高一生物《新陳代謝與酶》教案

作為一位不辭辛勞的人民教師，時常會需要準備好教案，藉助教案可以更好地組織教學活動。如何把教案做到重點突出呢？以下是小編整理的高一生物《新陳代謝與酶》教案，歡迎閲讀與收藏。

高一生物《新陳代謝與酶》教案1

P>在進行酶的特性教學時，教師可提問：

酶作為生物催化劑，與無機催化劑相比，有何特點?

為解決這個問題，教師可演示有關實驗，也可安排相應的學生實驗，引導學生通過對實驗現象的觀察，分析得出結論，即酶的高效性、專一性與多樣性特性。

(1)酶的高效特性實驗，實驗前有必要簡單介紹兩項內容：

一是過氧化氫這種物質，它是動植物在代謝中產生的，對機體有毒害作用。生物體可通過過氧化氫酶，催化過氧化氫迅速分解成水和氧氣而解毒。無機催化劑三價鐵離子也可催化這一反應;二是本實驗的實驗步驟。

實驗後，讓學生討論得出過氧化氫酶的催化效率高於鐵離子的結論，在此基礎上，教師可列舉其他實例，概括酶的高效性。教師還應強調正是由於酶的存在及其高效性，所以許多代謝反應在體外很難發生，在體內卻可迅速進行。

(2)酶的專一性特性

實驗前可提問：“食物中的澱粉和蔗糖同屬糖類，唾液澱粉酶能否消化水解這兩種物質?”

本實驗所涉及的顏色反應要在實驗前跟學生説明清楚。澱粉水解成的麥芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的條件下，與斐林試劑反應會有磚紅色沉澱物質產生，澱粉和蔗糖與斐林試劑無此反應。因此，斐林試劑可以用來鑑定澱粉和蔗糖溶液中是否有麥芽糖和葡萄糖及果糖，進而推測澱粉和蔗糖是否被水解。

在此基礎上，教師通過進一步實例説明酶的專一性是酶普遍具有的特性;

(3)酶的多樣性原理，可在學生理解酶的專一性原理基礎上，結合蛋白質的多樣性讓學生分析得出。

5、影響酶活性的因素

有條件的學校，應儘量讓學生做《實驗七、探索影響澱粉酶活性的條件》，這對於訓練學生分析實驗能力，理解對照實驗的設計方法等都是很幫助的。

在學生通過實驗分析得出影響酶活性的因素後，可適當結合學生的生活實際，引導學生分析、討論一些與之相關的生活常識。如可提問：“持續高燒不退或嚴重腹瀉有時甚至會危及人的生命，學生知道其中的原因嗎?”

人的正常體温是37℃，體温升高到38℃，雖然體温只是升高了1℃，但人已感覺非常沒有精神，如果升高到39℃甚至40℃以上，而且持續高燒，就會出現一系列嚴重的反應，如昏睡、昏迷、驚厥、甚至危及生命，這是為什麼呢?原來，酶作為生物催化劑，其催化活性受到很多因素的影響，如温度、pH值、有機溶劑、重金屬離子、酶濃度、酶的激活劑、抑制劑等等，而酶的活性受上述因素的影響是非常敏感的，影響因素髮生很小的變化的，酶活性就會發生很大的改變。人體中酶的最適温度一般為37℃，當人體體温高於或低於這個温度時，機體中酶活性就會大大降低，細胞內的各種生物化學反應不能正常進行了。

霍亂是一種烈性的傳染病，為霍亂弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍亂弧菌通過人的腸粘膜並大量繁殖，同時產生腸毒素引起劇烈腹瀉造成迅速而嚴重的脱水，血容量明顯減少，因而出現微循環衰竭，使細胞得不到鉀、鈉、鈣、氯離子，導致肌肉痙攣;細胞得不到碳酸氫根離子而導致細胞內pH值發生較大的改變，酶活性即相應大大降低，嚴重的會出現代謝性酸中毒，最終病人腎功能衰竭，休克、死亡。人體大量出汗、腹瀉都要相應地補充水就是這個道理;嬰幼兒自身調節能力差，嬰幼兒腹瀉常常引起嚴重後果，就是這個道理。

或者問：“當人誤食了含有重金屬的食物或農藥後，有一種應急措施，就是趕緊給病人大量喝牛奶或豆漿，學生知道這是為什麼嗎?”

