高一生物新陳代謝與酶教案

第頁(yè)共頁(yè)高一生物新陳代謝與酶教案高一生物新陳代謝與酶教案P》在進(jìn)展酶的特性教學(xué)時(shí)，教師可提問(wèn)：酶作為生物催化劑，與無(wú)機(jī)催化劑相比，有何特點(diǎn)?為解決這個(gè)問(wèn)題，教師可演示有關(guān)實(shí)驗(yàn)，也可安排相應(yīng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，分析^p得出結(jié)論，即酶的高效性、專一性與多樣性特性。(1)酶的高效特性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前有必要簡(jiǎn)單介紹兩項(xiàng)內(nèi)容：一是過(guò)氧化氫這種物質(zhì)，它是動(dòng)植物在代謝中產(chǎn)生的，對(duì)機(jī)體有毒害作用。生物體可通過(guò)過(guò)氧化氫酶，催化過(guò)氧化氫迅速分解成水和氧氣而解毒。無(wú)機(jī)催化劑三價(jià)鐵離子也可催化這一反響;二是本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生討論得出過(guò)氧化氫酶的催化效率高于鐵離子的結(jié)論，在此根底上，教師可列舉其他實(shí)例，概括酶的高效性。教師還應(yīng)強(qiáng)調(diào)正是由于酶的存在及其高效性，所以許多代謝反響在體外很難發(fā)生，在體內(nèi)卻可迅速進(jìn)展。(2)酶的專一性特性實(shí)驗(yàn)前可提問(wèn)：“食物中的淀粉和蔗糖同屬糖類，唾液淀粉酶能否消化水解這兩種物質(zhì)?”本實(shí)驗(yàn)所涉及的顏色反響要在實(shí)驗(yàn)前跟學(xué)生說(shuō)明清楚。淀粉水解成的麥芽糖和蔗糖水解成的葡萄糖、果糖在煮沸的條件下，與斐林試劑反響會(huì)有磚紅色沉淀物質(zhì)產(chǎn)生，淀粉和蔗糖與斐林試劑無(wú)此反響。因此，斐林試劑可以用來(lái)鑒定淀粉和蔗糖溶液中是否有麥芽糖和葡萄糖及果糖，進(jìn)而推測(cè)淀粉和蔗糖是否被水解。在此根底上，教師通過(guò)進(jìn)一步實(shí)例說(shuō)明酶的專一性是酶普遍具有的特性;(3)酶的多樣性原理，可在學(xué)生理解酶的專一性原理根底上，結(jié)合蛋白質(zhì)的多樣性讓學(xué)生分析^p得出。5、影響酶活性的因素有條件的學(xué)校，應(yīng)盡量讓學(xué)生做《實(shí)驗(yàn)七、探究影響淀粉酶活性的條件》，這對(duì)于訓(xùn)練學(xué)生分析^p實(shí)驗(yàn)才能，理解對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法等都是很幫助的。在學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析^p得出影響酶活性的因素后，可適當(dāng)結(jié)合學(xué)生的生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生分析^p、討論一些與之相關(guān)的生活常識(shí)。如可提問(wèn)：“持續(xù)高燒不退或嚴(yán)重腹瀉有時(shí)甚至?xí)＜叭说纳?，學(xué)生知道其中的原因嗎?”人的正常體溫是37℃，體溫升高到38℃，雖然體溫只是升高了1℃，但人已感覺(jué)非常沒(méi)有精神，假設(shè)升高到39℃甚至40℃以上，而且持續(xù)高燒，就會(huì)出現(xiàn)一系列嚴(yán)重的反響，如昏睡、昏迷、驚厥、甚至危及生命，這是為什么呢?原來(lái)，酶作為生物催化劑，其催化活性受到很多因素的影響，如溫度、pH值、有機(jī)溶劑、重金屬離子、酶濃度、酶的激活劑、抑制劑等等，而酶的活性受上述因素的影響是非常敏感的，影響因素發(fā)生很小的變化的，酶活性就會(huì)發(fā)生很大的改變。人體中酶的最適溫度一般為37℃，當(dāng)人體體溫高于或低于這個(gè)溫度時(shí)，機(jī)體中酶活性就會(huì)大大降低，細(xì)胞內(nèi)的各種生物化學(xué)反響不能正常進(jìn)展了。____是一種烈性的傳染病，為____弧菌所致，曾在世界上引起屢次大流行，死亡率甚高。