高中生物關於ATP和酶的教案

探究一:溫度對酶作用速率的影響

高中生物關於ATP和酶的教案

實驗假設

溫度影響酶作用速率。具體來說,在其他條件不變的情況下,一定範圍內增加溫度,酶作用速率升高;超過一定的溫度範圍以後,再增加溫度,酶作用速率下降,高溫導致酶失去活性。

實驗器材

冰箱,燒杯,試管,量筒,溫度計,酒精燈,澱粉溶液,稀釋的唾液、碘液等。

實驗步驟

①取8支試管,分別標記爲1、2、3、4、5、6、7、8;用量筒各量取2 mL的可溶性澱粉溶液,分別加入上述8支試管;對上述8個試管分別進行0 ℃、17 ℃、27 ℃、37 ℃、47 ℃、57 ℃、67 ℃、100 ℃的溫度控制5分鐘;同時,取另一組8支試管,用量筒量取2 mL稀釋的唾液也進行同樣的溫度控制處理。

②取出上述兩組試管,將稀釋的唾液分別加入到對應溫度的試管中,再水浴保持相應溫度5分鐘。

③取出試管,加入碘液2~3滴,觀察顏色變化,用“+”表示顏色變化的深淺。

實驗數據與分析

1 2 3 4 5 6 7 8

加入I2後顏色變化 +++ ++ + - + +++ +++ +++

數據分析(酶作用速率) - + ++ +++ ++ - - -

關於實驗數據的分析說明:實驗中,加入碘液後顏色變化越明顯,直接表明澱粉被水解的越少,間接證明酶在該溫度條件下的催化活性越低,酶作用速率降低;反之,則相反。

教師提出下列問題,學生進行實驗或討論:

(1)假如實驗中將步驟③換成加入斐林試劑,後水浴加熱會出現怎樣的結果?

學生探究結果:在試管4中出現的磚紅色沉澱最明顯,而1、7、8試管幾乎無沉澱。

(2)假如進行重複實驗,在步驟②之後,將實驗中的試管1、7、8再置於37 ℃的條件下水浴5分鐘,有何現象?

學生探究結果:試管1中加入碘液無顏色變化(不顯藍色);而7、8試管加入碘液顯藍色。

(3)上述實驗說明了什麼?

說明了在0 ℃時,酶的活性會受到抑制,但在一定範圍內溫度升高其活性會增加,說明這種低溫導致的酶活性的降低是可以被恢復的;而在57 ℃、67 ℃、100 ℃時,酶的活性會受到抑制,並且隨着溫度的降低,其活性不再變化,說明高溫導致的這種活性的降低是不可以被恢復的。

(4)能否根據數學的函數思想,繪出唾液澱粉酶作用速率與溫度之間關係的函數示意圖?你能否對該函數圖進行解釋?

學生自主完成:

學生解釋:說明酶的催化需要適宜的溫度範圍;並且特定的酶具有一個特定的最適宜溫度;在最適溫度範圍內,隨着溫度的升高,酶作用速率增加;超過最適溫度範圍後,隨着溫度的升高,酶作用速率降低,最終失去活性;低溫對酶活性的抑制是可以被恢復的,而高溫導致酶的活性喪失是不可以被恢復的。爲什麼呢?

高溫導致了酶的空間結構的破壞,而這種破壞是不可以被恢復的,因而酶的活性中心失去其催化活性;低溫僅抑制了酶的活性中心的催化能力,並沒有破壞酶的空間結構,所以這種酶活性的降低是可以被恢復的。

(5)有些細菌生活在火山噴發口,也有一些生物生活在溫泉之中,你如何來解釋這種現象呢?

小組討論、代表發言:生活在這些環境中的生物,其體內的酶與人體內的酶的種類是不同的,所以所需要的最適溫度與人的也不同。

(6)人體內有許多種類的酶,這些不同的酶所需要的最適溫度都相同嗎?

人體不同的酶所需要的最適溫度是有所不同的,但大多是37 ℃左右。具體情況,可以查閱相關資料。

探究二:pH對酶作用速率的影響

教學建議:可以參考探究一的實驗設計思路,設計出一組呈梯度的pH環境,以研究不同的pH對酶作用速率的影響。

能否根據數學的函數思想,繪出H2O2酶作用速率與pH之間關係的函數示意圖?你能否對該函數圖進行解釋?

