【课题】 第一节  新陈代谢与酶

　　【教学重点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶的特性、影响酶活性的因素、酶在生物新陈代谢中的作用

　　【教学难点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶在生物新陈代谢中的作用

　　【课时安排】1课时

　　【教学手段】板图、多媒体课件、实验

　　【教学过程】

　　1、引入新陈代谢的概念及本质

　　（1）学生在初中生物学课本、高中绪论课的学习或通过各种媒体的介绍，对新陈代谢已经有了一定的认识，首先，教师应了解学生对新陈代谢是如何理解的。为此教师可设计一些问题，引导学生以自身为例，剖析生命是如何维持的，以此引入本节的学习，如：

　　①人体的脑细胞是通过什么途径获得营养？脑细胞中产生的代谢废物又是通过什么途径排出体外的？

　　②进入脑细胞的营养物质是如何被利用的？

　　③学生如何理解同化作用、异化作用，物质代谢、能量代谢，它们之间有何关系？

　　④想一想，人体的身体有哪些系统参与了新陈代谢过程，各是如何参与的等等？

　　（2）学生一般只能从生物个体、器官或系统水平上，说明生物体与外界环境之间进行物质和能量的交换，在此基础上，教师应把讨论引向微观水平，即细胞和分子水平的代谢过程。如可以设问：

　　①你吃下的肉类蛋白质，通过什么途径转化成为你自身的蛋白质？

　　②你吃下的淀粉类食物，通过什么途径为你提供能量？等等

　　通过分析、讨论，使学生理解：细胞的结构和生命活动的维持，需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，从而在细胞水平理解新陈代谢的本质，即“新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称”。

　　2、酶的概念、特性及其生理功能

　　在学生理解新陈代谢的本质后，可以利用学生已有的化学知识，分析出无机化学反应过程中所需的条件一般是很激烈的，再让学生分析出生物体细胞生存的条件是很温和的，可以提问，如：

　　（1）细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效的进行呢？

　　（2）在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？

　　这样可顺利地引出活细胞产生的生物催化剂，即酶。

　　3、酶的发现史

　　这部分的教学，教师可让学生自己阅读，也可发给学生相应的补充资料，尤其是某种酶的研究过程方面的资料，目的是让学生对酶的研究过程、方法有一个较为全面的了解，让学生切身体会到生物学的实验研究对生物学发现的重要作用。

　　学生阅读后，可提问：酶都是蛋白质吗？并做一定的说明。

　　酶是活细胞所产生的具有催化能力的一类特殊的蛋白质。酶是细胞中促进化学反应速度的催化剂。现已发现的酶约有3000种以上。它们分别存在于各种细胞中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使生物化学反应在常温、常压、水溶液等温和的条件下就可顺利进行。

　　很多年来，人们一直认为所有的酶都是蛋白质。然而生物学家的实验证明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh发现原生动物四膜虫的26S rRNA前体在没有蛋白质的情况下进行内含子的自我拼接，最终形成L19RNA。当时因为只是了解它有这种自我催化的活性，没有把它与酶等同看待。

　　1983年Atman和Pace分别报导了在RNA前体加工过程起催化作用的酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的。如果除去蛋白质部分，并提高镁离子的浓度，则留下的RNA具有与全酶相同的催化活性，这是说明RNA具有酶活性的第一例证。

　　“酶不都是蛋白质”，这一科学事实再一次有力地证明了实验在科学发展中所起到的举足轻重的作用，同时也让我们看到，科学是发展的，探索是无止境的，而真理是相对的，现在的科学事实可能在今后会被修正，甚至推翻。

　　另外，酶、激素、维生素之间的区别值得一提，学生在以后的学习中容易把这些物质和它们的作用搞混。可就高中生物学水平做一简单比较：

　　可把酶的发现史与酶的特性这两部分教学内容结合起来，这样可使学生用实验方法探索酶的特性顺理成章。

　　4、酶的特性

　　在进行酶的特性教学时，教师可提问：

　　酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点?

　　为解决这个问题，教师可演示有关实验，也可安排相应的学生实验，引导学生通过对实验现象的观察，分析得出结论，即酶的高效性、专一性与多样性特性。

　　（1）酶的高效特性实验，实验前有必要简单介绍两项内容：

　　一是过氧化氢这种物质，它是动植物在代谢中产生的，对机体有毒害作用。生物体可通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。无机催化剂三价铁离子也可催化这一反应；二是本实验的实验步骤。

　　实验后，让学生讨论得出过氧化氢酶的催化效率高于铁离子的结论，在此基础上，教师可列举其他实例，概括酶的高效性。教师还应强调正是由于酶的存在及其高效性，所以许多代谢反应在体外很难发生，在体内却可迅速进行。

　　（2）酶的专一性特性

　　实验前可提问：“食物中的淀粉和蔗糖同属糖类，唾液淀粉酶能否消化水解这两种物质?”

