酶在生物新陳代謝中的作用全教案

教學目標

知識方面

　　1、使學生理解新陳代謝的概念及其本質

　　2、使學生了解酶的發現過程；初步理解酶的概念、酶的特性、影響酶活性的因素

　　3、使學生理解酶在生物新陳代謝中的作用

能力方面

　　在引導學生分析生物新陳代謝概念，探究酶的特性，探究影響酶活性因素的過程中，初步訓練學生的邏輯思維能力，分析實驗現象能力及設計實驗的能力，。

情感、態度、價值觀方面

　　通過讓學生了解酶的發現過程，使學生體會實驗在生物學研究中的作用地位；通過討論酶在生產、生活中的應用，使學生認識到生物科學技術與社會生產、生活的關系；體會科學、技術、社會之間相互促進的關系，進而體會研究生命科學價值的教育。

教學建議

教材分析

　　1、酶的發現

　　教材簡單介紹酶的發現歷史，從1783年意大利科學家斯巴蘭讓尼設計的巧妙實驗到20世紀80年代科學家發現少數的酶是RNA，使學生對酶的研究歷史中的一些重大發現有了一個大致了解。

　　2、酶的特性

　　酶的特性主要是通過安排了有關的學生實驗，讓學生通過實驗，發現酶的三個特性，這樣的編排方式符合學生由感性到理性的認知規律，有利于引導學生主動參與教學過程（），并且有利于培養學生的多種能力。酶的高效性特點，是通過比較《實驗五、肝臟內的過氧化氫酶比無機催化劑的催化效率》切入；酶的專一性的特點，是通過比較《實驗六、探索淀粉酶對淀粉和蔗糖水解的作用》切入；

　　3、影響酶活性的因素

　　本節教材主要講述酶的催化作用需要適宜的條件，通過《實驗七、探索影響淀粉酶活性的條件（選做）》切入。

　　本節內容的最后，安排了課外讀“造福人類的酶工程”，以開闊學生的視野，同時又有助于加強學生對本節基礎知識的理解，使學生體會科學、技術在改變人類生活質量中的作用。

教法建議

　　1、使學生在理解細胞水平上的新陳代謝概念及其本質是本節的重點與難點

　　新陳代謝是活細胞中全部有序的化學變化的總稱，這是在細胞水平上對新陳代謝的描述。其實學生已不是第一次接觸新陳代謝的概念，在初中生物課和高中生物課緒論中，學習已接觸到諸如同化作用、異化作用及其關系等與新陳代謝有關的知識，但那是在生物個體水平對新陳代謝下的定義。本章的新陳代謝內容是對以往知識的深化和展開，教學教師要有意識地從細胞和分子水平引導學生分析出生物體是如何自我更新的，合成與分解是如何進行的，及其二者的關系，從而使學生更深刻地理解什么是生命。

　　例如，為使學生理解新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱這句話，教師可結合前一章細胞的物質基礎與結構基礎的相關知識，引導學生分析活細胞中發生的各種化學反應，如發生在線粒體內的糖的氧化放能的化學過程；發生在葉綠體中的水和二氧化碳合成為有機物的化學過程；發生在核糖體上的氨基酸縮合成多肽鏈的化學過程等，使學生對新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱這句話有一個感性認識。

　　2、使學生理解酶的概念是本節的重點。在本節教學中如何組織學生完成酶具有專一性的實驗并實施有效的討論是本節的難點。

　　生命體隨時隨刻發生著數量巨大的生物化學反應，同時又是一個穩定的，開放的系統。細胞中發生的各種化學反應不可能在高溫、高壓、強酸、強堿等條件下進行，而必須在常溫、常壓、水溶液環境下能快速、有序地進行的，這就要盡可能地降低化學反應能閾，這是新陳代謝為什么離不開生物催化劑，即酶的原因。

　　酶的概念和酶的發現可結合一起在讓學生討論，這樣可讓學生充分體會生產實踐和科學實驗對科學發展的促進作用。酶的特性這部分內容，可先組織學生依次完成實驗，然后再由學生來討論和總結。

　　在引導學生分析酶的特性時，引導學生與蛋白質的多樣性聯系起來，可使學生易于理解酶的催化作用的專一注必定意味著酶的多樣性，而且蛋白質分子空間結構的多樣性和酶的專一性催化關系密切。

　　3、使學生理解酶具有高效性、專一性和需要適宜條件是本節的重點，如何組織學生完成影響酶活性因素的選做實驗并分析、討論實驗是本節教學的難點。

　　在組織學生操作、分析、討論《實驗七、探索影響淀粉酶活性的條件（選做）》基礎上，引導學生分析兩個坐標曲線圖，讓學生概括酶的催化作用需要適宜的溫度和pH。

教學設計示例

　　【課題】 第一節 新陳代謝與酶

　　【教學重點】新陳代謝的概念及其本質的概念、酶的特性、影響酶活性的因素、酶在生物新陳代謝中的作用

　　【教學難點】新陳代謝的概念及其本質的概念、酶在生物新陳代謝中的作用

　　【課時安排】1課時

　　【教學手段】板圖、多媒體課件、實驗

　　【教學過程（）】

　　1、引入新陳代謝的概念及本質

　　（1）學生在初中生物學課本、高中緒論課的學習或通過各種媒體的介紹，對新陳代謝已經有了一定的認識，首先，教師應了解學生對新陳代謝是如何理解的。為此教師可設計一些問題，引導學生以自身為例，剖析生命是如何維持的，以此引入本節的學習，如：

