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教学目标
1、知识目标
(1)解释ATP是细胞内的能量“通货”。
(2)举例说明酶的特性、影响酶活性的因素。
2、情感、态度与价值观目标
(1)通过实验研究,培养探索精神、创新精神和合作精神。
3、能力目标
(1)通过有关的实验,学会控制自变量,观察和检测因变量的变化,以及设置对照组和重复实验。
教学内容和重、难点分析
本节教学内容中,①ATP的分子简式、ATP的生理功能是重点,ATP与ADP的相互转变在新陈代谢中的作用,既是教学重点也是难点。②理解酶的概念是本节的重点,使学生理解酶具有高效性、专一性和需要适宜条件是本节的重点,如何组织学生完成影响酶活性因素的实验并分析、讨论实验是本节教学的难点。
1、引入本节课时,首先要让学生明确以下事实,即生物体的生存不仅仅要依靠物质上的支持,同时还必须有能量的维持,在生物体内发生物质变化的同时,必定伴随着能量的获取、储存、释放、利用和散失。这样,引入ATP这一生物体直接能源就顺理成章了。引出ATP这一高能化合物时,还是先从学生较为熟悉的能量形式入手比较容易被学生接受。比如,可先从宏观上引导学生分析绿色植物的光合作用过程把光能以化学能的形式储存在糖类、脂肪等有机物中;动植物又通过呼吸作用分解体内的有机物而获取生命活动所需的能量。在此基础上,引导学生进一步分析出:光能只有转化成一种活跃的化学能,才能被绿色植物利用;同样,动、植物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量,除了一部分以热能的形式散失或维持体温外,其余的都要转化成一种活跃的化学能才能用于各项生命活动。那么这种活跃的、随时可以利用的化学是什么呢?这样自然而然地就引出ATP这一生物体的直接能源物质。
对于ATP的分子结构,教师应首先介绍ATP是腺嘌呤核苷的衍生物,分子简式为A-P~P~P,其中A代表腺苷,T代表三个,P代表磷酸基,~代表高能磷酸键,然后从比较高能磷酸化合物释放能量的标准数值和ATP释放能量的数值入手,使学生很信服地认识到ATP的确是一种高能磷酸化合物。
ATP的分子结构不宜讲授得过于深入。学生只要了解ATP中具有不稳定的高能磷酸键,ATP水解时释放其能量,形成ATP时需要能量就可以了,应把学生讨论的重点放在ATP释放出的能量用于哪些生理过程,及形成ATP的高能磷酸键时,能量来自哪些生理过程,以便使学生易于理解ATP和ADP的相互转变在细胞中能量的储存、转移和利用中的作用。
2、对于ATP与ADP的相互转化,这是重点之一。应首先介绍ATP水解和重新合成的过程:ATP与ADP的转化中,ATP的第二个和第三个磷酸之间的高能磷酸键对于细胞中能量的捕获、贮存和释放都是很重要的。第二个高能磷酸键的末端,能很快地水解断裂,于是ATP转换为ADP,能量随之释放出来以用于各项生命活动;同样,在提供能量的条件下,也容易加上第三个磷酸,使ADP又转化为ATP。在ATP与ADP的转化过程中都需要酶的参与,活细胞内这个过程是永无休止地循环进行的。同时还介绍了ATP与ADP的这种相互转化是十分迅速的,ATP在细胞中的含量是很少的,如肌细胞中的ATP只能维持肌肉收缩2钞钟左右。从而易于引发学生讨论ADP-ADP循环的意义,同时可使学生加强ATP是生物体维持各项生命活动所需能量的直接来源的观点。
ATP与ADP的相互转化及这种转化在能量的储存、转移和利用中的作用,是本节学习的难点。为使学生的讨论顺利进行,我给学生以下提示:其一,细胞内ATP的含量是相对稳定的;其二,ATP在细胞内的含量是极少的,其三,细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用,ATP的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源;其四,呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用,只有这些能量转移给ATP,且ATP水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATP与ADP之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的,ATP是生物体的直接能源,是细胞能量代谢的"通用货币"。
