人教版生物必修一5.1《酶的作用和本质》第一课时PPT课件+教学设计+同步练习

人教版高中生物必修一

第5章 第1节 降低化学反应活化能的酶

第一课时 酶的作用和本质

教学设计

【教学目标】

1．说明酶在细胞代谢中的作用、本质。

2．进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。

3．通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的。

【教学重难点】

1．教学重点

酶的作用、本质。

2教学难点：

（1）酶降低化学反应活化能的原理。

（2）控制变量的科学方法。

【教学方法】

直观教学、讲解、启发、实验法。

【课时安排】

2课时

【学生课前活动】

1．阅读教材，找出需了解的知识点，细胞代谢的定义，酶的本质，酶的特性等。

2．完成教材中的实验。

【教学过程】

［情境创设］

人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在来说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。

介绍教材P78斯帕兰扎尼的实验：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。

讨论下列问题：

1．为何要将肉块放在笼子中？

排除了胃对肉块的物理性消化。

2．对肉起消化作用的是什么物质？

一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是—酶。

3．进行肉类消化的过程的条件是怎样的？

进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。

4．在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条件？

实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。

总结：对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需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赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。

细胞生存的条件是很温和的，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，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？

一、酶在细胞代谢中的作用。

[实验] 比较过氧化氢在不同条件下的分解。

实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。铁离子也可催化这一反应。

1．实验原理：2H2O22H2O＋O2     2H2O22H2O＋O2

问：如何获得过氧化氢酶？

答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。

2．实验步骤及现象

学生分组实验，教师巡视，指导，参与学生讨论

3．讨论

问：与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？

答：2号试管加热后有气泡产生说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。

问：加热能提高反应速率，那么，在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？

答：不能

问：3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？

答：Fe3+和过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率

问：3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？

答：4号试管中的反应速率快这说明过氧化氢酶的催化效率比Fe3+更高

问：为什么说酶对于细胞内的化学反应至关重要？

答：酶催化化学反应不需要加热，催化效率高

问：对，细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应,这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要

答：通过实验结果的分析和讨论，你对于酶的作用形成了哪些认识？请将结论写下来，（过渡）即过氧化氢在不同条件下的分解速率不同。

二、控制变量：讲解教材P79相关内容，让学生了解实验设计的原则

我们刚才进行的实验，有些因素是可以变化的，如过氧化氢溶液的浓度可以变为5%，剂量可以为3mL，肝脏研磨液也可以换成生的土豆屑。像这样在实验过程中可以变化的因素称为变量。

师：请大家阅读课本第79页的内容，变量包括哪几种类型？如何区别？

生：变量包括自变量、因变量和无关变量

师：因变量与自变量的关系如何？

生：因变量随着自变量的变化而变化

师：数学坐标曲线上的哪句话与它非常相象？

生：y随x的变化而变化

师：非常好！所以因变量就相当于y，而自变量就相当于x

设计意图：与数学知识相渗透，用类比的方法，借助已经掌握的数学知识，很快掌握新的概念。

师：实验设计的原则是控制自变量，以形成对照或对比，观察和分析因变量，以得出实验结果或结论。无关变量保持一致，实验结果是我们直接观察或检测到的表象，而实验结论则是通过对实验结果的分析，所揭示的有关实验的本质。

积极思维：完成下列概念图

师：根据以上知识，我们再来回顾刚才的实验自变量、因变量和无关变量分别对应于哪一项？

生：实验条件是自变量，气泡产生情况和卫生香复燃情况是因变量，过氧化氢溶液的浓度和剂量为无关变量

师：如果1号试管中加入的溶液为3mL，那么该实验操作应该做怎样的调整？

生：其余试管中也都应加入3mL的溶液

师：对无关变量应保持一致在整个实验步骤中，4组实验只有实验条件这一个因素是不同的，其余因素都一样像这样除了一个因素不同，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。对照实验是科学实验中常用的方法之一，其中常态为对照组，人为添加或减少某种影响因素的一组为实验组，那么刚才实验中对照组和实验组分别是什么？

生：1号试管是对照组，2、3、4号试管为实验组

设计意图：引导学生准确获取信息，并将信息以一定的方式呈现，并围绕实验及时反馈，

三、酶的作用原理

（过渡）通过实验我们已经知道了酶能够大大加快反应的速率，那么酶为什么会有如此神奇的功能呢？让我们一起来看教材80页的图5-1，如果把化学反应比作驾车翻越一座高山，加热加压相当于给汽车加大油门，用催化剂则相当于帮司机找到一条穿山隧道，走隧道需要的能量要少得多。

刚才的实验中加热促使过氧化氢分解加快，是因为加热使过氧化氢分子得到能量，从常态转变为容易分解的活跃状态

分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。

【课堂活动】

师：下面大家将手伸出来，左手在下，右手在上现在，左手相当于常态，右手相当于活跃状态那么两手之间的距离相当于什么？

生：活化能

师：两手相碰就能发生反应，刚才实验中的加热能使过氧化氢分子得到能量，相当于将左手上抬那么此外还能有什么方法使两手相碰呢？

生：右手下降

师：很好右手下降，缩短两手之间的距离，起实质是降低了什么？

生：活化能

师：对，刚才的实验除了加热，还可以通过催化剂来提高反应速率，其实质就是降低反应的活化能。

设计意图：引导学生从两种不同角度分析这一过程，实际上就是提高学生分析与推理能力的过程利用手势简单易懂，化抽象为具体巧妙地突破难点

师：Fe3+和过氧化氢酶的不同点如何解释呢？

生：过氧化氢酶相当于将右手降得更低

师：非常好，加热加压的实质是提高分子的能量，而催化剂并未给分子提供能量，而是降低了反应的活化能，同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高，我们可以通过下面的一组数据来进一步体会