　　本实验所涉及的颜色反应要在实验前跟学生说明清楚。淀粉水解成的麦芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的条件下，与斐林试剂反应会有砖红色沉淀物质产生，淀粉和蔗糖与斐林试剂无此反应。因此，斐林试剂可以用来鉴定淀粉和蔗糖溶液中是否有麦芽糖和葡萄糖及果糖，进而推测淀粉和蔗糖是否被水解。

在此基础上，教师通过进一步实例说明酶的专一性是酶普遍具有的特性；

　　（3）酶的多样性原理，可在学生理解酶的专一性原理基础上，结合蛋白质的多样性让学生分析得出。

　　5、影响酶活性的因素

　　有条件的学校，应尽量让学生做《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件》，这对于训练学生分析实验能力，理解对照实验的设计方法等都是很帮助的。

　　在学生通过实验分析得出影响酶活性的因素后，可适当结合学生的生活实际，引导学生分析、讨论一些与之相关的生活常识。如可提问：“持续高烧不退或严重腹泻有时甚至会危及人的生命，学生知道其中的原因吗？”

　　人的正常体温是37℃，体温升高到38℃，虽然体温只是升高了1℃，但人已感觉非常没有精神，如果升高到39℃甚至40℃以上，而且持续高烧，就会出现一系列严重的反应，如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命，这是为什么呢？原来，酶作为生物催化剂，其催化活性受到很多因素的影响，如温度、pH值、有机溶剂、重金属离子、酶浓度、酶的激活剂、抑制剂等等，而酶的活性受上述因素的影响是非常敏感的，影响因素发生很小的变化的，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。

　　霍乱是一种烈性传染病，为霍乱弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍乱弧菌通过人的肠粘膜并大量繁殖，同时产生肠毒素引起剧烈腹泻造成迅速而严重的脱水，血容量明显减少，因而出现微循环衰竭，使细胞得不到钾、钠、钙、氯离子，导致肌肉痉挛；细胞得不到碳酸氢根离子而导致细胞内pH值发生较大的改变，酶活性即相应大大降低，严重的会出现代谢性酸中毒，最终病人肾功能衰竭，休克、死亡。人体大量出汗、腹泻都要相应地补充水就是这个道理；婴幼儿自身调节能力差，婴幼儿腹泻常常引起严重后果，就是这个道理。

　　或者问：“当人误食了含有重金属的食物或农药后，有一种应急措施，就是赶紧给病人大量喝牛奶或豆浆，学生知道这是为什么吗？”

　　酶活性除了与温度、pH有关外，还受有机溶剂、重金属离子等的影响。有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要原因是有机溶剂和重金属离子与酶蛋白上的某些化学基团结合，使酶的活性完全丧失，这也是人误食了有机磷农药、有机氯农药或含重金属离子的食物中毒甚至死亡的原因。

　　牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质，这些蛋白质可以和重金属或有机物结合，而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后，大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道吸收，从而也就避免了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会，而保护了这些酶的活性。当然，这只是应急措施，还要去医院洗胃并进行进一步的治疗。

探究活动

探究pH值对酶活性影响

【探究目的】

　　了解pH对酶活性的影响、学习测定酶的最适pH的方法

【探究原理】

　　酶的活性受环境pH的影响极为显著。通常各种酶只有在一定的pH范围内才表现它的活性。一种酶表现其催化活性最高时的pH值称为该酶的最适pH。低于或高于最适pH时，酶的活性逐渐降低。不同酶的最适pH值不同，例如，胃蛋白酶的最适pH为1.5一2.5，胰蛋白酶的最适pH为8等。

　　应当指出酶的最适pH受反应物性质和缓冲液性质的影响。例如，唾液淀粉酶的最适PH约为6.8，但在磷酸缓冲液中，其最适pH为6.4一6.6，在醋酸缓冲液中则为5.6。

【材料和用具】

　　1、0.3%氯化钠的0.5%淀粉溶液（新鲜配制）

　　2、稀释200倍的新鲜唾液。

　　3、0.1M柠檬酸溶液。

　　4、0.2M磷酸氢二钠溶液

　　5、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。                   

【探究步骤】

　　取8个50毫升锥形瓶，编号。按下表中的比例，用吸量管添加0.2M磷酸氢二钠溶液和0.lM柠檬酸溶液，制备pH5.0一8.0的8种缓冲溶液。

　　取9支干燥的试管，编号。将8个锥形瓶中不同pH的缓冲液各取3毫升，分别加入相应(l一8号)的试管中。然后，再向每个试管中添加0.5%淀扮溶液2毫升。第9号试管与第5试管的内容物相同。