____弧菌通過(guò)人的腸粘膜并大量繁殖，同時(shí)產(chǎn)生腸毒素引起劇烈腹瀉造成迅速而嚴(yán)重的脫水，血容量明顯減少，因此出現(xiàn)微循環(huán)衰竭，使細(xì)胞得不到鉀、鈉、鈣、氯離子，導(dǎo)致肌肉痙攣;細(xì)胞得不到碳酸氫根離子而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)pH值發(fā)生較大的改變，酶活性即相應(yīng)大大降低，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)代謝性酸中毒，最終病人腎功能衰竭，休克、死亡。人體大量出汗、腹瀉都要相應(yīng)地補(bǔ)充水就是這個(gè)道理;嬰幼兒自身調(diào)節(jié)才能差，嬰幼兒腹瀉常常引起嚴(yán)重后果，就是這個(gè)道理?；蛘邌?wèn)：“當(dāng)人誤食了含有重金屬的食物或農(nóng)藥后，有一種應(yīng)急措施，就是趕緊給病人大量喝牛奶或豆?jié){，學(xué)生知道這是為什么嗎?”酶活性除了與溫度、pH有關(guān)外，還受有機(jī)溶劑、重金屬離子等的影響。有機(jī)溶劑與重金屬離子影響酶活性的主要原因是有機(jī)溶劑和重金屬離子與酶蛋白上的某些化學(xué)基團(tuán)結(jié)合，使酶的活性完全喪失，這也是人誤食了有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥或含重金屬離子的食物中毒甚至死亡的原因。牛奶和豆?jié){中含有大量的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可以和重金屬或有機(jī)物結(jié)合，而使這些金屬離子和有機(jī)物發(fā)生沉淀。當(dāng)人誤食了含重金屬的食品或農(nóng)藥后，大量飲用牛奶或豆?jié){可使這些有毒物質(zhì)沉淀下來(lái)不被消化道吸收，從而也就防止了這些有毒物質(zhì)與人體中正常的酶接觸的時(shí)機(jī)，而保護(hù)了這些酶的活性。當(dāng)然，這只是應(yīng)急措施，還要去醫(yī)院洗胃并進(jìn)展進(jìn)一步的治療。擴(kuò)展資料淀粉液遇碘變藍(lán)的原因淀粉是白色無(wú)定形的粉末，由10%～30%的直鏈淀粉和70%~90%的支鏈淀粉組成。直鏈淀粉具有遇碘變藍(lán)的特性，因?yàn)槿苡谒闹辨湹矸劢柚肿觾?nèi)的氫鍵卷曲成螺旋狀，第一個(gè)螺距有六個(gè)葡萄糖殘基組成。假設(shè)在淀粉液中參加碘液，碘分子便嵌人到螺旋結(jié)鉤的空隙處，并且借助范德華力與直鏈淀粉聯(lián)絡(luò)在一起，形成了一種絡(luò)合物，這種絡(luò)合物可以比較均勻地吸收波長(zhǎng)范圍為400~750____可見(jiàn)光，而反射的光是藍(lán)光，所以使淀粉溶液呈現(xiàn)教學(xué)目的知識(shí)方面1、使學(xué)生理解新陳代謝的概念及其本質(zhì)2、使學(xué)生理解酶的發(fā)現(xiàn)過(guò)程;初步理解酶的概念、酶的特性、影響酶活性的因素3、使學(xué)生理解酶在生物新陳代謝中的作用才能方面在引導(dǎo)學(xué)生分析^p生物新陳代謝概念，探究酶的特性，探究影響酶活性因素的過(guò)程中，初步訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維才能，分析^p實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象才能及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的才能。情感、態(tài)度、價(jià)值觀方面通過(guò)讓學(xué)生理解酶的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，使學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)研究中的作用地位;通過(guò)討論酶在消費(fèi)、生活中的應(yīng)用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物科學(xué)技術(shù)與社會(huì)消費(fèi)、生活的關(guān)系;體會(huì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)之間互相促進(jìn)的關(guān)系，進(jìn)而體會(huì)研究生命科學(xué)價(jià)值的教育。