高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》酶的作用和本质教学设计

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》酶的作用和本质教学设计，共10页。教案主要包含了酶在细胞代谢中的作用，酶的本质等内容，欢迎下载使用。
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
请同学们看课本P76“问题探讨”图片。
1.斯帕兰札尼要干什么?
2.是什么物质使肉块消失了?
当时没有任何人知道使肉块消失的物质是什么,在后来很多人对酿酒过程的探究和争论中才得知它是什么,请同学们分析有关资料,了解它是什么。
(学生思考并回答:他要研究鹰的消化作用,肉块消失的原因是鹰的胃液起到了消化的作用。是蛋白酶。)
(设计意图:由学生熟悉的现象导入,创设问题情境,激发学生的探究欲望,发动学生主动地参与学习过程。)
一、酶在细胞代谢中的作用
1.引入实验。
什么是细胞代谢,主要场所在哪?学生通过阅读教材回答问题之后,继续引导学生思考,细胞代谢是细胞生命活动的基础,但是也会产生对细胞有害的物质,如过氧化氢。幸好细胞内有能将其分解为氧和水的过氧化氢酶,才能维持正常的生命活动。下面我们通过实验来探究过氧化氢在不同条件下的分解情况。
2.阅读教材P77“探究·实践”。
通过阅读教材,明确实验原理,并描述该实验是在几个不同的条件下进行的。
3.概括整理:把该实验整理成表格的形式。
实验原理:H2O2在高温、Fe3+、H2O2酶的作用下都可分解成水和氧气。
比较过氧化氢在不同的条件下的分解
4.小组合作完成实验(按表格添加试剂)并完成表格内容。
强调:教师指导学生完成实验,并注意观察结果。
5.小组展示结果,并完成表格。
6.用“问题串”引导学习。
(1)与1号试管相比,2号试管出现什么不同现象,这一现象说明什么?
2号试管放出气泡。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)3号和4号试管未经加热,也有大量气泡产生,这说明什么?
说明FeCl3中的Fe3+和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
(3)3号和4号试管相比,哪支试管反应速率快,这说明什么?
4号试管的反应速率比3号试管快。说明过氧化氢酶比Fe3+的催化效率高。
(4)为什么酶的催化效率高?
酶能显著降低化学反应所需要的活化能。
7.点拨概念,理解概念。
活化能: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。(提醒仔细观察,突破酶催化效率的学习)
(设计意图:通过放映动画,引导学生理解什么叫作降低活化能。理解原理,对比催化剂的催化效率。)
酶的作用原理:降低化学反应的活化能。
①无酶催化的反应曲线是乙,有酶催化的反应曲线是甲。
②ca段的含义是在无催化剂的条件下,反应所需要的活化能;ba段的含义是酶降低的活化能。
③若将酶催化改为无机催化剂催化该反应,则b点在纵轴上将向上移动。
比较: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,这样细胞代谢就能在温和的条件下快速进行。
8.师生通过问题共同总结:酶催化的意义。
(1)在细胞内,能通过加热来提高反应速率吗?
不能。
(2)为什么说酶对于细胞反应的顺利进行至关重要?
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。(意义)
9.通过该探究实验引入变量的学习,提示看P79控制变量(提高获取信息的能力)。
实验中的相关变量
对照实验
①含义:除作为自变量的因素以外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验。
②原则:单一变量原则、等量原则等。
二、酶的本质
自主学习教材中的资料,分析并完成课后习题。分析资料时注意人物,特别重视发现过程及结果。
巴斯德之前:发酵是纯化学反应,与生命活动无关。
巴斯德:发酵与活细胞有关,发酵是整个细胞而不是细胞中某些物质起作用。
李比希:引起发酵的是细胞中的某些物质,但这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。
毕希纳:酵母菌细胞中的某些物质能够在酵母菌细胞破碎后继续起催化作用,就像在活酵母菌细胞中一样。但是由于科学技术的问题,没能知道酶是什么。
萨姆纳:脲酶是蛋白质。
后来科学家:证明许多酶是蛋白质。
切赫和奥尔特曼:少数RNA也具有生物催化功能。
结论:绝大多数是蛋白质,少数是RNA
酶:活细胞产生的具有催化作用的有机物,绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA。
(设计意图:提高学生获取信息的能力,提高概括总结能力。)
要向科学家学习,有坚持不懈、百折不挠的科学精神,在学习上也要有这样的精神,让学习每天都有进步!
