1、探究影响酶活性的环境因素第三章 第一节 第2课时本课时教学内容包括“走进实验室：探究影响酶促反应速率的环境因素”“放眼社会：酶与疾病”两个活动。“走进实验室：探究影响酶促反应速率的环境因素”是高中生物学课程中的重要实验，该实验涉及对照原则、单一变量原则等科学实验的关键思想，学生在进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的过程中，可以逐步增强对自然现象的好奇心和求知欲，勇于创兴，掌握科学探究的基本思路和方法，提高实践能力，乐于并善于进行团队合作，也为以后学习“第四节 影响光合作用和细胞呼吸的环境因素”打下了基础。在第二章“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”实验中，学生已经了解了探
2、究实验的基本环节，在此基础上本节课进一步培养学生进行探究实验的能力是可行的。同时教材编排时先提供了两个小组同学研究pH对酶活性影响的相关资料，让学生在分析该实验方案的基础上，自主设计并开展“温度对酶活性的影响”的实验，用实验数据来说明pH和温度对酶活性的具体影响，降低了实验设计难度，也让学生有较充裕的时间开展讨论和思考。教学目标1通过观察酶作用具有专一性的图解，明确酶的空间结构会影响酶功能。2通过解读“探究pH对酶活性的影响”实验方案和科学规范地设计“探究温度对酶活性的影响”实验，体会对照原则和单一变量原则的重要性。3通过小组讨论、评价、完善和合作完成实验，根据科学事实和已有知识对实验做出解释
3、，学会推理、归纳、质疑、批判、交流、分享。4通过分析“酶与疾病”相关资料，更好地认识酶在生物体内物质代谢中的作用，尝试解决生产、生活的问题。教学目标1：着重体现了“生命观念”中的结构与功能相适应的观念。教学目标2：着重指向“科学探究”和“科学思维”。教学目标3：着重反映了“科学思维”的要素。教学目标4：着重体现了“社会责任”的要素。情境设置展示加酶洗衣粉外包装图片和多酶片使用说明书图片，提问：为什么用温水溶液浸泡可提高加酶洗衣粉的洗涤效果，但不宜用60以上温水？为什么多酶片为双重包衣片且服用时切勿嚼碎？温度、pH对酶的作用会有影响吗？我们应如何设计科学实验来进行探究？新课学习 教师引导：根据酶
4、的催化作用具有专一性的机理图，分析酶的空间结构与其功能有什么关联？ 学生活动：讨论交流酶的活性中心与底物分子在空间结构上的关系。结构决定功能，如果酶的空间结构发生改变甚至被破坏，酶与底物在空间结构上的匹配关系便不存在，酶催化生化反应的能力即酶活性就会受到影响。教师引导：请阅读教科书P76，思考并合作讨论以下问题：1影响酶活性的环境因素有哪些？2用什么指标来衡量酶活性的大小？学生自学：看书自学。教师引导：阅读教科书P76：“走进实验室”，思考并合作讨论以下问题：1该小组同学设计的“pH对酶活性有影响”实验方案中选择酶和底物分别是什么？2该实验方案的自变量是什么？有哪些控制无关变量的措施？是否设计
5、了对照实验？3该实验方案选择的观测指标是什么？滤纸片为什么会上浮？它与酶活性大小有什么关系？学生自学：看书自学。学生活动：学生讨论交流、汇报。影响酶活性的环境因素有温度、pH等，可以用酶促反应速率来反映酶活性的大小。实验设计必须遵循对照原则、单一变量原则等。“探究pH对酶活性的影响”实验中自变量为pH。无关变量为酶浓度及量、底物浓度及量、温度等，必须保证相同且适宜。教师引导：合作讨论设计“探究温度对酶活性的影响”的实验方案：1根据已有知识尝试对本实验作出假设。2请在新鲜的酵母菌液（含过氧化氢酶）、新鲜的质量分数为2%的淀粉酶溶液（工业用酶，最适温度60）、体积分数3%的H2O2溶液、质量分数为
