高中生物教案：新陈代谢与ATP。
每个老师在上课前会带上自己教案课件，而现在又到了写课件的时候了。若老师能写出高水平的教案课件，相信课堂教学氛围会非常浓郁。有没有值得借鉴的优秀教案课件素材？也许"高中生物教案：新陈代谢与ATP"就是你要找的，希望你能从中找到有用的内容！
教学目标
知识方面
1、理解ATp的分子简式及其结构特点
2、理解ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞中能量代谢中的意义
3、理解ATp的形成途径
4、掌握ATp是新陈代谢的直接能源，并理解ATp作为"能量通用货币"的含义
能力方面
学生通过分析ATp与ADp的相互转化及其对细胞内供能的意义，初步训练学生分析实际问题的能力。
情感、态度、价值观方面
让学生在分析自己身体内发生的ATp-ADp循环及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产实践中的价值，加强学生对身边的科学（RLS）这一理念的理解。
教学建议
教材分析
1、对于ATp的分子结构，教材首先介绍了ATp是腺嘌呤核苷的衍生物，分子简式为A-p~p~p，其中A代表腺苷，T代表三个，p代表磷酸基，~代表高能磷酸键，然后从比较高能磷酸化合物释放能量的标准数值和ATp释放能量的数值入手，使学生很信服地认识到ATp的确是一种高能磷酸化合物。
2、对于ATp与ADp的相互转化，教材中首先介绍了ATp水解和重新合成的过程：ATp与ADp的转化中，ATp的第二个和第三个磷酸之间的高能磷酸键对于细胞中能量的捕获、贮存和释放都是很重要的。第二个高能磷酸键的末端，能很快地水解断裂，于是ATp转换为ADp，能量随之释放出来以用于各项生命活动；同样，在提供能量的条件下，也容易加上第三个磷酸，使ADp又转化为ATp。在ATp与ADp的转化过程中都需要酶的参与，活细胞内这个过程是永无休止地循环进行的。
同时还介绍了ATp与ADp的这种相互转化是十分迅速的，ATp在细胞中的含量是很少的，如肌细胞中的ATp只能维持肌肉收缩2钞钟左右。从而易于引发学生讨论ADp-ADp循环的意义，同时可使学生加强ATp是生物体维持各项生命活动所需能量的直接来源的观点。
3、对于ATp的形成途径，教材是在介绍了ADp-ATp循环的基础上，从动物（包括人体）和绿色植物两方面进行了阐述。对动物而言，产生ATp途径是是氧化磷酸化，即呼吸作用；对植物而言，产生ATp的过程包括氧化磷酸化（呼吸作用）和光合磷酸化（光合作用）。
4、对于ATp的生理功能，教材先分析了生物体内糖类、脂肪等物质具有储存能量的特点，指出新陈代谢不仅需要酶，还需要能量，糖类是细胞的主要能源之一，脂肪是生物体内重要的储能物质，但这些有机物中的能量都不能直接被生物利用，它们的能量只有在细胞中随着有机物的逐步分解而释放出来，且储存到ATp中才能被生物体利用，从而使学生易于理解为什么ATp是新陈代谢所需能量的直接来源。在本节的最后，教材还用ATp是流通着的"能量货币"这一形象的比喻，以加深学生对ATp的生理功能以及ADp-ATp相互转化的认识，即伴随着ATp的水解与合成的过程，发生着能量的释放与储存，从而推动新陈代谢顺利进行。
教法建议
本节教学内容中，ATp的分子简式、ATp的生理功能是重点，ATp与ADp的相互转变在新陈代谢中的作用，既是教学重点也是难点。
1．引入本节课时，首先要让学生明确以下事实，即生物体的生存不仅仅要依靠物质上的支持，同时还必须有能量的维持，在生物体内发生物质变化的同时，必定伴随着能量的获取、储存、释放、利用和散失。这样，引入ATp这一生物体直接能源就顺理成章了。
2．引出ATp这一高能化合物时，还是先从学生较为熟悉的能量形式入手比较容易被学生接受。比如，可先从宏观上引导学生分析绿色植物的光合作用过程把光能以化学能的形式储存在糖类、脂肪等有机物中；动植物又通过呼吸作用分解体内的有机物而获取生命活动所需的能量。在此基础上，引导学生进一步分析出：光能只有转化成一种活跃的化学能，才能被绿色植物利用；同样，动、植物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量，除了一部分以热能的形式散失或维持体温外，其余的都要转化成一种活跃的化学能，才能用于各项生命活动。那么这种活跃的、随时可以利用的化学能是什么呢?这样自然而然地就引出ATp这一生物体的直接能源物质。
3．ATp的分子结构不宜讲授得过于深入。学生只要了解ATp中具有不稳定的高能磷酸键，ATp水解时释放其能量，形成ATp时需要能量就可以了，应把学生讨论的重点放在ATp释放出的能量用于哪些生理过程，及形成ATp的高能磷酸键时，能量来自哪些生理过程，以便使学生易于理解ATp和ADp的相互转变在细胞中能量的储存、转移和利用中的作用。
4．ATp与ADp的相互转化及这种转化在能量的储存、转移和利用中的作用，是本节学习的难点。为使学生的讨论顺利进行，教师应适时给学生以下提示：其一，细胞内ATp的含量是相对稳定的；其二，ATp在细胞内的含量是极少的，其三，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATp的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源；其四，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATp，且ATp水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATp与ADp之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的，ATp是生物体的直接能源，是细胞能量代谢的"通用货币"。
5．ATp的形成途径也不宜太深入，因为光合作用、呼吸作用的具体过程还没学到。注意引导学生分析出绿色植物通过光合作用，将光能转化成ATp中的化学能，并将ATp中的化学能最终储存在糖类等有机物中，即光合作用过程中固定的光能是绿色植物、动物和人形成的ATp的能量源泉。
教学设计示例
【课题】 第二节 新陈代谢与ATp
【教学重点】ATp的分子简式及其结构特点、ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、ATp的形成途径、ATp是新陈代谢的直接能源，能理解ATp作为“能量通用货币”的含义
【教学难点】ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、理解ATp作为“能量通用货币”的含义
【课时安排】1课时
【教学手段】板图、挂图、多媒体课件
【教学过程】
1、引言
设计1：通过学生列举生活实例引入ATp这一高能化合物。
新陈代谢的物质变化过程中，必定伴随着能量的转化。为了使学生对能量的转化有一个感性的认识，教师应鼓励学生从自己的生活中找一些能量转化的实例，比如可以提问：
（1）“你能举出几个生物体内发生的诸如能量转化、或能量的吸收储存、或能量的释放利用的例子来吗？”
（2）“绿色植物能把光能直接用于有机物的合成吗?”或“生物体通过呼吸作用把有机物中的能量释放出来，这些能量能直接被细胞利用吗？”
不能，光能必须要转化为一种活跃的化学能才能用于有机物的合成；有机物中的能量通过呼吸作用释放出来后，也必须转化为一种活跃的化学能才能用于生物体的各项生命活动，携带这种活跃的化合能的物质就是一种高能化合物，即ATp，这样很自然地引入了ATp这个概念。
设计2：从细胞中能量利用存在的矛盾入手，设计相关的问题串引入ATp这一高能化合物。
（1）“细胞中主要是由什么细胞器来产生能量的？”
线粒体的呼吸作用氧化分解有机物释放能量
（2）“细胞中有哪些生理过程在不断地消耗着能量？”
细胞分裂、细胞核中DNA的复制、核糖体合成蛋白质、细胞膜主动运输、高尔基体合成分泌等需要能量
（3）“细胞内产能与用能很明显地存在着空间上的隔离，细胞是怎样解决这一矛盾的呢?”
（4）“细胞内存在有糖类、脂肪等有机物，这些有机物含有大量且稳定的能量，但某项生命活动可能不用大量的能量就足以进行，而且糖类、脂肪中储存的能量又过于稳定，不易被生物体利用，细胞又是怎样解决这一矛盾的呢？”
这样就可自然地引入ATp这种储能少、不稳定、可为所有生理活动供能的高能化合物。
2、ATp的分子简式及其结构特点
在引导学生讨论ATp的分子结构简式及其特点时，可从ATp的英文名称中的三个字母含义、中文名称、ATp是高能化合物等方面入手，使学生易于理解ATp的结构特点及其生理作用。
需要向学生解释清楚高能化合物的概念，即高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般的共价键的2倍以上，如ATp末端磷酸水解生成ADp和磷酸时，释放出的能量约30.5kJ/mol上，而6-磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol。这种键称为高能键，常以“~”符号表示。含有高能键的化合物统称为高能化合物。
然后让学生自己分析ATp的结构简式的含义，如ATp中两个磷酸基团之间（p和p之间用“~“表示）的化学键是高能磷酸键。
细胞内释放能量的反应，如呼吸作用常会伴随ADp转变成ATp；而耗能的反应，如蛋白质的合成等，需要用ATp水解成ADp再将能量释放出来，以推动需能代谢反应的进行。
ATp和ADp在体内总是处于不停地转化中，且处于动态平衡之中。
3、ATp和ADp之间的相互转变及其意义
在引导学生讨论ATp和ADp之间的相互转变时，需强调细胞内ATp的含量是相对稳定的；ATp在细胞内的含量是极少的，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATp的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATp，且ATp水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATp与ADp之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的，ATp是生物体的直接能源，是细胞能量代谢的“通用货币”。
4、在讨论了ATp和ADp之间相互转变及其意义后，在小结ATp在细胞内能量的转换、运输、利用中的关键作用时，可结合本节所讲的内容，提一些与ATp有关的综合性问题供学生讨论，让学生在讨论中加深对ATp这一生物体直接能源物质的理解。比如，可以讨论下面几个问题：
（1）众多能源物质中，ATp这种绝对含量极少的物质为什么成为直接能源？
葡萄糖、糖元、淀粉、脂肪、氨基酸、脂肪酸、磷酸肌酸等，这些都可作为生物体的能源物质，但生物体不能利用这些能源物质中的能量，这些物质中储存的能量必须要转移给ATp中。生物体直接从ATp中获得生命活动所需的各种形式的能量，如ATp可转化为机械能、电能、渗透能、化学能、光能和热量等。
（2）为什么ATp是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质，成为生物的直接能源呢？
我们来看看葡萄糖和ATp分子中储存能量的差异就明白了。ATp末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解时释放20.92 kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物，可见ATp是高能化合物，而且其能量与某些高能化合物（如磷酸肌酸）相比，要低一些，因此磷酸肌酸中的能量可在不需额外供能的情况下转移给ATp。而葡萄糖分子彻底氧化为二氧化碳和水后，释放出2870kJ/mol的能量。结果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在银行里的钱，而储存在ATp分子中的能量则像“零钱”，它更容易在细胞中被使用，因此还有的说ATp是能量的“通用货币”就是这个道理。
（3）ATp对生命的维持是极其重要的，试想：当产生ATp的过程停止时，会发生什么？
举一个例子，学生可能知道氰化物可以在非常短的时间内使人死亡，其毒理就是阻挡ATp的形成。当人体ATp合成受阻后，机体没有ATp，神经细胞和其他细胞中的细胞活动就不能继续，人在3-6分钟内就会失去知觉。
（4）还有一个问题值得一提，就是ATp在生物体中的绝对含量是极小的，但生物体中的每一个细胞每时每刻都在消耗着ATp，但在正常情况下，生物体内的ATp量可满足机体的要求，奥妙何在呢？
生物体可把其它能源物质的能量高速地转移给ATp，以补充ATp的消耗，即ATp—ADp循环速度是很快的。
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教学目标
知识方面
1、理解ATp的分子简式及其结构特点
2、理解ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞中能量代谢中的意义
3、理解ATp的形成途径
4、掌握ATp是新陈代谢的直接能源，并理解ATp作为"能量通用货币"的含义
能力方面
学生通过分析ATp与ADp的相互转化及其对细胞内供能的意义，初步训练学生分析实际问题的能力。
情感、态度、价值观方面
让学生在分析自己身体内发生的ATp-ADp循环及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产实践中的价值，加强学生对身边的科学（RLS）这一理念的理解。
教学建议
教材分析
1、对于ATp的分子结构，教材首先介绍了ATp是腺嘌呤核苷的衍生物，分子简式为A-p~p~p，其中A代表腺苷，T代表三个，p代表磷酸基，~代表高能磷酸键，然后从比较高能磷酸化合物释放能量的标准数值和ATp释放能量的数值入手，使学生很信服地认识到ATp的确是一种高能磷酸化合物。
2、对于ATp与ADp的相互转化，教材中首先介绍了ATp水解和重新合成的过程：ATp与ADp的转化中，ATp的第二个和第三个磷酸之间的高能磷酸键对于细胞中能量的捕获、贮存和释放都是很重要的。第二个高能磷酸键的末端，能很快地水解断裂，于是ATp转换为ADp，能量随之释放出来以用于各项生命活动；同样，在提供能量的条件下，也容易加上第三个磷酸，使ADp又转化为ATp。在ATp与ADp的转化过程中都需要酶的参与，活细胞内这个过程是永无休止地循环进行的。
同时还介绍了ATp与ADp的这种相互转化是十分迅速的，ATp在细胞中的含量是很少的，如肌细胞中的ATp只能维持肌肉收缩2钞钟左右。从而易于引发学生讨论ADp-ADp循环的意义，同时可使学生加强ATp是生物体维持各项生命活动所需能量的直接来源的观点。
3、对于ATp的形成途径，教材是在介绍了ADp-ATp循环的基础上，从动物（包括人体）和绿色植物两方面进行了阐述。对动物而言，产生ATp途径是是氧化磷酸化，即呼吸作用；对植物而言，产生ATp的过程包括氧化磷酸化（呼吸作用）和光合磷酸化（光合作用）。
4、对于ATp的生理功能，教材先分析了生物体内糖类、脂肪等物质具有储存能量的特点，指出新陈代谢不仅需要酶，还需要能量，糖类是细胞的主要能源之一，脂肪是生物体内重要的储能物质，但这些有机物中的能量都不能直接被生物利用，它们的能量只有在细胞中随着有机物的逐步分解而释放出来，且储存到ATp中才能被生物体利用，从而使学生易于理解为什么ATp是新陈代谢所需能量的直接来源。在本节的最后，教材还用ATp是流通着的"能量货币"这一形象的比喻，以加深学生对ATp的生理功能以及ADp-ATp相互转化的认识，即伴随着ATp的水解与合成的过程，发生着能量的释放与储存，从而推动新陈代谢顺利进行。
教法建议
本节教学内容中，ATp的分子简式、ATp的生理功能是重点，ATp与ADp的相互转变在新陈代谢中的作用，既是教学重点也是难点。