师：请看80页图5-2，你能不能用一个体育项目来形象地描述一下？

生：跨栏、跳高

师：很好图中完成反应所经历的过程用紫色箭头表示，这两个箭头的起点和终点有没有不同？

生：没有

师：这说明了什么？

生：化学反应并没有被改变

师：对哪一个动作更容易完成？

生：有酶途径

师：催化剂并不能改变化学反应的平衡，只是改变了反应的速率，相当于将运动项目的难度系数降低了，正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。让我们记住“温和”、“快速”。

设计意图：通过观察图片、做手势、打比方、读图表数据等多种途径，用多种方法来突破难点，通俗易懂，加深学生的印象，达到理想的效果同时为后面教学酶的特性做好铺垫

师：下面我们用一个动画来总结酶的作用及原理请仔细观察，并为该动画配上一段生动的解说词

播放动画：活化能是障碍物，小球跳不过去加热以后小球能跳得更高，有一小部分小球能跳过去，Fe3+来了，把障碍物降低，有大约60%的小球可以完成任务，最后过氧化氢酶将障碍物降得更低，几乎所有的小球都跳过去了。

设计意图：形象生动地再现本节课的难点，通过配解说词，让学生进一步理解、应用该知识点，并且训练了学生的语言表达能力同时，通过与大家分享成功的喜悦来体会学习的乐趣，渗透快乐教学的意识

四、酶的作用原理

阅读课本P81，探索酶的本质并总结

问：从巴斯德研究的领域来看，他得出结论的出发点主要是什么？

答：巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。

问：从李比希研究的领域来看，它得出结论的出发点主要是什么？

答：李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。

问：他们的争论被哪位科学家的研究成果平息了？

答：毕希纳。

请分析毕希纳研究的过程（学生活动）。

实验：酵母细胞研磨 加水搅拌 加压过滤 含酵母细胞的提取液 加入葡萄糖。

现象：冒出气泡。

结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样。

酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。

问：你认为毕希纳只凭上面的实验能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样？

答：不能。

问：那还应做怎样的实验？

答：对照实验。将酵母菌分成两等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。

问：有人说毕希那的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？

答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性。

虽然已经确定了酶在物质变化中的作用，但酶到底是什么物质仍然是困扰大家的问题。要研究酶是什么物质，首先要得到纯度较高的酶，然后才能作出鉴定。美国科学家萨姆纳在研究酶究竟是什么过程中作出了杰出贡献。

萨姆纳的研究过程

问：萨姆纳研究哪种酶？是如何确定的？

答：脲酶。借助其他科学家的研究，知道刀豆种子中脲酶的含量比较高。

问：脲酶提取出了，根据你学过的知识如何证明它就是脲酶，不是细胞中其他的有机物呢？

答：在这个实验中首先可以证明是不是蛋白质。用双缩脲试剂这个特有反应来鉴定。然后根据脲酶的特性：尿素 氨＋二氧化碳，来判定它不是脲酶。

1926年萨姆纳的重要科学研究成果让人们知道脲酶就是蛋白质，后来其他科学家也提取了其他种类的酶，也证明是蛋白质，所以在以后一段较长的时间，人们都认为酶就是蛋白质。

问：科学家得出的结论应用的什么方法？

答：概括法。

问：你能说出当时概括得出这个结论的基本思路吗？

答：脲酶是蛋白质，胰蛋白酶也是蛋白质，胃蛋白酶也是蛋白质。人们发现的酶都是蛋白质，所以酶就是蛋白质。

问：这样的结论到了20世纪80年代美国科学家的重要发现出现了什么变化？

答：美国科学家切赫和奥特曼发现了一种酶，它也有催化功能，但是它是RNA。这样酶的定义就有了发展。即：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的是RNA。

［教师精讲］

酶作为生物催化剂，人们对它的认识经历了较长的时间，从酶究竟是在活细胞中能起作用还是释放出来起作用一直争论到到底是什么物质，每次争论的结果都让人们对酶的认识更深入一步，更加准确，所以可以说酶的本质的发现过程也正是人们认识自然的一个真实写照。

［评价反馈］

1.细胞内合成酶的主要的场所是

A.细胞质   B.线粒体      C.核糖体   D.内质网

2.分析上题中能不能说合成酶的场所是核糖体？

参考答案：

1.C   2.不能。因为还有少量的酶是RNA，它的合成场所就不在核糖体。

［课堂小结］

通过对酶本质的发现过程的学习，我们知道酶的本质就是具有催化作用的有机物。酶的本质的发现过程也说明了一个问题，这个科学结论的得出是科学家不断探索、不断进行实验，最终揭示出来的。它是许多科学家共同努力的结果。

［板书设计］

第1节  降低化学反应的活化能

第1课时   酶的作用和本质

一、酶在细胞代谢中的作用——生物催化剂

1.作用特点

（1）在催化某一反应时，与其他一般无机催化剂一样，能显著降低反应的活化能，提高反应速率，缩短达到平衡的时间，但并不改变反应的方向和平衡常数。

（2）反应前后酶的性质和数量均没有变化。

二、酶的本质

1.酶的本质的探索历程

2.大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA

［布置作业］

1. 课本P82第一、二题

2. 本节配套练习题。