生物：專題4《酶的研究與應(yīng)用》教案（1）（新人教版選修1）

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1、 專題4 酶的研究與應(yīng)用 “酶的應(yīng)用”包括“研究酶的存在和簡單制作方法”、“嘗試?yán)妹富盍y定的一般原理和方法”、“探討酶在食品制造中的應(yīng)用”、“探討酶在洗滌等方面的應(yīng)用”、“嘗試制備和應(yīng)用固相化酶”等五項(xiàng)具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。在人教版高中生物教科書中，這些具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在“果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用”、“探討加酶洗衣粉的洗滌效果”和“ 酵母細(xì)胞的固定化”三個課題內(nèi)容及具體要求方面。下面談?wù)剬Α懊傅膽?yīng)用”專題的教學(xué)組織。 1. 探討果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1.1 探究課題的確定 果膠酶是多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等一系列酶的總稱，其作用是分解細(xì)胞壁及胞間層的半糖醛酸

2、高分子聚合物，將果膠等物質(zhì)分解成可溶性的半乳糖醛酸等物質(zhì)，使渾濁的果汁變得澄清，增加果汁的穩(wěn)定性，提高果汁的品質(zhì)。影響果膠酶活性的常見因素是溫度和pH，因此，實(shí)驗(yàn)程序應(yīng)起始于引導(dǎo)學(xué)生提出一個適于他們探究的問題。一般情況下，可將學(xué)生分成兩大組，一組學(xué)生探究溫度對果膠酶活性的影響，別一組探究pH對果膠酶活性的影響。在此基礎(chǔ)上，可繼續(xù)探究在適宜的溫度和pH條件下，果膠酶的適宜用量，最后計(jì)算將水果通過果膠酶的作用形成果汁飲料的價值。 1.2學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案在必修模塊的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生曾參與“影響酶活性的條件”一組探究實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)的原理和操作基本步驟相對容易些，可讓學(xué)生在閱讀教材的基礎(chǔ)上，確定

3、下列實(shí)驗(yàn)流程及操作： 在此基礎(chǔ)上，要求學(xué)生根據(jù)具體課題討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量，并提出相應(yīng)問題供學(xué)生思考和討論：（1）本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？因變量是什么？有哪些無關(guān)變量？（2）自變量如何進(jìn)行定量控制？（3）因變量如何進(jìn)行有效的檢測？（4）怎樣嚴(yán)格控制無關(guān)變量？ 下表是以不同溫度對果膠酶活性探討的分析，可通過表中的部分內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生討論。 試管編號 1號 2號 3號 4號 無關(guān)變量 50mL蘋果汁 無關(guān)變量 5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的果膠酶 自變量 20℃恒溫水浴 40℃恒溫水浴 60℃恒溫水浴 80℃恒溫水浴 無關(guān)變量 分開保溫及保溫時間等

4、 因變量檢測 生果汁產(chǎn)量（果膠酶活性檢測） 1.3操作注意事項(xiàng) 果膠酶的催化效果遠(yuǎn)不如過氧化氫酶明顯，教師最好提前配制果膠酶溶液，適當(dāng)增加果膠酶濃度，以縮短實(shí)驗(yàn)時間。果膠酶價格較貴，酶液濃度過高會增加實(shí)驗(yàn)成本。果膠酶是利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，適宜溫度比較寬泛，實(shí)驗(yàn)設(shè)置的溫度梯度可相應(yīng)間隔大一些，可采取20℃、30℃、50℃、60℃、70℃等溫度梯度。設(shè)置pH梯度時，可參考下述中的右圖。 測定酶活力的方法很多，除用單位時間內(nèi)的果汁產(chǎn)量來反映酶活性外，比較科學(xué)的方法是用分光光度法測定，上圖就是依據(jù)測定單位時間內(nèi)果汁（橘子）的透光率而獲得的酶活力數(shù)據(jù)，分光光度法不僅可以獲得準(zhǔn)確的