1．引入本节课时，首先要让学生明确以下事实，即生物体的生存不仅仅要依靠物质上的支持，同时还必须有能量的维持，在生物体内发生物质变化的同时，必定伴随着能量的获取、储存、释放、利用和散失。这样，引入ATp这一生物体直接能源就顺理成章了。
2．引出ATp这一高能化合物时，还是先从学生较为熟悉的能量形式入手比较容易被学生接受。比如，可先从宏观上引导学生分析绿色植物的光合作用过程把光能以化学能的形式储存在糖类、脂肪等有机物中；动植物又通过呼吸作用分解体内的有机物而获取生命活动所需的能量。在此基础上，引导学生进一步分析出：光能只有转化成一种活跃的化学能，才能被绿色植物利用；同样，动、植物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量，除了一部分以热能的形式散失或维持体温外，其余的都要转化成一种活跃的化学能，才能用于各项生命活动。那么这种活跃的、随时可以利用的化学能是什么呢?这样自然而然地就引出ATp这一生物体的直接能源物质。
3．ATp的分子结构不宜讲授得过于深入。学生只要了解ATp中具有不稳定的高能磷酸键，ATp水解时释放其能量，形成ATp时需要能量就可以了，应把学生讨论的重点放在ATp释放出的能量用于哪些生理过程，及形成ATp的高能磷酸键时，能量来自哪些生理过程，以便使学生易于理解ATp和ADp的相互转变在细胞中能量的储存、转移和利用中的作用。
4．ATp与ADp的相互转化及这种转化在能量的储存、转移和利用中的作用，是本节学习的难点。为使学生的讨论顺利进行，教师应适时给学生以下提示：其一，细胞内ATp的含量是相对稳定的；其二，ATp在细胞内的含量是极少的，其三，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATp的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源；其四，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATp，且ATp水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATp与ADp之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的，ATp是生物体的直接能源，是细胞能量代谢的"通用货币"。
5．ATp的形成途径也不宜太深入，因为光合作用、呼吸作用的具体过程还没学到。注意引导学生分析出绿色植物通过光合作用，将光能转化成ATp中的化学能，并将ATp中的化学能最终储存在糖类等有机物中，即光合作用过程中固定的光能是绿色植物、动物和人形成的ATp的能量源泉。
教学设计示例
【课题】 第二节 新陈代谢与ATp
【教学重点】ATp的分子简式及其结构特点、ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、ATp的形成途径、ATp是新陈代谢的直接能源，能理解ATp作为“能量通用货币”的含义
【教学难点】ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、理解ATp作为“能量通用货币”的含义
【课时安排】1课时
【教学手段】板图、挂图、多媒体课件
【教学过程】
1、引言
设计1：通过学生列举生活实例引入ATp这一高能化合物。
新陈代谢的物质变化过程中，必定伴随着能量的转化。为了使学生对能量的转化有一个感性的认识，教师应鼓励学生从自己的生活中找一些能量转化的实例，比如可以提问：
（1）“你能举出几个生物体内发生的诸如能量转化、或能量的吸收储存、或能量的释放利用的例子来吗？”
（2）“绿色植物能把光能直接用于有机物的合成吗?”或“生物体通过呼吸作用把有机物中的能量释放出来，这些能量能直接被细胞利用吗？”
不能，光能必须要转化为一种活跃的化学能才能用于有机物的合成；有机物中的能量通过呼吸作用释放出来后，也必须转化为一种活跃的化学能才能用于生物体的各项生命活动，携带这种活跃的化合能的物质就是一种高能化合物，即ATp，这样很自然地引入了ATp这个概念。
设计2：从细胞中能量利用存在的矛盾入手，设计相关的问题串引入ATp这一高能化合物。
（1）“细胞中主要是由什么细胞器来产生能量的？”
线粒体的呼吸作用氧化分解有机物释放能量
（2）“细胞中有哪些生理过程在不断地消耗着能量？”
细胞分裂、细胞核中DNA的复制、核糖体合成蛋白质、细胞膜主动运输、高尔基体合成分泌等需要能量
（3）“细胞内产能与用能很明显地存在着空间上的隔离，细胞是怎样解决这一矛盾的呢?”
（4）“细胞内存在有糖类、脂肪等有机物，这些有机物含有大量且稳定的能量，但某项生命活动可能不用大量的能量就足以进行，而且糖类、脂肪中储存的能量又过于稳定，不易被生物体利用，细胞又是怎样解决这一矛盾的呢？”
这样就可自然地引入ATp这种储能少、不稳定、可为所有生理活动供能的高能化合物。
2、ATp的分子简式及其结构特点
在引导学生讨论ATp的分子结构简式及其特点时，可从ATp的英文名称中的三个字母含义、中文名称、ATp是高能化合物等方面入手，使学生易于理解ATp的结构特点及其生理作用。
需要向学生解释清楚高能化合物的概念，即高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般的共价键的2倍以上，如ATp末端磷酸水解生成ADp和磷酸时，释放出的能量约30.5kJ/mol上，而6-磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol。这种键称为高能键，常以“~”符号表示。含有高能键的化合物统称为高能化合物。
然后让学生自己分析ATp的结构简式的含义，如ATp中两个磷酸基团之间（p和p之间用“~“表示）的化学键是高能磷酸键。
细胞内释放能量的反应，如呼吸作用常会伴随ADp转变成ATp；而耗能的反应，如蛋白质的合成等，需要用ATp水解成ADp再将能量释放出来，以推动需能代谢反应的进行。
ATp和ADp在体内总是处于不停地转化中，且处于动态平衡之中。
3、ATp和ADp之间的相互转变及其意义
在引导学生讨论ATp和ADp之间的相互转变时，需强调细胞内ATp的含量是相对稳定的；ATp在细胞内的含量是极少的，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATp的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATp，且ATp水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATp与ADp之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的，ATp是生物体的直接能源，是细胞能量代谢的“通用货币”。
4、在讨论了ATp和ADp之间相互转变及其意义后，在小结ATp在细胞内能量的转换、运输、利用中的关键作用时，可结合本节所讲的内容，提一些与ATp有关的综合性问题供学生讨论，让学生在讨论中加深对ATp这一生物体直接能源物质的理解。比如，可以讨论下面几个问题：
（1）众多能源物质中，ATp这种绝对含量极少的物质为什么成为直接能源？
葡萄糖、糖元、淀粉、脂肪、氨基酸、脂肪酸、磷酸肌酸等，这些都可作为生物体的能源物质，但生物体不能利用这些能源物质中的能量，这些物质中储存的能量必须要转移给ATp中。生物体直接从ATp中获得生命活动所需的各种形式的能量，如ATp可转化为机械能、电能、渗透能、化学能、光能和热量等。
（2）为什么ATp是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质，成为生物的直接能源呢？
我们来看看葡萄糖和ATp分子中储存能量的差异就明白了。ATp末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解时释放20.92 kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物，可见ATp是高能化合物，而且其能量与某些高能化合物（如磷酸肌酸）相比，要低一些，因此磷酸肌酸中的能量可在不需额外供能的情况下转移给ATp。而葡萄糖分子彻底氧化为二氧化碳和水后，释放出2870kJ/mol的能量。结果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在银行里的钱，而储存在ATp分子中的能量则像“零钱”，它更容易在细胞中被使用，因此还有的说ATp是能量的“通用货币”就是这个道理。
（3）ATp对生命的维持是极其重要的，试想：当产生ATp的过程停止时，会发生什么？
举一个例子，学生可能知道氰化物可以在非常短的时间内使人死亡，其毒理就是阻挡ATp的形成。当人体ATp合成受阻后，机体没有ATp，神经细胞和其他细胞中的细胞活动就不能继续，人在3-6分钟内就会失去知觉。
（4）还有一个问题值得一提，就是ATp在生物体中的绝对含量是极小的，但生物体中的每一个细胞每时每刻都在消耗着ATp，但在正常情况下，生物体内的ATp量可满足机体的要求，奥妙何在呢？
生物体可把其它能源物质的能量高速地转移给ATp，以补充ATp的消耗，即ATp—ADp循环速度是很快的。
高中高一生物教案：新陈代谢与ATP
教学目标 知识方面
1、理解ATp的分子简式及其结构特点
2、理解ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞中能量代谢中的意义
3、理解ATp的形成途径
4、掌握ATp是新陈代谢的直接能源，并理解ATp作为能量通用货币的含义能力方面
学生通过分析ATp与ADp的相互转化及其对细胞内供能的意义，初步训练学生分析实际问题的能力。情感、态度、价值观方面
让学生在分析自己身体内发生的ATpADp循环及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产实践中的价值，加强学生对身边的科学(RLS)这一理念的理解。
教学建议教材分析
1、对于ATp的分子结构，教材首先介绍了ATp是腺嘌呤核苷的衍生物，分子简式为Ap~p~p，其中A代表腺苷，T代表三个，p代表磷酸基，~代表高能磷酸键，然后从比较高能磷酸化合物释放能量的标准数值和ATp释放能量的数值入手，使学生很信服地认识到ATp的确是一种高能磷酸化合物。
2、对于ATp与ADp的相互转化，教材中首先介绍了ATp水解和重新合成的过程：ATp与ADp的转化中，ATp的第二个和第三个磷酸之间的高能磷酸键对于细胞中能量的捕获、贮存和释放都是很重要的。第二个高能磷酸键的末端，能很快地水解断裂，于是ATp转换为ADp，能量随之释放出来以用于各项生命活动;同样，在提供能量的条件下，也容易加上第三个磷酸，使ADp又转化为ATp。在ATp与ADp的转化过程中都需要酶的参与，活细胞内这个过程是永无休止地循环进行的。
同时还介绍了ATp与ADp的这种相互转化是十分迅速的，ATp在细胞中的含量是很少的，如肌细胞中的ATp只能维持肌肉收缩2钞钟左右。从而易于引发学生讨论ADpADp循环的意义，同时可使学生加强ATp是生物体维持各项生命活动所需能量的直接来源的观点。
3、对于ATp的形成途径，教材是在介绍了ADpATp循环的基础上，从动物(包括人体)和绿色植物两方面进行了阐述。对动物而言，产生ATp途径是是氧化磷酸化，即呼吸作用;对植物而言，产生ATp的过程包括氧化磷酸化(呼吸作用)和光合磷酸化(光合作用)。
4、对于ATp的生理功能，教材先分析了生物体内糖类、脂肪等物质具有储存能量的特点，指出新陈代谢不仅需要酶，还需要能量，糖类是细胞的主要能源之一，脂肪是生物体内重要的储能物质，但这些有机物中的能量都不能直接被生物利用，它们的能量只有在细胞中随着有机物的逐步分解而释放出来，且储存到ATp中才能被生物体利用，从而使学生易于理解为什么ATp是新陈代谢所需能量的直接来源。在本节的最后，教材还用ATp是流通着的能量货币这一形象的比喻，以加深学生对ATp的生理功能以及ADpATp相互转化的认识，即伴随着ATp的水解与合成的过程，发生着能量的释放与储存，从而推动新陈代谢顺利进行。教法建议
本节教学内容中，ATp的分子简式、ATp的生理功能是重点，ATp与ADp的相互转变在新陈代谢中的作用，既是教学重点也是难点。
1.引入本节课时，首先要让学生明确以下事实，即生物体的生存不仅仅要依靠物质上的支持，同时还必须有能量的维持，在生物体内发生物质变化的同时，必定伴随着能量的获取、储存、释放、利用和散失。这样，引入ATp这一生物体直接能源就顺理成章了。
2.引出ATp这一高能化合物时，还是先从学生较为熟悉的能量形式入手比较容易被学生接受。比如，可先从宏观上引导学生分析绿色植物的光合作用过程把光能以化学能的形式储存在糖类、脂肪等有机物中;动植物又通过呼吸作用分解体内的有机物而获取生命活动所需的能量。在此基础上，引导学生进一步分析出：光能只有转化成一种活跃的化学能，才能被绿色植物利用;同样，动、植物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量，除了一部分以热能的形式散失或维持体温外，其余的都要转化成一种活跃的化学能，才能用于各项生命活动。那么这种活跃的、随时可以利用的化学能是什么呢?这样自然而然地就引出ATp这一生物体的直接能源物质。
3.ATp的分子结构不宜讲授得过于深入。学生只要了解ATp中具有不稳定的高能磷酸键，ATp水解时释放其能量，形成ATp时需要能量就可以了，应把学生讨论的重点放在ATp释放出的能量用于哪些生理过程，及形成ATp的高能磷酸键时，能量来自哪些生理过程，以便使学生易于理解ATp和ADp的相互转变在细胞中能量的储存、转移和利用中的作用。
4.ATp与ADp的相互转化及这种转化在能量的储存、转移和利用中的作用，是本节学习的难点。为使学生的讨论顺利进行，教师应适时给学生以下提示：其一，细胞内ATp的含量是相对稳定的;其二，ATp在细胞内的含量是极少的，其三，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATp的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源;其四，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATp，且ATp水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATp与ADp之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的，ATp是生物体的直接能源，是细胞能量代谢的通用货币。
5.ATp的形成途径也不宜太深入，因为光合作用、呼吸作用的具体过程还没学到。注意引导学生分析出绿色植物通过光合作用，将光能转化成ATp中的化学能，并将ATp中的化学能最终储存在糖类等有机物中，即光合作用过程中固定的光能是绿色植物、动物和人形成的ATp的能量源泉。 教学设计示例【课题】 第二节 新陈代谢与ATp
【教学重点】ATp的分子简式及其结构特点、ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、ATp的形成途径、ATp是新陈代谢的直接能源，能理解ATp作为“能量通用货币”的含义
【教学难点 】ATp和ADp之间的相互转化及其对细胞内能量代谢中的意义、理解ATp作为“能量通用货币”的含义
【课时安排】1课时
【教学手段】板图、挂图、多媒体课件
【教学过程 】
1、引言
设计1：通过学生列举生活实例引入ATp这一高能化合物。新陈代谢的物质变化过程中，必定伴随着能量的转化。为了使学生对能量的转化有一个感性的认识，教师应鼓励学生从自己的生活中找一些能量转化的实例，比如可以提问：
(1)“你能举出几个生物体内发生的诸如能量转化、或能量的吸收储存、或能量的释放利用的例子来吗?”