學生自主完成:

說明酶的催化需要適宜的pH範圍;並且特定的酶具有一個特定的最適宜pH;在最適pH範圍內,隨着pH的升高,酶作用速率增加;超過最適pH範圍後,隨着pH的升高,酶作用速率降低,並最終導致酶失去活性;過酸與過鹼對酶活性的破壞都不可以被恢復。

如人體內的胃蛋白酶需要的最適pH範圍是1.5~2.2之間,而胰蛋白酶需要的最適的pH範圍是8.0~9.0。

探究三:酶濃度對酶作用速率的影響

實驗假設

酶濃度影響酶作用速率。具體來說,在其他條件不變的情況下,一定範圍內增加酶濃度,酶作用速率升高;超過一定的濃度範圍以後,再增加酶濃度,酶作用速率不變。

實驗器材

燒杯、試管、量筒、乾酵母菌、過氧化氫、蒸餾水等。

實驗步驟

①取一定量的酵母菌配製成酵母菌溶液,用容量瓶(或量筒與燒杯)將上述鮮酵母菌溶液分別配製成稀釋10倍、100倍、100倍、1 000倍的酵母菌稀釋液;另取4支試管,分別標記爲1、2、3、4,用量筒各量取3 mL的過氧化氫溶液,分別加入上述4支試管。

②將酵母菌稀釋液分別加入上述4支試管,觀察試管中氣泡逸出的速率與氣泡的大小。

實驗數據與分析

1 2 3 4

加入酵母菌稀釋液後氣泡逸出的速率 ++++ +++ ++ +

數據分析(酶作用的速率) ++++ +++ ++ +

關於實驗數據的分析說明:實驗中,加入酵母菌稀釋液後氣泡逸出的速率越快、氣泡越大,直接表明過氧化氫被分解得越多,間接證明酶作用的速率越大。

能否根據數學的函數思想,繪出H2O2酶作用速率與酶濃度之間關係的函數示意圖?你能否對該函數圖進行解釋?

學生自主完成:

具體來說,在底物濃度一定,其他條件不變的情況下,一定範圍內增加酶濃度,酶作用速率升高;酶的濃度超過一定的範圍以後,再增加酶濃度,酶作用速率不變。這主要與反應容器中底物濃度的限制、產物濃度的抑制等因素有關。

探究四:底物濃度對酶作用速率的影響

教學建議:可以參考探究三的實驗設計思路,設計出一組呈濃度梯度的過氧化氫溶液環境,以研究不同的底物濃度對酶作用速率的影響。

學生探究:進行相關的.實驗並進行數據分析。並畫出底物濃度與酶作用速率關係的函數圖。

在其他條件不變的情況下,一定範圍內增加底物濃度,酶作用速率升高;超過一定的溫度範圍以後,再增加底物濃度,酶作用速率不變。這主要與反應容器中酶濃度的限制、產物濃度的抑制等因素有關。

那麼,反應產物的濃度對實驗中酶作用的速率有何影響呢?

教師活動:引導學生從化學平衡的角度來分析問題。

反應產物對實驗中酶作用的速率具有抑制作用,隨着反應產物濃度的增加,抑制作用越明顯。

課堂小結

酶促反應的速率受到多種因素共同影響;單單考慮一種因素而忽略另一種因素都是不可取的;研究其中一種因素的作用,要注意控制變量。

引導學生閱讀“放眼社會”的“酶與疾病”,讓學生了解酶和疾病的關係,如先天性酶缺陷病、酶的活性變化而導致疾病的產生、酶在診斷和治療疾病中的應用,更重要的是理解酶是生物體內進行新陳代謝的重要物質。教師還可鼓勵學生收集社會生活中,尤其是醫療衛生事業中有關酶的應用的例子。

用作輔助消化劑的多酶片,含有澱粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和脂肪酶等,儘管胃內酸度較高,不適合大多數酶發揮作用,但人們可以將某些酶製劑做成腸溶劑型,如糖衣片和膠囊等,讓酶到達腸內後再被釋放出來發揮作用,從而治療消化不良和食慾不振等症。

學生活動:閱讀“酶與疾病”,並利用網絡、圖書館、報刊等途徑,通過資料收集與整理、實地走訪與考察等多種方法,寫出一篇有關“酶與疾病”的調查報告

板書設計

3.酶促反應

4.影響酶促反應的因素

(1)溫度

(2)pH

(3)酶的濃度

(4)底物濃度

活動與探究

“探究胃蛋白酶進入小腸後是否能發揮活性”的活動建議:

探究原理:

酶的活性受pH的影響,在過酸或過鹼的環境下酶的活性都會喪失。在活性範圍內,酶的活性隨着pH的變化而有所變化。由於人體的胃蛋白酶由胃腺細胞分泌產生,並在胃中催化蛋白質分解的反應,然後隨食糜進入小腸,這時pH由2.0變成7.8,對胃蛋白酶的活性產生了影響。

實驗材料:

胃蛋白酶溶液,精肉塊,鹽酸,NaOH,pH試紙等。

實驗步驟:

(1)配製pH=2.0和pH=7.8的液體;

(2)在兩試管中分別加入等量pH=2.0和pH=7.8的液體;

(3)加入兩塊相同形狀的等重量的精肉塊;

(4)向兩試管中同時滴入胃蛋白酶溶液;

(5)定時觀察,記錄;

(6)分析得出結論。