6、3%的可溶性淀粉溶液中选择适宜的材料进行本实验并说明理由。3本实验的自变量是什么？你准备选择哪几种数值？如何控制？4本实验如何做到单一变量原则？5本实验的因变量观测指标选用何种试剂？为什么？6设计本实验的实验步骤和实验结果记录表。学生活动：学生讨论、互评，总结出比较合理且完善的实验设计。实验结果记录表实验操作试管1试管2试管3试管4试管5试管6可溶性淀粉溶液/mL2 2 2 淀粉酶溶液/mL 1 1 1预保温5 min060100混合将试管1倒入试管2将试管3倒入试管4将试管5倒入试管6保温5 min充分反应060100碘液2滴2滴2滴（冷却到室温）颜色变化过氧化氢易受温度影响，高温易分解，影
7、响观测指标，不适宜作为研究温度对酶活性影响的实验材料。由于酶具有高效性，应将底物和酶先分别在预设的温度中保温一段时间后再混合，保证反应从一开始就是预设的温度。探究温度对酶活性影响的实验中自变量为温度，不同组别需严格控制温度，由于用斐林试剂鉴定时需要水浴加热，故不宜选用斐林试剂检测底物是否被分解。学生实验：2人一组根据设计并完善的实验方案开始做实验，注意实验操作的规范性和安全性，同时思考以下问题：1相同反应时间后如何判断不同组别酶促反应速率的大小？2如何定量检测本实验的酶促反应速率？3如何进一步确定酶促反应速率的最适温度？讨论展示：实验完成后，请各小组展示实验结果记录表，并交流，判断作出的假设是
8、否得到确认。淀粉酶催化淀粉水解的反应速率可通过相同反应时间后碘液的颜色深浅来定性表示，也可以用溶液蓝色消失的时间来定量表示。本实验只设计了3种不同的温度，如果要确定酶促反应速率的最适温度，需要进一步缩小温度梯度，重复上述实验。当然今天的定性实验也无法准确地用坐标曲线图表示温度对酶活性影响的规律。教师引导：展示研究小组通过比较精确的定量实验绘出的pH及温度对酶活性的影响曲线图，思考并讨论pH及温度对酶活性的影响：1描述pH对酶活性的影响。2胃蛋白酶和胰蛋白酶的最适pH分别是多少？这与它们的分布场所有什么关联？ 3将pH从2提高到8，胃蛋白酶和胰蛋白酶的活性分别有什么变化？为什么多酶片为肠溶衣和糖
9、衣的双重包衣片，内层为胰酶、外层为胃蛋白酶且服用时切勿嚼碎？4描述温度对酶活性的影响。低温组如果升高温度能否提高酶活性？高温组如果降低温度，酶活性能否恢复？5为什么用温水溶液浸泡可提高加酶洗衣粉的洗涤效果，但不宜用60以上温水？6为什么将刚采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻，可保持其甜味？还可以用什么方法保持其甜味？7分析来自热泉中的细菌体内的酶可能是图中的哪一种酶？可以如何加以利用？学生活动：学生讨论交流，注意准确使用生物学术语，联系生活、学以致用。温度、pH会影响酶活性，在适宜的温度和pH条件下，酶活性较高，温度和pH偏高或偏低，酶活性都会明显降低。温度过高、过酸、过碱会使酶变性失活，酶分子的
10、空间结构被破坏，酶活性不可恢复；而低温只抑制酶活性，酶分子的空间结构未被破坏，温度升高可恢复活性。不同酶的最适温度、最适pH可能不同。除温度、pH外，底物浓度、酶浓度也会影响酶促反应速率。在一定的底物浓度范围内，酶促反应速率随底物浓度的增加而上升；当底物浓度上升到某一数值后，受酶浓度的限制，再增加底物浓度，反应速率也不再上升。在底物充足时，酶浓度与酶促反应的速率成正比例关系。教师引导：生物体内的生化反应离不开酶的催化，所以酶与健康息息相关，请阅读教科书P77“放眼社会”，归纳资料中呈现的几种与酶相关的遗传病。学生自学：看书自学。学生活动：学生发表各自观点，交流。缺乏酶或酶无法与底物结合可能导致
