探究pH对酶活性的影响-教学设计-高一上学期生物人教版必修1

第五章第一节降低化学反应活化能的酶第二课时酶的特性-探究pH对酶活性的影响教学设计教材分析本节内容是“降低化学反应活化能的酶”第二课时的内容，本实验是探究性实验，通过对实验选材、自变量因变量的设置，能够增强学生的实验探究能力，提升学生的科学思维，通过本节课的学习，能够为学习“光合作用”和“呼吸作用”打下良好的基础。学情分析学生已经对酶的发展历程、本质、特性和作用有了一定的理解掌握，并对实验变量的控制原则有一定的认识，但是对科学探究的基本思路和一般方法还缺乏一定的实践和应用，通过本节内容的学习，可以使学生体验实验探究的一般流程，提升科学思维。学习目标1.生命观念：能根据结构与功能相适应的观点阐明影响酶活性的因素2.理性思维：依据实验原则和逻辑分析设计科学可行的实验方案，并对实验进行小组合作探讨，对实验修改和完善3.科学探究：通过问题的提出设计实验，学会控制自变量、观察因变量，并通过小组合作完成实验，体验科学探究的一般过程，提高动手能力4.社会责任：通过实验过程认识到酶在生活中的应用，宣传酶在生活中应该注意的使用要点，宣传科学，健康生活。教学重难点通过问题的提出，遵循实验探究原则，设计合理可行的实验探究方案，按照实验方案进行操作，分析实验结果教学环节教师活动学生活动设计意图创设情境，设疑导入药品实物和ppt结合展示多酶片，安排学生阅读多酶片的说明书注意事项，根据注意事项中的多酶片在酸性条件下易破坏展开提问：为什么多酶片在酸性条件下易受到破坏？学生根据上节课所学的酶的本质进行回答，提出可能的假设。联系日常生活中常见的现象，创设情境，以此来激发学生的学习兴趣，引入本节课的探究主题，探究pH对酶活性的影响过渡：如何验证同学的提出的假设呢？思考验证假设的方案---进行探究实验。引入本节课的实验目的。引导探究pH对酶活性的影响从探究实验的一般流程出发，逐步引导，让学生思考实验思路，选定实验材料，并通过小组合作的方式探讨详细的实验步骤，经过修订完善之后，小组合作完成实验操作，观察实验结果，得出实验结论。思考本次实验的实验思路，在给定的实验材料中，运用上节课所学知识内容，选择合适的实验材料。分析自变量如何控制，如何检测因变量，无关变量的处理方法。根据提供的实验材料和分析，拟定详细的实验方案，其他同学互相补充完善实验方案，确定具体的实验步骤。通过逐步引导，使学生能深入体会探究实验的一般流程，学会自变量的控制方法，因变量的检测方法，以及无关变量的处理原则，通过实验选材，可以让学生认识到实验材料对实验结果的影响，使学生意识到要进行合理选材。通过设计科学合理的实验方案，可以提升学生的科学思维，经过动手实验操作，可以锻炼学生的动手能力，并且小组合作的方式可以增强学生的团队和意识。经过对实验结果的分析，可以锻炼学生的概括归纳能力，模型构建能力，提升学生的学科素养。进一步探究提出新的问题，如何比较不同pH对酶活性影响的差别？阅读课本，85页最后自然段，根据课本提示找出新的实验探究思路。在定性的基础上增加定量实验的探究，将实验进行延伸，进一步完善对知识的理解，强化能力的培养，拓展学生的视野。延伸探究影响酶活性的最适pH如何设计实验对不同pH的影响进行测定呢？通过思考及阅读课本，得出需要进行定量实验，并经过思考得出基本思路：通过设置一系列的pH梯度，测出单位时间内产生的O2量。通过引导学生思考，拓宽学生的思维角度，有助于学生从多方面多角度思考问题，提出不同的解决问题的思路。如何收集O2？展示相关的化学知识，排水集气法和注射器的使用方法，引导学生借鉴化学知识，从提供的器材中设计相应的装置收集O2。根据提示思考如何设计装置收集O2，学生上台展示安装方法和使用方法，以及如何判断O2的产生量。通过思考设计的收集O2装置如下，通过水柱的移动距离和活塞的移动距离判断O2产生量。