酶活性除了與温度、pH有關外，還受有機溶劑、重金屬離子等的影響。有機溶劑與重金屬離子影響酶活性的主要原因是有機溶劑和重金屬離子與酶蛋白上的某些化學基團結合，使酶的活性完全喪失，這也是人誤食了有機磷農藥、有機氯農藥或含重金屬離子的食物中毒甚至死亡的原因。

牛奶和豆漿中含有大量的蛋白質，這些蛋白質可以和重金屬或有機物結合，而使這些金屬離子和有機物發生沉澱。當人誤食了含重金屬的食品或農藥後，大量飲用牛奶或豆漿可使這些有毒物質沉澱下來不被消化道吸收，從而也就避免了這些有毒物質與人體中正常的酶接觸的機會，而保護了這些酶的活性。當然，這只是應急措施，還要去醫院洗胃並進行進一步的治療。

擴展資料

澱粉液遇碘變藍的原因

澱粉是白色無定形的粉末，由10%～30%的直鏈澱粉和70%~90%的支鏈澱粉組成。直鏈澱粉具有遇碘變藍的特性，因為溶於水的直鏈澱粉藉助分子內的氫鍵捲曲成螺旋狀，第一個螺距有六個葡萄糖殘基組成。如果在澱粉液中加入碘液，碘分子便嵌人到螺旋結鈎的空隙處，並且藉助範德華力與直鏈澱粉聯繫在一起，形成了一種絡合物，這種絡合物能夠比較均勻地吸收波長範圍為400~750nm可見光，而反射的光是藍光，所以使澱粉溶液呈現教學目標

知識方面

1、使學生理解新陳代謝的概念及其本質

2、使學生了解酶的發現過程;初步理解酶的概念、酶的特性、影響酶活性的因素

3、使學生理解酶在生物新陳代謝中的作用

能力方面

在引導學生分析生物新陳代謝概念，探究酶的特性，探究影響酶活性因素的過程中，初步訓練學生的邏輯思維能力，分析實驗現象能力及設計實驗的能力，。

情感、態度、價值觀方面

通過讓學生了解酶的發現過程，使學生體會實驗在生物學研究中的作用地位;通過討論酶在生產、生活中的應用，使學生認識到生物科學技術與社會生產、生活的關係;體會科學、技術、社會之間相互促進的關係，進而體會研究生命科學價值的教育。

教學建議

教材分析

1、酶的發現

教材簡單介紹酶的發現歷史，從1783年意大利科學家斯巴蘭讓尼設計的巧妙實驗到20世紀80年代科學家發現少數的酶是RNA，使學生對酶的研究歷史中的一些重大發現有了一個大致瞭解。

2、酶的特性

酶的特性主要是通過安排了有關的學生實驗，讓學生通過實驗，發現酶的三個特性，這樣的編排方式符合學生由感性到理性的認知規律，有利於引導學生主動參與教學過程，並且有利於培養學生的多種能力。酶的高效性特點，是通過比較《實驗五、肝臟內的過氧化氫酶比無機催化劑 的催化效率》切入;酶的專一性的特點，是通過比較《實驗六、探索澱粉酶對澱粉和蔗糖水解的作用》切入;

3、影響酶活性的因素

本節教材主要講述酶的催化作用需要適宜的條件，通過《實驗七、探索影響澱粉酶活性的條件(選做)》切入。

本節內容的最後，安排了課外讀“造福人類的酶工程”，以開闊學生的視野，同時又有助於加強學生對本節基礎知識的理解，使學生體會科學、技術在改變人類生活質量中的作用。

教法建議

1、使學生在理解細胞水平上的新陳代謝概念及其本質是本節的重點與難點

新陳代謝是活細胞中全部有序的化學變化的總稱，這是在細胞水平上對新陳代謝的描述。其實學生已不是第一次接觸新陳代謝的概念，在初中生物課和高中生物課緒論中，學習已接觸到諸如同化作用、異化作用及其關係等與新陳代謝有關的知識，但那是在生物個體水平對新陳代謝下的定義。本章的新陳代謝內容是對以往知識的深化和展開，教學教師要有意識地從細胞和分子水平引導學生分析出生物體是如何自我更新的，合成與分解是如何進行的，及其二者的關係，從而使學生更深刻地理解什麼是生命。

例如，為使學生理解"新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱"這句話，教師可結合前一章細胞的物質基礎與結構基礎的相關知識，引導學生分析活細胞中發生的各種化學反應，如發生在線粒體內的糖的氧化放能的化學過程;發生在葉綠體中的水和二氧化碳合成為有機物的化學過程;發生在核糖體上的氨基酸縮合成多肽鏈的化學過程等，使學生對"新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱"這句話有一個感性認識。