教學(xué)建議教材分析^p1、酶的發(fā)現(xiàn)教材簡(jiǎn)單介紹酶的發(fā)現(xiàn)歷史，從1783年意大利科學(xué)家斯巴蘭讓尼設(shè)計(jì)的巧妙實(shí)驗(yàn)到20世紀(jì)80年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)少數(shù)的酶是RNA，使學(xué)生對(duì)酶的研究歷史中的一些重大發(fā)現(xiàn)有了一個(gè)大致理解。2、酶的特性酶的特性主要是通過(guò)安排了有關(guān)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酶的三個(gè)特性，這樣的編排方式符合學(xué)生由感性到理性的認(rèn)知規(guī)律，有利于引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，并且有利于培養(yǎng)學(xué)生的多種才能。酶的高效性特點(diǎn)，是通過(guò)比較《實(shí)驗(yàn)五、肝臟內(nèi)的過(guò)氧化氫酶比無(wú)機(jī)催化劑的催化效率》切入;酶的專一性的特點(diǎn)，是通過(guò)比較《實(shí)驗(yàn)六、探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖水解的作用》切入;3、影響酶活性的因素本節(jié)教材主要講述酶的催化作用需要適宜的條件，通過(guò)《實(shí)驗(yàn)七、探究影響淀粉酶活性的條件(選做)》切入。本節(jié)內(nèi)容的最后，安排了課外讀“造福人類的酶工程”，以開闊學(xué)生的視野，同時(shí)又有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本節(jié)根底知識(shí)的理解，使學(xué)生體會(huì)科學(xué)、技術(shù)在改變?nèi)祟惿钯|(zhì)量中的作用。教法建議1、使學(xué)生在理解細(xì)胞程度上的新陳代謝概念及其本質(zhì)是本節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn)新陳代謝是活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱，這是在細(xì)胞程度上對(duì)新陳代謝的描繪。其實(shí)學(xué)生已不是第一次接觸新陳代謝的概念，在初中生物課和高中生物課緒論中，學(xué)習(xí)已接觸到諸如同化作用、異化作用及其關(guān)系等與新陳代謝有關(guān)的知識(shí)，但那是在生物個(gè)體程度對(duì)新陳代謝下的定義。本章的新陳代謝內(nèi)容是對(duì)以往知識(shí)的深化和展開，教學(xué)教師要有意識(shí)地從細(xì)胞和分子程度引導(dǎo)學(xué)生分析^p出生物體是如何自我更新的，合成與分解是如何進(jìn)展的，及其二者的關(guān)系，從而使學(xué)生更深化地理解什么是生命。例如，為使學(xué)生理解“新陳代謝是活細(xì)胞中全部化學(xué)反響的總稱”這句話，教師可結(jié)合前一章細(xì)胞的物質(zhì)根底與構(gòu)造根底的相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析^p活細(xì)胞中發(fā)生的各種化學(xué)反響，如發(fā)生在線粒體內(nèi)的糖的氧化放能的化學(xué)過(guò)程;發(fā)生在葉綠體中的水和二氧化碳合成為有機(jī)物的化學(xué)過(guò)程;發(fā)生在核糖體上的氨基酸縮合成多肽鏈的化學(xué)過(guò)程等，使學(xué)生對(duì)“新陳代謝是活細(xì)胞中全部化學(xué)反響的總稱”這句話有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)。2、使學(xué)生理解酶的概念是本節(jié)的重點(diǎn)。在本節(jié)教學(xué)中如何組織學(xué)生完成酶具有專一性的實(shí)驗(yàn)并施行有效的討論是本節(jié)的難點(diǎn)。生命體隨時(shí)隨刻發(fā)生著數(shù)量宏大的生物化學(xué)反響，同時(shí)又是一個(gè)穩(wěn)定的，開放的系統(tǒng)。細(xì)胞中發(fā)生的各種化學(xué)反響不可能在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等條件下進(jìn)展，而必須在常溫、常壓、水溶液環(huán)境下能快速、有序地進(jìn)展的，這就要盡可能地降低化學(xué)反響能閾，這是新陳代謝為什么離不開生物催化劑，即酶的原因。