高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》酶的作用和本质教案

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》酶的作用和本质教案，共10页。
教材分析
本章是在学完了细胞对物质的输入和输出内容后,继续引导学生学习能量如何输入细胞以及细胞如何利用这些能量的知识。教材首先介绍了细胞代谢的催化剂——酶、细胞代谢过程的直接能源物质——ATP,然后从结构与功能相适应的角度介绍了两种重要的细胞器——线粒体和叶绿体,以及它们参与的细胞代谢——细胞呼吸和光合作用的过程。
在本模块中,本章具有承上启下的重要作用:可以帮助学生进一步理解只有在能量的供应下,细胞膜才能行使主动运输的功能,并且可以加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量供应站”和细胞的“动力车间”的含义;也便于学生深入领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程,是与能量的供应和利用分不开的。
学情分析
在初中的化学知识中,学生已学过无机催化剂的相关内容,为本节“酶的作用”的学习奠定了基础。通过前阶段的学习,高一学生已具备一定的生物学基础知识,包括细胞内主要的能源物质——糖类、细胞内良好的储能物质——脂肪,为ATP的学习做好准备。在初中阶段,学生对细胞呼吸有一定的了解,学生在初中已经学过光合作用的有关知识,在高中又掌握了细胞器的结构与功能、ATP、酶等方面的知识,学生已具备进一步学习光合色素、叶绿体、线粒体的亚显微结构和光合作用原理的知识基础和求知欲。
重点难点
教学重点
(1)说明酶在代谢中的作用、本质和特性。
(2)解释ATP的化学组成和特点及ATP在能量代谢中的作用。
(3)简述线粒体的结构和功能,说明细胞呼吸的方式、原理和实质,探究细胞呼吸原理的应用。
(4)简述叶绿体的结构和功能,说明科学家对光合作用原理认识过程中的几个重要实验及光合作用的原理和应用,探究影响光合作用的环境因素。
教学难点
(1)酶的特性及实验设计。
(2)细胞呼吸的原理和本质。
(3)光合作用的过程及影响光合作用的因素。
主要的考查热点包括以下三方面。第一,结合实验设计、曲线图等考查酶(包括酶的特性、设计对照实验及单一变量原则)。第二,结合细胞图、曲线图、实验设计等考查细胞呼吸(包括细胞呼吸的过程、有氧呼吸和无氧呼吸的区别、影响细胞呼吸的因素及相关计算)。第三,结合实验、表格、细胞图、曲线图等考查光合作用(叶绿体的结构及功能、光合作用过程及其影响因素)。
课时安排
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
一 酶的作用和本质
教学分析
教学目标
1.科学思维:说出细胞代谢的概念。
2.科学探究:比较酶和无机催化剂的异同,举例说明酶在细胞代谢中的作用。
3.科学思维:概述酶的化学本质。
评价目标
1.进行有关实验的探索,学会控制自变量,观察和检测因变量的变化,以及设置对照实验。
2.能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。
教学重难点
重点:酶的作用。
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
采用直观教学法、讲述法、启示法、讨论法等教学方法,准备PPT、实验材料等教学用具。
课时安排
1课时
教学准备
鸡肝研磨液、过氧化氢溶液、氯化铁溶液、卫生香等相关的实验器材;多媒体,白板,学案,PPT等。
教学设计
导入新课
【师】在我们的地球上,因为有生物的存在而显得生机勃勃。生物的生命活动离不开能量的供应,能量从何而来?这就是本章要和大家一起学习的内容——细胞的能量供应和利用。这节课我们先从身边一个简单的现象入手。
【师】我们每天都需要一定量的食物,食物进入我们体内之后发生了怎样的变化?
【生】食物被消化了。
【师】两百多年前,人们认为食物进入动物体内后进行了物理性消化,没有进行化学性消化。到底有没有化学性消化呢?科学家做了一个有趣的实验:斯帕兰札尼的实验。阅读课本P76的问题探讨,讨论回答下列问题。
(1)这个实验要解决的问题是什么?