3、对于ATP的形成途径,教材是在介绍了ADP-ATP循环的基础上,从动物(包括人体)和绿色植物两方面进行了阐述。对动物而言,产生ATP途径是是氧化磷酸化,即呼吸作用;对植物而言,产生ATP的过程包括氧化磷酸化(呼吸作用)和光合磷酸化(光合作用)。
4、对于ATP的生理功能,教材先分析了生物体内糖类、脂肪等物质具有储存能量的特点,指出新陈代谢不仅需要酶,还需要能量,糖类是细胞的主要能源之一,脂肪是生物体内重要的储能物质,但这些有机物中的能量都不能直接被生物利用,它们的能量只有在细胞中随着有机物的逐步分解而释放出来,且储存到ATP中才能被生物体利用,从而使学生易于理解为什么ATP是新陈代谢所需能量的直接来源。在最后,还要用ATP是流通着的"能量货币"这一形象的比喻,以加深学生对ATP的生理功能以及ADP-ATP相互转化的认识,即伴随着ATP的水解与合成的过程,发生着能量的释放与储存,从而推动新陈代谢顺利进行。
5、酶的概念和酶的发现过程在课堂上我结合在一起让学生讨论,这样可让学生充分体会生产实践和科学实验对科学发展的促进作用。
6、在本节教学如何组织学生完成酶特性的实验并实施有效的讨论是本节的难点。酶的特性主要是通过安排学生了解有关的实验,让学生通过观察实验,发现酶的两个特性,这样的编排方式符合学生由感性到理性的认知规律,有利于引导学生主动参与教学过程,并且有利于培养学生的多种能力。酶的高效性特点,是通过比较《肝脏内的过氧化氢酶比无机催化剂
Fe3+的催化效率》切入;酶的专一性的特点,是通过比较《探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用》切入;另外在引导学生分析酶的特性时,引导学生与蛋白质的多样性联系起来,可使学生易于理解酶的催化作用的专一性必定意味着酶的多样性,而且蛋白质分子空间结构的多样性和酶的专一性催化关系密切。
7、影响酶活性的因素
本节教材主要讲述酶的催化作用需要适宜的条件,通过《探索影响淀粉酶活性的条件》切入。最后由学生通过观察试验结果总结相关影响因素。在实验基础上,引导学生分析两个实验的坐标曲线图,讨论和总结后让学生试图画出这两个曲线图。
教学媒体的选择和设计
利用多媒体课件演示相关实验内容
教学过程
一、生命活动的能量通货——ATP
师: 首先请同学们回顾一下糖类、脂肪的主要生理功能。
生:糖类:细胞内生命活动的主要能源物质
脂肪:生物体内储存能量的物质
师:那么生物是如何利用糖类、脂肪中的能量的呢?
生:植物通过呼吸作用分解糖类等有机物而获得能量,动物通过呼吸作用分解糖类等有机物而获得能量。
师:通过呼吸作用获得的能量是不能直接用于生命活动的,这些能量是必须通过一种“流通介质”才能被用于生命活动。这种介质就是一种高能化合物三磷酸腺苷(ATP)。
师:也就是说有机物氧化分解释放出的能量,只有储存在ATP中才能被生物体利用,所以说,新陈代谢所需要的能量主要是由细胞内的ATP直接提供的。ATP是新陈代谢所需能量的直接来源。
师:ATP是新陈能够代谢所需能量的直接来源,ATP在体内为什么能够充当这样的角色呢?这与它本身的结构是分不开的。
师:下面我们就来看一下ATP的结构式。
(投影ATP的结构式)
同时介绍ATP的物理特性及医疗方面的用途
师:ATP是活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。
高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92KJ/mol以上的磷酸化合物。ATP水解时释放的能量高达30.54KJ/mol。
师:ATP的结构式为A-P~P~P。其中A代表腺苷,P代表磷酸基团, 代表一种特殊的化学键为高能磷酸键。高能磷酸键水解时能释放出大量的能量 。
师:ATP的水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解,高能磷酸键时能释放出大量的能量。那么,ATP中的大量能量是怎样通过水解释放出来的呢?
