4.1 酶的研究和应用教学设计-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

影响酶活性的条件 1、 使用教材 人民教育出版社2019 ，高中生物，高一年级，必修一 分子与细胞，第五章 细胞的能量供应和利用，第一节 降低化学反应活化能的酶，探究·实践 影响酶活性的条件。 2、 实验器材 果胶酶、烧杯、锥形瓶、大试管、恒温水浴锅、纱布、漏斗、电子天平、榨汁机、刺梨、盐酸、NaOH、HCL、计时器、电脑等实验设备和试剂，及DesignExpert10、ChemDraw、AutoDock、PyMol等软件。 3、 实验创新要点/改进要点： （一）创新点一：双因素最优条件的组合 设计正交实验，分析双因素：温度和pH值在影响果胶酶的活性时的相互作用，通过DesignExpert10软件，通过响应面分析，直观的、科学的预测酶催化反应的最优条件，形成整体大于局部的实验设计创新思路。 （二）创新点二：酶与底物反应过程具体、动态、可视化定量分析 通过ChemDraw、AutoDock、PyMol等现代分子生物学发展最前沿技术，深度的、可视化的，在分子水平对果胶酶与果胶反应的过程进行结构分析，促进学生结构功能观的形成。从分子水平的分析果胶酶与果胶反应过程的结构原理，引导学生探究pH值对出汁率的影响大于温度的原因。 4、 实验原理/实验设计思路 首先，通过探究影响果胶酶制备刺梨果汁的单因素实验，探究制备的适宜条件；其次，通过正交实验设计，探究温度、pH值的，13个组合的，温度和pH值组合，探究最佳的酶促反应条件；通过DesignExpert10软件，设计响应面，预测酶促反应最优条件；再次，通过ChemDraw、AutoDock、PyMol等软件从分子水平的分析pH值对酶促反应的影响大于温度的原因；最后，引导学生在分子结构水平分析实验结果产生的原因。 5、 实验教学目标 （一）学生通过已有的生物、化学、地理、数学知识，对生活中酶的高效性、专一性的影响因素作进一步的探究，通过探究温度和pH值共同影响果胶酶催化果胶分解最优条件，提高学生知识综合应用能力（科学思维）。 （二）通过自主阅读教材，综合分析教材内容，积极探究实验的创新设计路径，应用现代分子生物学、生物信息学等技术手段，探究果胶酶催化果胶分解的空间结构及催化过程，解决人教版教材中蛋白质空间结构认识抽象而不具体、不深刻的问题（科学探究）。 6、 实验教学内容 1.刺梨果汁制备的实验情境创设； 2.果胶酶催化细胞壁中果胶分解单因素条件探究； 3.小组活动探究，设计正交实验，探究温度和pH值的最佳组合； 4.小组活动探究，DesignExpert10响应面深度分析温度和pH值对酶促反应差异； 5.小组活动探究，ChemDraw、AutoDock分析果胶与果胶酶的相互作用 6.介绍PyMol对分子对接的结果进行分析 7、 实验教学过程 （一）情境创设 1.教师活动 盘州市是刺梨的原产地，适应抗旱、性强，耐寒、耐水湿、耐盐碱，在黄土、重盐碱土、沙土、上都可生长，刺梨除了富含维生素C和超氧化物岐化酶（SOD）以及维生素、多种氨基酸、胡萝卜素、多糖、有机酸微量元素等营养物质和黄酮成分之外，刺梨三萜为其代表性功效物质之一，刺梨三萜主要作用是抗癌。通过高中生物必修一、选修一、高中化学、高中数学、信息技术所学的知识，能不能综合性的对刺梨果汁制备的条件进行优化呢？ 2.学生活动 小组合作探究，查阅相关实验资料，积极探究实验思路，制定实验方案。 3.设计意图 创设情境激发学生学习兴趣，活跃课堂气氛，并引导学生从日常熟悉的生活情境中，发现问题，应用所学知识解决问题的能力，从而达成生物学科核心素养。 （二）果胶酶催化细胞壁中果胶分解单因素条件探究 1.教师活动 教师讲解果汁制备的实验流程，必要的实验安全知识，引导学生设计合理的温度梯度和pH值梯度，设计对照实验的意义，及调节pH值中的有效实验方法。 2.学生活动 设计实验条件，探究单因素实验条件下的刺梨出汁率 表1 酶的用量的单因素实验 酶的用量 出汁率 2mL 5mL 8mL 10mL 15mL 20mL 实验组 对照组 差值 表2 反应温度的单因素实验 温度 出汁率 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 55℃ 60℃ 实验组 对照组 差值 表3 反应PH值的单因素实验 pH值 出汁率 2 3 4 5 6 7 实验组 对照组 差值 图1 称量 图2刺梨处理 图3 “学”“疑”“导” 图4过滤