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5.1 降低化学反应活化能的酶
第2课时 酶的特性 教案
一、教学目标
1.探究酶催化反应的特性，理解酶具有高效性、专一性的特性。
2.探究影响酶活性的因素（重、难点）
二、教学重难点
教学重点：理解酶具有高效性、专一性的特性。
教学难点：理解酶的高效性和专一性的含义。
三、教学过程
【新课导入】
复习导入：
复习酶的本质、作用和设计实验的原则，酶的催化机理。
酶的作用机理
【新课学习】
二 酶的特性
酶的化学本质不同于无机催化剂。一般来说，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自质。酶的催化作用与无机催化剂有什么不同呢
教师活动：归纳总结酶的催化作用与无机催化剂有什么不同？请画出它们之间的关系。
学生活动：进一步复习和巩固酶概念的相关知识，完成关系图的制作，为后续学习酶的特性作铺垫。
★酶与无机催化剂的共性
1.酶与无机催化剂的催化机理相同，都是降低化学反应的活化能。
2.酶和无机催化剂在反应前后数量和性质不发生改变，一段时间内可以重复利用。
3.酶与无机催化剂都不改变反应的平衡点，只是缩短了到达平衡点的时间。如下图所示。
请思考：根据酶的催化机理，酶催化反应具有哪些特性呢？
目标1：酶催化反应的特性
（一）酶具有高效性
引导学生回忆“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。结合实验数据，得到“酶具有高效性”的结论。
复习回忆：
在上节课我们通过实验，比较了在不同条件下过氧化氢的分解作用。引导学生回忆“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。结合实验数据，得到“酶具有高效性”的结论。大量的实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107~1013倍。这对细胞有什么意义呢 设想一下，假如细胞中过氧化氢酶的催化效率很低会怎样 你在踢球或奔跑时，肌细胞需要大量的能量供应，如果有关的酶催化效率很低，供能的化学反应只能慢悠悠地进行，你还能跑那么快吗
酶的高效性是指同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著。
酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍
活动1：分析酶高效性的曲线
提出问题：酶是否增加了产物的生成量？
提示：酶没有改变产物的生成量，即不能改变化学反应的平衡点，只能缩短达到化学平衡所需的时间。
无机催化剂催化的化学反应的范围比较广，例如，酸既能催化蛋白质的水解，也能催化脂肪水解，还能催化淀粉的水解。
提问：酶也能催化多种化学反应吗？
（二）酶具有专一性
教师活动：引导学生大胆的提出问题，作出假设。
学生活动：提出问题——酶与无机催化剂相比，具有哪些不同的特点呢？
作出假设：酶具有专一性。
活动2：分析淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用实验
教师活动：组织学生阅读教材P81页实验”淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用“验证酶的其他特性。请同学们仔细阅读该内容，并思考实验的原理和步骤，发布任务，回忆“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中的实验变量，分析“淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”中的自变量，因变量和无关变量。
学生活动：阅读教材，思考并回答问题。
1.实验原理：
淀粉、蔗糖是非还原糖。它们水解产生的麦芽糖、葡萄糖和果糖都是还原糖；用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据有否产生砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探究酶的专一性。
2.实验目的：
探究淀粉酶是否只能催化特定的化学反应
3.材料用具：
质量分数为2%的新配制的淀粉酶溶液。
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液，质量分数为3%的蔗糖溶液，斐林试剂，热水。
试管，大烧杯，量筒，滴管，温度计，试管夹，三脚架，石棉网，酒精灯，火柴。
4.实验设计及结果结论分析
（1）方法步骤
①取两支洁净的试管，编上号，然后按照下表中序号1至序号3的要求操作。
②轻轻振荡这两支试管，使试管内的液体混合均匀，然后将试管的下半部浸到60℃左右的热水中，保温5 min。
③取出试管，各加入2 mL斐林试剂（边加入斐林试剂，边振荡这两支试管，以便使试管内的物质混合均匀）。
④将两支试管的下半部放进盛有热水的大烧杯中，用酒精加热，煮沸1 min.
