“酶的特性”教學(xué)設(shè)計

劉義友

一、教材分析

“酶的特性”是在學(xué)習(xí)了酶的作用和本質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討酶的高效性、專一性以及溫度、pH對酶活性的影響。由于絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，與已學(xué)過的組成細(xì)胞的化合物、細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)等內(nèi)容密切相關(guān)，同時又是學(xué)習(xí)光合作用和呼吸作用的過程及影響因素、遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)、基因工程等內(nèi)容的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)目標(biāo)

(1)知識目標(biāo)：理解酶的定義及酶的高效性、酶的專一性和酶的作用條件比較溫和等特性。

(2)能力目標(biāo)：創(chuàng)造特定情境，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并靈活運(yùn)用所學(xué)知識解釋和解決問題的能力。通過探究性實驗設(shè)計，學(xué)會確定和控制自變量，觀察和檢測因變量以及設(shè)置對照實驗等，提高科學(xué)探究能力。通過探究實驗的討論交流和評價，培養(yǎng)學(xué)生的思辯、判斷、評價和表達(dá)能力。

(3)情感目標(biāo)：以學(xué)習(xí)小組形式開展討論，培養(yǎng)合作精神，通過體驗科學(xué)實驗的過程和方法，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新和實踐的科學(xué)精神。

三、教學(xué)重點和難點

(1)教學(xué)重點：酶的催化作用具有高效性、專一性和需要適宜條件的特性。教學(xué)中突出重點的策略是回顧蛋白質(zhì)的特性，實現(xiàn)知識的準(zhǔn)確遷移。通過設(shè)計實驗、自主探究，如分析不同條件下加酶洗衣粉的洗滌效果等探究活動，實現(xiàn)感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。結(jié)合生產(chǎn)生活實際，加深對酶特性的理解。

(2)教學(xué)難點：組織和引導(dǎo)學(xué)生完成影響酶活性條件的探究實驗，并讓學(xué)生學(xué)會控制變量的科學(xué)方法。教學(xué)中突破難點的主要策略是通過激發(fā)自主探究的興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性和主動性。充分發(fā)揚(yáng)教學(xué)民主，通過親身體驗，提高科學(xué)探究能力。

四、教學(xué)過程設(shè)計

1溫故、創(chuàng)境，引入酶的特性的思考

師：復(fù)習(xí)、回顧已學(xué)的知識，說明酶的主要作用是什么?酶的化學(xué)本質(zhì)是什么?酶的產(chǎn)生主要場所在哪里?在此基礎(chǔ)上，請說出酶的概念。

生：酶是生物催化劑，可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，所以酶的主要合成場是核糖體。由此可以總結(jié)出酶的概念——酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的有機(jī)物。

師：結(jié)合蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點，回顧蛋白質(zhì)具有哪些特性?

生：由于組成蛋白質(zhì)的氨基酸種類、數(shù)目及排列順序變化多端，空間結(jié)構(gòu)也千差萬別，所以蛋白質(zhì)具有多樣性和特異性。蛋白質(zhì)在過酸、過堿、溫度過高等條件下，空間結(jié)構(gòu)改變，從而使其功能降低，甚至喪失。

師：絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，那么酶具有哪些特性呢?

2實驗、建模，總結(jié)酶的高效性

首先利用提供的實驗材料進(jìn)行實驗，觀察等量的H₂O₂在滴加2mL豬肝研磨液、2mL一定濃度的FeCl₃溶液、2mL蒸餾水時分解速率的快慢。

實驗材料：豬肝研磨液、一定濃度的FeCl₃溶液、蒸餾水、試管若干、量筒等。

學(xué)生實驗：根據(jù)提供的實驗材料，以2人為單位進(jìn)行分組實驗，并仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。分析實驗結(jié)果。得出相關(guān)的實驗結(jié)論。

拓展思維：若加2mL蒸餾水時氧氣釋放量隨時間的變化如下左圖所示。請在圖中繪制滴加2mL豬肝研磨液、2mL一定濃度的FeCl₃溶液時氧氣釋放量隨時間的變化曲線。結(jié)果如下圖所示。