(2)将肉块放入小巧的金属笼内的目的是什么?
(3)肉块是怎么消失的?
(4)怎样才能证明你的推测呢?
提示:(1)鹰类的胃里是否只有物理性消化,没有化学性消化。
(2)排除了鹰胃对肉块的物理性消化。
(3)肉是和胃中的某种化学物质发生反应后消失的。
(4)收集胃内的液体,看看其在体外是否也能将肉块分解。
【生】小组讨论交流,请小组代表展示讨论结果。
【师】评价学生的回答。
【师】后来科学家继续完成这一实验,得知胃液具有化学性消化的作用。
(设计意图:由实验导入,能激发学生的学习兴趣,同时引出本节课要解决的问题,效果较好。)
探究一、酶在细胞代谢中的作用
【师】请学生阅读课本P76第二段,回答:什么是细胞代谢?
【生】自主阅读,说出细胞代谢的概念。
【师】在生物体内,不仅“消化”这一生命活动是化学反应,其实各种生命活动的进行,都离不开化学反应。我们把细胞中每时每刻都进行的化学反应,统称为细胞代谢。
【师】向学生展示手中的过氧化氢溶液。过氧化氢溶液俗称双氧水,可用于伤口处理,是医务室的必备物品。用双氧水处理伤口时,破溃的皮肤上会有气泡产生。为什么会产生气泡呢?
【生】过氧化氢可以分解产生氧气。
【师】化学课中我们曾经学过,过氧化氢可以分解产生氧气,所以有气泡产生。机体在细胞代谢过程中也会产生过氧化氢,过氧化氢对细胞有害。幸而细胞中含有一种物质,能催化过氧化氢及时分解,变成氧气和水。这种物质就是过氧化氢酶,新鲜肝脏中有较多的过氧化氢酶。
【师】白板展示:过氧化氢分解的示意图。
【师】酶具有怎样的作用呢?下面我们通过一个实验来研究。
展示事先准备好的新鲜的鸡肝研磨液、过氧化氢溶液、氯化铁溶液、清水、酒精灯、卫生香等相关的实验器材。请学生们依据教材中的实验步骤,小组合作完成本实验的操作。
【生】学生分组动手操作“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,并将实验结果记录在学案上。
【生】10分钟后,各小组展示实验结果。
【师】课件展示记录该实验结果的表格。
“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验结果记录表
【师】根据以上实验结果记录表提出以下问题,让学生讨论回答。
(1)与1号试管相比,2号试管出现了什么现象,这说明了什么?
(2)3号和4号试管未经加热,也有大量气泡产生,这说明了什么?
(3)3号和4号试管相比,哪支试管反应速率更快,这说明了什么?
(4)通过本实验你得出的结论是什么?
提示:(1)2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解,提高反应速率。
(2)说明氯化铁中的铁离子和新鲜肝脏研磨液中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
(3)4号试管的反应速率比3号试管的反应速率快,说明过氧化氢酶的催化速率比铁离子高得多。
(4)酶具有催化作用。与铁离子相比,酶的催化效率更强。
【师】请学生阅读课本P78上方的“科学方法”。
【师】在实验过程中可以改变的因素我们称为变量。其中人为改变的变量称作自变量,随着自变量的变化而变化的变量称作因变量。除自变量外,实验过程中可能还会存在一些可变因素,对实验结果造成影响,这些变量称为无关变量。请大家结合对这三种变量的理解,讨论回答:在上述实验中哪些是自变量?哪些是因变量?哪些是无关变量?在对照实验中,我们如何来控制无关变量?
提示:过氧化氢反应的条件是自变量;气泡数的多少是因变量;试剂的用量、反应的时间是无关变量;无关变量应当始终保持相同。
【生】讨论回答。
【师】阅读课本P78第一二段的文字,并观察图5-1酶降低化学反应活化能的图解,回答下列问题。
(1)什么是活化能?
