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| 高中-分子与细胞-新陈代谢与酶（二）
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作者： 刘真
发表时间： 2006-4-21 文章出处： 新思考网
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教学内容：人教版高中生物第一册， 第三章第一节， 新陈代谢与酶
教学目标：
1、说出新陈代谢的概念
2、简述酶的发现过程
3、说出酶的本质和酶的概念
4、比较酶和无机催化剂，阐述酶的特性并能举例说明这些特性
5、通过学习酶的特性，树立生物进化的合理高效的方向以及结构决定功能的思想
教学重点：
1、 酶的化学本质和概念
2、 酶的催化作用具有高效性、专一性和需要适宜条件的特点
教学难点：
让学生体会到酶区别于无机催化剂的特性对生物具有很大的意义。
板书设计：
第三章 Metabolism
第一节 新陈代谢与酶
新陈代谢的概念：……化学反应的总称
一、 酶的发现
酶的概念：活细胞…生物催化活性……绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA
二、 酶的特性
1、 高效性
2、 专一性
3、 需要适宜的条件
教学进程：
介绍新陈代谢的英文单词。新陈代谢是生物学的一个特别重要的概念，把这个单词推荐给大家。
课余时间很多同学都喜欢运动，如果中午打了篮球、乒乓球，会满头大汗，午饭消化吸收得快，下午可能很早就饿了。绪论中我们学过了生物体的基本特征，那么这些活动表现的是哪一种基本特征呢？（新陈代谢）
为了能提供给大家奔跑，跳跃的能量，我们体内的葡萄糖、脂肪等变成了其他物质，比如水、CO2，物质变化了就是发生了化学变化。新陈代谢其实就是千千万万这样的化学反应构成的。那么这些化学变化的场所是哪里呢？是胃里面？肠道里面？（等学生回答）做仰卧起坐可以使小腹变平坦，用显微镜观察，原来是腹部脂肪层的每一个细胞的体积变小了。
画图：脂肪细胞，脂肪液滴，解说
脂肪分子变少了，在细胞里发生化学反应分解成水和CO2，于是每个细胞的体积减小，使得个体表现出大量排汗，体重减轻等。所以这样的化学反应确切的说是发生在细胞内的。大家熟悉的一些化学反应，比如说食物的分解消化，这些是发生在细胞外的。我们要明确的事，新陈代谢的大部分反应是发生在细胞内的。比如植物的光合作用合成有机物，动植物的呼吸作用分解有机物，还要大家上一章学过DNA的复制，蛋白质的合成等等。我们来看看书上对新陈代谢的定义：“生物体内全部有序化学反应的总称”。强调的是活血反映的总称。
板书： 新陈代谢的概念：……化学反应的总称 提醒勾书
大家在化学课上学过了催化剂，大家印象最深的催化反应是什么呢？大家最熟悉的二氧化锰加到氯酸钾中，稍微加热就能放出大量氧气。反应的速率加快了，也能够在更容易的条件下进行了。细胞虽小但很聪明，单细胞生物已经经历了30亿年的进化，早已经进化出一套极其高效，精确，合理的生命系统，像催化剂这么好用的东西，我们的细胞早就具有了。今天我们就来介绍一下非常奇妙的生物催化剂——酶。
请大家先阅读书上47页酶的发现部分。
板书：第三章 新陈代谢 第一节 新陈代谢与酶
一、酶的发现
如果你是斯巴兰让尼，你做完实验看到肉块被消化了，还会提出什么疑问？（胃液中是什么物质消化了肉块？）怎样做呢？首先要分离各成分——鉴定效果——刚开始我们分离的成分可能是蛋白质、脂肪、糖类，这些还是混合物，如果是蛋白质有效果也不知道是哪一种蛋白质起作用。科学研究总是要刨根问底，找到最本质的答案。所以我们还要进一步的提纯，直到得到纯净的化合物。