并且在明确实验装置后，拟定详细的实验步骤，设计记录实验数据的表格通过学科交叉，可以拓展学生的思维角度，并且通过收集氧气装置的设计，可以提升学生的创新能力和实践能力。通过指定详细的实验方案，可以使学生解决实际问题，语言表达能力和组织能力。组织学生展开实验，强调实验注意事项。小组合作实施实验，各小组明确分工、相互合作，精确记录实验数据。通过眼手脑并用，可以锻炼学生的动手能力，记录实验数据，锻炼学生的数据分析处理能力，小组合作提升团队意识组织各小组之间展示结果，小组之间互相交流讨论展示结果，交流讨论创造表达交流的机会，使学生之间展开头脑风暴，互相表达各组的想法和看法，增强发散思维。感受科学技术的发展为科研带来的便利播放数字化实验视频观看视频，体验科学的进步离不开技术的进步。通过视频可以使学生认识到实验方法的多种多样，体验科学与技术之间的互惠互利，能够激发学生的学习热情。回扣主题以诗歌形式结束本节课学习。朗读诗歌，体会酶的本质和作用。通过诗歌可以让学生感受传统文化，提升学生的素养。测评练习姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．下列关于“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”的活动叙述，错误的是（）A．实验的自变量是不同的pHB．反应结束时收集的气体体积是实验的检测指标C．浸过肝脏匀浆的滤纸片数量在实验中保持一致D．不同的pH条件下，一定时间内收集到的产物的量可能相同2．下列是某同学设计的几个实验内容，有关分析正确的是（）①淀粉酶+淀粉溶液②淀粉溶液+蒸馏水③淀粉酶+蔗糖④H₂O₂+肝脏研磨液⑤H₂O₂+FeCl₃溶液A．证明酶具有高效性时，可进行①②组实验或④⑤组实验B．证明酶的专一性时，可设置①③组实验，检验试剂可用碘液C．探究温度对酶活性影响实验时，应在不同温度下进行第④组实验D．探究pH对酶活性影响实验时，不宜选择第①组中的实验材料进行实验3．将某种酶运用到工业生产前，需测定使用该酶的最佳温度范围。下图中的曲线①表示在各种温度下该酶活性相对于最高酶活性的百分比。将该酶在不同温度下保温足够长的时间，再在酶活性最高的温度下测其残余酶活性，由此得到的数据为酶的热稳定性数据，即下图中的曲线②。据此作出判断，正确的是（）A．由曲线①可知80°C为该酶的最适温度，应该在30°C以下保存该酶B．该实验的自变量是测定酶活的温度，因变量是相对酶活性和残余酶活性C．该酶使用的最佳温度范围是70-80°CD．测定②曲线的各数据应在该酶的最适PH和最适温度下进行4．下列有关酶的探究实验的叙述，合理的是（）A．探究pH对酶活性的影响，将α-淀粉酶和淀粉溶液的pH分别调到设定值后再将相应pH下的α-淀粉酶和淀粉溶液混合B．探究温度对酶活性的影响，用α-淀粉酶分别在100°C、60°C、0°C下催化淀粉水解，用碘液检测C．探究酶的专一性，用α-淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，用碘液检测D．探究胃蛋白酶的最适温度，在pH=1．5时设置温度梯度，用双缩脲试剂检测5．下列关于实验或研究方法的叙述，正确的有几项（）①探究光合作用产生的O2的来源实验和噬菌体侵染细菌实验都采用了同位素标记法②用新配置的NaOH和CuSO4的混合液，可检测待测样液中是否含有还原糖③将酶和底物在室温下混合，再在不同温度下作保温处理，可探究温度对酶活性的影响④在探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度时，预实验可以减小实验误差A．1项B．2项C．3项D．4项6．