第1節(jié) ATP和酶

探究一：溫度對酶作用速率的影響
實驗假設
溫度影響酶作用速率。具體來說，在其他條件不變的情況下，一定范圍內(nèi)增加溫度，酶作用速率升高；超過一定的溫度范圍以后，再增加溫度，酶作用速率下降，高溫導致酶失去活性。
實驗器材
冰箱，燒杯，試管，量筒，溫度計，酒精燈，淀粉溶液，稀釋的唾液、碘液等。
實驗步驟
①取8支試管，分別標記為1、2、3、4、5、6、7、8；用量筒各量取2 mL的可溶性淀粉溶液，分別加入上述8支試管；對上述8個試管分別進行0 ℃、17 ℃、27 ℃、37 ℃、47 ℃、57 ℃、67 ℃、100 ℃的溫度控制5分鐘；同時，取另一組8支試管，用量筒量取2 mL稀釋的唾液也進行同樣的溫度控制處理。
②取出上述兩組試管，將稀釋的唾液分別加入到對應溫度的試管中，再水浴保持相應溫度5分鐘。
③取出試管，加入碘液2～3滴，觀察顏色變化，用“+”表示顏色變化的深淺。
實驗數(shù)據(jù)與分析

12345678
加入I2后顏色變化++++++-++++++++++
數(shù)據(jù)分析（酶作用速率）-++++++++---
關于實驗數(shù)據(jù)的分析說明：實驗中，加入碘液后顏色變化越明顯，直接表明淀粉被水解的越少，間接證明酶在該溫度條件下的催化活性越低，酶作用速率降低；反之，則相反。
教師提出下列問題，學生進行實驗或討論：
（1）假如實驗中將步驟③換成加入斐林試劑，后水浴加熱會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？
學生探究結(jié)果：在試管4中出現(xiàn)的磚紅色沉淀最明顯，而1、7、8試管幾乎無沉淀。
（2）假如進行重復實驗，在步驟②之后，將實驗中的試管1、7、8再置于37 ℃的條件下水浴5分鐘，有何現(xiàn)象？
學生探究結(jié)果：試管1中加入碘液無顏色變化（不顯藍色）；而7、8試管加入碘液顯藍色。
（3）上述實驗說明了什么？
生
說明了在0 ℃時，酶的活性會受到抑制，但在一定范圍內(nèi)溫度升高其活性會增加，說明這種低溫導致的酶活性的降低是可以被恢復的；而在57 ℃、67 ℃、100 ℃時，酶的活性會受到抑制，并且隨著溫度的降低，其活性不再變化，說明高溫導致的這種活性的降低是不可以被恢復的。
（4）能否根據(jù)數(shù)學的函數(shù)思想，繪出唾液淀粉酶作用速率與溫度之間關系的函數(shù)示意圖？你能否對該函數(shù)圖進行解釋？

學生自主完成（見右圖）：
學生解釋：說明酶的催化需要適宜的溫度范圍；并且特定的酶具有一個特定的最適宜溫度；在最適溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶作用速率增加；超過最適溫度范圍后，隨著溫度的升高，酶作用速率降低，最終失去活性；低溫對酶活性的抑制是可以被恢復的，而高溫導致酶的活性喪失是不可以被恢復的。為什么呢？
師
高溫導致了酶的空間結(jié)構(gòu)的破壞，而這種破壞是不可以被恢復的，因而酶的活性中心失去其催化活性；低溫僅抑制了酶的活性中心的催化能力，并沒有破壞酶的空間結(jié)構(gòu)，所以這種酶活性的降低是可以被恢復的。
（5）有些細菌生活在火山噴發(fā)口，也有一些生物生活在溫泉之中，你如何來解釋這種現(xiàn)象呢？
小組討論、代表發(fā)言：生活在這些環(huán)境中的生物，其體內(nèi)的酶與人體內(nèi)的酶的種類是不同的，所以所需要的最適溫度與人的也不同。
（6）人體內(nèi)有許多種類的酶，這些不同的酶所需要的最適溫度都相同嗎？
師
人體不同的酶所需要的最適溫度是有所不同的，但大多是37 ℃左右。具體情況，可以查閱相關資料。
探究二：pH對酶作用速率的影響
建議：可以參考探究一的實驗設計思路，設計出一組呈梯度的pH環(huán)境，以研究不同的pH對酶作用速率的影響。
師
能否根據(jù)數(shù)學的函數(shù)思想，繪出H2O2酶作用速率與pH之間關系的函數(shù)示意圖？你能否對該函數(shù)圖進行解釋？
學生自主完成（見下圖）：

生
說明酶的催化需要適宜的pH范圍；并且特定的酶具有一個特定的最適宜pH；在最適pH范圍內(nèi)，隨著pH的升高，酶作用速率增加；超過最適pH范圍后，隨著pH的升高，酶作用速率降低，并最終導致酶失去活性；過酸與過堿對酶活性的破壞都不可以被恢復。
師
你能否畫出不同的酶作用速率與pH之間的關系示意圖？并舉出相應的例子。
學生自主完成（見下圖）：