5、數(shù)據(jù)，而且還可以減少實(shí)驗(yàn)的時間。 2探討加酶洗衣粉的洗滌效果 加酶洗衣粉中一般添加了蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等酶制劑，可以有效地清除奶漬、油漬、血漬和果汁漬等不易清洗的污漬。該實(shí)驗(yàn)可分成幾個小的探討課題：一是探討普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果，二是探討溫度對加酶洗衣粉洗滌效果的影響，三是探討加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果。三個課題可分組進(jìn)行。 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時要解決好控制變量的問題，可以啟發(fā)學(xué)生討論下列思考性問題：⑴檢驗(yàn)洗滌效果最好采用機(jī)洗、手洗，還是人工模擬洗衣機(jī)洗？為什么（人工模擬洗衣機(jī)洗。這是因?yàn)橄匆聶C(jī)太大，而污染太小，無法控制水量等無關(guān)變量；手洗時無法控制手的搓洗的力度

6、和次數(shù)等）？ ⑵用人工模擬洗衣機(jī)洗時需要考慮哪些因素（攪拌的方式、力度和時間需要保持一致等）？⑶水溫如何控制（水?。竣冗x擇衣服還是布料為實(shí)驗(yàn)材料？對實(shí)驗(yàn)材料的質(zhì)地有何要求？為什么（布料；布料應(yīng)大小一致，相對較小，而且為白色的棉布類；白色的棉布易吸 附污漬，顯色明顯，洗后容易判斷效果）？⑸水的用量和洗衣粉的用量怎樣確定（一般采用500 mL的水，洗衣粉的用量為1 g或1.5 g）？⑹如何判斷洗滌效果（比較污漬的大小和深淺）？ 等等。 探究溫度對加酶洗衣粉的影響時，學(xué)生往往會不加思索地設(shè)計(jì)從0 ℃開始到100 ℃的溫度梯度，這時應(yīng)提醒學(xué)生思考確定溫度范圍應(yīng)考慮季節(jié)性變溫，采用5

7、℃、10 ℃（相當(dāng)于冬季，下同）、15 ℃、20 ℃、25 ℃（春季和秋季）、30 ℃、35 ℃（夏季），這7個水溫值比較符合實(shí)際。一般來說，北方學(xué)生可探討冬季（低溫）時使用加酶洗衣粉的效果，南方學(xué)生探討夏季（高溫）時使用加酶洗衣粉的效果。 3酵母細(xì)胞的固定化 3.1重視實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)知成分 在生物技術(shù)實(shí)踐活動中，經(jīng)常涉及技術(shù)原理和實(shí)踐意義等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要重視這些認(rèn)知成分。自1969年世界上首次成功地將氨基酰化酶固定化用于拆分氨基酶以來，固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)得到迅猛地發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于氨基酸的拆分和提純、葡萄糖和果糖的生產(chǎn)、診斷和分析試劑的制造、消除環(huán)境污染、特定的化學(xué)反

8、應(yīng)等等。教學(xué)中，不僅應(yīng)遵循人類對固定化技術(shù)的研究歷程來逐步引導(dǎo)學(xué)生理解固定化技術(shù)的意義，而且要重視用典型實(shí)例（高果糖漿的生產(chǎn)）的剖析來引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識固定化技術(shù)的應(yīng)用價值。以下為人類對固定化技術(shù)的認(rèn)識歷程。 常用的固定化技術(shù)：包埋法、吸附法和結(jié)合法，教學(xué)時先讓學(xué)生討論哪些方法適于酶固定化？哪些方法適于細(xì)胞的固定化？在討論的基礎(chǔ)上加以總結(jié)如下： 常用方法 操作缺陷 酶 包埋法 酶分子一般相對較小，容易從大分子有機(jī)物網(wǎng)格中逸出；如果反應(yīng)物分子較大，則不易進(jìn)入網(wǎng)格中與酶接觸 吸附法 將酶吸附在不溶于水的載體上比較困難，同時酶也容易從載體上脫落 結(jié)合法 需要

9、改變酶的某些結(jié)構(gòu)（基團(tuán)），酶的催化作用受到一定程度的影響 細(xì)胞 包埋法 處于中心的細(xì)胞容易缺氧而受到損害，同時，反應(yīng)原料不易進(jìn)入到這些細(xì)胞之中 3.2操作的注意事項(xiàng) 本實(shí)驗(yàn)是一個定量實(shí)驗(yàn)，海藻酸鈉溶液的濃度和酵母細(xì)胞溶液混合后的溶液濃度是決定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素，這有賴于實(shí)驗(yàn)操作的各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。教學(xué)時結(jié)合下圖分析可能存在的操作誤差。從左圖看，成功的凝膠珠如珍珠狀，色白而圓潤，而那些不規(guī)則的凝膠珠在CaCl2溶液的位置通常是飄浮在溶液的上面或中間，這主要是混合溶液的濃度過小或混入空氣而造成的。 下表為實(shí)驗(yàn)步驟中的一些注