11、疾病，有的酶有助消化或能溶解血栓，可用于治疗疾病，有的酶在患病时活性会发生异常，可用于诊断疾病。教学板书影响酶活性的因素一、酶活性二、影响酶活性的环境因素（一）提出问题（二）作出假设（三）设计方案 温度对酶活性的影响（四）实施方案（五）实验结果与分析三、酶与疾病课堂反馈1在“探究不同pH对酶活性的影响”实验中，温度属于( )A自变量 B无关变量C因变量 D对照变量解析 实验过程中可以变化的因素称为变量，其中人为改变的变量称为自变量，除了自变量以外的所有影响实验结果的变量为无关变量。探究不同pH对酶活性的影响，pH是自变量，温度属于无关变量。答案 B2如图曲线表示的是温度和酶活性的关系，此曲线不
12、能说明的是( )A不同的温度范围内酶的活性不同B当温度达到B时，酶的活性最高CA点时，酶的催化活性很低，但随着温度升高，酶的活性可以上升DC点时酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以恢复上升解析 从图中可以看出随着温度的不断升高，酶的催化活性在上升，等达到B点时，酶的催化活性达到最高，随着温度继续上升，酶的催化活性迅速下降。A点和C点相比，虽然酶的催化活性都很低，但是A点是低温条件，对酶分子结构无影响，随着温度的上升，其催化活性可上升，而C点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化。答案 D3胰蛋白酶作用于一定量的某种物质（底物），温度保持37，pH保持在
13、最适值，生成物量与反应时间关系如下左图。请回答下列问题：（1）该酶作用的底物是 。（2）在140分钟后，曲线变成水平，这是因为 。（3）若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。（4）若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液pH由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速度将 ，原因是 。（5）上右图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速度和温度关系的是()解析 胰蛋白酶只能催化水解蛋白质，即底物是蛋白质，这是酶的特异性；把酶和底物放在一起一段时间后，酶可以在较短时间内将底物全部分解，这是酶的高效性；若增加酶的浓度还可以明显加快酶水解底物的速度；每一种酶的催化作用需要有适宜的温度
14、和酸碱度，胰蛋白酶的最适pH为弱碱性，当将其放入pH为2的环境中，酶将失去活性；同样绝大多数酶催化作用也需要一个适宜的温度，在不同温度条件下，其催化效率亦不相同，温度过高，酶将失去活性，但胰蛋白酶的最适温度在37左右，故出现如图C所示的曲线变化。答案 （1）蛋白质 （2）底物量一定，底物已被消耗尽 （3）见右图 （4）不变 在pH为2时，胰蛋白酶已经失活 （5）C课堂总结本节课同学们在分析并借鉴pH对酶活性影响实验的基础上，按照科学探究的一般流程，设计并实施了温度对酶活性影响的实验，认识到实验材料的选择、实验操作的顺序、实验结果的检测都会影响到实验结论，对科学实验的对照原则和单一变量原则有了更深刻的理解，还知道了pH和温度对酶活性的具体影响，当然影响酶促反应速率的因素还有酶浓度和底物浓度等，生产、生活中也有酶制剂的身影，如可以预防口腔疾病的生物酶牙膏、可以提高果汁产量的果胶酶、可以用于烹调的嫩肉粉、可以用于啤酒生产的淀粉酶等。有兴趣的同学可以课后尝试设计相关的实验继续探究，也可以上网搜索与酶有关的信息，了解酶在生产、生活中的广泛应用。 8 / 8