如人體內(nèi)的胃蛋白酶需要的最適pH范圍是1.5～2.2之間，而胰蛋白酶需要的最適的pH范圍是8.0～9.0。

探究三：酶濃度對酶作用速率的影響
實驗假設
酶濃度影響酶作用速率。具體來說，在其他條件不變的情況下，一定范圍內(nèi)增加酶濃度，酶作用速率升高；超過一定的濃度范圍以后，再增加酶濃度，酶作用速率不變。
實驗器材
燒杯、試管、量筒、干酵母菌、過氧化氫、蒸餾水等。
實驗步驟
①取一定量的酵母菌配制成酵母菌溶液，用容量瓶（或量筒與燒杯）將上述鮮酵母菌溶液分別配制成稀釋10倍、100倍、100倍、1 000倍的酵母菌稀釋液；另取4支試管，分別標記為1、2、3、4，用量筒各量取3 mL的過氧化氫溶液，分別加入上述4支試管。
②將酵母菌稀釋液分別加入上述4支試管，觀察試管中氣泡逸出的速率與氣泡的大小。
實驗數(shù)據(jù)與分析

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加入酵母菌稀釋液后氣泡逸出的速率++++++++++

數(shù)據(jù)分析（酶作用的速率）++++++++++
關于實驗數(shù)據(jù)的分析說明：實驗中，加入酵母菌稀釋液后氣泡逸出的速率越快、氣泡越大，直接表明過氧化氫被分解得越多，間接證明酶作用的速率越大。
師
能否根據(jù)數(shù)學的函數(shù)思想，繪出H2O2酶作用速率與酶濃度之間關系的函數(shù)示意圖？你能否對該函數(shù)圖進行解釋？
學生自主完成（見下圖）：

生
具體來說，在底物濃度一定，其他條件不變的情況下，一定范圍內(nèi)增加酶濃度，酶作用速率升高；酶的濃度超過一定的范圍以后，再增加酶濃度，酶作用速率不變。這主要與反應容器中底物濃度的限制、產(chǎn)物濃度的抑制等因素有關。

探究四：底物濃度對酶作用速率的影響
建議：可以參考探究三的實驗設計思路，設計出一組呈濃度梯度的過氧化氫溶液環(huán)境，以研究不同的底物濃度對酶作用速率的影響。
學生探究：進行相關的實驗并進行數(shù)據(jù)分析。并畫出底物濃度與酶作用速率關系的函數(shù)圖。

生
在其他條件不變的情況下，一定范圍內(nèi)增加底物濃度，酶作用速率升高；超過一定的溫度范圍以后，再增加底物濃度，酶作用速率不變。這主要與反應容器中酶濃度的限制、產(chǎn)物濃度的抑制等因素有關。
師
那么，反應產(chǎn)物的濃度對實驗中酶作用的速率有何影響呢？
教師活動：引導學生從化學平衡的角度來分析問題。
生
反應產(chǎn)物對實驗中酶作用的速率具有抑制作用，隨著反應產(chǎn)物濃度的增加，抑制作用越明顯。?
課堂小結(jié)
酶促反應的速率受到多種因素共同影響；單單考慮一種因素而忽略另一種因素都是不可取的；研究其中一種因素的作用，要注意控制變量。
引導學生閱讀“放眼社會”的“酶與疾病”，讓學生了解酶和疾病的關系，如先天性酶缺陷病、酶的活性變化而導致疾病的產(chǎn)生、酶在診斷和治療疾病中的應用，更重要的是理解酶是生物體內(nèi)進行新陳代謝的重要物質(zhì)。教師還可鼓勵學生收集社會生活中，尤其是醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)中有關酶的應用的例子。
用作輔助消化劑的多酶片，含有淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和脂肪酶等，盡管胃內(nèi)酸度較高，不適合大多數(shù)酶發(fā)揮作用，但人們可以將某些酶制劑做成腸溶劑型，如糖衣片和膠囊等，讓酶到達腸內(nèi)后再被釋放出來發(fā)揮作用，從而治療消化不良和食欲不振等癥。
學生活動：閱讀“酶與疾病”，并利用網(wǎng)絡、圖書館、報刊等途徑，通過資料收集與整理、實地走訪與考察等多種方法，寫出一篇有關“酶與疾病”的調(diào)查報告。?
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板書設計
3.酶促反應
4.影響酶促反應的因素
（1）溫度
（2）pH
（3）酶的濃度
（4）底物濃度
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活動與探究
“探究胃蛋白酶進入小腸后是否能發(fā)揮活性”的活動建議：
探究原理：
酶的活性受pＨ的影響，在過酸或過堿的環(huán)境下酶的活性都會喪失。在活性范圍內(nèi)，酶的活性隨著pＨ的變化而有所變化。由于人體的胃蛋白酶由胃腺細胞分泌產(chǎn)生，并在胃中催化蛋白質(zhì)分解的反應，然后隨食糜進入小腸，這時pＨ由２.０變成７.８，對胃蛋白酶的活性產(chǎn)生了影響。
　　
實驗材料：
胃蛋白酶溶液，精肉塊，鹽酸，NaＯＨ，pＨ試紙等。
實驗步驟：
（1）配制pＨ＝２.０和pＨ＝７.８的液體；
（2）在兩試管中分別加入等量pＨ＝２.０和pＨ＝７.８的液體；
（3）加入兩塊相同形狀的等重量的精肉塊；
（4）向兩試管中同時滴入胃蛋白酶溶液；
（5）定時觀察，記錄；

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