⑤观察支试管内的溶液颜色变化。
（2）实验现象
讨论：
（1）1号试管有砖红色沉淀生成，2号试管不出现砖红色沉淀，说明什么？你能从该实验得到什么结论？
提示：1号试管有砖红色沉淀生成，说明产生了还原糖，淀粉被水解；2号试管不出现砖红色沉淀，说明蔗糖没有被水解。结论：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解，酶的作用具有专一性。
（2）实验中能否使用碘液代替斐林试剂作为鉴定试剂？
提示：不能，因为碘液只能检测淀粉的有无，而蔗糖分子无论是否被水解都不会使碘液变色。
（3）该实验的自变量和因变量分别是什么？
提示：自变量：底物的种类；因变量：底物是否被淀粉酶水解。
（4）本实验的设计思路是什么？你还有其他设计思路吗？
提示：探究同一种酶是否能催化不同底物水解。
另一种设计思路：探究不同种类的酶能否催化同一种底物的水解。
5.实验结论
淀粉酶能使淀粉水解，不能使蔗糖水解。酶具有专一性
总结：酶具有专一性
（1）内容：每一种酶只能催化一种或一类化学反应（专一性）。
（2）原因：锁钥学说
酶有一定的空间结构，酶在反应中与底物的关系就像钥匙和锁的关系，它们的空间结构必须相互结合形成复合物才能发生反应。
（3）意义：保证了细胞代谢能够有条不紊地进行。
讲解：过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。脲酶除了催化尿素分解，对其他化学反应也不起作用。每一种酶只能催化一种或一类化学反应。细胞代谢能够有条不紊地进行，与酶的专一性是分不开的。许多无机催化剂能在高温、高压、强酸或强碱条件下催化化学反应。
提出问题：酶起催化作用需要怎样的条件呢
目标2：探究影响酶活性的因素
（一）酶的作用条件比较温和
活动3：探究影响酶活性的条件
提出问题：什么是酶活性？
细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶催化特定化学反应的能力称为酶活性。酶活性可用在一定条件下酶所催化某一化学反应的速率表示。
若细胞生活的环境条件发生改变，酶活性会怎样变化呢
教师活动：展示资料，提供与酶关系密切的生活资料，如“加酶洗衣粉”“感冒发烧时食欲不振”等。
学生活动：阅读展示的资料，加深对酶特性的理解。
教师活动：发布任务，呈现教材和相关背景知识，布置任务让学生从“影响酶活性的条件”的探究活动中选择一个课题，分小组讨论要探究的课题，写好实验设计方案。
背景资料：
在初中做消化酶实验时，需要控制温度等实验条件。
不同消化液的pH不一样。唾液的pH为6.2~7.4，胃液的pH为0.9~1.5，小肠液的pH为7.6。
唾液淀粉酶会随唾液流人胃，胃蛋白酶会随食糜进人小肠。
学生活动：小组内讨论方案，形成完善的实验设计方案，由小组代表向其他小组展示方案。
教师活动：在思考观察评价交流中总结酶的特性，梳理实验设计的基本过程；小组展示实验设计方案，适时给予评价和鼓励。
学生活动：小组展示各自的最终方案，其他小组进行评议。小组根据评议进行修改和完善。
1.提出问题：
温度或pH的改变会不会影响酶的活性呢？
2.作出假设：
温度或pH会影响酶的活性
3.设计实验
（1）材料用具
下面列出的材料用具供选用，你可以根据实验方案进行增减。
新配制的质量分数为2%的淀粉酶溶液、新鲜的质量分数为20%的肝脏（如猪肝、鸡肝）研磨液（过氧化氢酶）、缓冲液（能加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液）
质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、体积分数为3%的过氧化氢溶液。物质的量浓度为0.01mol/L的盐酸、物质的量浓度为0.01mol/L的NaOH溶液、热水、蒸馏水、冰块、 碘液、斐林试剂。
试管，量筒，小烧杯，大烧杯，滴管，试管夹，酒精灯，三脚架，陶土网，温度计，pH试纸，火柴。
建议你用淀粉酶探究温度对酶活性的影响，用过氧化氢酶探究pH对酶活性的影响。
（2）设计实验
①你选择哪一种酶作实验材料 为什么选择这种酶？
②根据自己作出的假设，你预期会看到怎样的实验结果比如酶活性升高或降低时，会出现什么实验现象 将预期的实验结果写下来。
③本实验的自变量是什么？因变量是什么？如何控制自变量怎样观察或检测因变量？
④对照组怎样设置？是否需要进行重复实验？
⑤如果你想探究pH对酶活性的影响，你将设定哪几个pH数值？怎样将不同溶液的pH分别调到设定的数值？怎样排除温度和其他因素对实验结果的干扰？
如果探究温度对酶活性的影响，你将设定哪几个温度？怎样将溶液的不同温度分别调到设定的数值？怎样排除pH和其他因素对实验结果的干扰？
⑥经讨论，形成小组的实验方案。并列出材料用具清单，设计好记录实验数据的表格。
4.进行实验
按实验方案进行操作，仔细观察，认真记录。
5.分析结果，得出结论
分析结果：
