酶本质探究历程

从酶本质的探索历程中发展科学思维发布时间：2022-05-24T07:18:29.781Z 来源：《中小学教育》2022年第458期作者：刘小韵[导读] 生命科学史记录了科学发展过程中科学家不懈的探索与实践，是发展学生素养的良好载体，本文以酶本质的探索历程为例，试图通过整理探索脉络、分析实验过程、挖掘隐藏内容、论证生物议题等方式发展学生科学思维。

四川省成都市高新区中和中学610212摘要：生命科学史记录了科学发展过程中科学家不懈的探索与实践，是发展学生素养的良好载体，本文以酶本质的探索历程为例，试图通过整理探索脉络、分析实验过程、挖掘隐藏内容、论证生物议题等方式发展学生科学思维。

关键词：高中生物学科学思维酶的本质在课程改革背景下，新的课程标准指出生物学是自然科学中的一门基础学科，高中生物学科应该以核心素养为宗旨，其中“科学思维”是重要的核心素养之一。

而在生物教学过程中，教师可以利用科学史培养学生的科学思维，故本文选择酶本质的探索历程为例进行分析。

关于酶本质的探索过程是出现在高一学生学习酶一节中的“资料分析”部分。

教材中给出了19世纪至20世纪各国科学家对于酶本质进行的一系列探索。

若只是引导学生通过阅读材料，自行填写各科学家的观点，学生将缺乏深层思考，无法深入理解实验探索过程，也难以对实验结果灵活应用，科学思维并没有得到很好的发展，所以本人试图通过以下等途径引导学生对于阅读材料挖掘再利用，提升学生的科学素养。

一、整理探索脉络，发展分析与综合思维在酶本质的探索这一节内容中，主要有各国科学界历时两个世纪共同参与完成，单纯记忆某个科学家和对应的实验结论不仅无趣且易错。

可以设置表格，通过引导学生分析实验流程，在整理过程中整理出各个科学家的观点，完成探索脉络，便于学生理解。

学生通过完成表格可以整理出实验的前后逻辑关系。

首先是酿酒业发现问题：酒为什么会变酸？发酵过程究竟是怎样的？发酵过程是细胞完成的吗？这里面起作用的酶是什么物质？其他的酶都是蛋白质吗？这些问题就是在科学家一个个实验后在不同的时期提出的。

酶本质探究历程
1、1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。

过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。

于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。

2、1810年，JaephGayluac发现酵母可将糖转化为酒精
3、1857年,法国微生物学家巴斯德通过显微镜观察,提出酒精发酵是由于酵母细胞活动的结果,即离不开酵母活细胞；李比希反对这种观点,认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质。

4、1897年,德国化学家毕希纳把酵母细胞放在石英砂中用力研磨,加水搅拌,在进行加压过滤,得到不含酵母的提取液,在这些汁液中加入葡萄糖,一段时间后就冒出气泡,糖液居然变成了酒,为此Bucher获得了1911年诺贝尔化学奖；后来科学家就把它命名为“酶”,英文名称是Enzyme,意思是“在酵母中”,但是酶到底是什么还是个谜
5、1926年，美国科学家萨姆钠从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。

6、20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。

7、20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化作用。

新人教生物必修一（学案+练习）酶的本质、作用和特性1．酶本质的探索历程(连线)2．酶的本质及作用化学本质绝大多数是蛋白质少数是RNA合成原料氨基酸核糖核苷酸合成场所核糖体主要是细胞核(真核细胞)来源一般来说，活细胞(哺乳动物成熟的红细胞除外)都能产生酶作用场所细胞内、外或生物体外生理功能催化作用①为有酶催化的反应曲线；②为没有催化剂的反应曲线；③为有无机催化剂催化的反应曲线。

4．酶的催化特性(连线)5．比较过氧化氢在不同条件下的分解(1)实验过程。

向4支试管中分别加入2mL过氧化氢溶液(3)实验结论：酶具有催化作用，同无机催化剂相比，催化效率更高。

6．淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用(1)实验原理。

①淀粉和蔗糖都是非还原糖，葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原糖。

②斐林试剂能鉴定溶液中有无还原糖。

③淀粉酶能催化淀粉水解为还原糖，不能催化蔗糖水解。

(2)实验步骤。

有专一性。

1．由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性。

( × ) 2．酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物。

( √ ) 3．酶提供了反应过程中所必需的活化能。

( × ) 4．酶活性的发挥离不开其特定的结构。

( √ )5．同一个体各种体细胞中酶的种类相同、数量不同，代谢不同。

( × ) 6．酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸。

( × )7．唾液淀粉酶催化反应的最适温度和保存温度都是37 ℃。

( × )1．酶相关模型的构建与解读 (1)酶的高效性。

①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。

②酶和无机催化剂一样，只能缩短达到化学平衡所需要的时间，不能改变化学反应的平衡点。

(2)酶的专一性。

①加入酶B的反应速率和无酶条件下的反应速率相同，说明酶B对此反应无催化作用。

②加入酶A的反应速率随反应物浓度的增大明显加快，说明酶A对此反应有催化作用。

(3)影响酶活性的因素。

图甲曲线分析：①在一定温度(pH)范围内，随温度(pH)的升高，酶的催化作用增强，超过这一范围，酶的催化作用逐渐减弱。

《酶的作用和本质》讲义一、酶的发现历程在人类对生命现象的探索过程中，酶的发现是一个重要的里程碑。

早在 1773 年，意大利科学家斯帕兰札尼做了一个巧妙的实验，他将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰吞食下去。