(2)“绿色植物能把光能直接用于有机物的合成吗?”或“生物体通过呼吸作用把有机物中的能量释放出来，这些能量能直接被细胞利用吗?”
不能，光能必须要转化为一种活跃的化学能才能用于有机物的合成;有机物中的能量通过呼吸作用释放出来后，也必须转化为一种活跃的化学能才能用于生物体的各项生命活动，携带这种活跃的化合能的物质就是一种高能化合物，即ATp，这样很自然地引入了ATp这个概念。
设计2：从细胞中能量利用存在的矛盾入手，设计相关的问题串引入ATp这一高能化合物。
(1)“细胞中主要是由什么细胞器来产生能量的?”
线粒体的呼吸作用氧化分解有机物释放能量
(2)“细胞中有哪些生理过程在不断地消耗着能量?”
细胞分裂、细胞核中DNA的复制、核糖体合成蛋白质、细胞膜主动运输、高尔基体合成分泌等需要能量
(3)“细胞内产能与用能很明显地存在着空间上的隔离，细胞是怎样解决这一矛盾的呢?”
(4)“细胞内存在有糖类、脂肪等有机物，这些有机物含有大量且稳定的能量，但某项生命活动可能不用大量的能量就足以进行，而且糖类、脂肪中储存的能量又过于稳定，不易被生物体利用，细胞又是怎样解决这一矛盾的呢?”
这样就可自然地引入ATp这种储能少、不稳定、可为所有生理活动供能的高能化合物。
2、ATp的分子简式及其结构特点
在引导学生讨论ATp的分子结构简式及其特点时，可从ATp的英文名称中的三个字母含义、中文名称、ATp是高能化合物等方面入手，使学生易于理解ATp的结构特点及其生理作用。
需要向学生解释清楚高能化合物的概念，即高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般的共价键的2倍以上，如ATp末端磷酸水解生成ADp和磷酸时，释放出的能量约30.5kJ/mol上，而6磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol。这种键称为高能键，常以“~”符号表示。含有高能键的化合物统称为高能化合物。
然后让学生自己分析ATp的结构简式的含义，如ATp中两个磷酸基团之间(p和p之间用“~“表示)的化学键是高能磷酸键。
细胞内释放能量的反应，如呼吸作用常会伴随ADp转变成ATp;而耗能的反应，如蛋白质的合成等，需要用ATp水解成ADp再将能量释放出来，以推动需能代谢反应的进行。
ATp和ADp在体内总是处于不停地转化中，且处于动态平衡之中。
3、ATp和ADp之间的相互转变及其意义
在引导学生讨论ATp和ADp之间的相互转变时，需强调细胞内ATp的含量是相对稳定的;ATp在细胞内的含量是极少的，细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATp的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源，呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATp，且ATp水解后释放的能量才可被细胞利用。最终应使学生认识到ATp与ADp之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的，ATp是生物体的直接能源，是细胞能量代谢的“通用货币”。
4、在讨论了ATp和ADp之间相互转变及其意义后，在小结ATp在细胞内能量的转换、运输、利用中的关键作用时，可结合本节所讲的内容，提一些与ATp有关的综合性问题供学生讨论，让学生在讨论中加深对ATp这一生物体直接能源物质的理解。比如，可以讨论下面几个问题：
(1)众多能源物质中，ATp这种绝对含量极少的物质为什么成为直接能源?
葡萄糖、糖元、淀粉、脂肪、氨基酸、脂肪酸、磷酸肌酸等，这些都可作为生物体的能源物质，但生物体不能利用这些能源物质中的能量，这些物质中储存的能量必须要转移给ATp中。生物体直接从ATp中获得生命活动所需的各种形式的能量，如ATp可转化为机械能、电能、渗透能、化学能、光能和热量等。
(2)为什么ATp是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质，成为生物的直接能源呢?
我们来看看葡萄糖和ATp分子中储存能量的差异就明白了。ATp末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解时释放20.92 kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物，可见ATp是高能化合物，而且其能量与某些高能化合物(如磷酸肌酸)相比，要低一些，因此磷酸肌酸中的能量可在不需额外供能的情况下转移给ATp。而葡萄糖分子彻底氧化为二氧化碳和水后，释放出2870kJ/mol的能量。结果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在银行里的钱，而储存在ATp分子中的能量则像“零钱”，它更容易在细胞中被使用，因此还有的说ATp是能量的“通用货币”就是这个道理。
(3)ATp对生命的维持是极其重要的，试想：当产生ATp的过程停止时，会发生什么?
举一个例子，学生可能知道氰化物可以在非常短的时间内使人死亡，其毒理就是阻挡ATp的形成。当人体ATp合成受阻后，机体没有ATp，神经细胞和其他细胞中的细胞活动就不能继续，人在36分钟内就会失去知觉。
(4)还有一个问题值得一提，就是ATp在生物体中的绝对含量是极小的，但生物体中的每一个细胞每时每刻都在消耗着ATp，但在正常情况下，生物体内的ATp量可满足机体的要求，奥妙何在呢?
生物体可把其它能源物质的能量高速地转移给ATp，以补充ATp的消耗，即ATp—ADp循环速度是很快的。
高中生物教案：植物细胞
一、教学目标
【知识与技能目标】学会制作临时装片的基本方法，能够使用显微镜观察自己制作的临时装片，认识并阐明植物细胞的基本结构。
【过程与方法目标】通过动手操作、分组实验以及小组学习交流等方式，掌握用显微镜观察装片的技能以及植物细胞的相关知识。
【情感态度与价值观目标】培养动手操作能力，以及对于生物学科的兴趣。
二、教学重难点
【教学重点】制作临时装片，归纳植物细胞结构。
【教学难点】以胆大心细的心态和实事求是的科学态度，练习使用显微镜观察并辨别植物细胞的结构。
三、教法学法
启发法、讲授法、实验法
四、教学准备
学生预习，自愿准备感兴趣可观察的植物材料，如：洋葱、成熟的番茄、黄瓜、西瓜、苹果等。镊子、刀片、滴管、纱布、吸水纸、载玻片、盖玻片、显微镜等。
五、教学过程
环节一：创设情境，导入新课
邀请学生展示各自准备的生物材料，并且对于材料做以适当的说明从而激发他们的研究兴趣和探究欲望。
其次请学生使用显微镜，并请有关学生纠正其中容易出错或者操作注意要点。从而复习、巩固上节课学习内容，为本节课做铺垫。最后，教师通过显微镜的使用与再次的学习，由显微镜的用途引出本节课的学习。
环节二：自主探究，新课教学：
由显微镜的用途，提出问题：学会操作显微镜是为了利用它看到微观生命世界，那么是否可以直接把一个洋葱或者黄瓜放到显微镜下，就能看到起内部结构呢?引发学生思考。最终引出用显微镜观察材料需要做哪些前期准备以及材料的特点。其次通过多媒体的形式展示各种不同玻片的标片，让学生更加了解到制作标片的必要和基本形式。
由教师介绍制片所需要的一些材料用途和用法，简单介绍一下在制片过程中牵涉到的一些陌生的名词和过程。在学生大致了解制片基本的一些知识基础上，提出一些问题，让学生带着问题，思考并观察老师制片，以及选择一两名学生跟随着操作，同时，随时依据所提出的问题，适时的停顿，一一对疑惑加以解决。所提问题依次是：①擦拭载玻片和盖玻片的目的?若擦拭不净，后果如何?②滴清水的量如何掌握?水量过多过少对实验有何影响?③取材的部位、方法、大小?④盖盖玻片的方法、原因(即目的或避免出现的不利影响)⑤滴染色剂的位置、数量?⑥吸引染液的方法?最后，组织学生开始自主来制作临时装片，对于刚学习的方法加以及时巩固，老师则在其中不断巡视加以指导纠正。
在学生学会制备临时装片之后，组织学生用显微镜来初步观察一下自己所制备的玻片的效果。同时，老师通过细胞结构的彩色挂图、模型引导学生正确认识细胞的结构。在此基础上，老师先给学生以标准的玻片，组织学生通过显微镜来观察植物细胞的各个结构，学会辨别各个细胞以及其结构上的特点。同时，邀请学生通过自己的语言来描述各个细胞结构的特点，其他学生补充，最后老师总结。在观察了多种植物细胞的临时装片后，讨论、归纳、总结出植物细胞共同具有的主要结构，体会细胞的整体性。并适当联系日常生活实际，感知细胞液里含有的物质。最后要求学生根据自己观察到的物像，跟随老师的讲解和示范，绘图。注意把握绘图要领。同时，作为教师则通过边讲解生物图的画法和注意事项，边在黑板上画板图示范。
组织学生观察自己制作的玻片，检查制片效果，以及是否能找出相关的细胞结构。分析制片过程中的不足和以后需要注意的地方。
环节三：巩固提高，小节作业：
组织学生集中讨论课后的练习题，也可在制片、观察过程中留意各种情况的出现，及时思考、尝试处理，再讨论交流，总结。
六、板书设计
高中生物复习专题教案: 遗传与进化
第四部分 遗传与进化
第34讲 生物进化
一、考点内容全解
（一）本讲考点是什么
1.达尔文自然选择学说
（1）主要内容：达尔文认为遗传和 变异是自然选择的基础(内因)；生存斗争是生物进化的动力(外因)；过度繁殖为自然选择提供了更多的选择材料，同时加剧了生存斗争；定向的自然选择决定了生物进化的方向。其要点图示如下：
（2）评价
意义：科学地解释了生物进化的原因，以及生物的多样性、适应性。
局限：对于遗传和变异的本质、自然选择如何起作用等方面存在猜想和片面，甚至错误的认识。
2.现代生物进化理论
现代生物进化理论是达尔文自然选择学说和基因学说的综合，也就是说用现代遗传学理论来补充和完善达尔文学说的不足，如通过种群、基因库、基因频率解决了达尔文不能解释的自然选择如何发挥作用的问题 。其本观点是：
（1）种群是生物进化的单位，生物进化的实质在于种群基因频率的改变。
（2）突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节，通过它们的综合作用，种群产生分 化，最终导致新物种的形成。
在这个过程中，突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群基因频率发生定向改变并决定生物进 化的方向，隔离是新物种形成的必要条件。图示如右：
（二）考点例析
[例1]用生物进化论的观点解释病菌抗药性不断增强的原因是
a．使用抗菌素的剂量不断加大，病菌向抗药能力增强方向变异
b．抗菌素对病菌进行人工选择，生存下来的病菌都是抗药能力强的
c．抗菌素对病菌进行自然选择，生存下来的病菌都是抗药能力强的
d．病菌中原来就有抗药性强的个体，在使用抗菌素的过程中淘汰了抗药性弱的个体
[解析]本题考查学生对达尔文生物进化观点的理解情况。根据达尔文的进化观点，由于变异，病菌本身存在着个体差异，有的抗药性强，有的抗药性弱，有的无抗药性，抗菌素的使用对病菌起了自然选择作用，而不是人工选择(人工选择是指人类有目的地选择适合人类需要的生物品种) 。通过一代又一代地自然选择，病菌的抗药性会越来越强。
[答案]c、d
[解题警示]最容易犯的错误是“生物主动的适应（变异能按生物意愿而发生有利的定向变异）”
[例2]在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中，基因型为aa的个体占18％，基因型为aa的个体占78%，aa的个体占4%。基因a和a的频率分别是：
a.18%、82% b.36%、64% c.57%、43% d.92%、8%
[解析]不妨设该种群为100个个体，则基因型为aa、aa和aa的个体分别是18、78和4个。就这对等位基因来说，每个个体可以看做含有2个基因。那么，这100个个体共有200个基因，其中，a基因有2×18+78=114个，a基因有2×4+78=86个。于是，在这个种群中，
a基因的基因频率为： 114÷200=57%
a基因的基因频率为： 86÷200=43%