(2)酶的作用机理是什么?
提示:(1)分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需的能量称为活化能。
(2)酶的作用机理是降低化学反应所需的活化能。
【生】自主阅读,很容易得出问题的答案。
【师】加热可为过氧化氢分子提供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,即活化能。课件展示活化能的概念。那么铁离子和过氧化氢酶又是如何加快反应速率的呢?与无机催化剂相比,酶的作用有什么特点?
【生】思考并回答。
【师】二者都可以降低化学反应的活化能。酶降低化学反应活化能的作用更显著,也就是说酶具有高效性。正是由于酶的催化作用和酶的高效性,细胞代谢才能在温和条件下快速地进行。
(设计意图:通过动手做实验,锻炼学生的动手能力;引导学生对实验现象和结果进行解释、分析和处理,在认识酶的作用的同时,学会生物实验中变量分析和变量控制。然后由动画演示形象直观地展现酶的作用效果,使学生更容易理解酶的作用机理是降低化学反应的活化能,且相比无机催化剂的作用更显著。)
探究二、酶的本质
【师】酶到底是什么物质呢?请大家阅读课本P79“思考·讨论”“关于酶本质的探索”。思考并小组讨论以下问题。
(1)请从酶的产生、酶的作用、酶的化学本质三方面给酶下一个较完整的定义。
(2)酶在细胞内还是在细胞外发挥作用?
(3)你能设计实验鉴定某种酶的化学本质吗?
【生】讨论并展示结论。
提示:(1)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,少数是RNA。
(2)酶在细胞内、细胞外都能发挥作用。
(3)取两支洁净的试管编号1、2,1号试管加入2 mL的鸡蛋清稀释液,2号试管加入酶溶液。分别向两支试管加入双缩脲试剂A液1 mL,再加B液4滴,摇匀,观察颜色变化。若两支试管均变为紫色,说明该酶的化学本质是蛋白质;若只有1号试管变为紫色,说明该酶的化学本质是RNA。
(设计意图:在自主学习分析材料的基础上,再进行小组合作探究,培养学生合作交流及处理信息的能力。通过这一科学史的学习,使学生们认同科学是在不断地探索和争论中前进的。)
评价反馈
通过让学生解释日常生活中的现象,如加酶洗衣粉、嫩肉粉、消食片等的原理,诊断学生对酶相关知识的掌握情况。
课堂小结
带领学生小结本节课知识:
(1)细胞代谢;
(2)酶具有催化作用;
(3)实验设计的两个原则:对照原则和单一变量原则;
(4)活化能的概念;
(5)酶能显著降低化学反应的活化能。
布置作业
完成学案后的核心素养专练。
教学反思
本节课的教学设计以小组合作探究为中心,注重学生的自主学习与合作探究。在课堂上教师采用了问题引导、实验引领的方式展开教学。在整个教学过程中,充分发挥学生学习的主动性,鼓励他们大胆去探究、主动地获取知识,打造高效课堂。反思整堂课,主要在以下几方面做得较好:(1)注重“问题诊断”的层次性,设计了一系列问题,由浅入深,由易入难。(2)课堂上通过实验操作激发了学生的学习热情。(3)通过学生的动手操作、动画演示等多种策略,更加直观地帮助学生理解酶的作用。
本堂课也有一些不足之处:自变量、因变量、无关变量这些名词比较抽象,再加上学生初次接触实验的变量分析,分析起来有难度,需要在不断地实践和纠错中逐渐掌握这项技能。如果多找些实例来强化学生对变量的分析,学生掌握得会更好。
板书设计
第1节 降低化学反应活化能的酶
一 酶的作用和本质
一、酶的作用
1.细胞代谢:细胞中所有的化学反应
2.酶的作用:催化作用
①活化能
②催化剂可以降低化学反应的活化能
③酶降低活化能的作用更显著,催化效率更高
二、酶的本质
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,少数是RNA。
备课资源
1.什么是活化能?