通過以上結(jié)果的分析，說明酶是生物催化劑，與無機(jī)催化劑相比較，具有催化效率高的特性，說明酶具有高效性。

師：根據(jù)以上實驗分析，實驗中自變量是什么?因變量是什么?無關(guān)變量有哪些?(引導(dǎo)獨(dú)立學(xué)習(xí)與思考)

生：自變量是豬肝研磨液、FeCl₃溶液、蒸餾水，因變量是化學(xué)反應(yīng)速率，無關(guān)變量有環(huán)境溫度、H₂O₂量等。

師：過氧化氫對人體細(xì)胞是有害的，肝細(xì)胞中的過氧化氫酶催化過氧化氫的分解，有生命活動的正常進(jìn)行具有重要的意義。馬鈴薯塊莖細(xì)胞、酵母菌細(xì)胞中含過氧化氫酶嗎?請?zhí)岢龌镜膶嶒炈悸贰?引導(dǎo)繼續(xù)探究)

生：基本實驗思路：制備提取液－進(jìn)行對照實驗－分析實驗結(jié)果－得出結(jié)論。

3思辯、評價，理解酶的專一性

閱讀某品牌加酶洗衣粉的使用指南，討論、分析該洗衣粉為什么不能用于洗滌絲質(zhì)、毛質(zhì)、皮革服裝?(引入對酶專一性的思考)

在加酶洗衣粉中一般含有堿性蛋白酶和堿性脂肪酶，能特異性分解蛋白質(zhì)和脂肪。一種酶只能催化一種或一類物質(zhì)質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，即酶具有專一性。

分析：以下是某同學(xué)為了探究酶的專一性而進(jìn)行的實驗操作，該同學(xué)的實驗?zāi)茏C明酶具有專一性嗎?簡要說明理由。(自主討論、合作學(xué)習(xí))

同學(xué)討論并得出：該實驗不能證明酶具有專一性，因為酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，要證明酶具有專一性，不能用不同的酶作用于同一底物，應(yīng)該用一種酶作用于不同底物，說明只能催化一種或一類物質(zhì)的反應(yīng)。

師(總結(jié))：該同學(xué)對實驗原理理解有誤，導(dǎo)致其自變量的確定有誤，該如何修正呢?

生：將題中的自變量改為2％可溶性淀粉溶液和2％蔗糖溶液，即在A、B試管中分別加入2mL2％可溶性淀粉溶液和2％蔗糖溶液，然后再加入2mL稀釋的淀粉酶溶液，其他步驟相同。

師：以上同學(xué)的調(diào)整方案有缺陷嗎?簡要說明理由。如有缺陷，請?zhí)岢稣_的操作步驟。

生(繼續(xù)討論并回答)：明顯缺陷是檢測結(jié)果時，碘液不能檢測蔗糖是否被分解，應(yīng)該是加入現(xiàn)混的斐林試劑2mL，水浴，觀察有無磚紅色沉淀，檢測有無還原糖的生成。

4讀圖、實驗，懂得酶的作用條件

師：繼續(xù)閱讀加酶洗衣粉的使用指南，討論并分析該洗衣粉為什么用溫水洗滌效果最好?溶解時為什么必須倒入低于60℃的水中?(引入溫度等對酶活性影響的思考)

生：絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，溫度過高、過酸、過堿會破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，引起蛋白質(zhì)變性，從而使蛋白質(zhì)功能下降甚至喪失。

解讀模型：參見教材P85圖5-3、5-4-，說明溫度、pH對酶活性的影響。(小組討論、代表交流)

學(xué)生代表：①在溫適溫度、最適pH時酶的催化效率最高。②低于在溫適溫度、最適pH時，隨著溫度、pH的升高，粉酶活性升高；超過在溫適溫度、最適pH時，隨著溫度、pH的升高，酶的活性減弱。③溫度過高、過酸或過堿條件下，酶不可逆失活。

實驗設(shè)計：真菌α－淀粉酶是由曲霉屬微生物發(fā)酵產(chǎn)生的一種α－淀粉酶，其水解淀粉的產(chǎn)物主要是高含量的麥芽糖和一些低聚糖及少量的葡萄糖。有人提出真菌α－淀粉酶的最適溫度35℃左右，請利用所提供的實驗材料，探究α－淀粉酶的最適溫度，簡要說出實驗思路。(小組合作完成)