附板书：分离各种成分—鉴定效果—逐步提纯
第三段写到萨姆纳就是得到了纯净的化合物。“……刀豆种子中提取了脲酶的结晶”。书上提到他“通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质”，大家想想可以用什么样的实验？——双缩脲反应。当然光是这个实验是不够的，比如将蛋白质水解后经过鉴定为氨基酸，我们有针对氨基酸的显色反应；酶能被蛋白酶水解后失活，不能再催化反应；我们还可以用X光衍射，核磁共振等生物物理技术来确定分子的构象，通过结构特点来确定是否是蛋白质。
课本中提到的萨姆纳、切赫、奥特曼都因为各自成就获得诺贝尔化学奖。他们的贡献就是找到了酶的本质。读了这一段，大家说说酶的化学本质是什么？什么是酶？
板书：酶的概念：活细胞…生物催化活性……绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA
我们今后接触到的酶都是蛋白质，没有RNA，但是大家不要忽略了RNA，虽然占酶种类的比例很小，但是同样的重要，科学家同样的获得诺贝尔化学奖。酶的概念应该记得完整。
刚才我们提到了酶是生物体精妙进化的一种杰出的产物，下面我们就老看一看酶和无机催化剂之间有什么区别，精妙在哪里。
板书：二、酶的特性
酶和无机催化剂一样都能使反应速率增快，而酶催化反应的反应速率比非生物催化剂高107-1013倍，比非催化反应高108-1020倍。据报道，如果在人的消化道中没有各种酶类参与催化作用，那么，在体温37度的情况下，要消化一餐简单的午饭，大约需要50年。正常情况下，同学们下午六点钟就饿了，也就是几个小时的时间午饭就彻底的消化吸收了。就像大家学习一样，别人1个小时就做一套卷子，你要磨蹭5个小时才做得完。那别人是什么比你高呢？——效率。酶的第一个特性：高效性。
板书：1、高效性
我们下一次是实验课，要做实验5，探究一下酶作用的高效性，直观地感受一下。酶的第二个特点就是酶具有高度的专一性。
板书：2、专一性
所谓高度的专一性是指酶对催化的反应和反应物有严格的选择性。酶往往只能催化一种或一类反应。而一般催化剂没有这样严格的选择性。氢离子可以催化淀粉、脂肪和蛋白质的水解，而淀粉酶只能催化淀粉的水解，蛋白酶只能催化蛋白质肽键的水解，脂肪酶只能催化脂肪酯键的水解，而对其他类物质则没有催化作用。下节课我们也要做实验六，体会酶作用的专一性，大家下去自己预习实验。大家应该还记得前不久做的实验，观察大蒜根尖细胞的有丝分裂，我们采用的解离的试剂是…盐酸和酒精（1：1）。这两种试剂是细胞松散，不仅溶解了细胞壁，还伤害了细胞膜，对内部的损伤很大，细胞其实已经被杀死了。不再是活细胞，所以大家在显微镜下面看到的就像是照相一样，就是定格在这一瞬间的细胞的状态，不可能还能看到细胞分裂在进行，看到一个分裂中期的细胞，等着看它染色体分离，继续动下去，其实这是不可能的了。那么我们如果想要把细胞解离分散，又要得到活的细胞，那我们可以选用什么试剂呢？细胞壁的成分是什么呢？——纤维素。为了不伤害细胞壁内部的细胞膜阿，细胞质阿。我们可以选用纤维素酶，只分解纤维素，对磷脂层，蛋白质都没有作用，所以处理过后可以保存活的细胞。刚才那个高效性好想可以说明细胞进化的很聪明，效率高，那么酶的专一性对于生物又有什么意义呢？我们在生活中找一个相似的例子。大家都知道工业流水线。流水线上的工人每个人负责一道工序，工作专一，比如说每天就拧螺丝，就会越来越熟练，这样提高自己工作的效率是比较容易的。要是手工小作坊，就是一个人负责整个的工序，比如一个人想要卖竹篮，上山砍竹子，回来自己设计，然后自己动手编，最后提到市场上去卖，都是一个人做。