酶的概念和酶的發(fā)現(xiàn)可結(jié)合一起在讓學(xué)生討論，這樣可讓學(xué)生充分體會(huì)消費(fèi)理論和科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)開展的促進(jìn)作用。酶的特性這部分內(nèi)容，可先組織學(xué)生依次完成實(shí)驗(yàn)，然后再由學(xué)生來(lái)討論和總結(jié)。在引導(dǎo)學(xué)生分析^p酶的特性時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生與蛋白質(zhì)的多樣性聯(lián)絡(luò)起來(lái)，可使學(xué)生易于理解酶的催化作用的專一注必定意味著酶的多樣性，而且蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)造的多樣性和酶的專一性催化關(guān)系親密。3、使學(xué)生理解酶具有高效性、專一性和需要適宜條件是本節(jié)的重點(diǎn)，如何組織學(xué)生完成影響酶活性因素的選做實(shí)驗(yàn)并分析^p、討論實(shí)驗(yàn)是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。在組織學(xué)生操作、分析^p、討論《實(shí)驗(yàn)七、探究影響淀粉酶活性的條件(選做)》根底上，引導(dǎo)學(xué)生分析^p兩個(gè)坐標(biāo)曲線圖，讓學(xué)生概括酶的催化作用需要適宜的溫度和pH。教學(xué)設(shè)計(jì)例如【課題】第一節(jié)新陳代謝與酶【教學(xué)重點(diǎn)】新陳代謝的概念及其本質(zhì)的概念、酶的特性、影響酶活性的因素、酶在生物新陳代謝中的作用【教學(xué)難點(diǎn)】新陳代謝的概念及其本質(zhì)的概念、酶在生物新陳代謝中的作用【課時(shí)安排】1課時(shí)【教學(xué)手段】板圖圖、多媒體課件、實(shí)驗(yàn)【教學(xué)過(guò)程】1、引入新陳代謝的概念及本質(zhì)(1)學(xué)生在初中生物學(xué)課本、高中緒論課的學(xué)習(xí)或通過(guò)各種媒體的介紹，對(duì)新陳代謝已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)，首先，教師應(yīng)理解學(xué)生對(duì)新陳代謝是如何理解的。為此教師可設(shè)計(jì)一些問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生以自身為例，剖析生命是如何維持的，以此引入本節(jié)的學(xué)習(xí)，如：①人體的腦細(xì)胞是通過(guò)什么途徑獲得營(yíng)養(yǎng)?腦細(xì)胞中產(chǎn)生的代謝廢物又是通過(guò)什么途徑排出體外的?②進(jìn)入腦細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是如何被利用的?③學(xué)生如何理解同化作用、異化作用，物質(zhì)代謝、能量代謝，它們之間有何關(guān)系?④想一想，人體的身體有哪些系統(tǒng)參與了新陳代謝過(guò)程，各是如何參與的等等?(2)學(xué)生一般只能從生物個(gè)體、器官或系統(tǒng)程度上，說(shuō)明生物體與外界環(huán)境之間進(jìn)展物質(zhì)和能量的交換，在此根底上，教師應(yīng)把討論引向微觀程度，即細(xì)胞和分子程度的代謝過(guò)程。如可以設(shè)問(wèn)：①你吃下的肉類蛋白質(zhì)，通過(guò)什么途徑轉(zhuǎn)化成為你自身的蛋白質(zhì)?②你吃下的淀粉類食物，通過(guò)什么途徑為你提供能量?等等通過(guò)分析^p、討論，使學(xué)生理解：細(xì)胞的構(gòu)造和生命活動(dòng)的維持，需要不斷地合成與分解，不斷地處于自我更新的狀態(tài)，而這種自我更新的過(guò)程完全依賴于細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)反響，從而在細(xì)胞程度理解新陳代謝的本質(zhì)，即“新陳代謝是活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱”。