[答案]c
[说明]可以先算出一对等位基因中任一个基因的频率，再用1减去该值即得另一个基因的频率。
[同类变式]据调查，某地人群基因型为xbxb的比例为42.32%、xbxb为7.36%、xbxb为0.32%、xby为46%、xby为4%，求在该地区xb和xb的基因频率分别为
[解析]取100个个体，由于b和b这对等位基因只存在于x染色体上， y染色体上无相应的等位基因。故基因总数为150个，而xb和xb基因的个数xb、xb分别为42.32×2+7.36+46＝138，7.36+0 .32×2+4＝12，再计算百分比。xb、xb基因频率分别为138/150＝92%，12/150＝8%
[答案]92%， 8%
[例3]图为加拉帕戈斯群岛上物种演化的模型，a、b、c、d为四个物种及其演化关系，回答：
(1)a物种进化为b、c两个物种的两个外部因素是
(2)甲岛上的b物种迁到乙岛后，不与c物种进化为同一物种的原因是
(3)迁到乙岛的b物种进化为d物种的原因
[解析]a物种原是同一自然区域的生物类群，后来，同一物种的生物有的在甲岛生活，有的在乙岛生活，由于甲、乙两岛环境条件不同，使得同种物种的两个种群的基因频率发生不同的定向改变。再加上甲、乙两岛由于地理隔离而不能相互自由交配，使不同种群的基因库不同。所以，最后的进化结果是形成两个物种。甲岛上的b物种迁回乙岛后，由于各自种群的基因库已发生改变，加之二者的生殖隔离，因此物种b不会与c物种共同进化为一个相同的新物种，而是各自独立进化。因甲、乙两岛的环境条件不同，再加上由于地理隔离导致生殖隔离，不能与b自由交配，故d物种在b物种基础上进化而成。
[答案] (1)自然选择、地理隔离 (2)b与c间已形成生殖隔离 (3)甲、乙两岛的环境条件不同，自然选择作用不同，再加上地理隔离使它们基因频率的差别得到累积而形成了生殖隔离。
二、方法技巧规律
近几年高考命题集中在三个方面：（1）自然选择学说的理解和运用；（2）基因频率的有关计算；（3）对生物进化一些新观点、新学说的评价；（4）生物进化的证据。未来高考考向预测：（1）与遗传基本定律相结合，以基因频率为知识切入点，解决进化中的相关计算问题；（2）研究生物大分子进化；（3）与生态学知识相结合，考查综合运用现代进化理论分析生物多样性。
1.运用遗传的基本定律，结合“哈代-温伯格”基因平衡定律解决有关基因频率的计算问题，加深理解自然选择学说的实质。
在一个种群中符合以下5个条件：①种群极大②种群个体间的交配是随机的③无基因突变④无新基因加入⑤无自然选择的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，保持平衡。用数学方程式可表示为：(p+q)2=1,p2+2pq+q2=1，p+q=l。其中p代表一个等位基因的频率，q代表另一个等位基因的频率。运用此规律，已知基因型频率可求基因频率；反之，已知基因频率可求基因型频率。
2.生物进化历程和彼此间的亲缘关系是进化论的重要内容，能够提供生物进化和亲缘关系的证据有多方面，要学会运用已有知识去寻找证据：
（1）古生物学研究提供的证据：化石。通过对地层中化石的研究表明：生物进化与自然条件的改变密切相关；生物的进化有许多中间过渡类型连接。
（2）胚胎学研究提供的证据：重演律——生物个体发育过程中，重现其祖先的重要发育阶段。通过对动物胚胎发育的研究，可推测生物之间的亲缘关系和各种生物的起源。（3）比较生理学研究的证据：如血清鉴别法，注射了异种动物血清后根据沉淀情况，测定各种生物的亲缘关系。若沉淀反应愈强，说明血清蛋白差异越小，亲缘关系越近；反之，则越远。
（4）分子生物学研究的证据：测定不同生物的同种 蛋白质的分子结构，差异越小，亲缘关系越近；不同生物的核酸分子杂交，杂交程度越高，亲缘关系越近。
[例4]某人群中每10000人中有一白化病患者(aa)，问该人群中带有a基因的杂合体概率是
[解析]已知基因型aa的频率为1/10000则基因a的频率q= =0.01，基因a的频率p=1－0.01=0.99，，则基因型aa的频率为2pq=2×0.99×0.01=0.0198
[答案]0.0198
[特别提示]熟练运用遗传的基本定律，结合“哈代-温伯格”基因平 衡定律计算基因频率这是定量描述自然选择的基础。
[同类变式]人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因控制。如果群体的发病率是1/10000，表现型正常的个体与苯丙酮尿症患者婚配，生出患苯丙酮尿症小孩的概率约为
[解析]本例是[例4]的拓展。依基因的平衡定律，杂合体基因频率为2×1/100×(1－1/100)≈1/50≈杂合体占表型正常个体的机率，故表型正常个体婚配子女患病机率为1/4×1/50＝1/200
[答案]1/200
[例5]研究表明鱼和蝌蚪的排泄物主要是氨，两栖类的排泄物主要是尿素，飞行类和鸟类的排泄物主要是尿酸。经测定，在鸡胚的发育过程中，含氮化合物的排泄情况如图。
该图说明：
①
②
[解析]据图可知，第4天的鸡胚，氮排泄物主要是氨，其排泄功能与鱼类相似；第7天的鸡胚主要排泄尿素，与两栖类相当；第10天的鸡胚主要排泄尿素，与鸟类相当。由此可见，鸡胚发育简单而迅速地重演其祖先进化的历程，这是胚胎学为生物进化及生物间亲缘关系提供的证据。
[答案] (1) 动物的个体发育简单而迅速地重演其系统发育的过程 (2)进化历程：鱼类→两栖类→鸟类
[特别提示]无论采用何种方法、何种指标比较各种生物的亲缘关系：相似（近）程度越多则亲缘关系越近。
[例6]1977年，科学家在深海中的火山口周围发现热泉。热泉喷出的海水温度超过300℃，并且富含硫化氢和硫酸盐。令人惊奇的是，在这样的海水中，竟发现大量的硫细菌。这些细菌通过氧化硫化物和还原二氧化碳来制造有机物，在热泉口周围还发现多种无脊椎动物，如大海蛤、蟹、管水母、没有口也没有消化道的管居环节动物等。近年来，人们不断在深海发现这样的热泉生态系统。有些科学家认为热泉口的环境与地球上早期生命所处的环境类拟。请根据以上材料回答：(1)上述硫细菌的同化作用类型是
(2)与一般生态系统相比，深海热泉生态系统有哪些特殊之处?
(3)研究深海热泉生态系统有什么意义?
[解析]本题考查了生物代谢、进化和生态的知识，旨在阐 明生物体结构与功能相统一的观点，更为重要的是引导考生解放思想，不要被传统观念所束缚，只有批判地继承，大胆创新，才能攀登科学的高峰，为人类和社会发展做出更大贡献。(1)根据题目材料信息：这些细菌通过氧化硫化物和还原二氧化碳来制造有机物。以h2s为例，则：
h2s+o2 so2+能量(化学能)
co2+h2o (ch2o)
可见硫细菌为化能自养型生物。(2)深海热泉生态系的特殊之处可从无机环境、生产者类群和生态系的能源等三个方面进行描述。(3)阅读完题干，给人的第一印象是生物的适应性和多样性超出我们的预料，进而对热泉生态系生物的抗高温、高压能力感到迷惑，还有“有些科学家认为热泉生态系的环境与地球上早期生命所处的环境类似”，这难道不是生命起源和生物进化的鲜活材料吗?
[答案](1)化能自养型 (2)①能源是化学能，不是太阳能 ②生产者是化能自养细菌，不是绿色植物 ③无机环境是高温、高压、无光环境，不是常温、常压、有光环境 (3)①丰富人们对生物适应性或多样性的认识；②对研究生物抗高温、抗高压的机理有重要价值；③对研究生命的起源和生物的进化有一定意义。
三、基础能力测试
1．右图为某一群体基因频率变化图(樟坐标表示基因型，纵坐标表示频率)，则与这一现象相符的事实是
a．克格伦岛上残翅昆虫和强翅昆虫的形成
b．人类新生儿体重过重或过轻死亡率较高
c．育种学家选育某抗病品种
d．工业(尺蛾)黑化
2．下列叙述中正确的是
①自然选择是通过生存斗争来实现的 ②生存斗争是通过自然选择实现的 ③适应是自然选择的结果 ④自然选择是适应的结果
a．①② b．①③ c．②③ d．②④
3．若让某杂合体连续自交，那么能表示自交代数和纯合体比例关系的是
4．在进化过程中，有关生物类型出现的几种描述，可能性的是
a．自养、厌氧异养、需氧异养 b．需氧异养、厌氧异养、自养
c．厌氧自养、需氧异养、光能自养 d．厌 氧异养、光能合成自养、需氧异养
5．在1.5×108a前(用150mabp表示)的沉积物中发现了已灭绝的剑尾动物。对每个个体背甲的长宽比都进行了测量。长宽的比值用s值表示。在下图中，p曲线表示150mabp时该动物s值的分布，在100mabp的沉积物中，在3个不同地点发现了3个不同剑尾动物的群体。
选项 a b c d
新种形成 b c c b
环境不变 a c a b
图中a、b、c分别表示3种动物群体中s值的分布情况。那么，在a、b、d个群体中，哪一群体最可能出现了新种?在发现剑尾动物的3个地区中，哪一地区的环境最可能保持不变? 请从下表a、b、c、d选项中选择正确的一项。6．对细胞中某些物质的组成进行分析，可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段，一般不采用的物质是
a．蛋白质 b．dna c．rna d．核苷酸
7．用现代生物技术能制造出新的生物品种，这主要是由于①现代技术可在短时间内完成高频率的基因突变或基因重组②现代转基因技术可迅速改变生物的基因组成③现代生物技术可迅速使新品种形成种群④现代技术可使新品种的产生不需要经过地理隔离
a．①②③④ b．①②③ c．②③④ d．①③④
8．图表示最早生活在这个区域同种生物的群体由于屏障(水)的阻碍，已经分离为两个独立的群体。如果群体a经历了长期的生活环境剧烈的变化，而群体b的环境无大变化，则群体a的进化速度将可能是
a．比群体b快 b．比群体b慢 c．与群体b相同 d．停止进化
9．下图表示4种不同森林环境的树于样品，在一个大城市附近的森林环境中释放了1000只白色的和1000只黑色的飞蛾。三周后重新捕捉到778只白飞蛾和135只黑飞蛾。该城市附近的树干很可能类似于
a b c d
四、潜能挑战测试
10.假设一对等位基因a、a的频率为a=0．9，a =0．1，那么aa、aa、aa三种基因型的频率分别是 、 、 ；若环境的选择使用使a的率由0．9降为0．7，选择后第二代基因型知aa、aa的频率分别是 、 ；若选择作用保持变，后代基因型频率变化是
11.右图为人、猪、鼠、野山羊、鸭嘴兽的胰岛素分子同源性分析统计曲线(纵 标表示氨基酸序列相同的百分率)。回答：
⑴曲线中代表猪的点是
⑵分子进化速率为每改变1%氨基酸需p年, 若人和猪胰岛素同源序列，在总共m个氨基酸中有n个氨基酸不同，则可推知人和猪的祖先在距今年 前开始分道扬镳。
⑶请你运用鸭嘴兽作为材料，说明一种生物学观点。
12．所谓“杂种优势”，是指杂合体的生活力(繁殖力、抗逆性及产量和品质)高于亲本的平均值，甚至超出亲本范围的现象，杂种优势常见于种间杂种的子一代
(1)试运用“杂种优势”原理解释近亲繁殖的坏处
(2)生物进化实质是环境对不利基因的淘汰及对有利基因的保留和放大过程。为模拟自然选择过程，假定基因型为aa、aa个体全部能生存并繁殖后代，而基因型为aa的个体全部致死，若不考虑基因突变，试求基因型为aa个体自交，fn代各基因型的比例？先猜想，再用数学归纳法证明。
五、参考答案与提示
1．a（ 由图可知基因型频率向两个方向发展, 最终将导致两个不同物种或不同性状生物形成，这种现象称为分裂性选择）
2．d（ 自然选择是通过生存斗争来实现的；通过自然选择形成物种多样性、生物的适应性和实现生物进化）
3．a( 用“归纳法”得杂合体的比率为（1/2）n-1，故纯合体（aa和aa）比率值域亦为（0，1）)
4．d( 原始生命结构非常简单，没有自养的结构基础，同时原始海洋有机营养十分丰富，异养条件充分；而且因环境中无氧，只能进行无氧呼吸。随后出现原始的光合自养型生物，同时生成o2，形成“第二代大气”。环境有o2后，生物经变异产生的有氧呼吸类生物能量利用效率高，经自然选择逐渐演变为需氧型)
5．c( c种群的s值有2个峰值，表明自然选择已造成种群分异，只要这种“过程”持续下去，就有可能形成在s值上有明显差异的新种。相反地，a种群中的s值近乎恒定，表明a种群所处的自然环境相对稳定)
