5.1.2 影响酶活性的因素-高中生物学与中国传统茶文化的融合-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

人教版高中生物必修1第五章第一节创新实验：影响酶活性的因素——高中生物学与中国传统茶文化的融合 一、使用教材 本实验选自人教版高中生物学必修1第五章第一节。实验的结果是非常重要的事实证据，有利于“说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素（如pH和温度等）的影响”次位概念的形成，为重要概念——“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”奠定基础。 2、 学情分析 在生活经验上，学生见过不同颜色的茶：绿色的绿茶、褐色的红茶，但是不知道绿茶和红茶颜色的区别与酶有关系；在知识储备上，学生已经知道H2O2受热会分解；H2O2酶的化学本质是蛋白质；高温可以破坏蛋白质的空间结构。但是，他们不知道如何设计对照实验排除温度对H2O2的影响，从而利用H2O2酶探究温度对酶活性的影响。 3、 实验目标 生命观念：运用“酶结构改变导致其功能发生改变”的生命观念，解释不同茶颜色具有区别的原因。 科学探究：控制变量，设计对照实验，提高学生团队合作能力。 科学思维：能够评价他人的实验方案，发现不足后能够想出解决办法，培养学生大胆质疑、敢于创新，勇于实践的精神。 社会责任：通过查阅相关资料，自制茶叶，学生了解了传统茶文化，增强了文化自信和对中国传统文化的认同感。 4、 实验改进 （1） 实验材料 教材上建议使用淀粉和淀粉酶来探究温度对酶活性的影响，使用H2O2和H2O2酶来探究PH对酶活性的影响。同学们思考能不能使用H2O2和H2O2酶探究温度对酶活性的影响呢？同学们大胆尝试，开展预实验，惊喜地发现在50℃下，虽然H2O2会产生少量气泡，但是保温5分钟后，气体体积不足以推动试管上方的注射器（见图1）。这一结果为实验的开展带来了突破口。 （图1 预实验） （2） 实验装置 为了更好地将底物和酶混合，有同学提出可以把分液漏斗连接在试管上，通过开关分液漏斗实现不同溶液的混合（见图2）。但是该装置很快遭到其他同学的否定，因为分液漏斗中的溶液很难实现保温。有同学很快想到使用化学实验中使用过的Y型试管可以解决这一问题，既能实现不同溶液同时保温，又能在保温后，迅速将底物和酶结合。Y型试管上方加上带橡胶塞的注射器，可以直观地反映出H2O2分解后产生O2的体积，从而判断反应发生的快慢。 （图2 分液漏斗） （图3 带注射器的Y型试管） 五、教学过程 （一）创设情境，做出假设 展示绿色的绿茶，以及褐色的红茶（见图4），并向同学们介绍两种茶的制作流程，指出红茶的褐色是因为茶叶中的茶多酚在多酚氧化酶的作用下出现了褐色。提出疑问：为什么绿茶能保持茶叶的鲜绿呢？结合高温会使蛋白质变性的知识，学生很容易联想到：杀青环节中，高温影响了多酚氧化酶的活性，使得茶叶保持绿色。 （图4 从左往右依次为绿茶、红茶） （2） 设计实验，寻找理论支撑 （图5 学生设计的实验方案） 基于此，老师引导学生设计实验探究温度对酶活性的影响。经过讨论、查阅资料和预实验，同学们制定了详细的实验方案（见图5）。以温度为自变量，将H2O2和H2O2酶分别置于低温、室温和高温下保温5分钟，将H2O2倒入H2O2酶中，观察并记录气泡的产生量以及试管上方注射器的读数。 （图5 从左往右依次为低温组、室温组、高温组） 不难发现，室温下（图5中间），产生的气体最多，注射器有读数，低温和高温下，产生的气体较少，不足以推动注射器，但两支试管也有细微区别：低温下试管中的气泡更多（图5左）。为了使实验更严谨，同学们还设置了H2O2加蒸馏水组，分别置于低温、室温和高温下，其他操作不变，发现对照组试管中，低温、室温下几乎没有气泡产生，只有高温组有非常少的气泡产生，注射器并无读数。说明图5中的结果是由酶的作用产生的。 （3） 评价交流，做出改进 以上结果能够证明酶的活性受温度的影响。高温和低温都会使酶的活性降低。但是，在评价过程中，有同学指出，本实验结果支持高温影响酶活性，但是还不足以说明绿茶的绿色是因为多酚氧化酶活性降低导致的也有可能是茶多酚受热分解了。 为了解决以上问题，同学们继续查阅资料，发现茶多酚热稳定性好，经过长时间高温后，茶多酚中的有效物质才会被破坏。而导致酶活性发生改变的温度更低，保温时间更短，说明酶对温度更敏感。且茶叶中的有效成分正是茶多酚，茶多酚含量的多少是评价绿茶品质的一项重要指标。所以，杀青环节对茶多酚的破坏较少。为了验证这一结论，老师引导学生观察生活中其他与多酚氧化酶有关的现象，例如苹果、土豆的褐变现象。同学们马上想到设计补充实验，将苹果打碎，分别置于低温、室温和高温（80℃）下，观察苹果发生褐变的先后顺序，结果，室温下，苹果变色最快，低温和高温处理的苹果几乎不变色（见图6）。说明酶对温度十分敏感，80℃处理5分钟便可降低它的活性。 （图6 从左往右依次为低温组、室温组、高温组） （4） 归纳概括，总结规律 H2O2酶实验能够说明温度影响酶活性，苹果褐变实验进一步说明多酚氧化酶对温度较敏感，两个实验结果为同学们的假设提供了有力证据。 （5） 课后延伸，自制茶叶 有了实验的理论支撑，同学们尝试自制茶叶，他们不断改变温度，制作出了品质不同的茶叶。同学们指出，茶叶的选材、杀青温度、杀青时间等都会影响茶叶的品质，通过此次尝试，他们不仅感受到了茶叶制作过程的艰辛，更是对中国传统文化的博大精深感到自豪。 六、实验效果评价 （1） 实验现象明显 不管是H2O2、H2O2酶实验，还是苹果褐变实验，都能充分说明高温和低温都会影响酶的活性。 （2） 简化了实验材料 可以用H2O2、H2O2酶代替淀粉和淀粉酶探究温度对酶活性的影响，与教材中的实验对比，简化了实验材料。 （3） 落实了学科核心素养的培养 生物科学是以实验为基础的自然科学，设计和开展实验能够提高学生的学习兴趣。本实验结果支持“酶活性受环境因素影响”，为学生形成“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”这一重要概念奠定了基础。 在评价和交流过程中，学生能够运用批判性思维和创造性思维补充、完善实验，归纳和概括，总结规律，解释不同茶颜色不同的原因、苹果褐变现象，发展了科学思维。 学生能够设置对照试验进行小组探究，解决生活中的生物学问题，提高了科学探究能力。 在自制茶叶的过程中，同学们深刻体会到了我国劳动人民的智慧，感受了中国的传统文化，增强了学生的文化自信。 学科网（北京）股份有限公司 $$