师:同学们,今天我们共同复习“降低化学反应活化能的酶”这一节。新课学习是建“数目”(应是“树木”)的过程,复习则是建“森林”,我们要复习的“这棵树”是降低化学反应活化能的酶,“这片小森林”就是细胞代谢。

  细胞代谢是生命活动的基础,酶在其中至关重要。细胞代谢产生的废物如何快速分解?细胞代谢为何能高效、有序进行?这些过程受哪些因素影响?又如何设计实验验证或探究我们的猜想?通过本节课,大家将找到答案。

  本节课必备知识方面,我们复习酶的作用、本质、特性;关键能力方面,通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”“探究温度对酶活性的影响”这三个实验,总结科学实验的原则和变量控制方法。基于此,本节课学习目标如下:第一,概述酶的作用和本质,理解其功能由独特空间结构决定,建立结构与功能观。第二,能根据实验目的设计实验、分析结果、得出结论,进行科学探究。第三,通过建立温度、pH值对酶活性影响等数学模型,理解影响规律和实质,形成科学思维。第四,结合酶的探索历程,认同科学在探索中发展。酶本质的探索经历漫长过程,结合教材79页关于酶本质的探索和80页课后练习,可归纳为一个流程图解,其中有巴斯德和李比希的争论,毕希纳的一锤定音,萨姆纳的坚持,切赫和奥特曼的另辟蹊径。

  通过这一流程图解,我们得出有关酶本质的结论:第一,酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物。第二,绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA,也叫核酶。第三,酶在细胞内、细胞外、体外都能发挥作用。我们熟悉蛋白类的酶,对核酶了解少。其实rRNA就是一种核酶,它是细胞内含量最多的RNA,与蛋白质结合构成核糖体,在肽键形成中起催化作用,核糖体蛋白主要维持RNA的构象,没了核糖体蛋白,RNA构象塌陷,就失去催化作用。

  下面看一个典型例题。猪笼草是食虫植物,为验证猪笼草分泌液中有蛋白酶,某同学设计两组实验。在35摄氏度水浴保温一段时间后,甲乙试管加适量双缩脲试剂,丙丁试管不加试剂。对实验现象预测正确的是?

  两组实验都用分泌液处理蛋白质,检测蛋白质分解情况验证分泌液中有无蛋白酶,且都设了空白对照。不同的是,实验一用分泌液处理蛋白液,用双缩脲试剂检测;实验二用分泌液处理蛋白块,通过蛋白块大小变化检测。从原理看似乎都行,但蛋白酶本身是蛋白质,遇双缩脲试剂呈紫色。所以甲试管无论分泌液有无蛋白酶都会呈紫色:有蛋白酶时,蛋白酶分解蛋白液,自身遇双缩脲试剂呈紫色;无蛋白酶时,蛋白液不被分解,双缩脲试剂呈紫色。而且猪笼草分泌液可能含其他蛋白质,干扰实验结果。这样看,实验二思路合理,丙中蛋白块变小说明猪笼草分泌液含蛋白酶。所以本题正确选项是C项:甲和乙中溶液呈紫色,丙中蛋白块变小,丁中蛋白块不变小。这提醒我们实验设计除考虑自变量处理,还要考虑因变量检测是否方便科学。

  通过这个问题可知酶在细胞代谢中起重要催化作用,那催化剂作用机理是怎样的呢?要从活化能概念说起。分子反应需吸收能量从常态转变成易反应的活跃状态,这能量就是活化能。酶作为生物催化剂不能为分子提供能量,却能大大降低化学反应所需活化能,使反应易发生。我们通过数学模型理解,没酶催化时反应变化如曲线2,AC段代表所需活化能;加酶后如曲线1,BC段代表此时所需活化能,AB段就是被酶降低的活化能。若把酶换成无机催化剂,因无机催化剂催化效果远低于酶,降低的活化能少,b点会向上移动。

  那与无机催化剂相比,酶的催化作用有多强呢?通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验感受酶在细胞代谢中的作用及高效之处。实验过程和结果如下图表。通过实验可知过氧化氢酶能快速分解有毒的过氧化氢,催化效率远高于无机催化剂。

  我们分析下每组实验处理。第一组设置的作用是什么?第三组和第四组应在什么温度下进行?卫生香的作用是什么?这就涉及两个重要科学实验原则:设置对照和控制变量。本实验中1号试管是对照组,其他试管与1号试管比较,说明不同条件处理(自变量)对过氧化氢分解速率的影响。实验中每项处理都在控制变量,过氧化氢浓度和体积是无关变量,不同反应条件是自变量,气泡产生情况和卫生香复燃情况是因变量检测指标。可见,合理设置对照、严谨控制变量是实验成功关键。

  请同学们总结设置对照的作用和三种变量的控制方法,这是本节课第一个任务。有关对照组设置,都知道哪些对照类型呢?像本实验1号试管,没做任何处理,叫空白对照。观察质壁分离与复原实验,虽没单独设对照组,但细胞不同处理条件前后变化构成自身对照。若在本实验基础上增加5号试管,加两滴煮沸过的肝脏研磨液,与4号试管形成对照,叫条件对照。

  通过这几种对照设置方法和对本实验分析,可得出设置对照的作用:与实验组比较,说明自变量作用或对实验结果的影响,同时排除无关变量对实验结果的影响。设置好对照后,实验中三种变量怎么处理呢?可以用一句话概括:控制自变量,检测因变量,无关变量保持相同且适宜。对于自变量,遵循单一变量原则,与对照组比,每个实验组只能有一个自变量。对于因变量,关注是否易检测及检测手段,如典例一中实验2处理就比较合理。对于无关变量,不是真与实验无关,而是与实验目的无关,但影响实验结果,所以要保持相同且适宜,保证实验结果差异由自变量不同引起。例如典例一中反应条件35摄氏度水浴,若改为0摄氏度,因低温抑制酶活性,无论猪笼草分泌液有无蛋白酶,都无法分解蛋白液或蛋白块,影响实验结果,得出错误结论,0摄氏度就是不适宜的。

  我们再看一个典型例题。过氧化物酶能分解过氧化氢,氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶,设计实验如下表。下列相关叙述正确的是?

  阅读题干可知,焦性没食子酸可作指示剂,通过颜色变化反映过氧化氢是否分解,作为因变量检测指标。

  结合题干分析这四组实验,1号试管加缓冲液,过氧化氢不分解,焦性没食子酸不变色,是空白对照。2号试管加已知过氧化物酶,过氧化氢一定分解,焦性没食子酸变橙红色,是标准对照。3号试管是实验组,与1号、2号试管比较,分析白菜梗提取液中是否有过氧化物酶。4号试管既可以是实验组探究温度对酶活性的影响,也可作为条件对照进一步说明3号试管实验结果。

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《生物 必修1 降低化学反应活化能的酶 逐字稿-5,052字 第5版》.docx
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