2、使學生理解酶的概念是本節的重點。在本節教學中如何組織學生完成酶具有專一性的實驗並實施有效的討論是本節的難點。

生命體隨時隨刻發生着數量巨大的生物化學反應，同時又是一個穩定的，開放的系統。細胞中發生的各種化學反應不可能在高温、高壓、強酸、強鹼等條件下進行，而必須在常温、常壓、水溶液環境下能快速、有序地進行的，這就要儘可能地降低化學反應能閾，這是新陳代謝為什麼離不開生物催化劑，即酶的原因。

酶的概念和酶的發現可結合一起在讓學生討論，這樣可讓學生充分體會生產實踐和科學實驗對科學發展的促進作用。酶的特性這部分內容，可先組織學生依次完成實驗，然後再由學生來討論和總結。

在引導學生分析酶的特性時，引導學生與蛋白質的多樣性聯繫起來，可使學生易於理解酶的催化作用的專一注必定意味着酶的多樣性，而且蛋白質分子空間結構的多樣性和酶的專一性催化關係密切。

3、使學生理解酶具有高效性、專一性和需要適宜條件是本節的重點，如何組織學生完成影響酶活性因素的選做實驗並分析、討論實驗是本節教學的難點。

在組織學生操作、分析、討論《實驗七、探索影響澱粉酶活性的條件(選做)》基礎上，引導學生分析兩個座標曲線圖，讓學生概括酶的催化作用需要適宜的温度和pH。

教學設計示例

【課題】 第一節 新陳代謝與酶

【教學重點】新陳代謝的概念及其本質的概念、酶的特性、影響酶活性的因素、酶在生物新陳代謝中的作用

【教學難點】新陳代謝的概念及其本質的概念、酶在生物新陳代謝中的作用

【課時安排】1課時

【教學手段】板圖圖、多媒體課件、實驗

【教學過程】

1、引入新陳代謝的概念及本質

(1)學生在初中生物學課本、高中緒論課的學習或通過各種媒體的介紹，對新陳代謝已經有了一定的認識，首先，教師應瞭解學生對新陳代謝是如何理解的。為此教師可設計一些問題，引導學生以自身為例，剖析生命是如何維持的，以此引入本節的學習，如：

①人體的腦細胞是通過什麼途徑獲得營養?腦細胞中產生的代謝廢物又是通過什麼途徑排出體外的?

②進入腦細胞的營養物質是如何被利用的?

③學生如何理解同化作用、異化作用，物質代謝、能量代謝，它們之間有何關係?

④想一想，人體的身體有哪些系統參與了新陳代謝過程，各是如何參與的等等?

(2)學生一般只能從生物個體、器官或系統水平上，説明生物體與外界環境之間進行物質和能量的交換，在此基礎上，教師應把討論引向微觀水平，即細胞和分子水平的代謝過程。如可以設問：

①你吃下的肉類蛋白質，通過什麼途徑轉化成為你自身的蛋白質?

②你吃下的澱粉類食物，通過什麼途徑為你提供能量?等等

通過分析、討論，使學生理解：細胞的結構和生命活動的維持，需要不斷地合成與分解，不斷地處於自我更新的狀態，而這種自我更新的過程完全依賴於細胞內發生的生物化學反應，從而在細胞水平理解新陳代謝的本質，即“新陳代謝是活細胞中全部有序的化學變化的總稱”。

2、酶的概念、特性及其生理功能

在學生理解新陳代謝的本質後，可以利用學生已有的化學知識，分析出無機化學反應過程中所需的條件一般是很激烈的，再讓學生分析出生物體細胞生存的條件是很温和的，可以提問，如：

(1)細胞生存的條件是很温和的，那麼細胞內數量如此巨大的生物化學反應如何在常温、常壓、水溶液環境、pH接近中性的條件下，迅速高效的進行呢?

(2)在化學反應中有沒有提高化學反應的方法呢?

這樣可順利地引出活細胞產生的生物催化劑，即酶。

3、酶的發現史

這部分的教學，教師可讓學生自己閲讀，也可發給學生相應的補充資料，尤其是某種酶的研究過程方面的資料，目的是讓學生對酶的研究過程、方法有一個較為全面的瞭解，讓學生切身體會到生物學的實驗研究對生物學發現的重要作用。

學生閲讀後，可提問：酶都是蛋白質嗎?並做一定的説明。

酶是活細胞所產生的具有催化能力的一類特殊的蛋白質。酶是細胞中促進化學反應速度的催化劑。現已發現的酶約有3000種以上。它們分別存在於各種細胞中，催化細胞生長代謝過程中各種不同的化學反應，使生物化學反應在常温、常壓、水溶液等温和的條件下就可順利進行。