6．d( 各种生物具有不同dna→不同mrna→不同蛋白质，因而各种生物的dna、mrna、蛋白质具有特异性)
7．a（ “克隆技术”只用于“复制”）
8．a（ 环境选择适应环境的生物物种。群体 b所处环境稳定，自然选择相对稳定）
9．a( 黑蛾重捕数少，表明环境选择白飞蛾)
10．选择前各基因型频率为aa=(0．9)2=0．81，aa=2× 0．9× 0．1=0．18，a a =(0．1) 2=0．01。选择后各基因型频率为aa(0．7) 2=0．49，aa=2× 0．7× 0．3=0．42，a a =(0．3) 2=0．09。由此可见若选择作用继续保，后代中aa将减少，aa将增加）
11．(1)①b ②(n/m)÷1/100×p÷2＝50np/m ③鸭嘴兽是一种过渡型生物的“活化石”，可以作为生物进化的证据
12．⑴近亲繁殖，基因杂合率下降，杂种优势丧失；同时隐性致病基因的纯合率上升，患病几率增大
⑵f1：aa→1/4aa+2/4aa+1/4aa→1/3aa+2/3aa；f2：f1→1/3aa+2/3(1/4aa+2/4aa+1/4aa)→3/5aa+2/5aa……猜想fn：［1-2/(2n+1)］aa+2/(2n+1)aa
证明：①当n=1时，成立 ②假定当n=k时成立，即fk：［1-2/(2k+1)］aa+2/(2k+1)aa那么fk+1：［1-2/(2k+1)］aa+2/(2k+1)( 1/4aa+2/4aa+1/4aa)→［1-2/(2k+1+1)］aa+2/(2k+1+1)aa ③综合①②知原猜想成立
高二生物《新陈代谢与酶》教案
教学目标
知识方面
1、使学生理解新陈代谢的概念及其本质
2、使学生了解酶的发现过程；初步理解酶的概念、酶的特性、影响酶活性的因素
3、使学生理解酶在生物新陈代谢中的作用
能力方面
在引导学生分析生物新陈代谢概念，探究酶的特性，探究影响酶活性因素的过程中，初步训练学生的逻辑思维能力，分析实验现象能力及设计实验的能力，。
情感、态度、价值观方面
通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值的教育。
教学建议
教材分析
1、酶的发现
教材简单介绍酶的发现历史，从1783年意大利科学家斯巴兰让尼设计的巧妙实验到20世纪80年代科学家发现少数的酶是RNA，使学生对酶的研究历史中的一些重大发现有了一个大致了解。
2、酶的特性
酶的特性主要是通过安排了有关的学生实验，让学生通过实验，发现酶的三个特性，这样的编排方式符合学生由感性到理性的认知规律，有利于引导学生主动参与教学过程，并且有利于培养学生的多种能力。酶的高效性特点，是通过比较《实验五、肝脏内的过氧化氢酶比无机催化剂的催化效率》切入；酶的专一性的特点，是通过比较《实验六、探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用》切入；
3、影响酶活性的因素
本节教材主要讲述酶的催化作用需要适宜的条件，通过《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件（选做）》切入。
本节内容的最后，安排了课外读“造福人类的酶工程”，以开阔学生的视野，同时又有助于加强学生对本节基础知识的理解，使学生体会科学、技术在改变人类生活质量中的作用。
教法建议
1、使学生在理解细胞水平上的新陈代谢概念及其本质是本节的重点与难点
新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称，这是在细胞水平上对新陈代谢的描述。其实学生已不是第一次接触新陈代谢的概念，在初中生物课和高中生物课绪论中，学习已接触到诸如同化作用、异化作用及其关系等与新陈代谢有关的知识，但那是在生物个体水平对新陈代谢下的定义。本章的新陈代谢内容是对以往知识的深化和展开，教学教师要有意识地从细胞和分子水平引导学生分析出生物体是如何自我更新的，合成与分解是如何进行的，及其二者的关系，从而使学生更深刻地理解什么是生命。
例如，为使学生理解"新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称"这句话，教师可结合前一章细胞的物质基础与结构基础的相关知识，引导学生分析活细胞中发生的各种化学反应，如发生在线粒体内的糖的氧化放能的化学过程；发生在叶绿体中的水和二氧化碳合成为有机物的化学过程；发生在核糖体上的氨基酸缩合成多肽链的化学过程等，使学生对"新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称"这句话有一个感性认识。
2、使学生理解酶的概念是本节的重点。在本节教学中如何组织学生完成酶具有专一性的实验并实施有效的讨论是本节的难点。
生命体随时随刻发生着数量巨大的生物化学反应，同时又是一个稳定的，开放的系统。细胞中发生的各种化学反应不可能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行，而必须在常温、常压、水溶液环境下能快速、有序地进行的，这就要尽可能地降低化学反应能阈，这是新陈代谢为什么离不开生物催化剂，即酶的原因。
酶的概念和酶的发现可结合一起在让学生讨论，这样可让学生充分体会生产实践和科学实验对科学发展的促进作用。酶的特性这部分内容，可先组织学生依次完成实验，然后再由学生来讨论和总结。
在引导学生分析酶的特性时，引导学生与蛋白质的多样性联系起来，可使学生易于理解酶的催化作用的专一注必定意味着酶的多样性，而且蛋白质分子空间结构的多样性和酶的专一性催化关系密切。
3、使学生理解酶具有高效性、专一性和需要适宜条件是本节的重点，如何组织学生完成影响酶活性因素的选做实验并分析、讨论实验是本节教学的难点。
在组织学生操作、分析、讨论《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件（选做）》基础上，引导学生分析两个坐标曲线图，让学生概括酶的催化作用需要适宜的温度和pH。
教学设计示例
【课题】 第一节 新陈代谢与酶
【教学重点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶的特性、影响酶活性的因素、酶在生物新陈代谢中的作用
【教学难点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶在生物新陈代谢中的作用
【课时安排】1课时
【教学手段】板图、多媒体课件、实验
【教学过程】
1、引入新陈代谢的概念及本质
（1）学生在初中生物学课本、高中绪论课的学习或通过各种媒体的介绍，对新陈代谢已经有了一定的认识，首先，教师应了解学生对新陈代谢是如何理解的。为此教师可设计一些问题，引导学生以自身为例，剖析生命是如何维持的，以此引入本节的学习，如：
①人体的脑细胞是通过什么途径获得营养？脑细胞中产生的代谢废物又是通过什么途径排出体外的？
②进入脑细胞的营养物质是如何被利用的？
③学生如何理解同化作用、异化作用，物质代谢、能量代谢，它们之间有何关系？
④想一想，人体的身体有哪些系统参与了新陈代谢过程，各是如何参与的等等？
（2）学生一般只能从生物个体、器官或系统水平上，说明生物体与外界环境之间进行物质和能量的交换，在此基础上，教师应把讨论引向微观水平，即细胞和分子水平的代谢过程。如可以设问：
①你吃下的肉类蛋白质，通过什么途径转化成为你自身的蛋白质？
②你吃下的淀粉类食物，通过什么途径为你提供能量？等等
通过分析、讨论，使学生理解：细胞的结构和生命活动的维持，需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，从而在细胞水平理解新陈代谢的本质，即“新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称”。
2、酶的概念、特性及其生理功能
在学生理解新陈代谢的本质后，可以利用学生已有的化学知识，分析出无机化学反应过程中所需的条件一般是很激烈的，再让学生分析出生物体细胞生存的条件是很温和的，可以提问，如：
（1）细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效的进行呢？
（2）在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？
这样可顺利地引出活细胞产生的生物催化剂，即酶。
3、酶的发现史
这部分的教学，教师可让学生自己阅读，也可发给学生相应的补充资料，尤其是某种酶的研究过程方面的资料，目的是让学生对酶的研究过程、方法有一个较为全面的了解，让学生切身体会到生物学的实验研究对生物学发现的重要作用。
学生阅读后，可提问：酶都是蛋白质吗？并做一定的说明。
酶是活细胞所产生的具有催化能力的一类特殊的蛋白质。酶是细胞中促进化学反应速度的催化剂。现已发现的酶约有3000种以上。它们分别存在于各种细胞中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使生物化学反应在常温、常压、水溶液等温和的条件下就可顺利进行。
很多年来，人们一直认为所有的酶都是蛋白质。然而生物学家的实验证明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh发现原生动物四膜虫的26S rRNA前体在没有蛋白质的情况下进行内含子的自我拼接，最终形成L19RNA。当时因为只是了解它有这种自我催化的活性，没有把它与酶等同看待。
1983年Atman和pace分别报导了在RNA前体加工过程起催化作用的酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的。如果除去蛋白质部分，并提高镁离子的浓度，则留下的RNA具有与全酶相同的催化活性，这是说明RNA具有酶活性的第一例证。
“酶不都是蛋白质”，这一科学事实再一次有力地证明了实验在科学发展中所起到的举足轻重的作用，同时也让我们看到，科学是发展的，探索是无止境的，而真理是相对的，现在的科学事实可能在今后会被修正，甚至*。
另外，酶、激素、维生素之间的区别值得一提，学生在以后的学习中容易把这些物质和它们的作用搞混。可就高中生物学水平做一简单比较：
酶
激素
维生素
从化学本质上看
蛋白质
蛋白质（如生长素、胰岛素等）、固醇类脂类物质（如性激素）
多种多样，一般为小分子有机物。 如维生素D是固醇类物质；维生素A是脂类物质（萜类）；维生素C是抗坏血酸（葡萄糖的衍生物）等等。
从生理功能看
可提高生物体生物化学反应的速度，是一种生物催化剂。
激素又称“化学信使”，是特定细胞合成的，能使生物体发生一定反应的有机分子。它的作用力很强，很低的浓度就能引起很强的反应，但在细胞中不能积累，很快就会被破坏。
维生素常常与酶结合，是较复杂酶的组成成分之一。天然食物中含量极少，但这些极微小的量对人体的生长和健康是必需的，人体一般不能合成它们或合成量不足，必须从食物中摄取。
可把酶的发现史与酶的特性这两部分教学内容结合起来，这样可使学生用实验方法探索酶的特性顺理成章。
4、酶的特性
在进行酶的特性教学时，教师可提问：
酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点?
为解决这个问题，教师可演示有关实验，也可安排相应的学生实验，引导学生通过对实验现象的观察，分析得出结论，即酶的高效性、专一性与多样性特性。
（1）酶的高效特性实验，实验前有必要简单介绍两项内容：
一是过氧化氢这种物质，它是动植物在代谢中产生的，对机体有毒害作用。生物体可通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。无机催化剂三价铁离子也可催化这一反应；二是本实验的实验步骤。
实验后，让学生讨论得出过氧化氢酶的催化效率高于铁离子的结论，在此基础上，教师可列举其他实例，概括酶的高效性。教师还应强调正是由于酶的存在及其高效性，所以许多代谢反应在体外很难发生，在体内却可迅速进行。
（2）酶的专一性特性
实验前可提问：“食物中的淀粉和蔗糖同属糖类，唾液淀粉酶能否消化水解这两种物质?”