　　①人體的腦細胞是通過什么途徑獲得營養？腦細胞中產生的代謝廢物又是通過什么途徑排出體外的？

　　②進入腦細胞的營養物質是如何被利用的？

　　③學生如何理解同化作用、異化作用，物質代謝、能量代謝，它們之間有何關系？

　　④想一想，人體的身體有哪些系統參與了新陳代謝過程，各是如何參與的等等？

　　（2）學生一般只能從生物個體、器官或系統水平上，說明生物體與外界環境之間進行物質和能量的交換，在此基礎上，教師應把討論引向微觀水平，即細胞和分子水平的代謝過程。如可以設問：

　　①你吃下的肉類蛋白質，通過什么途徑轉化成為你自身的蛋白質？

　　②你吃下的淀粉類食物，通過什么途徑為你提供能量？等等

　　通過分析、討論，使學生理解：細胞的結構和生命活動的維持，需要不斷地合成與分解，不斷地處于自我更新的狀態，而這種自我更新的過程完全依賴于細胞內發生的生物化學反應，從而在細胞水平理解新陳代謝的本質，即“新陳代謝是活細胞中全部有序的化學變化的總稱”。

　　2、酶的概念、特性及其生理功能

　　在學生理解新陳代謝的本質后，可以利用學生已有的化學知識，分析出無機化學反應過程中所需的條件一般是很激烈的，再讓學生分析出生物體細胞生存的條件是很溫和的，可以提問，如：

　　（1）細胞生存的條件是很溫和的，那么細胞內數量如此巨大的生物化學反應如何在常溫、常壓、水溶液環境、pH接近中性的條件下，迅速高效的進行呢？

　　（2）在化學反應中有沒有提高化學反應的方法呢？

　　這樣可順利地引出活細胞產生的生物催化劑，即酶。

　　3、酶的發現史

　　這部分的教學，教師可讓學生自己閱讀，也可發給學生相應的補充資料，尤其是某種酶的研究過程方面的資料，目的是讓學生對酶的研究過程、方法有一個較為全面的了解，讓學生切身體會到生物學的實驗研究對生物學發現的重要作用。

　　學生閱讀后，可提問：酶都是蛋白質嗎？并做一定的說明。

　　酶是活細胞所產生的具有催化能力的一類特殊的蛋白質。酶是細胞中促進化學反應速度的催化劑。現已發現的酶約有3000種以上。它們分別存在于各種細胞中，催化細胞生長代謝過程中各種不同的化學反應，使生物化學反應在常溫、常壓、水溶液等溫和的條件下就可順利進行。

　　很多年來，人們一直認為所有的酶都是蛋白質。然而生物學家的實驗證明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh發現原生動物四膜蟲的26S rRNA前體在沒有蛋白質的情況下進行內含子的自我拼接，最終形成L19RNA。當時因為只是了解它有這種自我催化的'活性，沒有把它與酶等同看待。

　　1983年Atman和Pace分別報導了在RNA前體加工過程起催化作用的酶是由20%蛋白質和80%RNA組成的。如果除去蛋白質部分，并提高鎂離子的濃度，則留下的RNA具有與全酶相同的催化活性，這是說明RNA具有酶活性的第一例證。

　　“酶不都是蛋白質”，這一科學事實再一次有力地證明了實驗在科學發展中所起到的舉足輕重的作用，同時也讓我們看到，科學是發展的，探索是無止境的，而真理是相對的，現在的科學事實可能在今后會被修正，甚至推翻。

　　另外，酶、激素、維生素之間的區別值得一提，學生在以后的學習中容易把這些物質和它們的作用搞混。可就高中生物學水平做一簡單比較：

　　酶

　　激素

　　維生素

　　從化學本質上看

　　蛋白質

　　蛋白質（如生長素、胰島素等）、固醇類脂類物質（如性激素）

　　多種多樣，一般為小分子有機物。 如維生素D是固醇類物質；維生素A是脂類物質（萜類）；維生素C是抗壞血酸（葡萄糖的衍生物）等等。

　　從生理功能看

　　可提高生物體生物化學反應的速度，是一種生物催化劑。

　　激素又稱“化學信使”，是特定細胞合成的，能使生物體發生一定反應的有機分子。它的作用力很強，很低的濃度就能引起很強的反應，但在細胞中不能積累，很快就會被破壞。

　　維生素常常與酶結合，是較復雜酶的組成成分之一。天然食物中含量極少，但這些極微小的量對人體的生長和健康是必需的，人體一般不能合成它們或合成量不足，必須從食物中攝取。

　　可把酶的發現史與酶的特性這兩部分教學內容結合起來，這樣可使學生用實驗方法探索酶的特性順理成章。

　　4、酶的特性

　　在進行酶的特性教學時，教師可提問：

　　酶作為生物催化劑，與無機催化劑相比，有何特點?