很多年來，人們一直認為所有的酶都是蛋白質。然而生物學家的實驗證明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，發現原生動物四膜蟲的26S rRNA前體在沒有蛋白質的情況下進行內含子的自我拼接，最終形成L19RNA。當時因為只是瞭解它有這種自我催化的活性，沒有把它與酶等同看待。

1983年Atman和Pace分別報導了在RNA前體加工過程起催化作用的酶是由20%蛋白質和80%RNA組成的。如果除去蛋白質部分，並提高鎂離子的濃度，則留下的RNA具有與全酶相同的催化活性，這是説明RNA具有酶活性的第一例證。

“酶不都是蛋白質”，這一科學事實再一次有力地證明了實驗在科學發展中所起到的舉足輕重的作用，同時也讓我們看到，科學是發展的，探索是無止境的，而真理是相對的，現在的科學事實可能在今後會被修正，甚至推翻。

另外，酶、激素、維生素之間的區別值得一提，學生在以後的學習中容易把這些物質和它們的作用搞混。可就高中生物學水平做一簡單比較：

酶 激素 維生素

從化學本質上看 蛋白質 蛋白質(如生長素、胰島素等)、固醇類脂類物質(如性激素) 多種多樣，一般為小分子有機物。 如維生素D是固醇類物質;維生素A是脂類物質(萜類);維生素C是抗壞血酸(葡萄糖的衍生物)等等。

從生理功能看 可提高生物體生物化學反應的速度，是一種生物催化劑。 激素又稱“化學信使”，是特定細胞合成的，能使生物體發生一定反應的有機分子。它的作用力很強，很低的`濃度就能引起很強的反應，但在細胞中不能積累，很快就會被破壞。 維生素常常與酶結合，是較複雜酶的組成成分之一。天然食物中含量極少，但這些極微小的量對人體的生長和健康是必需的，人體一般不能合成它們或合成量不足，必須從食物中攝取。

可把酶的發現史與酶的特性這兩部分教學內容結合起來，這樣可使學生用實驗方法探索酶的特性順理成章。

4、酶的特性

<出藍色來。

絕大多數的酶是蛋白質，少數的酶是RNA

生物體內存在三千多種具有不同功能的酶，一切生命現象都與酶有關，因為活細胞內的生物化學反應，都是在酶的催化作用下進行的，沒有酶，新陳代謝就不能進行，生命也就會隨之停止。酶的化學本質是蛋白質，這一認識直到20世紀80年代後才被科學修正過來。科學研究表明，一些RNA分子也具有酶的催化功能，如一種叫RNaseP的酶，它是由20%的蛋白質和80%的RNA組成。科學家將這種酶的蛋白質除去，同時提高鎂離子的濃度，留下來的RNA仍具有與該酶相同的催化活性。後來的科學實驗進一步證實其它某些RNA分子與那些構成酶的蛋白質分子一樣，也都是效率非常高的生物催化劑。

酶工程

細菌細胞直徑不足2m，每時每刻卻發生着1500一20xx個化學反應，由1000多種酶對這些反應進行催化和調製，生產着3000多種蛋白質，1000多種核酸;而且細菌合成效率驚人，它合成每個肽鏈只需百分之三秒，而現代最先進的蛋白質自動合成機器只能合成小肽，而且速度也慢，合成每個肽鏈需要7分鐘，兩者相差200多倍;它合成RNA和DNA的速度更是遠遠超過了人工合成;另外細胞中能量轉換效率也很高，這一切都有賴於生物催化劑，這就是酶。現已發現的酶約有幾千種以上。它們定位於各種細胞的不同細胞器中，催化細胞生長代謝過程中各種不同的化學反應，使這些反應在正常温度等條件下就可順利進行。

酶是細胞產物，但不一定非要在細胞內發揮作用，在細胞外，即在非細胞條件下也能發揮作用。19世紀，人們已認識到酵母可以使葡萄糖發酵，產生酒精和二氧化碳，但是對於這一過程是如何進行的，當時主要有兩種觀點，而且一直未能達成一致。1857年，法國著名的細菌學家巴斯德認為酒精發酵需要有完整的細胞結構才能實現;德國化學家李比西則認為酒精發酵要求的只是細胞中的某些物質，而不要求完整的細胞參與。直到1897年，畢西納不用完整的酵母細胞，而用酵母汁進行酒精發酵獲得成功，從而證明生物體內的催化反應也可能在體外進行。