2、酶的概念、特性及其生理功能在學(xué)生理解新陳代謝的本質(zhì)后，可以利用學(xué)生已有的化學(xué)知識(shí)，分析^p出無(wú)機(jī)化學(xué)反響過(guò)程中所需的條件一般是很劇烈的，再讓學(xué)生分析^p出生物體細(xì)胞生存的條件是很溫和的，可以提問(wèn)，如：(1)細(xì)胞生存的條件是很溫和的，那么細(xì)胞內(nèi)數(shù)量如此宏大的生物化學(xué)反響如何在常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性的條件下，迅速高效的進(jìn)展呢?(2)在化學(xué)反響中有沒(méi)有進(jìn)步化學(xué)反響的方法呢?這樣可順利地引出活細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑，即酶。3、酶的發(fā)現(xiàn)史這部分的教學(xué)，教師可讓學(xué)生自己閱讀，也可發(fā)給學(xué)生相應(yīng)的補(bǔ)充資料，尤其是某種酶的研究過(guò)程方面的資料，目的是讓學(xué)生對(duì)酶的研究過(guò)程、方法有一個(gè)較為全面的理解，讓學(xué)生切身體會(huì)到生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)生物學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要作用。學(xué)生閱讀后，可提問(wèn)：酶都是蛋白質(zhì)嗎?并做一定的說(shuō)明。酶是活細(xì)胞所產(chǎn)生的具有催化才能的一類特殊的蛋白質(zhì)。酶是細(xì)胞中促進(jìn)化學(xué)反響速度的催化劑?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的`酶約有3000種以上。它們分別存在于各種細(xì)胞中，催化細(xì)胞生長(zhǎng)代謝過(guò)程中各種不同的化學(xué)反響，使生物化學(xué)反響在常溫、常壓、水溶液等溫和的條件下就可順利進(jìn)展。很多年來(lái)，人們一直認(rèn)為所有的酶都是蛋白質(zhì)。然而生物學(xué)家的實(shí)驗(yàn)證明：RNA也可以是高活性的酶。早在1982年，T.Ceeh發(fā)現(xiàn)原生動(dòng)物四膜蟲的26SrRNA前體在沒(méi)有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)展內(nèi)含子的自我拼接，最終形成L19RNA。當(dāng)時(shí)因?yàn)橹皇抢斫馑羞@種自我催化的活性，沒(méi)有把它與酶等同對(duì)待。1983年Atman和Pace分別報(bào)導(dǎo)了在RNA前體加工過(guò)程起催化作用的酶是由20%蛋白質(zhì)和80%RNA組成的。假設(shè)除去蛋白質(zhì)部分，并進(jìn)步鎂離子的濃度，那么留下的RNA具有與全酶一樣的催化活性，這是說(shuō)明RNA具有酶活性的第一例證?！懊覆欢际堑鞍踪|(zhì)”，這一科學(xué)事實(shí)再一次有力地證明了實(shí)驗(yàn)在科學(xué)開展中所起到的舉足輕重的作用，同時(shí)也讓我們看到，科學(xué)是開展的，探究是無(wú)止境的，而真理是相對(duì)的，如今的科學(xué)事實(shí)可能在今后會(huì)被修正，甚至推翻。另外，酶、激素、維生素之間的區(qū)別值得一提，學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中容易把這些物質(zhì)和它們的作用搞混。可就高中生物學(xué)程度做一簡(jiǎn)單比較：酶激素維生素從化學(xué)本質(zhì)上看蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(如生長(zhǎng)素、胰島素等)、固醇類脂類物質(zhì)(如性激素)多種多樣，一般為小分子有機(jī)物。如維生素D是固醇類物質(zhì);維生素A是脂類物質(zhì)(萜類);維生素C是抗壞血酸(葡萄糖的衍生物)等等。從生理功能看可進(jìn)步生物體生物化學(xué)反響的速度，是一種生物催化劑。激素又稱“化學(xué)信使”，是特定細(xì)胞合成的，能使生物體發(fā)生一定反響的有機(jī)分子。它的作用力很強(qiáng)，很低的濃度就能引起很強(qiáng)的反響，但在細(xì)胞中不能積累，很快就會(huì)被破壞。維生平平素與酶結(jié)合，是較復(fù)雜酶的組成成分之一。天然食物中含量極少，但這些極微小的量對(duì)人體的生長(zhǎng)和安康是必需的，人體一般不能合成它們或合成量缺乏，必須從食物中攝取。