供選材料：真菌α－淀粉酶、2％淀粉溶液、蒸餾水、試管若干、水浴鍋若干、碘液、斐林試劑、酒精燈、火柴等。

師生討論：該實驗的自變量是溫度，溫度的選擇應(yīng)

為35℃左右，如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃。因變量為反應(yīng)速率，實驗結(jié)果的觀察指標(biāo)項應(yīng)該是控制自變量、檢測因變量是本實驗設(shè)計的重點和難點。

繼續(xù)探究：某同學(xué)通過實驗獲得如下圖所示的結(jié)

果，從而得出“真菌α－淀粉酶最適溫度為45℃”的結(jié)論，你認(rèn)為正確嗎?如果不正確，如何修正?

師生小結(jié)：圖解顯示，隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快，說明酶的活性不斷提高。但不能說明真菌α－淀粉酶最適溫度為45℃。因為還不能說明隨著溫度的提高相對反應(yīng)速度已經(jīng)達(dá)到了最大值，還必須繼續(xù)提高溫度進(jìn)行實驗。

聯(lián)系實際：嫩肉粉，你聽說過嗎?

前景材料：嫩肉粉，又稱松肉粉，這是一種能使動物性原料軟嫩滑潤，同時又不損傷肌纖維彈性的佐助料，呈白色粉末狀，為純天然制品，它的主要成分是從番木瓜中提取的疏松劑木瓜蛋白酶，它能將動物類原料結(jié)締組織、肌纖維中的膠原蛋白及彈性蛋白適當(dāng)分解，使部分氨基酸之間的連接鍵發(fā)生斷裂，從而破壞它們的分子結(jié)構(gòu)，大大提高原料肉的嫩度，并使其風(fēng)味得到改善。

如果你是某企業(yè)工程師，需要你給某種品牌的嫩肉粉產(chǎn)品草擬一個產(chǎn)品說明書，你覺得除了生產(chǎn)廠家、工廠地址等基本內(nèi)容外，還需要特別說明哪些內(nèi)容?(小組合作完成)

因為嫩肉粉中發(fā)揮主要作用的是木瓜蛋白酶，結(jié)合酶的特性，應(yīng)特別說明使用方法、作用劑量、保存方法、有效日期等內(nèi)容。

5小結(jié)、訓(xùn)練，加深對酶的特性的理解

總結(jié)酶的特性，說明變量控制的一般方法。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行如下強(qiáng)化訓(xùn)練。

鞏固提高：下列實驗是研究pH對酶活性的影響。準(zhǔn)備5支試管等量酶溶液但pH各不相同的試管，每支試管加一塊1cm3的正方體凝固蛋白塊，試管均置于25℃室溫條件下，各試管內(nèi)蛋白塊消失的時間記錄如下：

(1)簡要分析酶溶液的pH與酶活性及蛋白塊消失時間的關(guān)系。

(2)提供兩種實驗改進(jìn)的方法，使實驗?zāi)茉诙虝r間內(nèi)完成，并解釋原因。

(3)為確認(rèn)蛋白塊消失是由于酶的作用，還應(yīng)設(shè)計對照實驗，請描述對照實驗的實驗條件。(獨(dú)立思考，強(qiáng)化訓(xùn)練)

五、教學(xué)體會

本節(jié)課整體感覺非常流暢，學(xué)生參與度高，教學(xué)效果好。尤其是通過小組合作學(xué)習(xí)，采用了問題一表象一小組討論一表達(dá)交流的模式，創(chuàng)設(shè)了全員參與、主動參與的氛圍。同時，通過小組討論、爭辯，使分散的觀點逐步趨于集中，培養(yǎng)學(xué)生小組合作解決問題的意識，體會小組合作成功的快樂。同時，注重科學(xué)探究、科學(xué)過程與方法和培養(yǎng)創(chuàng)新精神，整個教學(xué)過程以探究為主線，既有思辯性探究，也有實踐性探究。在探究性學(xué)習(xí)過程中，注意科學(xué)方法的傳授。特別是實驗法、模型法。既有實驗過程的評價，也有實驗方案的設(shè)計，同時通過學(xué)生解讀模型、構(gòu)建模型，樹立模型意識等。

(責(zé)任編輯：符潔)