正是基於這點，人們可以利用細胞中的酶能催化體外的生化反應，這就是酶工程得以發現的前提。

我們都用過加酶洗衣粉，同一般的洗衣粉相比，加酶洗衣粉中含有蛋白質和脂肪酶等多種通過微生物生產出來的酶，因此，去除汗漬和油污的能力比較強。我們知道，酶作為一類具有生物催化作用的有機物，是在活細胞內產生的。那麼，人們是怎樣通過活細胞獲得這種酶並且在生產和生活中使用這些酶的呢?這些都是通過酶工程來實現的。

所謂酶工程，就是在一定的生物反應器中，利用酶的催化作用，將相應的原料轉化成有用物質的技術，而且酶工程是生物工程的核心，沒有酶的作用，任何生物工程技術都不能實現。概括地説，酶工程是由酶製劑的生產和應用兩個方面組成的。

(一)酶製劑的生產

已知酶的種類大約有幾千種，實際已被運用於工業生產的僅10餘種，如已能夠實現工業化大量生產的酶有澱粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構酶等，其中鹼性蛋白酶用於加酶洗滌劑，佔國際上酶銷售額的首位，青黴素固化酶用於醫療，佔世界用量第二位。

早期酶製劑主要來源於動植物材料，而今酶的主要來源是微生物。酶製劑的生產包括酶的生產、提取、分離純化和固定化。

1、酶的生產、提取和分離純化

(1)酶的生產

酶普遍存在於動物、植物和微生物體內。人們最早是從植物的器官和組織中提取酶的。例如，從胰臟中提取蛋白酶，從麥芽中提取澱粉酶;現在，生產酶製劑所需要的酶大都來自微生物，這是因為同植物和動物相比，微生物具有容易培養、繁殖速度快和便於大規模生產等優點。人們提供必要的條件，利用微生物發酵來生產酶。

(2)酶的提取和純化

從微生物、動植物細胞中得到含有多種酶的提取液後，為了從提取液中獲得所需要的某一種酶，必須將提取液中的其他物質分離，這就是酶的分離純化。經過分離純化後的得到的酶，活性不能降低，因此，分離純化必須在適宜的條件下進行。人們多選擇不同種類和濃度的有機溶劑，以沉澱不同的酶蛋白，達到分離純化酶的目的。

2、酶的固定化

將分離純化的酶製成酶製劑進行乾燥處理，再適量加入相應的穩定劑和填充劑，製成粉狀製劑，用它們來催化生化反應。但其結果是酶製劑和產物混在一起，不能得到高純度的產品;也很難讓酶製劑進行重複使用。怎麼辦呢?科學家們想到了酶的固定化。

先將純化的酶連接到一定的載體上(使酶固定化)，使用時將被固定的酶投放到反應溶液中，催化反應結束後又能將被固定的酶回收。

固定化酶一般是呈膜狀、顆粒狀或粉狀的酶製劑，它在一定的空間範圍內使用，產品的純度高，沒有酶的而且酶製劑可反覆使用，這種技術是1969年日本首先研製成功，現已方法應用到生產中的。固定化酶同自由酶相比，具有以下優點：其一是穩定性高;其二是酶可反覆使用;其三是產物純度高;其四是生產可連續化和自動化;其五是設備小型化以及可節約能源等。

我們知道，蔗糖幾乎全部來源於甘蔗或甜菜，但是甘蔗和甜菜的種植範圍都比較有限，因此，蔗糖的產量也就受到了影咱。能不能利用澱粉來生產類似蔗糖的甜味劑呢?科學家通過α-澱粉酶、糖化酶和將葡萄糖異構酶連接到離子交換樹脂上，或者包埋在明膠中，製成的固定化葡萄糖異構酶，這種固定化酶可以用於使葡萄糖轉化成甜度更高的高果糖漿。一些發達國家高果糖漿的年產量現已達到幾百萬噸，高果糖漿在許多飲料的製造中已經逐漸替代了蔗糖。

3、固定化細胞

利用胞內酶製作固定化酶時，先要把細胞打碎，才能將裏面的酶提取出來，這就增加了工序和成本。人們設想直接固定那些含有所需胞內酶的細胞，並且就用這樣的細胞來催化化學反應。20世紀70年代，科學家研製成固定化細胞，並且用於生產。例如，將酵母細胞吸附到多孔塑料的表面上或包埋在瓊脂中，製成的固定化酵母菌細胞，可以用於酒類的發酵生產。