在一个化学反应体系中,反应开始时,反应物分子的平均能量水平较低,为“初态”。在反应的任何一瞬间反应物中都有一部分分子具有了比初态更高一些的能量,高出的这一部分能量称为“活化能”。活化能的定义是,在一定温度下一摩尔底物全部进入活化态所需要的自由能,单位是焦/摩尔,单位符号是J/ml。
2.酶的化学本质及其组成
酶的化学本质除了具有催化活性的RNA之外都是蛋白质。但是,不能说所有的蛋白质都是酶,只是具有催化作用的蛋白质,才称为酶。
证明酶的化学本质是蛋白质的证据有以下几条:
(1)酶经酸碱水解后的最终产物是氨基酸,酶能被蛋白酶水解而失活。
(2)酶是具有空间结构的生物大分子,凡使蛋白质变性的因素都可使酶变性失活。
(3)酶是两性电解质,在不同pH下呈现不同的离子状态,在电场中向某一电极泳动,各自具有特定的等电点。
(4)酶和蛋白质一样,具有不能通过半透膜等胶体的性质。
(5)酶也有蛋白质所具有的化学呈色反应。
(6)与蛋白质的分子量相似,结构相似。
(7)在物理、化学因素作用下,也可变性沉淀。
(8)做元素分析,与蛋白质的元素含量相似,可以用氨基酸人工合成。
按照酶的化学组成可以将酶分为以下两类:
(1)单纯蛋白质酶 有些酶只是多肽链,除了氨基酸不含任何其他化学物质,也就是说有些酶是单纯蛋白质,如胰脏的核糖核酸酶、淀粉酶等。
(2)结合蛋白质酶 有些酶除了蛋白质外,还含有一些热稳定的非蛋白质类小分子物质或金属离子,即由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。结合蛋白质酶的蛋白质部分称为脱辅酶,非蛋白质部分称为辅酶。脱辅酶与辅酶结合后所形成的复合物称为“全酶”,即全酶=脱辅酶+辅酶。在酶催化时,一定要有脱辅酶和辅酶同时存在才起作用,二者各自单独存在时,均无催化作用。脱辅酶部分决定酶催化的专一性,辅酶(辅基)在酶催化中通常是起着电子、原子或某些化学基团的传递作用,大部分辅酶是维生素或维生素的衍生物。
3.酶的简单分类
国际酶学委员会规定,按酶促反应的性质,可把酶分成六大类。
(1)氧化还原酶类 指催化氧化还原反应的酶类,又可分为氧化酶和脱氢酶两类,如乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。
(2)转移酶类 指催化化合物某些基团的转移,即将一种分子上的某一基团转移到另一种分子上的酶类,如转甲基酶、转氨酶、己糖激酶、磷酸化酶等。
(3)水解酶类 指催化底物发生水解反应的酶类,如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。
(4)裂合酶类 指催化从底物移去一个基团而形成双键的反应及其逆反应的酶类,如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。
(5)异构酶类 指催化各种同分异构体之间相互转化的酶类,如磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。
(6)连接酶类 指催化两分子底物合成为一分子化合物,同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类,如谷氨酰胺合成酶、氨基酸-tRNA连接酶等。
第1节 降低化学反应活化能的酶
2课时
第2节 细胞的能量“货币”ATP
1课时
第3节 细胞呼吸的原理和应用
1课时
第4节 光合作用与能量转化
2课时
比较项目
对照组
实验组
说明
1
2
3
4
一
H2O2浓度
3%
3%
3%
3%
无关变量
剂量
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
二
温度
常温
90 ℃
常温
常温
自变量
试剂
2滴
FeCl3
2滴新鲜
的鸡肝脏
研磨液
结果
气泡产生
无
少量
较多
大量
因变量
卫生香
燃烧情况
不复燃
不复燃
变亮
复燃
结论