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高中生物教学设计与反思新陈代谢与酶

高中生物教学设计与反思新陈代谢与酶

【学习目标】1.知道酶的发现过程。2.理解酶的性质(主要是高效性、专一性、酶需要适宜条件的特性)。

3.用实验探究酶的高效性、酶的专一性。

【学习障碍】

1.理解障碍(1)如何理解酶与新陈代谢的关系?(2)如何理解酶的高效性、专一性等特性?

(3)如何理解影响酶催化作用的因素?

2.解题障碍(1)用酶的作用特性去解释和说明一些生物学现象。(2)解影响酶的催化作用因素的图表题。

(3)解有关的实验设计题。

【学习策略】

1.理解障碍的突破(1)用“结构与功能相统一”等观点理解新陈代谢与酶的关系。生命系统既是一个需要维持稳态的系统,又是一个瞬时就会发生一系列合成、分解的运动着的系统,这是一个矛盾的统一体。新陈代谢中的各种化学反应是在温度、酸碱度等相对稳定的条件下进行的,这些化学反应不能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行,可是又要迅速、高效地进行反应,怎样实现生命系统的这种功能?因此就必须有一种结构或物质存在,来行使其功能。这就是生物催化剂——酶。生物体内的物质代谢过程是极其复杂的,如人体从外界摄取的营养物质经过变化成为人体自身的组成物质,组成物质又经过氧化分解成为代谢的最终产物而排出体外,这些过程中包含着许许多多的生物化学反应。据估计,人体细胞内发生化学反应的频率约为几百万次/min。这么多的化学反应之所以能够在平常的温度、压力下迅速顺利地完成,完全是依靠酶的催化作用。正因为这样,生物体自我更新的速度是很快的。拿人体来说,体内血液中的红细胞更新的速度通常为200万/s以上,大约60 d左右全部红细胞要更新一半;肝脏和血浆中的蛋白质,大约10 d左右要更新一半;皮肤、肌肉等组织中的蛋白质,大约150 d左右要更新一半。人在一生(按60年计算)中与外界环境交换各种物质的数量,大约水为50000 kg,糖类为10000 kg,脂质为1000 kg,蛋白质为1600 kg。物质交换的总重量大约相当于人体重量的1200倍,而实际上现在人类的寿命已经大大超过60岁了。所有这些复杂的代谢活动,只有在酶的参与下才能在常温、常压的条件下迅速有序地进行。因此生物体的新陈代谢过程,实际上是由一系列酶所催化的化学反应所组成的反应网络,这就是功能与结构的和谐统一。

(2)用“迁移法”来帮助理解酶的特性。酶是生物催化剂,因而它既有与一般催化剂相同的性质,也有与一般催化剂不同的特点。酶和一般催化剂的共同点是:第一,酶在催化反应加快进行时,在反应前后酶本身没有数量和性质上的改变,因而很少量的酶就可催化大量的物质发生反应。第二,酶只能催化热力学上允许进行的反应,而不能使本来不能进行的反应发生。第三,酶只能使反应加快达到平衡,而不能改变达到平衡时,反应物和产物的浓度。因此,酶既能加快正反应进行,也能加快逆反应进行。酶促反应究竟朝哪个方向进行,取决于反应物和产物的浓度。酶与一般的催化剂相比又有其特点,最突出的是它的高效性和专一性。 生物化学理论的迁移

A.用“酶的中间产物学说”来理解酶的高效性

酶具有强大的催化能力,酶的催化能力远远超过化学催化剂。例如,碳酸酐酶能够催化下面的反应:

高中生物教学设计与反思新陈代谢与酶

碳酸酐酶是目前已经知道的催化反应速度最快的酶之一。每个碳酸酐酶分子催化CO2水合作用形成相同数量的H2CO3的速度通常为6×10个/s。碳酸酐酶催化上述反应的速度比非酶催化的上述反应速度快10倍。如果没有这种酶,CO2从组织到血液,然后再通过肺泡呼出体外的过程只能以极其缓慢的速度进行,远远不能满足生物体生存的需要。酶具有这样强大的催化能力,可以用酶的中间产物学说来解释:酶在催化某一底物(被酶催化的物质)时,先与底物结合成一种不稳定的中间产物,这种中间产物极为活泼,很容易发生化学反应而变成反应物,并且放出酶。按照中间产物学说,酶促反应(需酶催化的反应)可以写成下式:

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