(二)酶製劑的應用

1、治療疾病

胰島素是治療糖尿病的常用藥品，這種蛋白質是胰臟中胰島細胞分泌的一種激素，是由兩條肽鏈組成，一條由21個氨基酸組成，稱為A鏈;另一條由30個氨基酸組成，稱為B鏈。胰島素是治療糖尿病的。由於糠尿病患者很多，胰島素的需要量很大，所以許多糖尿病患者使用的曾是豬的胰島素。但是，豬胰島素與人胰島素在化學結構上有一處差別：豬胰島素B鏈上最後一個氨基酸是丙氨酸，人胰島素B鏈上最後一個氨基酸是蘇氨酸。因此，用豬胰島素治療人的糖尿病，容易使一些患者產生免疫反應。現在，科學家可利用酶，切下並移去豬胰島素B鏈上的那個丙氨酸，然後接上一個蘇氨酸。這樣，豬的胰島素就魔術般地變成人的胰島素了;

尿激酶可以用來活化人體內的溶纖維蛋白酶原，使溶纖維蛋白酶原轉化為溶纖維蛋白酶，是治療腦溢血、心肌梗塞、肺動脈阻塞等疾病引起的血栓所需要的藥物，它是能利用培養哺乳動物細胞得到的唯一可以商業化的治療劑。但由尿或組織培養的產物中提取價格較高，1980年4月，科學家已經通過質體DNA誘發大腸桿菌生產出尿激酶，為在工業上利用酶工程方法生產酶開闢了道路;

青黴素是人們經常使用的一種抗生素。但是，多年的使用使得不少病原菌對青黴素產生了抗藥性，為此，科學家一方面研製新的抗生素以替代青黴素，另一方面設法通過有關的酶製劑來改造青黴素的分子結構，進而研製出新型的青黴素。青黴素的分子是由一個母核和一個側鏈組成的。科學家利用青黴素酰化酶，將母核和側鏈水解開，然後，利用化學合成的方法，使青毒素的母核與其他的側鏈連接，從而研製出氨苄青黴素等新型的青黴素。現在，製藥廠已經能夠利用固定化青黴素酰化酶反應器，成批地生產用於合成氨苄青黴素等新型青黴素的母核了;

再如，溶菌酶可分解病原菌的細胞壁，具有明顯的抗菌和消炎作用;溶纖維蛋白酶具有溶解患者血管內纖維蛋白凝塊的作用，可以用來治療血栓病。

2、產品加工

利用酶製劑生產一些產品，這一過程是在酶反器中進行的，酶反應器是指供酶製劑催化化學反應容器。酶反應器分成多種，如具有固定化酶(或固定化細胞)的反應器叫做柱式酶反應器，柱式酶反應器是將含有底物的液體，以一定的速度連續不斷地從一端注入裝有固定化酶(或固定化細胞)的容器，在液體流經固定化酶(或固定化細胞)時，容器內就發生催化反應並且生成產物、含有產物的液體則連續不斷地從容器的另一端流出。同一般的化工容器一樣，需要對酶反應器温度和pH等條件進行嚴格控制;不同的是，酶反應器必須進行無菌操作。

食品加工業方面。釀酒廠和飲料廠利用果膠酶來澄清果酒和果汁，效果十分明顯;又如，葡萄糖氧化酶可以除去密封飲料和罐頭中的氧氣、從而有效地防止飲料和食品氧化變質;再如，用木瓜蛋白酶製成的嫩肉粉，可以使肉絲、肉片等烹調後吃起來嫩滑可口;例如，支鏈澱粉酶是分解多糖類支鏈澱粉的酶，它能把胚芽轉變為色澤較好的麥芽糖糖漿。麥芽糖的甜味沒有葡萄糖濃，但很適口，且容易發酵、粘度大、溶解度大，用其製作糖果可以防止遇熱變色，用於冰激凌可以防止產生砂糖結晶。

日常生活方面。照相業由於採用了酶技術使照相材料發生了很大變革;家庭用的洗衣粉里加了一些酶，它能夠分解某些蛋白質等物質，使衣服上的血跡、汗漬等容易洗掉。但是，由於這些酶比較脆弱，在漂白劑一同起作用下很容易被破壞，然而酶工程可以解決這一技術難題。目前，市場上己經出現了能夠和漂白劑一同起作用的去污酶洗衣粉。科學家通過對去污酶結構上的兩個氨基酸進行修改，提高了這種酶的抵抗力。

化學工業方面酶製劑也得到了廣泛應用，在塑料工業與合成纖維工業中，已經可以用酶製劑催化氫化鏈烯的生產;

其他方面，一些紡織原料也可以利用酶製劑進行加工。例如，天然蠶絲(指家蠶吐出的蠶絲)的外表有一層絲膠，絲膠直接影響天然蠶絲的使用。過去，人們只能在高温條件下用鹼性物質脱去天然蠶絲上的絲膠。現在，人們可以在温和的條件下，利用蛋白酶對天然蠶絲進行脱膠，脱膠後的蠶絲具有鮮亮的色澤和柔滑的手感。