（1）哪支试管中酶的活性最高？你是怎样得出这一结论的？
（2）实验结果与你预期的结果一致吗？你作出的假设是否得到了证实？
得出结论：
（1）通过这个探究，你们小组的结论是：_______________________________________________。
（2）尝试应用酶的化学本质的知识，解释本小组的结论。
（3）你认为在酶制品的储藏、运输和使用过程中，应该注意什么问题 为什么
6.表达和交流
（1）与其他小组交流探究的过程和结论，以及提出的新问题。
（2）听取其他小组的质询，进行必要的答辩、反思和修改。
（3）交流时应当注意具体情况具体分析，如不同酶的最适条件可能是不一样的。
下列3组实验是探究温度对酶活性的影响，请分别从中寻找错误：
实验1
错误：缺少60 ℃的对照组，且不应用斐林试剂作为检测试剂。
实验2
错误：未对底物和酶进行保温处理就混合在一起。
实验3
错误：不应选用过氧化氢溶液作为反应底物，因为高温条件下，会直接使底物分解加快，而不是通过影响酶的活性来影响底物的分解。
核心归纳：
可供参考的实验设计
（1）①探究温度对淀粉酶活性的影响
结论：温度能影响酶的活性。温度会影响酶的活性，温度过低或过高酶活性都较低。
②探究pH对淀粉酶活性的影响
结论：pH能影响酶的活性，pH过低或过高酶活性都较低。
（2）实验材料的选择：选择实验材料时，要注意排除自变量本身对实验结果的影响，保证自变量只是通过影响酶活性而影响实验结果，不能直接影响实验结果。
（3）若底物选择淀粉和蔗糖，用淀粉酶来验证酶的专一性时，检测底物是否被分解的试剂“宜”选用斐林试剂，“不宜”选用碘液，因为碘液无法检测蔗糖是否被分解。
（4）若选择淀粉和淀粉酶探究酶的最适温度，检测底物被分解的试剂“宜”选用碘液，“不宜”选用斐林试剂，因为用斐林试剂鉴定时需水浴加热，而该实验中需严格控制温度。
（5）在探究pH对酶活性影响时，“宜”保证酶的最适温度（排除温度干扰），且将酶溶液的pH调至实验要求的pH后再让反应物与底物接触，“不宜”在未达到预设pH前就让反应物与酶接触。
（6）在探究温度对酶活性的影响时，“宜”保证酶的最适pH（排除pH干扰），且将酶和底物分别保温（实验要求的温度）后，再混合继续保温，“不宜”在未分别保温前就让反应物与酶接触。
展示酶的活性受温度影响示意图，引导学生归纳总结酶的作用条件较温和。
1.含义：酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。在最适温度和最适PH条件下，酶活性最高。温度和PH偏高或偏低，酶活性都会降低。
2.曲线表示：（通过系列梯度实验进行测定，绘制出温度和pH曲线图）
3.意义：保证细胞代谢能够在温和条件下高效进行。
4.原因：过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。低温使酶活性受到抑制，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下酶的活性会升高，因此，酶制剂适宜在低温下保存。高温、强酸、强碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活。
5.保存：低温保存。
补充·拓展 酶促反应
1.酶促反应：由酶催化的化学反应，生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。
2.酶促反应速率：单位时间内反应物或生成物浓度的改变量。
3.影响酶促反应速率的因素：
细胞中的各类化学反应之所以能有序进行，还与酶在细胞中的分布有关。拿植物叶肉细胞来说，与光合作用有关的酶分布在叶绿体内，与呼吸作用有关的酶分布在细胞质基质和线粒体内，这样，光合作用与呼吸作用在细胞内不同的区室同时进行，就可以互不干扰了。
叶绿体中含有光合作用的酶，线粒体中含有细胞呼吸的酶，两者分区分工，互不干扰。
溶酶体中的酶（最适pH≈5.0）一般局限在溶酶体中发挥作用，即使少量溶酶体中的酶进入细胞质基质（pH接近中性），也会失去活性。
课堂小结：
四、板书设计
第1节 降低化学反应活化能的酶
第2课时 酶的特性 教案
一、酶催化反应的特性
1.酶具有高效性：酶的催化效率远高于无机催化剂
2.酶具有专一性：淀粉酶只能催化淀粉水解，对蔗糖不起作用。
淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用
二、探究影响酶活性的因素
1.酶活性的概念
2.探究影响酶活性的条件
（1）探究温度对淀粉酶活性的影响
（2）探究pH对淀粉酶活性的影响
3.酶的作用条件较温和
4.酶促反应
（1）概念
（2）酶促反应速率
（3）影响酶促反应速率的因素：pH、温度、底物浓度和酶浓度对酶促反应的影响、生成物浓度、激活剂和抑制剂

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