可把酶的發(fā)現(xiàn)史與酶的特性這兩部分教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，這樣可使學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法探究酶的特性順理成章。4、酶的特性<出藍(lán)色來(lái)。絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)的酶是RNA生物體內(nèi)存在三千多種具有不同功能的酶，一切生命現(xiàn)象都與酶有關(guān)，因?yàn)榛罴?xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)反響，都是在酶的催化作用下進(jìn)展的，沒(méi)有酶，新陳代謝就不能進(jìn)展，生命也就會(huì)隨之停頓。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，這一認(rèn)識(shí)直到20世紀(jì)80年代后才被科學(xué)修正過(guò)來(lái)。科學(xué)研究說(shuō)明，一些RNA分子也具有酶的催化功能，如一種叫RNaseP的酶，它是由20%的蛋白質(zhì)和80%的RNA組成。科學(xué)家將這種酶的蛋白質(zhì)除去，同時(shí)進(jìn)步鎂離子的濃度，留下來(lái)的RNA仍具有與該酶一樣的催化活性。后來(lái)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)其它某些RNA分子與那些構(gòu)成酶的蛋白質(zhì)分子一樣，也都是效率非常高的生物催化劑。酶工程細(xì)菌細(xì)胞直徑缺乏2m，每時(shí)每刻卻發(fā)生著1500一2000個(gè)化學(xué)反響，由1000多種酶對(duì)這些反響進(jìn)展催化和調(diào)制，消費(fèi)著3000多種蛋白質(zhì)，1000多種核酸;而且細(xì)菌合成效率驚人，它合成每個(gè)肽鏈只需百分之三秒，而現(xiàn)代最先進(jìn)的蛋白質(zhì)自動(dòng)合成機(jī)器只能合成小肽，而且速度也慢，合成每個(gè)肽鏈需要7分鐘，兩者相差200多倍;它合成RNA和DNA的速度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人工合成;另外細(xì)胞中能量轉(zhuǎn)換效率也很高，這一切都有賴于生物催化劑，這就是酶?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的酶約有幾千種以上。它們定位于各種細(xì)胞的不同細(xì)胞器中，催化細(xì)胞生長(zhǎng)代謝過(guò)程中各種不同的化學(xué)反響，使這些反響在正常溫度等條件下就可順利進(jìn)展。酶是細(xì)胞產(chǎn)物，但不一定非要在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，在細(xì)胞外，即在非細(xì)胞條件下也能發(fā)揮作用。19世紀(jì)，人們已認(rèn)識(shí)到酵母可以使葡萄糖發(fā)酵，產(chǎn)生酒精和二氧化碳，但是對(duì)于這一過(guò)程是如何進(jìn)展的，當(dāng)時(shí)主要有兩種觀點(diǎn)，而且一直未能達(dá)成一致。1857年，法國(guó)著名的細(xì)菌學(xué)家巴斯德認(rèn)為酒精發(fā)酵需要有完好的細(xì)胞構(gòu)造才能實(shí)現(xiàn);德國(guó)化學(xué)家李比西那么認(rèn)為酒精發(fā)酵要求的只是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，而不要求完好的細(xì)胞參與。直到1897年，畢西納不用完好的酵母細(xì)胞，而用酵母汁進(jìn)展酒精發(fā)酵獲得成功，從而證明生物體內(nèi)的催化反響也可能在體外進(jìn)展。正是基于這點(diǎn)，人們可以利用細(xì)胞中的酶能催化體外的生化反響，這就是酶工程得以發(fā)現(xiàn)的前提。我們都用過(guò)加酶洗衣粉，同一般的洗衣粉相比，加酶洗衣粉中含有蛋白質(zhì)和脂肪酶等多種通過(guò)微生物消費(fèi)出來(lái)的酶，因此，去除汗?jié)n和油污的才能比較強(qiáng)。我們知道，酶作為一類具有生物催化作用的有機(jī)物，是在活細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的。那么，人們是怎樣通過(guò)活細(xì)胞獲得這種酶并且在消費(fèi)和生活中使用這些酶的呢?