3、化驗診斷和水質監測

根據葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和過氧化氫，過氧化氫在過氧化氫酶的催化作用下形成水和原子氧，而氧原子可以將某種無色的化合物氧化成有色的化合物，人們根據這個原理，將上述兩種酶和無色的化合物固定在紙條上，製成測試尿糖含量的酶試紙，當它與尿液相遇時，依據尿液中葡萄糖含量由少到多而呈現出淺藍、淺綠、棕或深棕色，這樣糖尿病人就可以方便地為自己化驗尿糖的情況了。科學家根據同一原理，還研製出能夠化驗血糖數值的血糖快速測試儀，具有靈敏度高和速度快等優點。

酚是一類對人體有害的化合物，經常通過煉油和煉焦等工廠的廢水排放到河流和湖泊中，科學家利用固定化多酚氧化酶研製成多酚氧化酶傳感器，可快速測定出水中質量分數僅有2×10—7的酚。

4、用於生物工程其他分支領域

基因工程離不開內切酶和連接酶;植物體細胞雜交製備原生質體時，需要纖維素酶，人們把它們稱為生物工程的工具酶，而這些酶可由酶工程得到。

酶作用的特性

酶是催化劑，只需微量就可以使所催化的反應加速進行，而其本身的質和量都不發生變化，此外酶是生物催化劑，它有着不同於化學催化劑的特性。

(1)酶具有高效性

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：

碳酸酐酶是目前已經知道的催化反應速度最快的酶之一。每個碳酸酐酶分子每秒能夠催化 個 ，使它們與相同數量的 結合，形成相同數量的 。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上 倍。酶為什麼會具有這樣強大的催化能力呢?酶的中間產物學説認為：酶在催化某一底物時，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，並且放出酶。按照中間產物學説，酶的催化反應可以寫成下式：

S(底物)十E(酶)=SE(中間產物)=E十P(反應產物)

(2)酶具有高度的專一性

這就是説，一種酶只能作用於一種底物，或一類分子結構相似的底物，促使底物進行一定的化學反應，產生一定的反應產物。酶為什麼具有這樣高度的專一性呢?這可以用“誘導契合學説”來解釋。

所謂“誘導契合學説”是指底物一旦與酶結合，酶分子上的某些基團常常發生明顯的變化，從而使酶蛋白的構象發生相應的變化，使酶的活性中心的空間結構和底物的空間結構十分吻合，最終契合形成酶—底物絡合物，這種變化的結果，使酶只能與對應的化合物契合，從而排斥了那些形狀、大小不適合的化合物。科學家們對羧肽酶等進行了X射線繞射研究，研究的結果有力地支持了這個假説。

(3)酶很容易失活

同一般的催化劑相比，酶很容易失去活性。酶失活的原因是蛋白質的空間結構發生改變造成的。

酶的催化作用，受到温度、pH和某些化合物等因素的影響。

温度的影響：在一定的温度範圍(0—40℃)內，酶的催化作用速度隨着温度的升高而加快。一般地説，温度每升高10℃，反應速度就相應提高一倍。但超過60℃，絕大多數的酶就會失去活性。

pH的影響：酶對環境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH範圍內才能表現出活性，超過這個範圍，酶就失活了。即使在這個有限的pH範圍內，酶的活性也要隨着環境中pH的變動而有所不同。一般來説，酶的最適pH在4~8之間。但是，各種酶的最適pH是不一樣的。

某些化合物的影響：有些化合物可引起酶失活，如酒精、有機磷農藥、有機氯農藥等有機小分子物質;重金屬離子等;有些離子或簡單的有機化合物，能夠增強酶的活性，這些物質叫做酶的激活劑。例如，經過透析的唾液澱粉酶的活性不高、如果加入少量的 ，這種酶的活性就會大大增強，因為 中的 起到了激活唾液澱粉酶的作用;還有些物質能夠抑制酶的活性，這類物質叫做酶的抑制劑，例如，氰化物可以抑制細胞色素氧化酶的活性。

高一生物《新陳代謝與酶》教案2

教學目的

1、新陳代謝的概念（A：知道）。

2、酶的發現過程（A：知道）和酶的概念（D：應用）。

3、酶的特性（D：應用）。

教學重點

1、酶的概念。

2、酶的特性。

教學難點

探索酶的專一性和高效性的實驗。

教學方法

自學與實驗探索相結合。

教學用具

實驗五、實驗六所需用具和藥品（見課本），光合作用反應式、有氧呼吸和氨基酸縮合形成多肽反應式的投影片，酶的活性受温度影響的示意圖投影片，胃蛋白酶、胰蛋白酶的活性受pH影響的示意圖投影片。