　　向第9号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀后放入37℃恒温水浴中保温。每隔1分钟由第9号试管中取出一滴混合液，置于白瓷板上，加一滴碘化钾-碘溶液，检验淀粉的水解度，待结果呈橙黄色时，取出试管，记录保温时间。注意，掌握第9号试管的水解程度是本实验成败的关键之一。

　　以l分钟的间隔，依次向第l至第8号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀，并以1分钟的间隔依次将8支试管放入37℃恒温水浴中保温。然后，按照第9号试管的保温时间，依次将各管迅速取出，并立即加入碘化钾-碘溶液2滴，充分摇匀。观察各管呈现的颜色，判断在不同pH值下淀粉被水解的程度，可以看出pH对唾液淀粉酶活性的影响，并确定其最适pH。

典型例题

　　例1 某一细胞能通过细胞膜从环境中吸收Q物质，进行实验得到下列结果：
　　（1）当细胞中Q物质浓度高于溶液中Q物质浓度时，也会发生Q物质的吸收
　　（2）只有在氧气存在的条件下才会发生Q物质的吸收
　　（3）Q物质的吸收存在最大值，且吸收结束时膜两侧存在Q物质的浓度差
　　（4）Q物质的吸收随着温度而变化，且有一定的最适温度
Q物质的吸收为主动运输的判断依据是：
　　A、（1）（2） B、（1）（2）（3） C、（1）（3） D、（1）（3）（4）
　　答案：D
　　解析：主动运输有两个条件，一是需要载体蛋白，二是需要能量，即ATP，即物质可逆着浓度差方向运输，其中需要载体不是主动运输的唯一条件，协助扩散也需要载体蛋白。因此，（1）是主动运输的依据，因为当细胞中Q物质的浓度高于溶液中Q物质浓度时，仍发生Q物质的吸收，很明显Q物质是逆着浓度差的方向发生运输的；（2）不是主动运输的依据，因为不是只有有氧呼吸可产生ATP，无氧呼吸一样可产生ATP以提供主动运输所需的能量；（3）是主动运输的依据，因为细胞膜上运输Q物质的载体蛋白数量是一定的，当膜上所有运输Q物质的载体全被利用，即载体饱和时，Q物质的吸收速率会不再增加，又由于吸收结束后，膜两侧Q物质会存在浓度差，所以应为主动运输，因为如果是自由扩散或协助扩散的话，吸收结束后膜两侧从理论上不应存在Q物质的浓度差；（4）是主动运输的依据，因为产生ATP的过程是一系列酶促反应，酶有最适温度，因此，Q物质的吸收一定和酶有关，是主动运输的依据。综上，应选D。

　　例2　种子在萌发时，贮藏物质发生水解作用过程中，活性最高的酶应该是下列哪些酶：
　　（1）脂肪酶　（2）淀粉酶　　　（3）蛋白酶
　　（4）转氨酶　（5）过氧化氢酶　（6）蔗糖酶
　　A、（1）（2）（3） 　　B、（4）（5）（6）
　　C、（1）（3）（5） 　　D、（2）（4）（6）
　　答案：A
　　解析：在种子中贮藏着其萌发时所需的各营养物质，且这些营养物质一般是生物大分子，如脂肪（花生种子、芝麻种子、大豆种子等）；淀粉（小麦种子、水稻种子等）；蛋白质（花生种子、大豆种子等）。在种子萌发时，这些大分子有机物要先被水解成小分子有机物，如葡萄糖、甘油、脂肪酸、氨基酸等才能被种子利用，此时主要需要分解这些有机高分子的酶催化这些反应，因此应选A。其它三个选项中所涉及的酶，均为转化（如转氨酶）、分解小分子（如蔗糖酶、过氧化氢酶）物质的酶，在种子萌发时的活性不如选项A中的酶活性高。

　　例3　下列关于蛋白质和酶的叙述中，错误的一项是：
　　A、蛋白质的结构多样性决定功能多样性
　　B、组成酶的基本单位是氨基酸
　　C、肽酶能使蛋白质分解为多肽
　　D、相同种类、数目的氨基酸，组成的蛋白质可能不同
　　答案：C
　　解析：在生物学中有一个普遍的规律，即结构决定功能，因此选项A中的说法是正确的；酶的化学本质是蛋白质，而蛋白质的基本组成单位是氨基酸，因此选项B中组成酶的基本单位是氨基酸这一说法是正确的；两种蛋白质的氨基酸的种类、数目虽然相同，但二者的氨基酸排列顺序可能不同，因此两种蛋白质可能是不同，选项D也是正确的；肽酶的作用可使多肽分解为氨基酸，而不能使蛋白质分解为多肽，因此选项C的说法是不正确的。答案应选C。