本实验所涉及的颜色反应要在实验前跟学生说明清楚。淀粉水解成的麦芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的条件下，与斐林试剂反应会有砖红色沉淀物质产生，淀粉和蔗糖与斐林试剂无此反应。因此，斐林试剂可以用来鉴定淀粉和蔗糖溶液中是否有麦芽糖和葡萄糖及果糖，进而推测淀粉和蔗糖是否被水解。
在此基础上，教师通过进一步实例说明酶的专一性是酶普遍具有的特性；
（3）酶的多样性原理，可在学生理解酶的专一性原理基础上，结合蛋白质的多样性让学生分析得出。
5、影响酶活性的因素
有条件的学校，应尽量让学生做《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件》，这对于训练学生分析实验能力，理解对照实验的设计方法等都是很帮助的。
在学生通过实验分析得出影响酶活性的因素后，可适当结合学生的生活实际，引导学生分析、讨论一些与之相关的生活常识。如可提问：“持续高烧不退或严重腹泻有时甚至会危及人的生命，学生知道其中的原因吗？”
人的正常体温是37℃，体温升高到38℃，虽然体温只是升高了1℃，但人已感觉非常没有精神，如果升高到39℃甚至40℃以上，而且持续高烧，就会出现一系列严重的反应，如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命，这是为什么呢？原来，酶作为生物催化剂，其催化活性受到很多因素的影响，如温度、pH值、有机溶剂、重金属离子、酶浓度、酶的激活剂、抑制剂等等，而酶的活性受上述因素的影响是非常敏感的，影响因素发生很小的变化的，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。
霍乱是一种烈性传染病，为霍乱弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍乱弧菌通过人的肠粘膜并大量繁殖，同时产生肠毒素引起剧烈腹泻造成迅速而严重的脱水，血容量明显减少，因而出现微循环衰竭，使细胞得不到钾、钠、钙、氯离子，导致肌肉痉挛；细胞得不到碳酸氢根离子而导致细胞内pH值发生较大的改变，酶活性即相应大大降低，严重的会出现代谢性酸中毒，最终病人肾功能衰竭，休克、死亡。人体大量出汗、腹泻都要相应地补充水就是这个道理；婴幼儿自身调节能力差，婴幼儿腹泻常常引起严重后果，就是这个道理。
或者问：“当人误食了含有重金属的食物或农药后，有一种应急措施，就是赶紧给病人大量喝牛奶或豆浆，学生知道这是为什么吗？”
酶活性除了与温度、pH有关外，还受有机溶剂、重金属离子等的影响。有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要原因是有机溶剂和重金属离子与酶蛋白上的某些化学基团结合，使酶的活性完全丧失，这也是人误食了有机磷农药、有机氯农药或含重金属离子的食物中毒甚至死亡的原因。
牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质，这些蛋白质可以和重金属或有机物结合，而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后，大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道吸收，从而也就避免了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会，而保护了这些酶的活性。当然，这只是应急措施，还要去医院洗胃并进行进一步的治疗。
探究活动
探究pH值对酶活性影响
【探究目的】
了解pH对酶活性的影响、学习测定酶的最适pH的方法
【探究原理】
酶的活性受环境pH的影响极为显著。通常各种酶只有在一定的pH范围内才表现它的活性。一种酶表现其催化活性时的pH值称为该酶的最适pH。低于或高于最适pH时，酶的活性逐渐降低。不同酶的最适pH值不同，例如，胃蛋白酶的最适pH为1.5一2.5，胰蛋白酶的最适pH为8等。
应当指出酶的最适pH受反应物性质和缓冲液性质的影响。例如，唾液淀粉酶的最适pH约为6.8，但在磷酸缓冲液中，其最适pH为6.4一6.6，在醋酸缓冲液中则为5.6。
【材料和用具】
1、0.3%氯化钠的0.5%淀粉溶液（新鲜配制）
2、稀释200倍的新鲜唾液。
3、0.1M柠檬酸溶液。
4、0.2M磷酸氢二钠溶液
5、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。
【探究步骤】
取8个50毫升锥形瓶，编号。按下表中的比例，用吸量管添加0.2M磷酸氢二钠溶液和0.lM柠檬酸溶液，制备pH5.0一8.0的8种缓冲溶液。
锥形瓶号
0.2M磷酸氢二钠溶液（ml）
0.lM柠檬酸溶液(ml)
缓冲溶液pH值
1
5.15
4.85
5.0
2
5.80
4.20
5.6
3
6.31
3.69
6.0
4
6.92
3.08
6.4
5
7.72
2.28
6.8
6
8.69
1.33
7.2
7
9.36
0.64
7.6
8
9.72
0.28
8.0
取9支干燥的试管，编号。将8个锥形瓶中不同pH的缓冲液各取3毫升，分别加入相应(l一8号)的试管中。然后，再向每个试管中添加0.5%淀扮溶液2毫升。第9号试管与第5试管的内容物相同。
向第9号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀后放入37℃恒温水浴中保温。每隔1分钟由第9号试管中取出一滴混合液，置于白瓷板上，加一滴碘化钾-碘溶液，检验淀粉的水解度，待结果呈橙黄色时，取出试管，记录保温时间。注意，掌握第9号试管的水解程度是本实验成败的关键之一。
以l分钟的间隔，依次向第l至第8号试管中加入稀释200倍的唾液2毫升，摇匀，并以1分钟的间隔依次将8支试管放入37℃恒温水浴中保温。然后，按照第9号试管的保温时间，依次将各管迅速取出，并立即加入碘化钾-碘溶液2滴，充分摇匀。观察各管呈现的颜色，判断在不同pH值下淀粉被水解的程度，可以看出pH对唾液淀粉酶活性的影响，并确定其最适pH。
探究酶的激活剂及抑制剂
【探究目的】
学习检定激活剂和抑制剂影晌酶反应的方法和原理
【探究原理】
酶的活性常受某些物质的影响，有些物质能使酶的活性增加，称为酶的激活剂；有些物质能使酶的活性降低，称为酶的抑制剂。例如，氯化钠为唾液淀粉酶的激活剂，硫酸铜为其抑制剂。
很少量的激活剂或抑制剂就会影响酶的活性，而且常有特异性。值得注意的是激活剂和抑制剂不是绝对的，有些物质在低浓度度时为某种酶的激活剂，而在高浓度时则为该酶的抑制剂。例如，氯化钠达到1/3饱和度时就可抑制唾液淀粉酶的活性。
【材料及用具】
1、l%淀粉溶液。
2、1%氯化钠溶液。
3、碘化钾-碘溶液：将碘化钾20克和碘10克溶解在100ml水中，使用前稀释10倍。
4、稀释100一200倍的新鲜唾液。
5、0.1%硫酸铜溶液。
【探究步骤】
取3支试管，编号。向第l支试管中加入l%氯化钠溶液l毫升，向第2支试管中加入0.1%的硫酸铜溶液l毫升，向第3支试管中加入蒸馏水l毫升作对照。再向每支试管各加入0.l%淀粉溶液3毫升和稀释的唾液l毫升。摇匀各管内容物，一齐放入37℃恒温水浴中保温，10一15分钟后取出。冷后，各滴入2一3滴碘化钾-碘溶液，混匀。观察比较3支试管颜色的深浅。
如果激活剂或抑制剂的作用不明显，主要原因可能是唾液淀粉酶活性不够高，可以适当延长反应时间或者降低唾液稀释倍数，然后再继续实验。
探究酶的专一性
【探究目的】
本实验以唾液淀粉酶和蔗糖酶对淀粉和蔗糖的作用为例，说明酶的特异性。
【材料用具】
1、2%蔗糖溶液：蔗糖是典型的非还原糖，若商品蔗糖中还原糖含量超过一定标准，则呈现还原性，这种蔗糖不能使用。所以，实验前必须进行检查。本实验用的蔗糖至少应是分析纯的试剂。
2、0.3%氯化钠的l%淀粉溶液（新鲜配制）
3、稀释200倍的新鲜唾液。
4、蔗糖酶溶液：取干酵母100克，置于乳钵内，添加适量蒸馏水及少量石英砂。用力研磨提取约l小时，再加蒸馏水，使总体积约为500毫升，过滤。将滤液保存于冰箱内备用。
5、本尼迪克特(Benedict)试剂： 将硫酸铜17.3克溶解于100毫升热蒸馏水中。冷却后，稀释至150毫升。取柠檬酸钠173克及碳酸钠(Na2CO3.H2O)100克，加水600毫升，加热使之溶解，冷后，稀释至850毫升。最后，把硫酸铜溶液缓缓倾入柠檬酸钠-碳酸钠溶液中。混匀后，用细口瓶贮存。此试剂可长时间保存。
【探究步骤】
1、淀粉酶的特异性实验
取2支试管，各加入本尼迪克特(Benedict)试剂2毫升，再分别加入l%淀粉溶液或2%蔗糖溶液各4滴。混合均匀后，放在沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生，纯净的淀粉和蔗糖不呈阳性反应。
再取3支试管，每管各加入稀释200倍的新鲜唾液l毫升。再分别加入l%淀粉溶液或2%蔗糖溶液各3毫升。混匀，放入37℃恒温水浴中保温，15分钟后取出。各加本尼迪克特试剂2毫升，摇匀，放在沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生。
新鲜唾液的稀释倍数，一般为200倍。但是，由于不同人或同一人不同时间采收的唾液内淀粉酶的活性并不相同，有时差别很大，稀释倍数可以是50一300倍，甚至超出此范围。因此，应事先确定稀释倍数。另外，要注意除去唾液里的气泡，避免稀释倍数不准确面影响实验结果。稀释好的新鲜唾液用滤纸过滤后待用。
2、蔗糖酶的特异性实验
取2支试管，各加入蔗糖酶溶液l毫升，再分别加入l%淀粉溶液3毫升或2%蔗糖溶液3毫升。摇匀，放入37℃恒温水浴中保温，10分钟后取出，各加入本尼迪克特试剂2毫升，混匀后放入沸水浴中煮2一3分钟。观察有无红黄色沉淀产生。
再取l支试管，加入蔗糖酶l毫升和蒸馏水3毫升，混匀，加入本尼迪克特试剂2毫升，摇匀，在沸水浴中煮2一3分钟。可以观察到试管内溶液呈现轻度阳性反应，这是由于蔗糖酶溶液本身含有少量还原性杂质的缘故。因此，用此管作为对照，即可解释上述用淀粉作底物的试管内呈现轻度阳性反应的原因。
高中高一生物教案：新陈代谢与酶
教学目标
知识方面
1、使学生理解新陈代谢的概念及其本质
2、使学生了解酶的发现过程;初步理解酶的概念、酶的特性、影响酶活性的因素
3、使学生理解酶在生物新陈代谢中的作用
能力方面
在引导学生分析生物新陈代谢概念，探究酶的特性，探究影响酶活性因素的过程中，初步训练学生的逻辑思维能力，分析实验现象能力及设计实验的能力，。
情感、态度、价值观方面
通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位;通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系;体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值的教育。
教学建议
教材分析
1、酶的发现
教材简单介绍酶的发现历史，从1783年意大利科学家斯巴兰让尼设计的巧妙实验到20世纪80年代科学家发现少数的酶是RNA，使学生对酶的研究历史中的一些重大发现有了一个大致了解。
2、酶的特性
酶的特性主要是通过安排了有关的学生实验，让学生通过实验，发现酶的三个特性，这样的编排方式符合学生由感性到理性的认知规律，有利于引导学生主动参与教学过程，并且有利于培养学生的多种能力。酶的高效性特点，是通过比较《实验五、肝脏内的过氧化氢酶比无机催化剂 的催化效率》切入;酶的专一性的特点，是通过比较《实验六、探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用》切入;
3、影响酶活性的因素
本节教材主要讲述酶的催化作用需要适宜的条件，通过《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件(选做)》切入。
本节内容的最后，安排了课外读“造福人类的酶工程”，以开阔学生的视野，同时又有助于加强学生对本节基础知识的理解，使学生体会科学、技术在改变人类生活质量中的作用。
教法建议
1、使学生在理解细胞水平上的新陈代谢概念及其本质是本节的重点与难点
新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称，这是在细胞水平上对新陈代谢的描述。其实学生已不是第一次接触新陈代谢的概念，在初中生物课和高中生物课绪论中，学习已接触到诸如同化作用、异化作用及其关系等与新陈代谢有关的知识，但那是在生物个体水平对新陈代谢下的定义。本章的新陈代谢内容是对以往知识的深化和展开，教学教师要有意识地从细胞和分子水平引导学生分析出生物体是如何自我更新的，合成与分解是如何进行的，及其二者的关系，从而使学生更深刻地理解什么是生命。
例如，为使学生理解"新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称"这句话，教师可结合前一章细胞的物质基础与结构基础的相关知识，引导学生分析活细胞中发生的各种化学反应，如发生在线粒体内的糖的氧化放能的化学过程;发生在叶绿体中的水和二氧化碳合成为有机物的化学过程;发生在核糖体上的氨基酸缩合成多肽链的化学过程等，使学生对"新陈代谢是活细胞中全部化学反应的总称"这句话有一个感性认识。
2、使学生理解酶的概念是本节的重点。在本节教学中如何组织学生完成酶具有专一性的实验并实施有效的讨论是本节的难点。
生命体随时随刻发生着数量巨大的生物化学反应，同时又是一个稳定的，开放的系统。细胞中发生的各种化学反应不可能在高温、高压、强酸、强碱等条件下进行，而必须在常温、常压、水溶液环境下能快速、有序地进行的，这就要尽可能地降低化学反应能阈，这是新陈代谢为什么离不开生物催化剂，即酶的原因。
酶的概念和酶的发现可结合一起在让学生讨论，这样可让学生充分体会生产实践和科学实验对科学发展的促进作用。酶的特性这部分内容，可先组织学生依次完成实验，然后再由学生来讨论和总结。
在引导学生分析酶的特性时，引导学生与蛋白质的多样性联系起来，可使学生易于理解酶的催化作用的专一注必定意味着酶的多样性，而且蛋白质分子空间结构的多样性和酶的专一性催化关系密切。
3、使学生理解酶具有高效性、专一性和需要适宜条件是本节的重点，如何组织学生完成影响酶活性因素的选做实验并分析、讨论实验是本节教学的难点。
在组织学生操作、分析、讨论《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件(选做)》基础上，引导学生分析两个坐标曲线图，让学生概括酶的催化作用需要适宜的温度和pH。
教学设计示例
【课题】 第一节 新陈代谢与酶
【教学重点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶的特性、影响酶活性的因素、酶在生物新陈代谢中的作用
【教学难点】新陈代谢的概念及其本质的概念、酶在生物新陈代谢中的作用
【课时安排】1课时
【教学手段】板图、多媒体课件、实验
【教学过程】
1、引入新陈代谢的概念及本质
(1)学生在初中生物学课本、高中绪论课的学习或通过各种媒体的介绍，对新陈代谢已经有了一定的认识，首先，教师应了解学生对新陈代谢是如何理解的。为此教师可设计一些问题，引导学生以自身为例，剖析生命是如何维持的，以此引入本节的学习，如：
①人体的脑细胞是通过什么途径获得营养?脑细胞中产生的代谢废物又是通过什么途径排出体外的?
②进入脑细胞的营养物质是如何被利用的?
③学生如何理解同化作用、异化作用，物质代谢、能量代谢，它们之间有何关系?
④想一想，人体的身体有哪些系统参与了新陈代谢过程，各是如何参与的等等?
(2)学生一般只能从生物个体、器官或系统水平上，说明生物体与外界环境之间进行物质和能量的交换，在此基础上，教师应把讨论引向微观水平，即细胞和分子水平的代谢过程。如可以设问：
①你吃下的肉类蛋白质，通过什么途径转化成为你自身的蛋白质?
②你吃下的淀粉类食物，通过什么途径为你提供能量?等等
通过分析、讨论，使学生理解：细胞的结构和生命活动的维持，需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，从而在细胞水平理解新陈代谢的本质，即“新陈代谢是活细胞中全部有序的化学变化的总称”。
2、酶的概念、特性及其生理功能
在学生理解新陈代谢的本质后，可以利用学生已有的化学知识，分析出无机化学反应过程中所需的条件一般是很激烈的，再让学生分析出生物体细胞生存的条件是很温和的，可以提问，如：
(1)细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效的进行呢?
(2)在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢?