這些都是通過(guò)酶工程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂酶工程，就是在一定的生物反響器中，利用酶的催化作用，將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)，而且酶工程是生物工程的核心，沒(méi)有酶的作用，任何生物工程技術(shù)都不能實(shí)現(xiàn)。概括地說(shuō)，酶工程是由酶制劑的消費(fèi)和應(yīng)用兩個(gè)方面組成的。(一)酶制劑的消費(fèi)酶的種類大約有幾千種，實(shí)際已被運(yùn)用于工業(yè)消費(fèi)的僅10余種，如已可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大量消費(fèi)的酶有淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構(gòu)酶等，其中堿性蛋白酶用于加酶洗滌劑，占國(guó)際上酶銷售額的首位，青霉素固化酶用于醫(yī)療，占世界用量第二位。早期酶制劑主要來(lái)于動(dòng)植物材料，而今酶的主要來(lái)是微生物。酶制劑的消費(fèi)包括酶的消費(fèi)、提取、別離純化和固定化。1、酶的消費(fèi)、提取和別離純化(1)酶的消費(fèi)酶普遍存在于動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)。人們最早是從植物的器官和組織中提取酶的。例如，從胰臟中提取蛋白酶，從麥芽中提取淀粉酶;如今，消費(fèi)酶制劑所需要的酶大都來(lái)自微生物，這是因?yàn)橥参锖蛣?dòng)物相比，微生物具有容易培養(yǎng)、繁殖速度快和便于大規(guī)模消費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。人們提供必要的條件，利用微生物發(fā)酵來(lái)消費(fèi)酶。(2)酶的提取和純化從微生物、動(dòng)植物細(xì)胞中得到含有多種酶的提取液后，為了從提取液中獲得所需要的某一種酶，必須將提取液中的其他物質(zhì)別離，這就是酶的別離純化。經(jīng)過(guò)別離純化后的得到的酶，活性不能降低，因此，別離純化必須在適宜的條件下進(jìn)展。人們多項(xiàng)選擇擇不同種類和濃度的有機(jī)溶劑，以沉淀不同的酶蛋白，到達(dá)別離純化酶的目的。2、酶的固定化將別離純化的酶制成酶制劑進(jìn)展枯燥處理，再適量參加相應(yīng)的穩(wěn)定劑和填充劑，制成粉狀制劑，用它們來(lái)催化生化反響。但其結(jié)果是酶制劑和產(chǎn)物混在一起，不能得到高純度的產(chǎn)品;也很難讓酶制劑進(jìn)展重復(fù)使用。怎么辦呢?科學(xué)家們想到了酶的固定化。先將純化的酶連接到一定的載體上(使酶固定化)，使用時(shí)將被固定的酶投放到反響溶液中，催化反響完畢后又能將被固定的酶回收。固定化酶一般是呈膜狀、顆粒狀或粉狀的酶制劑，它在一定的空間范圍內(nèi)使用，產(chǎn)品的純度高，沒(méi)有酶的而且酶制劑可反復(fù)使用，這種技術(shù)是1969年____首先研制成功，現(xiàn)已方法應(yīng)用到消費(fèi)中的。固定化酶同自由酶相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是穩(wěn)定性高;其二是酶可反復(fù)使用;其三是產(chǎn)物純度高;其四是消費(fèi)可連續(xù)化和自動(dòng)化;其五是設(shè)備小型化以及可節(jié)約能等。我們知道，蔗糖幾乎全部來(lái)于甘蔗或甜菜，但是甘蔗和甜菜的種植范圍都比較有限，因此，蔗糖的產(chǎn)量也就受到了影咱。能不能利用淀粉來(lái)消費(fèi)類似蔗糖的甜味劑呢?科學(xué)家通過(guò)α-淀粉酶、糖化酶和將葡萄糖異構(gòu)酶連接到離子交換樹脂上，或者包埋在明膠中，制成的固定化葡萄糖異構(gòu)酶，這種固定化酶可以用于使葡萄糖轉(zhuǎn)化成甜度更高的高果糖漿。一些興隆國(guó)家高果糖漿的年產(chǎn)量現(xiàn)已到達(dá)幾百萬(wàn)噸，高果糖漿在許多飲料的制造中已經(jīng)逐漸替代了蔗糖。3、固定化細(xì)胞利用胞內(nèi)酶制作固定化酶時(shí)，先要把細(xì)胞打碎，才能將里面的酶提取出來(lái)，這就增加了工序和本錢。人們?cè)O(shè)想直接固定那些含有所需胞內(nèi)酶的細(xì)胞，并且就用這樣的細(xì)胞來(lái)催化化學(xué)反響。