高中生物教學設計與反思新陳代謝與酶

高中生物教學設計與反思新陳代謝與酶

【學習目標】1.知道酶的發現過程。2.理解酶的性質(主要是高效性、專一性、酶需要適宜條件的特性)。

3.用實驗探究酶的高效性、酶的專一性。

【學習障礙】

1.理解障礙(1)如何理解酶與新陳代謝的關系?(2)如何理解酶的高效性、專一性等特性?

(3)如何理解影響酶催化作用的因素?

2.解題障礙(1)用酶的作用特性去解釋和說明一些生物學現象。(2)解影響酶的催化作用因素的圖表題。

(3)解有關的實驗設計題。

【學習策略】

1.理解障礙的突破(1)用“結構與功能相統一”等觀點理解新陳代謝與酶的關系。生命系統既是一個需要維持穩態的系統,又是一個瞬時就會發生一系列合成、分解的運動著的系統,這是一個矛盾的統一體。新陳代謝中的各種化學反應是在溫度、酸堿度等相對穩定的條件下進行的,這些化學反應不能在高溫、高壓、強酸、強堿等條件下進行,可是又要迅速、高效地進行反應,怎樣實現生命系統的這種功能?因此就必須有一種結構或物質存在,來行使其功能。這就是生物催化劑——酶。生物體內的物質代謝過程是極其復雜的,如人體從外界攝取的營養物質經過變化成為人體自身的組成物質,組成物質又經過氧化分解成為代謝的最終產物而排出體外,這些過程中包含著許許多多的生物化學反應。據估計,人體細胞內發生化學反應的頻率約為幾百萬次/min。這么多的化學反應之所以能夠在平常的溫度、壓力下迅速順利地完成,完全是依靠酶的催化作用。正因為這樣,生物體自我更新的速度是很快的。拿人體來說,體內血液中的紅細胞更新的速度通常為200萬/s以上,大約60 d左右全部紅細胞要更新一半;肝臟和血漿中的蛋白質,大約10 d左右要更新一半;皮膚、肌肉等組織中的蛋白質,大約150 d左右要更新一半。人在一生(按60年計算)中與外界環境交換各種物質的數量,大約水為50000 kg,糖類為10000 kg,脂質為1000 kg,蛋白質為1600 kg。物質交換的總重量大約相當于人體重量的1200倍,而實際上現在人類的壽命已經大大超過60歲了。所有這些復雜的代謝活動,只有在酶的參與下才能在常溫、常壓的條件下迅速有序地進行。因此生物體的新陳代謝過程,實際上是由一系列酶所催化的化學反應所組成的反應網絡,這就是功能與結構的和諧統一。

(2)用“遷移法”來幫助理解酶的特性。酶是生物催化劑,因而它既有與一般催化劑相同的性質,也有與一般催化劑不同的特點。酶和一般催化劑的共同點是:第一,酶在催化反應加快進行時,在反應前后酶本身沒有數量和性質上的改變,因而很少量的酶就可催化大量的物質發生反應。第二,酶只能催化熱力學上允許進行的反應,而不能使本來不能進行的反應發生。第三,酶只能使反應加快達到平衡,而不能改變達到平衡時,反應物和產物的濃度。因此,酶既能加快正反應進行,也能加快逆反應進行。酶促反應究竟朝哪個方向進行,取決于反應物和產物的濃度。酶與一般的催化劑相比又有其特點,最突出的是它的高效性和專一性。 生物化學理論的遷移

A.用“酶的中間產物學說”來理解酶的高效性

酶具有強大的催化能力,酶的催化能力遠遠超過化學催化劑。例如,碳酸酐酶能夠催化下面的反應:

高中生物教學設計與反思新陳代謝與酶

碳酸酐酶是目前已經知道的催化反應速度最快的酶之一。每個碳酸酐酶分子催化CO2水合作用形成相同數量的H2CO3的速度通常為6×10個/s。碳酸酐酶催化上述反應的速度比非酶催化的上述反應速度快10倍。如果沒有這種酶,CO2從組織到血液,然后再通過肺泡呼出體外的過程只能以極其緩慢的速度進行,遠遠不能滿足生物體生存的需要。酶具有這樣強大的催化能力,可以用酶的中間產物學說來解釋:酶在催化某一底物(被酶催化的物質)時,先與底物結合成一種不穩定的中間產物,這種中間產物極為活潑,很容易發生化學反應而變成反應物,并且放出酶。按照中間產物學說,酶促反應(需酶催化的反應)可以寫成下式:

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