这样可顺利地引出活细胞产生的生物催化剂，即酶。
3、酶的发现史
这部分的教学，教师可让学生自己阅读，也可发给学生相应的补充资料，尤其是某种酶的研究过程方面的资料，目的是让学生对酶的研究过程、方法有一个较为全面的了解，让学生切身体会到生物学的实验研究对生物学发现的重要作用。
学生阅读后，可提问：酶都是蛋白质吗?并做一定的说明。
酶是活细胞所产生的具有催化能力的一类特殊的蛋白质。酶是细胞中促进化学反应速度的催化剂。现已发现的酶约有3000种以上。它们分别存在于各种细胞中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使生物化学反应在常温、常压、水溶液等温和的条件下就可顺利进行。
很多年来，人们一直认为所有的酶都是蛋白质。然而生物学家的实验证明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh发现原生动物四膜虫的26S rRNA前体在没有蛋白质的情况下进行内含子的自我拼接，最终形成L19RNA。当时因为只是了解它有这种自我催化的活性，没有把它与酶等同看待。
1983年Atman和pace分别报导了在RNA前体加工过程起催化作用的酶是由20%蛋白质和80%RNA组成的。如果除去蛋白质部分，并提高镁离子的浓度，则留下的RNA具有与全酶相同的催化活性，这是说明RNA具有酶活性的第一例证。
“酶不都是蛋白质”，这一科学事实再一次有力地证明了实验在科学发展中所起到的举足轻重的作用，同时也让我们看到，科学是发展的，探索是无止境的，而真理是相对的，现在的科学事实可能在今后会被修正，甚至*。
另外，酶、激素、维生素之间的区别值得一提，学生在以后的学习中容易把这些物质和它们的作用搞混。可就高中生物学水平做一简单比较：
酶 激素 维生素
从化学本质上看 蛋白质 蛋白质(如生长素、胰岛素等)、固醇类脂类物质(如性激素) 多种多样，一般为小分子有机物。 如维生素D是固醇类物质;维生素A是脂类物质(萜类);维生素C是抗坏血酸(葡萄糖的衍生物)等等。
从生理功能看 可提高生物体生物化学反应的速度，是一种生物催化剂。 激素又称“化学信使”，是特定细胞合成的，能使生物体发生一定反应的有机分子。它的作用力很强，很低的浓度就能引起很强的反应，但在细胞中不能积累，很快就会被破坏。 维生素常常与酶结合，是较复杂酶的组成成分之一。天然食物中含量极少，但这些极微小的量对人体的生长和健康是必需的，人体一般不能合成它们或合成量不足，必须从食物中摄取。
可把酶的发现史与酶的特性这两部分教学内容结合起来，这样可使学生用实验方法探索酶的特性顺理成章。
4、酶的特性
在进行酶的特性教学时，教师可提问：
酶作为生物催化剂，与无机催化剂相比，有何特点?
为解决这个问题，教师可演示有关实验，也可安排相应的学生实验，引导学生通过对实验现象的观察，分析得出结论，即酶的高效性、专一性与多样性特性。
(1)酶的高效特性实验，实验前有必要简单介绍两项内容：
一是过氧化氢这种物质，它是动植物在代谢中产生的，对机体有毒害作用。生物体可通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。无机催化剂三价铁离子也可催化这一反应;二是本实验的实验步骤。
实验后，让学生讨论得出过氧化氢酶的催化效率高于铁离子的结论，在此基础上，教师可列举其他实例，概括酶的高效性。教师还应强调正是由于酶的存在及其高效性，所以许多代谢反应在体外很难发生，在体内却可迅速进行。
(2)酶的专一性特性
实验前可提问：“食物中的淀粉和蔗糖同属糖类，唾液淀粉酶能否消化水解这两种物质?”
本实验所涉及的颜色反应要在实验前跟学生说明清楚。淀粉水解成的麦芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的条件下，与斐林试剂反应会有砖红色沉淀物质产生，淀粉和蔗糖与斐林试剂无此反应。因此，斐林试剂可以用来鉴定淀粉和蔗糖溶液中是否有麦芽糖和葡萄糖及果糖，进而推测淀粉和蔗糖是否被水解。
在此基础上，教师通过进一步实例说明酶的专一性是酶普遍具有的特性;
(3)酶的多样性原理，可在学生理解酶的专一性原理基础上，结合蛋白质的多样性让学生分析得出。
5、影响酶活性的因素
有条件的学校，应尽量让学生做《实验七、探索影响淀粉酶活性的条件》，这对于训练学生分析实验能力，理解对照实验的设计方法等都是很帮助的。
在学生通过实验分析得出影响酶活性的因素后，可适当结合学生的生活实际，引导学生分析、讨论一些与之相关的生活常识。如可提问：“持续高烧不退或严重腹泻有时甚至会危及人的生命，学生知道其中的原因吗?”
人的正常体温是37℃，体温升高到38℃，虽然体温只是升高了1℃，但人已感觉非常没有精神，如果升高到39℃甚至40℃以上，而且持续高烧，就会出现一系列严重的反应，如昏睡、昏迷、惊厥、甚至危及生命，这是为什么呢?原来，酶作为生物催化剂，其催化活性受到很多因素的影响，如温度、pH值、有机溶剂、重金属离子、酶浓度、酶的激活剂、抑制剂等等，而酶的活性受上述因素的影响是非常敏感的，影响因素发生很小的变化的，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应不能正常进行了。
霍乱是一种烈性传染病，为霍乱弧菌所致，曾在世界上引起多次大流行，死亡率甚高。霍乱弧菌通过人的肠粘膜并大量繁殖，同时产生肠毒素引起剧烈腹泻造成迅速而严重的脱水，血容量明显减少，因而出现微循环衰竭，使细胞得不到钾、钠、钙、氯离子，导致肌肉痉挛;细胞得不到碳酸氢根离子而导致细胞内pH值发生较大的改变，酶活性即相应大大降低，严重的会出现代谢性酸中毒，最终病人肾功能衰竭，休克、死亡。人体大量出汗、腹泻都要相应地补充水就是这个道理;婴幼儿自身调节能力差，婴幼儿腹泻常常引起严重后果，就是这个道理。
或者问：“当人误食了含有重金属的食物或农药后，有一种应急措施，就是赶紧给病人大量喝牛奶或豆浆，学生知道这是为什么吗?”
酶活性除了与温度、pH有关外，还受有机溶剂、重金属离子等的影响。有机溶剂与重金属离子影响酶活性的主要原因是有机溶剂和重金属离子与酶蛋白上的某些化学基团结合，使酶的活性完全丧失，这也是人误食了有机磷农药、有机氯农药或含重金属离子的食物中毒甚至死亡的原因。
牛奶和豆浆中含有大量的蛋白质，这些蛋白质可以和重金属或有机物结合，而使这些金属离子和有机物发生沉淀。当人误食了含重金属的食品或农药后，大量饮用牛奶或豆浆可使这些有毒物质沉淀下来不被消化道吸收，从而也就避免了这些有毒物质与人体中正常的酶接触的机会，而保护了这些酶的活性。当然，这只是应急措施，还要去医院洗胃并进行进一步的治疗。
扩展资料
淀粉液遇碘变蓝的原因
淀粉是白色无定形的粉末，由10%～30%的直链淀粉和70%~90%的支链淀粉组成。直链淀粉具有遇碘变蓝的特性，因为溶于水的直链淀粉借助分子内的氢键卷曲成螺旋状，第一个螺距有六个葡萄糖残基组成。如果在淀粉液中加入碘液，碘分子便嵌人到螺旋结钩的空隙处，并且借助范德华力与直链淀粉联系在一起，形成了一种络合物，这种络合物能够比较均匀地吸收波长范围为400~750nm可见光，而反射的光是蓝光，所以使淀粉溶液呈现出蓝色来。
绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA
生物体内存在三千多种具有不同功能的酶，一切生命现象都与酶有关，因为活细胞内的生物化学反应，都是在酶的催化作用下进行的，没有酶，新陈代谢就不能进行，生命也就会随之停止。酶的化学本质是蛋白质，这一认识直到20世纪80年代后才被科学修正过来。科学研究表明，一些RNA分子也具有酶的催化功能，如一种叫RNasep的酶，它是由20%的蛋白质和80%的RNA组成。科学家将这种酶的蛋白质除去，同时提高镁离子的浓度，留下来的RNA仍具有与该酶相同的催化活性。后来的科学实验进一步证实其它某些RNA分子与那些构成酶的蛋白质分子一样，也都是效率非常高的生物催化剂。
酶工程
细菌细胞直径不足2m，每时每刻却发生着1500一2000个化学反应，由1000多种酶对这些反应进行催化和调制，生产着3000多种蛋白质，1000多种核酸;而且细菌合成效率惊人，它合成每个肽链只需百分之三秒，而现代最先进的蛋白质自动合成机器只能合成小肽，而且速度也慢，合成每个肽链需要7分钟，两者相差200多倍;它合成RNA和DNA的速度更是远远超过了人工合成;另外细胞中能量转换效率也很高，这一切都有赖于生物催化剂，这就是酶。现已发现的酶约有几千种以上。它们定位于各种细胞的不同细胞器中，催化细胞生长代谢过程中各种不同的化学反应，使这些反应在正常温度等条件下就可顺利进行。
酶是细胞产物，但不一定非要在细胞内发挥作用，在细胞外，即在非细胞条件下也能发挥作用。19世纪，人们已认识到酵母可以使葡萄糖发酵，产生酒精和二氧化碳，但是对于这一过程是如何进行的，当时主要有两种观点，而且一直未能达成一致。1857年，法国的细菌学家巴斯德认为酒精发酵需要有完整的细胞结构才能实现;德国化学家李比西则认为酒精发酵要求的只是细胞中的某些物质，而不要求完整的细胞参与。直到1897年，毕西纳不用完整的酵母细胞，而用酵母汁进行酒精发酵获得成功，从而证明生物体内的催化反应也可能在体外进行。
正是基于这点，人们可以利用细胞中的酶能催化体外的生化反应，这就是酶工程得以发现的前提。
我们都用过加酶洗衣粉，同一般的洗衣粉相比，加酶洗衣粉中含有蛋白质和脂肪酶等多种通过微生物生产出来的酶，因此，去除汗渍和油污的能力比较强。我们知道，酶作为一类具有生物催化作用的有机物，是在活细胞内产生的。那么，人们是怎样通过活细胞获得这种酶并且在生产和生活中使用这些酶的呢?这些都是通过酶工程来实现的。
所谓酶工程，就是在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术，而且酶工程是生物工程的核心，没有酶的作用，任何生物工程技术都不能实现。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两个方面组成的。
(一)酶制剂的生产
已知酶的种类大约有几千种，实际已被运用于工业生产的仅10余种，如已能够实现工业化大量生产的酶有淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶等，其中碱性蛋白酶用于加酶洗涤剂，占国际上酶销售额的首位，青霉素固化酶用于医疗，占世界用量第二位。
早期酶制剂主要来源于动植物材料，而今酶的主要来源是微生物。酶制剂的生产包括酶的生产、提取、分离纯化和固定化。
1、酶的生产、提取和分离纯化
(1)酶的生产
酶普遍存在于动物、植物和微生物体内。人们最早是从植物的器官和组织中提取酶的。例如，从胰脏中提取蛋白酶，从麦芽中提取淀粉酶;现在，生产酶制剂所需要的酶大都来自微生物，这是因为同植物和动物相比，微生物具有容易培养、繁殖速度快和便于大规模生产等优点。人们提供必要的条件，利用微生物发酵来生产酶。
(2)酶的提取和纯化
从微生物、动植物细胞中得到含有多种酶的提取液后，为了从提取液中获得所需要的某一种酶，必须将提取液中的其他物质分离，这就是酶的分离纯化。经过分离纯化后的得到的酶，活性不能降低，因此，分离纯化必须在适宜的条件下进行。人们多选择不同种类和浓度的有机溶剂，以沉淀不同的酶蛋白，达到分离纯化酶的目的。
2、酶的固定化
将分离纯化的酶制成酶制剂进行干燥处理，再适量加入相应的稳定剂和填充剂，制成粉状制剂，用它们来催化生化反应。但其结果是酶制剂和产物混在一起，不能得到高纯度的产品;也很难让酶制剂进行重复使用。怎么办呢?科学家们想到了酶的固定化。
先将纯化的酶连接到一定的载体上(使酶固定化)，使用时将被固定的酶投放到反应溶液中，催化反应结束后又能将被固定的酶回收。
固定化酶一般是呈膜状、颗粒状或粉状的酶制剂，它在一定的空间范围内使用，产品的纯度高，没有酶的而且酶制剂可反复使用，这种技术是1969年日本首先研制成功，现已方法应用到生产中的。固定化酶同自由酶相比，具有以下优点：其一是稳定性高;其二是酶可反复使用;其三是产物纯度高;其四是生产可连续化和自动化;其五是设备小型化以及可节约能源等。
我们知道，蔗糖几乎全部来源于甘蔗或甜菜，但是甘蔗和甜菜的种植范围都比较有限，因此，蔗糖的产量也就受到了影咱。能不能利用淀粉来生产类似蔗糖的甜味剂呢?科学家通过α-淀粉酶、糖化酶和将葡萄糖异构酶连接到离子交换树脂上，或者包埋在明胶中，制成的固定化葡萄糖异构酶，这种固定化酶可以用于使葡萄糖转化成甜度更高的高果糖浆。一些发达国家高果糖浆的年产量现已达到几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐替代了蔗糖。
3、固定化细胞
利用胞内酶制作固定化酶时，先要把细胞打碎，才能将里面的酶提取出来，这就增加了工序和成本。人们设想直接固定那些含有所需胞内酶的细胞，并且就用这样的细胞来催化化学反应。20世纪70年代，科学家研制成固定化细胞，并且用于生产。例如，将酵母细胞吸附到多孔塑料的表面上或包埋在琼脂中，制成的固定化酵母菌细胞，可以用于酒类的发酵生产。
(二)酶制剂的应用
1、治疗疾病
胰岛素是治疗糖尿病的常用药品，这种蛋白质是胰脏中胰岛细胞分泌的一种激素，是由两条肽链组成，一条由21个氨基酸组成，称为A链;另一条由30个氨基酸组成，称为B链。胰岛素是治疗糖尿病的。由于糠尿病患者很多，胰岛素的需要量很大，所以许多糖尿病患者使用的曾是猪的胰岛素。但是，猪胰岛素与人胰岛素在化学结构上有一处差别：猪胰岛素B链上最后一个氨基酸是丙氨酸，人胰岛素B链上最后一个氨基酸是苏氨酸。因此，用猪胰岛素治疗人的糖尿病，容易使一些患者产生免疫反应。现在，科学家可利用酶，切下并移去猪胰岛素B链上的那个丙氨酸，然后接上一个苏氨酸。这样，猪的胰岛素就魔术般地变成人的胰岛素了;
