪是生物體內(nèi)儲(chǔ)存能量的物質(zhì)。這些能源物質(zhì)的最終來源都是太陽能。是通過復(fù)雜的過程轉(zhuǎn)變并轉(zhuǎn)移而儲(chǔ)存在這些物質(zhì)內(nèi)的，并且終將以特殊形式，轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)變才能被生物體利用，它們都不能被生物體直接利用，實(shí)際上，有機(jī)物中的能量不是綠色植物直接轉(zhuǎn)移用于有機(jī)物的合成的，在所有這些變化過程中，無論是能量的儲(chǔ)存轉(zhuǎn)移，還是釋放都離不開ATP這種特殊形式，新陳代謝所需能由細(xì)胞內(nèi)的ATP直接提供，ATP是代謝能量的直接來源。 1. ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 （1）概念：ATP ——三磷酸腺苷的英文縮寫，是存在于生物體內(nèi)的高能磷酸化合物。 高能磷酸化合物：指水解時(shí)釋放的能量在以上的磷酸化合物。ATP 水解時(shí)釋放的能量高達(dá)。 （2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A—P～P～P A：代表腺苷（由腺嘌呤和核糖組成） P：代表磷酸基團(tuán)。 ～：代表高能磷酸鍵 （3）水解過程： 高能磷酸鍵水解時(shí)，生成磷酸并且釋放出大量的能量。 2. ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 ATP分子中遠(yuǎn)離A的那個(gè)高能磷酸鍵，在一定條件下很容易水解；也容易生成。此過程伴隨能量的儲(chǔ)存與釋放，ADP為二磷酸腺苷，含一個(gè)高能磷酸鍵。 ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的；ATP在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化十分迅速；胞內(nèi)的ATP的含量總處在動(dòng)態(tài)平衡中，不斷消耗，不斷生成，保證胞內(nèi)穩(wěn)定供能環(huán)境。ATP水解時(shí)釋放的能量，是生物體維持細(xì)胞分裂，根吸收礦質(zhì)元素和肌肉收縮，維持體溫等生命活動(dòng)所需能量的直接來源。 3. ATP的形成途徑 對(duì)人和動(dòng)物來說，ADP轉(zhuǎn)化成ATP所需能量來自呼吸作用，對(duì)綠色植物而言，則來自呼吸作用和光合作用 對(duì)于生命而言，能量是其能正常進(jìn)行的根本，有了能量就可以完成各種活動(dòng)。生物體所有的能量幾乎都來自太陽能，綠色植物通過光合作用，將光能轉(zhuǎn)變成有機(jī)物中的穩(wěn)定化學(xué)能，其它生物則直接或間接地以植物為食，在進(jìn)食后，將食物中的能量轉(zhuǎn)移到自身，合成有機(jī)物或利用，在所有這些過程中，伴隨著ATP與ADP的轉(zhuǎn)變，完成能量的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和釋放。這種不停頓的動(dòng)態(tài)平衡，是生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性的具體表現(xiàn)之一，而ATP 則象是在各種細(xì)胞間，流通著的“能量貨幣”，保證了各種生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。 【模擬試題】 1. 胃液中的蛋白酶，進(jìn)入小腸后，催化活性大大降低，由于（ ） A. 酶的催化作用只能發(fā)揮一次 B. 小腸內(nèi)的溫度高于胃內(nèi)溫度 C. 腸內(nèi)的pH值比胃內(nèi)pH值高 D. 小腸內(nèi)的pH值比胃內(nèi)pH值低 2. 在不損傷植物細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，去除其細(xì)胞壁最好的方法是（ ） A. B. C. 淀粉酶 D. 纖維素酶 3. 關(guān)于酶的性質(zhì)，下列表述中錯(cuò)誤的一項(xiàng)是（ ） A. 化學(xué)反應(yīng)前后，酶的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量不變 B. 一但離開活細(xì)胞，酶就失去催化能力 C. 酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的一類特殊有機(jī)物，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA。 D. 酶的催化效率很高，但易受溫度和酸堿條件影響 4. 根據(jù)反應(yīng)式：以下說法正確的是（ ） A. 物質(zhì)和能量都是可逆的 B. 物質(zhì)是可逆的，能量是不可逆的 C. 物質(zhì)是不可逆的，能量是可逆的 D. 兩者均不可逆 5. 下列關(guān)于人體細(xì)胞內(nèi)ATP的敘述，正確的是（ ） A. 人體細(xì)胞內(nèi)貯有大量ATP，以備生理活動(dòng)需要 B. ATP水解成ADP的反應(yīng)是可逆的 C. ATP只能在線粒體中生成 D. ATP中含有兩個(gè)高能磷酸鍵 6. 下圖中能表示動(dòng)物肌細(xì)胞內(nèi)ATP含量與供給之間關(guān)系的曲線是（ ） A. a B. b C. c D. d 7. 關(guān)于酶的特性實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，取標(biāo)號(hào)為A、B、C，三支試管各加入稀釋淀粉糊 （1）在三支試管內(nèi)各滴入革蘭氏碘液，搖勻，可見試管內(nèi)溶液呈_____色。 （2）再在A管內(nèi)加入胰液，B管內(nèi)加入煮沸唾液，C管內(nèi)加入唾液，然后將這三支試管放入37－40℃水浴鍋中，15－20分鐘后，三支試管內(nèi)溶液確切變化分別是（ ） A管______________因?yàn)開______________ B管______________因?yàn)開______________ C管______________因?yàn)開______________ 8. 下面為綠色植物體內(nèi)ATP與ADP的互換式 問：（1） A代表________，P代表_______，～代表________，Pi代表_______。 （2） 當(dāng)反應(yīng)從左向右進(jìn)行時(shí)，釋放的能量供給_______。 當(dāng)反應(yīng)從右向左進(jìn)行時(shí)，所需能量來源于__________和__________。 9. 加酶洗衣粉中含蛋白酶，這種洗衣粉為什么能很好地除去衣物上的奶漬和血漬？使用這種洗衣粉時(shí)為什么需要溫水？ 10. 下圖是人體內(nèi)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)示意圖，圖中哪個(gè)英文字母代表酶，若B代表的是二肽，CD代表什么？若B代表的是蔗糖，CD代表什么？