他如果想提高砍竹子的速度，可能需要练的手很粗壮，结果回来边的时候又觉得手不够灵巧了，这样就很难在工作效率上有提高。酶也是一样的。如果一个酶负责很多不同的反应，可能要想提高这个反应的速度需要改变一些形状，要想提高另一个反应的速度可能有需要做另外一种调整，所以要想普遍提高效率是非常难的。酶具有专一性，在进化上就可以针对一个反应，效率提高就更快。可以说专一性是酶具有高效性的保障。另外，如果发生某种酶的破坏，那么专一性就使得少数的反应受到影响，而不会影响很多反应。那么酶是怎样做到专一性的呢？大家都知道大多数酶是蛋白质。蛋白质是具有复杂空间结构的生物大分子。组成蛋白质的氨基酸种类不同，数量不同，肽链的数目不同，还可以有不同的折叠形式，这样蛋白质就具有了多样性。
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不同构象的蛋白质可以和不同的底物相结合，催化不同的反应。这就是解释酶催化机制的一种学说：钥匙与锁学说。
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结构的多样性使得专一性成为可能，专一性又为高效性提供基础。这可以说明生物学上一个非常基本的理论：结构决定功能。有这样的结构才可能具有对应的功能。我想，正因为蛋白质可以做到多样性，所以在进化中生物才会选择蛋白质作为酶的载体。
既然酶是在生物体中发生作用的，那么催化反应的条件必须与生物体内的环境相一致。也就是说，酶需要适宜的条件。
板书：3、需要适宜的条件
比如说人，我们的体温是36、7度，胃里面的气压是常压，胃腔里面的pH值大约是2，所以胃蛋白酶的适宜条件就是这样的条件。如果我们发烧了，常常会出现没食欲、消化不好啊，一个原因就是体温的升高使得很多消化酶受到破坏，活性降低，几度的变化也会造成酶催化效率的急剧变化。人们通过发烧同样能对病菌体内的一些酶产生伤害而有助于消灭病菌。可见酶需要一定的温度。我们煮鸡蛋，鸡蛋蛋白从一种液体，比较透明的状态变成了白色的固态，这就是说高温使得蛋白质变性了，酶也是蛋白质，所以里面的酶也都变性失活了，不能催化生化反应了。这时候鸡蛋里完全停止了新陈代谢的一切化学反应，所以我们说它没有生命了。刚才我们谈的是温度的影响。除了温度还有其他因素。大家想想，如果唾液淀粉酶随着食物进入胃以后，还会不会有催化效果呢？（不会有效果，因为口腔的pH值和胃不一样，酶的活性受到破坏。）pH也是影响酶活性的一个重要的因素。现在大家来看一下书上的两个图。（先分析一个图，再让学生分析另一个图）
除了温度和pH值，还有其他的一些影响因素，比如盐离子的浓度。其中有些离子还充当了一些酶的激活剂或者抑制剂。激活剂可以使酶的活性大大增强，比如说Cl-就是唾液淀粉酶的激活剂。抑制剂就是抑制酶的活性。刚才大家看见有酶的活性中心，底物可以结合到上面，有一种抑制剂就是和底物竞争结合到酶的活性中心上，这样底物就不容易与酶结合，反应就被抑制了。
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跟大家说一个生活中的常识。如果吃了毒蘑菇或者重金属中毒了怎么办？一个办法就是喝大量的牛奶或者是吃生肉。牛奶和生肉都含有大量的天然蛋白质，这样重金属或者有毒的物质就与这些蛋白质结合，使它们变性，这样我们体内自身的蛋白质，包括酶，就会受到危害较少。
这三点呢，是酶的最突出的特点。另外呢，大家需要清楚几乎新陈代谢的所有的反应都需要酶的催化，如果缺少了酶，反应就不能进行了。还有一点不要忘了，酶作为催化剂，在反应前后会发生变化吗？（不会）
总结一下今天学的内容。
做课后练习。
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