已知酸或碱能水解多糖和蛋白质，碘液在碱性条件下会发生歧化反应，请判断下列利用相关材料，试剂开展的实验，实验目标能够达成的是（）A．利用淀粉、淀粉酶、斐林试剂探究pH对酶活性的影响B．利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性C．利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响D．利用蛋清液、蛋白酶、双缩脲试剂探究pH对酶活性的影响二、多选题7．为探究某蛋白酶对蛋白质的水解作用，将相同大小的蛋白块置于等量且相同适宜浓度的该蛋白酶溶液中，蛋白块消失所需的时间与温度的关系如图所示。下列有关叙述正确的是（）A．该蛋白酶不能为蛋白质的水解提供活化能B．该蛋白酶水解蛋白质的最适温度是45°CC．b和c两点时，酶活性和空间结构的稳定性均相同D．若探究该酶的最适pH，应在45°C时设置一系列pH梯度进行实验8．为研究Cu2+和Cl-对唾液淀粉酶活性的影响，某小组设计了如下操作顺序的实验方案。甲组：CuSO4溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→检测乙组：NaCl溶液→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→检测丙组：蒸馏水→缓冲液→淀粉酶溶液→淀粉溶液→保温→检测各组试剂量均适宜，下列对该实验方案的评价，不合理的是（）A．缓冲液的pH应控制为最适pHB．设置的对照实验能达成实验目的C．宜选用斐林试剂来检测淀粉的剩余量D．保温的温度应控制在37°C左右9．如图为淀粉酶在不同温度条件下催化一定量的淀粉，反应1h和2h后其产物麦芽糖的相对含量变化。下列相关分析正确的是（）A．若反应只进行1h，则在实验温度范围内，45°C时麦芽糖的含量最高B．50°C条件下，反应1h与2h时麦芽糖含量相同，说明反应1h淀粉已分解完C．35°C条件下反应2h后，将温度升高到40°C并反应1h，麦芽糖含量会增加D．50°C条件下反应2h后，将温度降低到40°C并反应1h，麦芽糖含量会增加10．虾类“黑变”是虾体内的酚类物质在多酚氧化酶（PPO）的催化作用下转变为类化合物，再转变为黑色素所致。凡纳滨对虾PPO经不同压力处理10min后，在4°C条件下分别贮藏0d、2d、4d、6d，其残留活性如图所示。下列叙述错误的是（）A．图示不同的压力处理组中，压力越大，PPO活性越强B．同一压力下PPO残留活性会随天数而发生变化，并没有完全恢复C．PPO空间结构遭到破坏可能是PPO活力降低的主要原因D．压力处理由10MPa增至15MPa，6d处理组比4d处理组受影响更大三、综合题11．α-淀粉酶是一种内切酶，以随机的方式将淀粉水解，图甲表示α-淀粉酶催化反应速率受温度或pH影响的曲线。β-淀粉酶是一种外切酶，可以将淀粉从末端以两个单糖为单位进行水解。β-淀粉酶被广泛应用于啤酒酿造等食品加工工业，其活性对于指导工业生产非常重要，图乙表示β-淀粉酶在不同条件下的酶的活性相对值。回答下列问题：(1)图甲中表示温度对反应速率影响的是曲线__________（填“①”或“②”），理由是__________。(2)α-淀粉酶与β-淀粉酶催化淀粉水解的方式不同，从蛋白质结构多样性的角度分析，其原因是__________。(3)据图乙分析，工业生产中培养在___________的条件下，β-淀粉酶的活性最高。四、实验题12．“多酶片”是经特殊工艺制成的双层药片，可用于治疗消化不良，下图为多酶片的结构示意图。请回答下列问题：(1)为充分发挥多酶片的作用，使用时应______（填“整片吞服”或“嚼碎服用”），理由是________。(2)某同学为了验证多酶片中胃蛋白酶的作用，设计了以下实验。