尿激酶可以用来活化人体内的溶纤维蛋白酶原，使溶纤维蛋白酶原转化为溶纤维蛋白酶，是治疗脑溢血、心肌梗塞、肺动脉阻塞等疾病引起的血栓所需要的药物，它是能利用培养哺乳动物细胞得到的可以商业化的治疗剂。但由尿或组织培养的产物中提取价格较高，1980年4月，科学家已经通过质粒DNA诱发大肠杆菌生产出尿激酶，为在工业上利用酶工程方法生产酶开辟了道路;
青霉素是人们经常使用的一种抗生素。但是，多年的使用使得不少病原菌对青霉素产生了抗药性，为此，科学家一方面研制新的抗生素以替代青霉素，另一方面设法通过有关的酶制剂来改造青霉素的分子结构，进而研制出新型的青霉素。青霉素的分子是由一个母核和一个侧链组成的。科学家利用青霉素酰化酶，将母核和侧链水解开，然后，利用化学合成的方法，使青毒素的母核与其他的侧链连接，从而研制出氨苄青霉素等新型的青霉素。现在，制药厂已经能够利用固定化青霉素酰化酶反应器，成批地生产用于合成氨苄青霉素等新型青霉素的母核了;
再如，溶菌酶可分解病原菌的细胞壁，具有明显的抗菌和消炎作用;溶纤维蛋白酶具有溶解患者血管内纤维蛋白凝块的作用，可以用来治疗血栓病。
2、产品加工
利用酶制剂生产一些产品，这一过程是在酶反器中进行的，酶反应器是指供酶制剂催化化学反应容器。酶反应器分成多种，如具有固定化酶(或固定化细胞)的反应器叫做柱式酶反应器，柱式酶反应器是将含有底物的液体，以一定的速度连续不断地从一端注入装有固定化酶(或固定化细胞)的容器，在液体流经固定化酶(或固定化细胞)时，容器内就发生催化反应并且生成产物、含有产物的液体则连续不断地从容器的另一端流出。同一般的化工容器一样，需要对酶反应器温度和pH等条件进行严格控制;不同的是，酶反应器必须进行无菌操作。
食品加工业方面。酿酒厂和饮料厂利用果胶酶来澄清果酒和果汁，效果十分明显;又如，葡萄糖氧化酶可以除去密封饮料和罐头中的氧气、从而有效地防止饮料和食品氧化变质;再如，用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉丝、肉片等烹调后吃起来嫩滑可口;例如，支链淀粉酶是分解多糖类支链淀粉的酶，它能把胚芽转变为色泽较好的麦芽糖糖浆。麦芽糖的甜味没有葡萄糖浓，但很适口，且容易发酵、粘度大、溶解度大，用其制作糖果可以防止遇热变色，用于冰激凌可以防止产生砂糖结晶。
日常生活方面。照相业由于采用了酶技术使照相材料发生了很大变革;家庭用的洗衣粉里加了一些酶，它能够分解某些蛋白质等物质，使衣服上的血迹、汗渍等容易洗掉。但是，由于这些酶比较脆弱，在漂白剂一同起作用下很容易被破坏，然而酶工程可以解决这一技术难题。目前，市场上己经出现了能够和漂白剂一同起作用的去污酶洗衣粉。科学家通过对去污酶结构上的两个氨基酸进行修改，提高了这种酶的抵抗力。
化学工业方面酶制剂也得到了广泛应用，在塑料工业与合成纤维工业中，已经可以用酶制剂催化氢化链烯的生产;
其他方面，一些纺织原料也可以利用酶制剂进行加工。例如，天然蚕丝(指家蚕吐出的蚕丝)的外表有一层丝胶，丝胶直接影响天然蚕丝的使用。过去，人们只能在高温条件下用碱性物质脱去天然蚕丝上的丝胶。现在，人们可以在温和的条件下，利用蛋白酶对天然蚕丝进行脱胶，脱胶后的蚕丝具有鲜亮的色泽和柔滑的手感。
3、化验诊断和水质监测
根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下形成水和原子氧，而氧原子可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物，人们根据这个原理，将上述两种酶和无色的化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸，当它与尿液相遇时，依据尿液中葡萄糖含量由少到多而呈现出浅蓝、浅绿、棕或深棕色，这样糖尿病人就可以方便地为自己化验尿糖的情况了。科学家根据同一原理，还研制出能够化验血糖数值的血糖快速测试仪，具有灵敏度高和速度快等优点。
酚是一类对人体有害的化合物，经常通过炼油和炼焦等工厂的废水排放到河流和湖泊中，科学家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶传感器，可快速测定出水中质量分数仅有2×10—7的酚。
4、用于生物工程其他分支领域
基因工程离不开内切酶和连接酶;植物体细胞杂交制备原生质体时，需要纤维素酶，人们把它们称为生物工程的工具酶，而这些酶可由酶工程得到。
酶作用的特性
酶是催化剂，只需微量就可以使所催化的反应加速进行，而其本身的质和量都不发生变化，此外酶是生物催化剂，它有着不同于化学催化剂的特性。
(1)酶具有高效性
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：
碳酸酐酶是目前已经知道的催化反应速度最快的酶之一。每个碳酸酐酶分子每秒能够催化 个 ，使它们与相同数量的 结合，形成相同数量的 。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上 倍。酶为什么会具有这样强大的催化能力呢?酶的中间产物学说认为：酶在催化某一底物时，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，酶的催化反应可以写成下式：
S(底物)十E(酶)=SE(中间产物)=E十p(反应产物)
(2)酶具有高度的专一性
这就是说，一种酶只能作用于一种底物，或一类分子结构相似的底物，促使底物进行一定的化学反应，产生一定的反应产物。酶为什么具有这样高度的专一性呢?这可以用“诱导契合学说”来解释。
所谓“诱导契合学说”是指底物一旦与酶结合，酶分子上的某些基团常常发生明显的变化，从而使酶蛋白的构象发生相应的变化，使酶的活性中心的空间结构和底物的空间结构十分吻合，最终契合形成酶—底物络合物，这种变化的结果，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物。科学家们对羧肽酶等进行了X射线衍射研究，研究的结果有力地支持了这个假说。
(3)酶很容易失活
同一般的催化剂相比，酶很容易失去活性。酶失活的原因是蛋白质的空间结构发生改变造成的。
酶的催化作用，受到温度、pH和某些化合物等因素的影响。
温度的影响：在一定的温度范围(0—40℃)内，酶的催化作用速度随着温度的升高而加快。一般地说，温度每升高10℃，反应速度就相应提高一倍。但超过60℃，绝大多数的酶就会失去活性。
pH的影响：酶对环境中的pH十分敏感。酶只有在一定的pH范围内才能表现出活性，超过这个范围，酶就失活了。即使在这个有限的pH范围内，酶的活性也要随着环境中pH的变动而有所不同。一般来说，酶的最适pH在4~8之间。但是，各种酶的最适pH是不一样的。
某些化合物的影响：有些化合物可引起酶失活，如酒精、有机磷农药、有机氯农药等有机小分子物质;重金属离子等;有些离子或简单的有机化合物，能够增强酶的活性，这些物质叫做酶的激活剂。例如，经过透析的唾液淀粉酶的活性不高、如果加入少量的 ，这种酶的活性就会大大增强，因为 中的 起到了激活唾液淀粉酶的作用;还有些物质能够抑制酶的活性，这类物质叫做酶的抑制剂，例如，氰化物可以抑制细胞色素氧化酶的活性。
高中生物教案：群落的演替
1、学习目标
阐明群落的演替过程。
说明人类活动对群落演替的影响。
关注我国实行退耕还林、还草、还湖,退牧还草的政策。
2、重点:
群落的演替过程。
“看”—知识经纬
演替的类型
人类活动对群落演替的影响
退耕还林、还草、还湖
“导”—自主预习
1.生物的群落是一个 系统群落的结构会随着时间的推移,外
界条件的剧烈改变,仍类活动的干扰和破坏,原有生物群落会被破坏和干扰,一个群落会
逐渐被 所替代,这样的过程称之为生物群落的演替。
2.生物群落的演替可分为两种类型 和 演替。初生演替
是指一个从来没有被植物覆盖的地面或原来存在过植被后被彻底消灭了植被的地方发生
了演替。如 、 、 或 的生物群落的演替。
3.经过漫长而艰难的演替过程,裸岩地面上的演替过程一般可分为以下几个阶段:
裸岩阶段→ 阶段→ 阶段→ 阶段→灌木阶
段→ 阶段,从而使物种进一步多样化,生物与环境的关系变得进一步丰
富多样,会使群落系统达到一个相对稳定的阶段,以上为初生阶段。
4.群落的次生演替是原来群落结构受到严重干扰和破坏,一些生物种群被
了,又有一些种群占据原有种群的空间,使另一些生物种群 了,经过一段
时间,最后使群落达到一个 的阶段。例如在弃耕的农田上的群落演替就是
次生演替。在适宜的自然条件下,其大致过程是:弃耕的农田→草木植物阶段→ 阶段→森林阶段。但在干旱荒漠地区,也可能演替为 或 阶
段,而不能最后演替为森林阶段。
5.人类活动对生物群落的演替有着重大的影响,常常会改变生物群落的自然演替的 和 ,破坏阻止或逆转生物群落的自然演替。
6.为了促进生物群落的自然演替,保持好自然环境,处理好经济发展
和 、 、 的关系,走可持续发展的道路,我
国政府在一些破坏严重的地区,提出了 伟大生态工程,
保持好生态环境。
【自我校对】
1.动态 另一个群落 2.初生演替 次生演替 沙丘 火山岩 冰
川泥 光裸岩地 3.地衣 苔藓 草本植物 森林 4.消灭 兴起
相对稳定 草本植物阶段 灌木植物 草本植物阶段 灌木植物5.速度 方向 6.人口 资源 环境 退耕还林还草还湖 退牧还草
“学”—互动探究
探究:群落的演替 1.演替的概念是什么?群落演替过程是怎样的?
提示:随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程,叫做演替。群落演替过程是外界环境与群落内部环境不断变化、相互作用的结果,群落演替总是向着群落恢复相对稳定状态的方向进行。
2.群落演替的原因有哪些?
①环境不断变化,为群落中某些物种提供有利的繁殖条件,而对另一些物种生存产生不利影响。
②生物本身不断进行繁殖、迁徙。
③群落内部由于生命活动造成内部环境改变。
④种内和种间关系不断发生变化。
⑤人类活动的干扰。
3.演替的类型有哪些?他们之间有什么联系与区别?
提示:群落演替主要有初生演替和次生演替两种类型。
(1)初生演替:指在一个从来没有被植物覆盖的地面,或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方发生的演替。例如,裸岩上进行的演替,其过程为:裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→森林阶段。又如,沙丘、火山岩、冰川泥上的演替
(2)次生演替:指在原有植被虽已不存在,但原有土壤条件基本保留,甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体(如能发芽的地下茎)的地方发生的演替。如弃耕的农田、火灾过后的草原、过量砍伐的森林上进行的演替。
初生演替和次生演替的区别在于本来有没有植被或植被被破坏后土壤条件是否保留。一般来说,初生演替比次生演替要经历更长的时间,因为初生演替没有土壤条件,环境极为贫瘠和严酷,而次生演替有土壤条件,环境一般比较肥沃,原有的群落被破坏后留下了大量的有机质和植物的种子或繁殖体等。
4.群落演替的结果是什么?
5.人类活动对群落演替有何影响?
提示:(1)人类活动往往是有目的、有意识进行的,可以对生物之间、人类与其他生物之间以及生物与环境之间的相互关系加以控制,甚至可以改造或重建起新的关系。
(2)人类活动会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。
【经典回眸】
1.(2011·海南单科,24)关于群落演替的叙述,错误的是( )。
A.围湖造田活动对群落演替有影响
B.演替过程中群落的物种组成不断变化
C.次生演替的速度比初生演替的速度快
D.弃耕农田上发生的群落演替是初生演替
【解析】 弃耕农田上发生的群落演替是次生演替,演替过程中,优势种在不断变化,故群落的物种组成不断变化;次生演替的速度较初生演替的快;包括围湖造田在内的人类活动均影响群落的演替过程。
答案 D
2.(2011·重庆模拟)近年来我省某地较多的耕地缺少劳力无人耕种,长久以往,这些耕地将会发生一系列的生态演替;随着气候变迁,沙丘、火山岩、冰川泥地上也会发生一系列的生态演替。下列有关说法不正确的是( )
A.弃耕耕地上发生的演替是次生演替,沙丘、火山岩、冰川泥地上发生的演替是初生演替
B.初生演替形成的群落内不存在竞争现象,次生演替形成的群落内竞争现象明显
C.两种演替过程形成的群落结构都将逐渐复杂,营养级的数目都将会增加
D.与沙丘、火山岩、冰川泥上的演替相比,弃耕耕地形成森林所需的时间较短
【解析】 弃耕农田上原有的植被虽不存在,但原有土壤条件基本保留,属于次生演替;沙丘、火山岩、冰川泥上没有土壤条件,属于初生演替。随时间的推移,两种演替过程形成的群落中的物种种类都将逐渐增加,营养结构都将逐渐复杂化,营养级的数目都将增加,所以群落内都存在竞争现象,只是初生演替的竞争现象不明显。次生演替已有土壤条件,所以形成森林更容易、所需的时间短。
答案 B
【变式训练】
1.(2011·安徽卷)某岛屿有海底火山喷发形成,现已成为旅游胜地,岛上植被茂盛,风景优美。下列叙述不正确的是( )。
A.该岛屿不同地段物种组成上的差异是群落水平结构的体现
B.该岛屿形成后最初进行的群落演替属于次生演替
C.旅游可能使岛上的群落演替按照不同于自然演替的速度进行
D.该岛屿一定发生过漫长的群落演替过程
2.在群落演替过程中,群落中物种的丰富度取决于各类生物的生态位。
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