　　為解決這個問題，教師可演示有關實驗，也可安排相應的學生實驗，引導學生通過對實驗現象的觀察，分析得出結論，即酶的高效性、專一性與多樣性特性。

　　（1）酶的高效特性實驗，實驗前有必要簡單介紹兩項內容：

　　一是過氧化氫這種物質，它是動植物在代謝中產生的，對機體有毒害作用。生物體可通過過氧化氫酶，催化過氧化氫迅速分解成水和氧氣而解毒。無機催化劑三價鐵離子也可催化這一反應；二是本實驗的實驗步驟。

　　實驗后，讓學生討論得出過氧化氫酶的催化效率高于鐵離子的結論，在此基礎上，教師可列舉其他實例，概括酶的高效性。教師還應強調正是由于酶的存在及其高效性，所以許多代謝反應在體外很難發生，在體內卻可迅速進行。

　　（2）酶的專一性特性

　　實驗前可提問：“食物中的淀粉和蔗糖同屬糖類，唾液淀粉酶能否消化水解這兩種物質?”

　　本實驗所涉及的顏色反應要在實驗前跟學生說明清楚。淀粉水解成的麥芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的條件下，與斐林試劑反應會有磚紅色沉淀物質產生，淀粉和蔗糖與斐林試劑無此反應。因此，斐林試劑可以用來鑒定淀粉和蔗糖溶液中是否有麥芽糖和葡萄糖及果糖，進而推測淀粉和蔗糖是否被水解。

　　在此基礎上，教師通過進一步實例說明酶的專一性是酶普遍具有的特性；

　　（3）酶的多樣性原理，可在學生理解酶的專一性原理基礎上，結合蛋白質的多樣性讓學生分析得出。

　　5、影響酶活性的因素

　　有條件的學校，應盡量讓學生做《實驗七、探索影響淀粉酶活性的條件》，這對于訓練學生分析實驗能力，理解對照實驗的設計方法等都是很幫助的。

　　在學生通過實驗分析得出影響酶活性的因素后，可適當結合學生的生活實際，引導學生分析、討論一些與之相關的生活常識。如可提問：“持續高燒不退或嚴重腹瀉有時甚至會危及人的生命，學生知道其中的原因嗎？”

　　人的正常體溫是37℃，體溫升高到38℃，雖然體溫只是升高了1℃，但人已感覺非常沒有精神，如果升高到39℃甚至40℃以上，而且持續高燒，就會出現一系列嚴重的反應，如昏睡、昏迷、驚厥、甚至危及生命，這是為什么呢？原來，酶作為生物催化劑，其催化活性受到很多因素的影響，如溫度、pH值、有機溶劑、重金屬離子、酶濃度、酶的激活劑、抑制劑等等，而酶的活性受上述因素的影響是非常敏感的，影響因素發生很小的變化的，酶活性就會發生很大的改變。人體中酶的最適溫度一般為37℃，當人體體溫高于或低于這個溫度時，機體中酶活性就會大大降低，細胞內的各種生物化學反應不能正常進行了。

　　霍亂是一種烈性傳染病，為霍亂弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍亂弧菌通過人的腸粘膜并大量繁殖，同時產生腸毒素引起劇烈腹瀉造成迅速而嚴重的脫水，血容量明顯減少，因而出現微循環衰竭，使細胞得不到鉀、鈉、鈣、氯離子，導致肌肉痙攣；細胞得不到碳酸氫根離子而導致細胞內pH值發生較大的改變，酶活性即相應大大降低

　　，嚴重的會出現代謝性酸中毒，最終病人腎功能衰竭，休克、死亡。人體大量出汗、腹瀉都要相應地補充水就是這個道理；嬰幼兒自身調節能力差，嬰幼兒腹瀉常常引起嚴重后果，就是這個道理。

　　或者問：“當人誤食了含有重金屬的食物或農藥后，有一種應急措施，就是趕緊給病人大量喝牛奶或豆漿，學生知道這是為什么嗎？”

　　酶活性除了與溫度、pH有關外，還受有機溶劑、重金屬離子等的影響。有機溶劑與重金屬離子影響酶活性的主要原因是有機溶劑和重金屬離子與酶蛋白上的某些化學基團結合，使酶的活性完全喪失，這也是人誤食了有機磷農藥、有機氯農藥或含重金屬離子的食物中毒甚至死亡的原因。

　　牛奶和豆漿中含有大量的蛋白質，這些蛋白質可以和重金屬或有機物結合，而使這些金屬離子和有機物發生沉淀。當人誤食了含重金屬的食品或農藥后，大量飲用牛奶或豆漿可使這些有毒物質沉淀下來不被消化道吸收，從而也就避免了這些有毒物質與人體中正常的酶接觸的機會，而保護了這些酶的活性。當然，這只是應急措施，還要去醫院探究活動