材料用具：多酶片，蛋白块，pH=l.5的缓冲溶液，pH=8.5的缓冲溶液，蒸馏水，恒温水浴箱等。实验步骤：①制备胃蛋白酶溶液：取多酶片放入盛有_________的烧杯中，几分钟后糖衣溶解，取上层溶液备用；②取试管A加入适量制备的胃蛋白酶溶液，试管B加入______________________作为对照；③分别加入大小相同的蛋白块，在37°C恒温水浴箱中保温30分钟。④观察两支试管中蛋白块的体积变化。预期结果：____________________。参考答案：1．B【分析】题图分析，该实验探究pH对过氧化氢酶活性的影响，自变量是不同的pH，底物是H2O2，浸过肝脏研磨液的滤纸片中含有过氧化氢酶，过氧化氢酶能催化H2O2水解，产生氧气和水，即图中量筒中产生的气泡内是氧气，气泡产生的速率代表了酶促反应的速率，酶活性越强，气泡产生越快，相同时间内产生的气体量越多。【详解】A、本实验的目的是探究pH对过氧化氢酶活性的影响，根据实验目的可知，本实验的自变量是不同的pH值，因变量是反应速率，A正确；B、反应结束时收集的气体为氧气，因为实验过程中底物的体积和浓度作为无关变量，应该保持相同且适宜，因此反应结束后，管中气体的体积各组都是相同的，因此不能作为实验的检测指标，而应该以产生气体的速率为检测指标，B错误；C、浸过肝脏匀浆的滤纸片代表的是肝脏研磨液的量，为实验中的无关变量，因此其数量在实验中应保持一致，C正确；D、不同的pH条件下，一定时间内收集到的产物的量可能相同，因为在最适pH的两侧存在两个pH浓度，对实验结果的影响是相同的，D正确。故选B。2．D【分析】1、酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，绝大多数酶是蛋白质，极少数酶是RNA。2、酶的特性：高效性、专一性和作用条件温和的特性。3、影响酶活性的因素主要是温度和pH，在最适温度（pH）前，随着温度（pH）的升高，酶活性增强；到达最适温度（pH）时，酶活性最强；超过最适温度（pH）后，随着温度（pH）的升高，酶活性降低。另外低温酶不会变性失活，但高温、pH过高或过低都会使酶变性失活。【详解】A、①②组实验只能证明酶具有催化作用，不能证明酶具有高效性，A错误；B、证明酶的专一性时，可设置①③组实验，但检验试剂应使用斐林试剂，不能用碘液，B错误；C、H₂O₂加热条件下分解加快，故不宜选用④组探究温度对酶活性的影响，C错误；D、酸性条件下，淀粉会水解，故不宜选用①组实验材料探究pH对酶活性的影响，D正确。故选D。3．D【分析】曲线①表示随着温度升高，酶的活性先升高后下降，最适温度大约80°C。曲线②表示，随着温度升高酶的热稳定性降低，70°C后下降更快；综合两个曲线，该酶使用时应该是在活性较高，热稳定性也较高的温度范围，即是60到70°C。【详解】A、由曲线①可知，该酶的最适温度是80°C，但在30°C以下保存数据未测定，不能确定是否适合保持该酶，A错误；B、该实验的自变量是测定酶活性的温度以及保存该酶的温度，因变量是相对酶活性和残余酶活性，B错误；C、曲线②显示，酶的热稳定性从30°C开始不断下降，在70°C后，急剧下降，该酶使用的最佳温度范围是：60°C～70°C，C错误；D、在不同温度保温一段时间后，测定②曲线的各数据应在该酶的最适pH和最适温度下进行，D正确。故选D。4．B【分析】探究温度对酶活性的影响时，实验的自变量为不同的温度；探究pH对酶活性的影响，实验的自变量为不同的pH；探究酶的专一性时，自变量是不同的底物或不同的酶，因变量为底物的剩余量或产物的生成量。