課時安排

2課時。

教學過程

引言：第二章中我們已經學習了有關細胞的一些知識。在第三章中，我們將學習生物新陳代謝的知識。新陳代謝是生物體進行生命活動的基礎，只有在新陳代謝的基礎上，生物體才會表現出其他生命活動。因此，新陳代謝是生物最基本的特徵，那麼，新陳代謝究竟是指什麼呢？

提問：請一位同學説出葉綠體、線粒體、核糖體的生理功能是什麼？

（回答：略。）

講述：上面幾種細胞器的生理功能我們都可以用化學反應式表示出來。

（教師放投影片：光合作用的反應式，有氧呼吸及氨基酸縮合形成多肽的反應式。）

講述：上述反應都是在活細胞中進行的，這些化學反應發生的過程。就是生物體內進行新陳代謝的過程。因此，我們可以説，新陳代謝是活細胞中全部化學反應的總稱。

講述：生物體內這些化學反應，在生物體內温和的條件下（常温、常壓）很快就能完成，這全靠生物體內的催化劑——酶的作用。那麼，酶的本質是什麼？又有哪些特徵？

這些都是本節課重點探討的問題。

下面，首先請同學們閲讀課本中“酶的發現”。

閲讀後，教師要求學生提出不懂的問題。

討論後學生回答：

1、1783年，意大利科學家斯巴蘭讓尼設計的實驗，其巧妙之處在哪裏？從這個實驗中你能得出什麼結論？

2、 20世紀30年代以來。科學家相繼提取出多種酶的蛋白質結晶，這一事實説明酶的本質是什麼？

3、 20世紀80年代，科學家又發現少數RNA也具有生物催化作用，這一發現使酶的概念又擴展成什麼？

4、酶從具有催化作用的蛋白質，發展到有催化作用的有機物，導致酶概念發展的因素是什麼？

（回答：略。）

講述：從發現酶到認識酶的本質，都離不開科學實驗，可見實驗對科學的重要性。科學實驗可導致科學的發展，生產實踐同樣可導致科學的發展。因此，我們不僅要重視實驗，也要重視生產實踐。

酶既是生物催化劑，它和無機催化劑相比，具有哪些不同的特點呢？下面我們通過實驗來探索。

講述：過氧化氫（H2O2）在 Fe3+的催化下，可分解成H2O和O2，動物新鮮肝臟中含有的過氧化氫酶也能催化這個反應。據測算，每滴氯化鐵中的Fe3+數，大約是肝臟研磨液中過氧化氫分子數的25萬倍。從數目上看，一滴含有催化劑的容液中，Fe3+數遠遠大於過氧化氨酶的分子數。如果現在我們想弄清楚Fe3+與過氧化氫酶，哪一種催化劑的催化效率高，那麼，我們應該如何設計這個實驗？

（回答：略。）

講述：要比較Fe3+和過氧化氫酶的催化效率，設計實驗中的其他條件應該相同，如兩個試管中過氧化氫溶液的量應該相同， Fe3+和動物肝臟也應儘可能同時加入兩個試管中。

（學生按實驗步驟分組實驗。）

提問：

1、你在實驗過程中觀察到哪些實驗現象？

（回答：略）。

2、從這個實驗你可以得出什麼結論？

（回答：過氧化氫酶的催化能力強。）

講述：過氧化氫酶的催化效率和Fe3+相比，要高很多。事實上，酶的催化效率一般是無機催化劑的 107～ 1013倍。上述實驗説明了酶的一個特性——高效性。

酶還具有什麼特性呢？讓我們繼續通過實驗來探索。

講述：澱粉和蔗糖都是非還原性糖，澱粉在酶的催化下能水解為麥芽糖和葡萄糖，蔗糖在酶的催化下能水解為葡萄糖和果糖。麥芽糖、果糖、葡萄糖均屬還原性糖。還原性糖能夠與一種叫做斐林的試劑發生氧化還原反應，生成磚紅色的沉澱。現在給你澱粉酶溶液，要觀察澱粉酶能催化哪種糖水解？應該如何設計這個實驗？你又怎麼能知道澱粉酶催化了糖的水解呢？

（回答：略，然後學生按設計步驟實驗。）

提問：

1、哪個試管加入斐林試劑後再加熱會出現了磚紅色的沉澱？

（回答：在加入可溶性澱粉的試管中。）

2、出現磚紅色沉澱的原因是什麼？

（回答：略。）