师:请同学们仔细阅读书上53页“ATP与ADP的相互转化”相关的内容。
(投影显示ATP与ADP的相互转化示意图)
师:请同学叙述一下ATP和ADP的转化情况。
(2—3 位同学)
总结:ATP分子中远离A的个高能磷酸键,在一定条件(酶)下水解放能 ,形成二磷酸腺苷ADP和磷酸Pi,ADP在另外特殊条件(酶)下能同另一个磷酸位结合,形成ATP。
师:请同学们继续看书:ATP在细胞内数量是很少的,而且是相对稳定的,这也是ATP与ADP在细胞内相互转化的结果。细胞内的ATP总是处于动态的平衡中,这对于构成生物体内的内部稳定的功能环境,具有重要的意义。
师:ATP水解时释放的能量,直接提供细胞分裂、物质吸收、肌肉收缩等生命活动,那么,ADP和磷酸形成的ATP所需的能量是从何而来的呢?
(讨论ATP的形成途径)
师:对于动物和人,ADP转化成ATP时所需的能量,来自细胞内呼吸作用中分解有机物释放出的能量,对于绿色植物来说,ADP转化为ATP所需要的能量,除了来自于呼吸作用中分解有机物释放出的能量外,还来自于光合作用
师: 讨论ATP的用途?(结合投影)
二、酶与酶促反应
1、简述酶的发现过程
2、酶的概念(来源、功能、化学本质)
(由学生阅读、讨论,教师提问,回答,引导分析,结论)
归纳如下:
酶的概念
来源:活细胞
功能:生物催化作用
本质:蛋白质和RNA
探究规律:从酶的发现过程可以看出,科学发现均是在前人的基础上进行的,通过酶的发现过程的实验提出了酶的概念,阐明了酶的化学本质,切实体验了科学试验导致科学发展的观点
师:现在我们已经知道酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物,简单的说就是酶是一种生物催化剂,它具有一般化学催化剂的一般特性,如:微量即可加速反应,反应前后本身物质的量和质都不变等,那它具有些自身的特性呢?下面我们就通过一个实验来探索一下:
3、酶的特性
<实验一>实验步骤:
1、去两只洁净的试管,编上号,并注入2毫升过氧化氢。
2、向1号试管内滴入2滴肝脏研磨液,作为对照,向2号试管内滴入2滴氯化铁溶液。
3、堵住试管口,轻轻地振荡这两支试管,使试管内的物质混合均匀。将点燃但无火焰的卫生香分别放入1、2号试管内液面上方,观察哪支卫生香燃烧猛烈。
(教师提示:①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。
② 向试管中插入快要熄灭的卫生香时,动作要快,但不要插到气泡中,以免使卫生香因潮湿而熄灭。
③试管最好使用中号的,这是因为如果试管过小,整个试管就会因充满了稠密的气泡而影响卫生香复燃。
④过氧化氢溶液有一定的腐蚀作用。应提醒学生注意,在滴加过氧化氢溶液时切勿溅到皮肤上。如果皮肤滴溅上过氧化氢溶液,一定要用清水及时冲洗掉。)
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。
师: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。
<实验二>
(2)酶的专一性特性
实验前提问:“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?”
(教师提示: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。)
实验步骤
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操作顺序 |
项目 |
试管号 |
注意事项 |
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1 |
2 |
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1 |
可溶性淀粉溶液 |
2毫升 |
—— |
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2 |
蔗糖溶液 |
—— |
2毫升 |
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3 |
淀粉酶溶液 |
2毫升 |
2毫升 |
轻轻振荡试管 |
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4 |
保温时间 |
5分钟 |
5分钟 |
试管下部入水 |
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5 |
加入斐林试剂 |
2毫升 |
2毫升 |
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6 |
水浴加热时间 |
1分钟 |
1分钟 |
试管下部入水 |
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7 |
现象 |
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讨论:(1)这个实验说明酶具有什么特性?
(2)该实验中能否将斐林试剂改为碘液?
4、酶促反应
师:请大家根据酶促反应过程示意图,总结酶的活性中心的特点?
生:酶的活性中心往往与底物分子在空间结构上具有特殊的匹配关系。
三、影响酶促反应速率的因素
师:高烧时,身体不适,茶饭不思,是为什么呢?
生:体内酶的活性受到高温的影响。
师:那影响酶促反应的因素有哪些?通过实验总结。
(观察实验,,学生讨论、分析现象、总结)
生:一是温度,二是PH值。(并作出相关曲线图)
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