【详解】A、淀粉在酸性条件下会分解，故不能选择淀粉来探究pH对酶活性的影响，A错误；B、探究温度对酶活性的影响时，实验的自变量是不同的温度，可以选择淀粉和淀粉酶在不同的温度下进行实验，用碘液鉴定淀粉的剩余量，B正确；C、由于碘液不能鉴定蔗糖是否水解，故探究酶的专一性时，用α-淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖水解，应该用斐林试剂检测，C错误；D、由于胃蛋白酶的化学本质是蛋白质，用蛋白酶催化蛋白质的水解时，不能用双缩脲试剂检测，D错误。故选B。5．B【分析】1、T2噬菌体侵染细菌的实验步骤：分别用35S或32P标记噬菌体→噬菌体与大肠杆菌混合培养→噬菌体侵染未被标记的细菌→在搅拌器中搅拌，然后离心，检测上清液和沉淀物中的放射性物质。该实验证明DNA是遗传物质。2、美国的鲁宾和卡门采用同位素标记法，用18O分别标记CO2和H2O，一组植物提供C18O2和H2O，另一组植物提供CO2和H218O，研究光合作用释放O2中氧原子的来源。3、斐林试剂和双缩脲试剂的不同点：①CuSO4溶液浓度不一样：斐林试剂乙液为0.05g/mLCuSO4溶液，双缩脲试剂B为0.01g/mLCuSO4溶液。②使用方法不一样：斐林试剂是甲、乙液一起混合后再使用，双缩脲试剂则是先向待鉴定材料加入A试剂摇匀后，再加入试剂B。4、预实验是在正式实验之前，用标准物质或只用少量样品进行实验，以便摸出最佳的实验条件为正式实验打下基础，并不能减少实验误差。【详解】①探究光合作用产生的O2的来源实验（H218O和C18O2）和噬菌体侵染细菌实验（35S和32P）都采用了同位素标记法，①正确；②鉴定待测样液中是否含有还原糖，需要用新配置的NaOH和CuSO4的混合液来进行相关实验，②正确；③探究温度对酶活性的影响时，需先将酶与底物分别在不同温度下作保温处理，然后再将同种温度的酶和底物混合，进行实验，③错误；④在探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度时，预实验可以为进一步的实验摸索出较为合适的浓度范围，以避免由于设计不当，盲目开展实验，可以节省实验材料、简化实验过程，但是并不能减小实验误差，④错误。综上所述，有两项正确，B正确。故选B。6．C【分析】常见的还原糖有葡萄糖、果糖、麦芽糖等，与斐林试剂在加热的条件下反应呈现砖红色沉淀。淀粉检测原理是利用了遇碘变蓝是淀粉的特性。双缩脲试剂能与蛋白质发生紫色反应。双缩脲试剂由A液（质量浓度为0.1g/mL氢氧化钠溶液）和B液（质量浓度为0.01g/mL硫酸铜溶液）组成，在鉴定蛋白质时，因此要先加A液，摇匀后再加入B液。酶是活细胞产生的具有生物催化能力的有机物，大多数是蛋白质，少数是RNA；酶的催化具有高效性（酶的催化效率远远高于无机催化剂）、专一性（一种酶只能催化一种或一类化学反应的进行）、需要适宜的温度和pH值（在最适条件下，酶的催化活性是最高的，低温可以抑制酶的活性，随着温度升高，酶的活性可以逐渐恢复，高温、过酸、过碱可以使酶的空间结构发生改变，使酶永久性的失活）。【详解】A、根据题意可知，酸或碱能水解多糖，所以在一定的酸碱度下，没有淀粉酶，淀粉也会水解，从而影响试验结果，A错误；B、蔗糖酶可以催化蔗糖水解产生葡萄糖和果糖，而葡萄糖、果糖和麦芽糖都是还原糖，与斐林试剂在加热的条件下反应呈现砖红色沉淀，因此不能判断麦芽糖是否发生水解，故而不能利用蔗糖、麦芽糖、蔗糖酶和斐林试剂探究酶的专一性，B错误；C、淀粉酶可以催化淀粉的水解，而淀粉遇碘液变蓝，可以检测淀粉是否被淀粉酶催化水解，可以利用淀粉、淀粉酶、碘液探究温度对酶活性的影响，C正确；D、根据题意可知，酸或碱能水解蛋白质，所以在一定的酸碱度下，没有蛋白酶，蛋白质也会水解，从而影响试验结果，D错误。故选C。7．ABD【分析】分析题图可知，随着温度升高，蛋白块消失所需时间逐渐缩短，在45°C时蛋白块消失所需时间最短，而后随着温度升高，蛋白块消失所需时间逐渐延长。