10、意事項(xiàng)，可結(jié)合上圖進(jìn)行分析。 實(shí)驗(yàn)步驟 注意事項(xiàng) 酵母細(xì)胞的活化 活化時應(yīng)用大一點(diǎn)的小燒杯，避免細(xì)胞溶液逸出，活化時間不易過長，20℃時只需1小時即可，該步驟由教師在課前完成 配制CaCl2溶液 可實(shí)驗(yàn)前配制好，放入冰箱中儲存 配制海藻酸鈉溶液 小火間斷加熱，并不斷攪拌，直到完全融化，最后一定要定容 海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合 待海藻酸鈉溶液冷卻至室溫時再混合，要充分?jǐn)嚢璨⒈苊獬霈F(xiàn)氣泡。轉(zhuǎn)移至注射器時，也要注意不要產(chǎn)生氣泡 固定化酵母細(xì)胞 注射器與CaCl2溶液的距離應(yīng)保持在1米左右，混合溶液滴入燒杯時應(yīng)保持勻速 Ca2+與Na+交換需要一定時間，形成的凝膠珠

11、應(yīng)在CaCl2溶液中浸泡一段時間。只有形成穩(wěn)定的凝膠珠，才能在后續(xù)反應(yīng)中進(jìn)行利用。是否形成凝膠珠的檢驗(yàn)方法是：用鑷子夾起一個凝膠珠放在實(shí)驗(yàn)桌上用手?jǐn)D壓，若不容易破裂且沒有液體流出，表明制備凝膠珠成功。還可以將凝膠珠用力摔打在實(shí)驗(yàn)桌上，若凝膠珠容易彈起，表明制備凝膠珠成功。 4 教學(xué)實(shí)施的總體建議 4.1 做好實(shí)驗(yàn)預(yù)處理為方便大家提前做好準(zhǔn)備，本人以人教版教材為例，將本專題所需要的儀器、設(shè)備和藥品列表如下： 課題名稱 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 實(shí)驗(yàn)試劑或藥品 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 榨汁機(jī)、燒杯、量筒、錐形瓶、試管、漏斗、溫度計(jì)、水浴箱、玻璃棒、注射器、酒精燈、三角架、石棉

12、網(wǎng)等 果膠酶、鹽酸、氫氧化鈉 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 普通洗衣粉、加酶洗衣粉、白棉布 酵母細(xì)胞的固定化 海藻酸鈉、CaCl2、干酵母、葡萄糖 4.2 做好課時安排及計(jì)劃 以下為本專題的三個課題的課題數(shù)及其說明。 課題名稱 課時數(shù) 說明 果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 3 基本知識0.5；實(shí)驗(yàn)討論及設(shè)計(jì)1；動手實(shí)驗(yàn)1；結(jié)果的分析與討論0.5 探討加酶洗衣粉的洗滌效果 3 基本知識0.5；實(shí)驗(yàn)討論及設(shè)計(jì)1；動手實(shí)驗(yàn)1；結(jié)果的分析與討論0.5 酵母細(xì)胞的固定化 3 基本知識1；實(shí)驗(yàn)討論和操作1；實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論1 4.3 與研究性學(xué)習(xí)相結(jié)合果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用和探討加酶洗衣粉的洗滌效果這兩個課題除在課堂上完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)外，如果學(xué)生感興趣，可以組織部分學(xué)生進(jìn)一步研究，對于課題1果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用，我們可以準(zhǔn)確探討果膠酶對蘋果、橘子等果汁的最適宜的溫度和pH；對于課題2，我們可以探究普通洗衣粉與加酶洗衣粉的洗滌效果的比較，同一加酶洗衣粉對不同污漬的洗滌效果的比較，不同品牌的加酶洗衣粉對同一污漬的洗滌效果的比較，這都具有實(shí)際意義，都會激發(fā)學(xué)生的探究興趣。 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！