一段时间后，他发现笼内的肉块消失了，这个实验为后来人们认识酶的作用奠定了基础。

19 世纪，酿酒业在欧洲得到了很大的发展。

当时，人们发现酿酒时，酒桶里会产生很多泡沫，而这种泡沫能够加速糖类的分解。

后来，经过科学家们的不断研究，逐渐认识到这是一种生物催化剂在起作用，也就是我们现在所说的酶。

进入 20 世纪，随着化学和生物学的发展，科学家们对酶的本质有了更深入的研究。

1926 年，美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶，并证明了脲酶是一种蛋白质。

这一发现使得人们对酶的认识从一种神秘的物质转变为一种具有明确化学本质的蛋白质。

二、酶的定义酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数酶是 RNA。

那么，什么是催化作用呢？催化作用就是能够加快化学反应的速率，而自身在反应前后的质量和性质不变。

三、酶的作用酶在生物体内发挥着极其重要的作用，概括起来主要有以下几个方面：1、催化生物体内的化学反应生命活动中的各种化学反应，如物质的合成与分解、能量的转化等，都需要酶的参与。

没有酶的催化，这些反应可能会非常缓慢，甚至无法进行。

例如，在细胞呼吸过程中，一系列的化学反应需要多种酶的协同作用，将有机物中的能量逐步释放出来，为细胞的生命活动提供动力。

2、调节代谢过程酶可以通过调节自身的活性来控制代谢反应的速率和方向，从而使细胞内的物质和能量代谢保持平衡。

当细胞内某种物质的含量过高时，相关的酶活性会受到抑制，从而减缓该物质的合成；反之，当某种物质的含量过低时，相关酶的活性会增强，促进该物质的合成。

3、分解有害物质酶还能够帮助分解细胞内产生的有害物质，保护细胞免受损伤。

例如，在肝脏中，存在一些酶能够将有毒的物质转化为无害的物质，然后排出体外。

酶本质探究历程人类对酶的化学本质的认识历经了三次飞跃; 第一次飞跃：1926年美国科学家从刀豆种子中提取了的结晶,并且通过化学实验证实了脲酶是一种蛋白质;因此荣获了1964年的诺贝尔化学奖;在此后的几十年中,人们所发现的几千种酶都是蛋白质,所以20世纪30年代,科学家对酶定义为：酶是一类具有生物催化作用的蛋白质;有的酶为,其分子组成全为蛋白质,不含非蛋白质物质,如大多数水解酶类；有的酶为缀合蛋白质结合蛋白质,其分子中除蛋白质外,还有非蛋白质物质,如;结合蛋白酶的蛋白质部分成为酶蛋白,非蛋白质部分成为辅酶或辅基,酶蛋白和辅基组成的完整分子成全酶;只有全酶方起催化作用,分开后的酶蛋白或辅酶皆无催化作用;有些辅酶和酶蛋白结合紧密,不易分开；有的辅酶和酶蛋白结合疏松,前者一般称为辅基,后者一般称为辅酶;辅酶是指直接参与催化反应中的有机物;按照近代意义,游离金属离子,如Mg2+﹑Mn2+等,不能称为辅酶,只能称为辅助因子,因为金属离子只是间接参与催化,有的仅仅是维持酶分子的——SH基的还原状态；有的只是帮助形成活性必需的立体构想;辅酶相同而酶蛋白不同的几种酶能催化同一种化学反应,但各作用于不同的底物;例如乳酸脱氢酶与有同样的辅酶NAD,但酶蛋白不同,它们虽然同样作用,但前者只能催化乳酸脱氢,而后者只能催化苹果酸脱氢;第二次飞跃：20世纪80年代以来的科学研究表明,一些RNA也具有酶的催化作用;例如一种叫做RNasep的酶,这种酶是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的,科学家将这种酶的蛋白质完全出去以后,并且提高了Mg2+的浓度,他们发现留下来的RNA 仍然具有与该种酶的催化活性;又如1982年,美国科罗拉大学等人发现了的26SrRNA前体在鸟苷存在,但完全无蛋白质的情况下能进行自我拼接,因此首次提出了RNA具有酶活性的概念;1983年和Pace的实验分别证实了的发现,1986年又发现了L19RNA也有经典的酶促作用的特征,并且L19RNA在催化过程中既有活性,又有活性,于是他得出L19RNA也是一种酶的结论;和为此荣获1989年的诺贝尔化学奖;这以后发现的RNA催化剂愈来愈多,它们在tRNA﹑rRNA和mRNA的成熟以及其他一些重要生化反应中表现出催化活性;因此科学家又一次对酶定义为：酶是活细胞产生的具有生物催化功能的有机物,其中大部分是蛋白质,少数是RNA;第三次飞跃：1994年等人的研究证实了具有酶活性的DNA的存在;最小的DNA催化剂是由47个核苷酸组成的单链DNA——E47,用于连接两段底物DNA：S1和S2,结果出现预期的连接产物;产物的形成还需要S1的3′——磷酸基团被活化;由E47催化S1和S2的连接反应比无模板的情况至少快1015倍,这样使人们认识到除了蛋白质和RNA具有酶的功能外,某些DNA也具有酶的功能;实现了人类对酶的化学本质认识的第三次飞跃;所以科学家再次对酶定义为：酶是活细胞产生的具有生物催化功能的有机物,其中大部分是蛋白质,少数是RNA或DNA;。