【详解】A、蛋白酶能够降低蛋白质水解需要的活化能，但不能提供活化能，A正确；B、酶具有专一性，分析题图可知蛋白酶水解蛋白质的最适温度是45°C，B正确；C、b、c两点时，酶活性相同，b点时酶的空间结构的稳定性大于c点，C错误；D、若探究该酶的最适pH，则温度为无关变量，应保持各组相同且适宜，故应在45°C时设置一系列pH梯度进行实验，D正确。故选ABD。8．BC【分析】验设计要遵循对照原则和单一变量原则，该实验的目的是探究Cu2+和Cl-对唾液淀粉酶活性的影响，因此自变量是离子的种类，因变量是唾液淀粉酶活性，除此之外，其他条件都要相同且适宜。【详解】A、缓冲液的作用是维持溶液pH的稳定，本实验中pH、温度都是无关变量，为了避免二者对实验的干扰，温度和pH都应该设置到最适，A正确；B、甲、乙两组实验中除了有Cu2+和Cl-，还有S和Na+，需要排除二者对实验的干扰，因此对照组还需要再设置一组排除S和Na+干扰的对照实验，本实验中设置的对照实验只有一组，不能达成实验目的，B错误；C、本实验的因变量是淀粉的剩余量，淀粉是非还原糖，不能与斐林试剂发生颜色反应，可选用稀碘液检测实验中淀粉是否有剩余，C错误；D、温度是无关变量，无关变量应该保持适宜，唾液淀粉酶的最适宜温度是37°C左右，D正确。故选BC。9．AC【分析】影响酶活性的因素主要是温度和pH，在最适温度（pH）前，随着温度（pH）的升高，酶活性增强；到达最适温度（pH）时，酶活性最强；超过最适温度（pH）后，随着温度（pH）的升高，酶活性降低，低温酶不会变性失活，但高温、pH过高或过低都会使酶变性失活。【详解】A、若反应只进行1h，对比不同温度下白色的柱形图可知，45°C时麦芽糖的含量最高，A正确；B、50°C条件下，反应1h与2h时麦芽糖含量相同，但是比其他温度2h均要少，说明反应1h淀粉没有分解完，可能是酶部分失活导致的，B错误；C、35°C条件下反应2h后，麦芽糖含量低于40°C，说明此温度时酶活性较40°C时低，故将温度升高到40°C并反应1h，麦芽糖含量会增加，C正确；D、50°C条件下反应1h后和2h麦芽糖含量相等但低于40°C，说明此时酶已变性失活，故将温度降低到40°C并反应1h，麦芽糖含量不会增加，D错误。故选AC。10．AD【分析】PPO为多酚氧化酶，酶具有高效性、专一性和作用条件温和的特点。催化酚类物质氧化的作用机理是降低了酚类物质氧化所需要的活化能。【详解】A、图示不同的压力处理组中，在相同的贮藏时间的情况下，自变量压力越大，PPO的活性越弱，A错误；B、由图可知，同一压力下PPO残留活性会随贮藏天数而发生变化，并没有明显恢复，B正确；C、多酚氧化酶（PPO）的本质是蛋白质，蛋白质的结构决定功能，故其空间结构遭到破坏可能是PPO活力降低的主要原因，C正确；D、压力处理由10MPaa增至15MPa，4d处理组比6d处理组受影响更大，D错误。故选AD。11．(1)①低温时α-淀粉酶的活性不为0，低pH时α-淀粉酶可变性失活，活性为0(2)两种酶均为蛋白质，组成二者的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同，肽链盘曲、折叠的方式及其形成的空间结构不同，导致其作用方式不同(3)30°C、pH为4.5、34μmolCaCl2/μg蛋白和2%可溶性淀粉【分析】在探究温度对酶活性的影响时，用α-淀粉酶溶液和淀粉溶液作为实验材料，需注意酶的活性易受温度、pH等条件的影响，需要先处理好之后再与底物接触，进行反应。选择试剂时，需注意既不能影响实验反应，又能同时与底物或生成物发生反应。【详解】（1）根据低温时α-淀粉酶具有活性，而低pH时α-淀粉酶会失活，图甲曲线①在数值较低时活性不为0，可以判断曲线①表示温度对反应速率的影响。（2）α-淀粉酶与β-淀粉