高中生物教学设计与反思新陈代谢与酶

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1、高中生物教学设计与反思新陈代谢与酶【学习目标】1．知道酶的发现过程。2．理解酶的性质(主要是高效性、专一性、酶需要适宜条件的特性)。3．用实验探究酶的高效性、酶的专一性。 【学习障碍】1．理解障碍(1)如何理解酶与新陈代谢的关系？(2)如何理解酶的高效性、专一性等特性？(3)如何理解影响酶催化作用的因素？2．解题障碍(1)用酶的作用特性去解释和说明一些生物学现象。(2)解影响酶的催化作用因素的图表题。(3)解有关的实验设计题。 【学习策略】1．理解障碍的突破(1)用“结构与功能相统一”等观点理解新陈代谢与酶的关系。生命系统既是一个需要维持稳态的系统，又是一个瞬

2、时就会发生一系列合成、分解的运动着的系统，这是一个矛盾的统一体。新陈代谢中的各种化学反应是在温度、酸碱度等相对稳定的条件下进行的，这些化学反应不能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行，可是又要迅速、高效地进行反应，怎样实现生命系统的这种功能？因此就必须有一种结构或物质存在，来行使其功能。这就是生物催化剂——酶。生物体内的物质代谢过程是极其复杂的，如人体从外界摄取的营养物质经过变化成为人体自身的组成物质，组成物质又经过氧化分解成为代谢的最终产物而排出体外，这些过程中包含着许许多多的生物化学反应。据估计，人体细胞内发生化学反应的频率约为几百万次/min。这么多的化

3、学反应之所以能够在平常的温度、压力下迅速顺利地完成，完全是依靠酶的催化作用。正因为这样，生物体自我更新的速度是很快的。拿人体来说，体内血液中的红细胞更新的速度通常为200万/s以上，大约60d左右全部红细胞要更新一半；肝脏和血浆中的蛋白质，大约10d左右要更新一半；皮肤、肌肉等组织中的蛋白质，大约150d左右要更新一半。人在一生(按60年计算)中与外界环境交换各种物质的数量，大约水为50000kg，糖类为10000kg，脂质为1000kg，蛋白质为1600kg。物质交换的总重量大约相当于人体重量的1200倍，而实际上现在人类的寿命已经大大超过60岁了。所有这些

4、复杂的代谢活动，只有在酶的参与下才能在常温、常压的条件下迅速有序地进行。因此生物体的新陈代谢过程，实际上是由一系列酶所催化的化学反应所组成的反应网络，这就是功能与结构的和谐统一。(2)用“迁移法”来帮助理解酶的特性。酶是生物催化剂，因而它既有与一般催化剂相同的性质，也有与一般催化剂不同的特点。酶和一般催化剂的共同点是：第一，酶在催化反应加快进行时，在反应前后酶本身没有数量和性质上的改变，因而很少量的酶就可催化大量的物质发生反应。第二，酶只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应发生。第三，酶只能使反应加快达到平衡，而不能改变达到平衡时，反应物和

5、产物的浓度。因此，酶既能加快正反应进行，也能加快逆反应进行。酶促反应究竟朝哪个方向进行，取决于反应物和产物的浓度。酶与一般的催化剂相比又有其特点，最突出的是它的高效性和专一性。生物化学理论的迁移A．用“酶的中间产物学说”来理解酶的高效性酶具有强大的催化能力，酶的催化能力远远超过化学催化剂。例如，碳酸酐酶能够催化下面的反应：-8-碳酸酐酶是目前已经知道的催化反应速度最快的酶之一。每个碳酸酐酶分子催化CO2水合作用形成相同数量的H2CO3的速度通常为6×105个/s。碳酸酐酶催化上述反应的速度比非酶催化的上述反应速度快107倍。如果没有这种酶，CO2从组织到血液，

6、然后再通过肺泡呼出体外的过程只能以极其缓慢的速度进行，远远不能满足生物体生存的需要。酶具有这样强大的催化能力，可以用酶的中间产物学说来解释：酶在催化某一底物(被酶催化的物质)时，先与底物结合成一种不稳定的中间产物，这种中间产物极为活泼，很容易发生化学反应而变成反应物，并且放出酶。按照中间产物学说，酶促反应(需酶催化的反应)可以写成下式：B．用“酶的诱导契合学说”来理解酶的专一性：酶具有高度的专一性，这就是说，一种酶只能作用于一种底物，或一类分子结构相似的底物，促使底物进行一定的化学反应，产生一定的反应产物。酶的这种高度的专一性，可以用“诱导契合学说”来解释：酶

7、对于它所作用的底物有着严格的选择，酶和底物结合时，酶并不是事先就以一种与底物互补的形状存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形状。这种方式如同一只手伸进手套之后才诱导手套的形状发生变化一样。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋白的空间结构发生相应的变化，从而使酶和底物契合而形成酶—底物络合物，这就是科学家们普遍支持的“诱导契合学说”(见下图)。底物的结构和酶的活动中心的结构的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是酶作用的专一性。用来说明酶专一性催化作用的基本原理的学说还有“锁和钥匙学说”，见本节教材复习题二图示，在此不

8、再赘述。(3)用“内外因法”来理解酶的