(设计意图:通过酶本质和作用的学习,请同学们能用有关知识解释我们在生活生产中的很多现象,解决很多问题。在学习和生活中应向科学家们学习,有百折不挠的精神。)
非测试性评价
1.你喜欢这堂课吗?你最喜欢哪个环节?哪个环节你认为还有不足?
。
2.在这节课上你学到足够的知识了吗?
。
3.你参与小组合作探究时积极吗?
。
4.你对本堂课重难点的突破还有别的创意吗?
。
(设计意图:该环节是本节课教学环节的延续,通过这几个问题让学生对自己、对小组、对教师、对课堂都进行评价,根据学生的回答,可以促使教师进一步改进自己的教学,是师生交流的另一个平台。)
课堂小结
在多媒体上投影出整节课的知识要点,以便帮助学生形成系统的认识。
酶的本质及作用
布置作业
1.巩固本节课所学知识。
2.完成学案上非测试性评价。
教学反思
教学过程中所有的活动都是使学生积极的学习,设计的活动能起到引导学生大胆交流表达,使学生逻辑思维和表达能力得到提升,但是也要因人因地而异。本节调整了学习内容顺序,遵循了由简到难的规律,从酶的发现史中认识酶的本质并初步了解其作用,为学习酶的作用奠定基础,同时鼓励学生的顽强拼搏精神。本节课时间较紧,但依然使学生亲自实验,培养学生的合作精神,发挥学生动手动脑和语言表达能力。
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
酶的本质
1.本质
2.概念
二、酶在细胞代谢中的作用
1.细胞代谢
2.实验
3.酶的作用原理
控制变量
1.自变量
2.因变量
3.无关变量
4.对照实验
对照组
实验组
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
试管编号
1
2
3
4
第一步
H2O2浓度
3%
3%
3%
3%
剂量
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
第二步
反应条件
常温
90 ℃
FeCl3溶液
肝脏研磨液
剂量
—
—
2滴
2滴
结果
气泡产生
卫生香
燃烧情况
结论
试管编号
1
2
3
4
第一
步
H2O2浓度
3%
3%
3%
3%
剂量
2 mL
2 mL
2 mL
2 mL
第二
步
反应条件
常温
90 ℃
FeCl3溶液
肝脏研磨液
剂量
—
—
2滴
2滴
结果
气泡产生
无
少量
较多
大量
卫生香
燃烧情况
不复燃
不复燃
变亮
复燃
结论
过氧化氢在不同条件下的分解速率不一样,酶的催化效率比无机催化剂的更显著
自变量
在实验中人为改变的变量
试管2
90 ℃水浴加热
试管3
FeCl3溶液
试管4
肝脏研磨液
因变量
随自变量的变化而变化的变量
过氧化氢分解速率
无关
变量
除自变量外,实验过程中可能对实验结果造成影响的变量。无关变量的“无关”是指与实验研究目的无关,并不是指与因变量无关
过氧化氢溶液的浓度、用量,肝脏的新鲜程度、反应时间等
化学本质
绝大多数是蛋白质
少数是RNA
合成原料
氨基酸
核糖核苷酸
合成场所
核糖体
主要是细胞核
来源
一般来说,活细胞都能产生酶
生理功能
具有催化作用
作用场所
细胞内、外或生物体外均可
催化作用的原理
降低化学反应的活化能