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家研制成固定化細(xì)胞，并且用于消費(fèi)。例如，將酵母細(xì)胞吸附到多孔塑料的外表上或包埋在瓊脂中，制成的固定化酵母菌細(xì)胞，可以用于酒類的發(fā)酵消費(fèi)。(二)酶制劑的應(yīng)用1、治療疾病胰島素是治療糖尿病的常用藥品，這種蛋白質(zhì)是胰臟中胰島細(xì)胞分泌的一種激素，是由兩條肽鏈組成，一條由21個(gè)氨基酸組成，稱為A鏈;另一條由30個(gè)氨基酸組成，稱為B鏈。胰島素是治療糖尿病的。由于糠尿病患者很多，胰島素的需要量很大，所以許多糖尿病患者使用的曾是豬的胰島素。但是，豬胰島素與人胰島素在化學(xué)構(gòu)造上有一處差異：豬胰島素B鏈上最后一個(gè)氨基酸是丙氨酸，人胰島素B鏈上最后一個(gè)氨基酸是蘇氨酸。因此，用豬胰島素治療人的糖尿病，容易使一些患者產(chǎn)生免疫反響。如今，科學(xué)家可利用酶，切下并移去豬胰島素B鏈上的那個(gè)丙氨酸，然后接上一個(gè)蘇氨酸。這樣，豬的胰島素就魔術(shù)般地變成人的胰島素了;尿激酶可以用來(lái)活化人體內(nèi)的溶纖維蛋白酶原，使溶纖維蛋白酶原轉(zhuǎn)化為溶纖維蛋白酶，是治療腦溢血、心肌堵塞、肺動(dòng)脈阻塞等疾病引起的血栓所需要的藥物，它是能利用培養(yǎng)哺乳動(dòng)物細(xì)胞得到的唯一可以商業(yè)化的治療劑。但由尿或組織培養(yǎng)的產(chǎn)物中提取價(jià)格較高，1980年4月，科學(xué)家已經(jīng)通過(guò)質(zhì)粒DNA誘發(fā)大腸桿菌消費(fèi)出尿激酶，為在工業(yè)上利用酶工程方法消費(fèi)酶開拓了道路;青霉素是人們經(jīng)常使用的一種抗生素。但是，多年的使用使得不少病原菌對(duì)青霉素產(chǎn)生了抗藥性，為此，科學(xué)家一方面研制新的抗生素以替代青霉素，另一方面設(shè)法通過(guò)有關(guān)的酶制劑來(lái)改造青霉素的分子構(gòu)造，進(jìn)而研制出新型的青霉素。青霉素的分子是由一個(gè)母核和一個(gè)側(cè)鏈組成的。科學(xué)家利用青霉素?；?，將母核和側(cè)鏈水解開，然后，利用化學(xué)合成的方法，使青毒素的母核與其他的側(cè)鏈連接，從而研制出氨芐青霉素等新型的青霉素。如今，制藥廠已經(jīng)可以利用固定化青霉素?；阜错懫鳎膳叵M(fèi)用于合成氨芐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細(xì)胞壁，具有明顯的抗菌和消炎作用;溶纖維蛋白酶具有溶解患者血管內(nèi)纖維蛋白凝塊的作用，可以用來(lái)治療血栓病。2、產(chǎn)品加工利用酶制劑消費(fèi)一些產(chǎn)品，這一過(guò)程是在酶反器中進(jìn)展的，酶反響器是指供酶制劑催化化學(xué)反響容器。酶反響器分成多種，如具有固定化酶(或固定化細(xì)胞)的反響器叫做柱式酶反響器，柱式酶反響器是將含有底物的液體，以一定的速度連續(xù)不斷地從一端注入裝有固定化酶(或固定化細(xì)胞)的容器，在液體流經(jīng)固定化酶(或固定化細(xì)胞)時(shí)，容器內(nèi)就發(fā)生催化反響并且生成產(chǎn)物、含有產(chǎn)物的液體那么連續(xù)不斷地沉著器的另一端流出。同一般的化工容器一樣，需要對(duì)酶反響器溫度和pH等條件進(jìn)展嚴(yán)格控制;不同的是，酶反響器必須進(jìn)展無(wú)菌操作。食品加工業(yè)方面。釀酒廠和飲料廠利用果膠酶來(lái)澄清果酒和果汁，效果十清楚顯;又如，葡萄糖氧化酶可以除去密封飲料和罐頭中的氧氣、從而有效地防止飲料和食品氧化變質(zhì);再如，用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉絲、肉片等烹調(diào)后吃起來(lái)嫩滑可口;例如，支鏈淀粉酶是分解多糖類支鏈淀粉的酶，它能把胚芽轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴奢^好的麥芽糖糖漿。麥芽糖的甜味沒(méi)有葡萄糖濃，但很適口，且容易發(fā)酵、粘度大、溶解度大，用其制作糖果可以防止遇熱變色，用于冰激凌可以防止產(chǎn)生砂糖結(jié)晶。日常生活方面。照相業(yè)由于采用了酶技術(shù)使照相材料發(fā)生了很大變革;家庭用的洗衣粉里加了一些酶，它可以分解某些蛋白質(zhì)等物質(zhì)，使衣服上的血跡、汗?jié)n等容易洗掉。但是，由于這些酶比較脆弱，在漂白劑一同起作用下很容易被破壞，然而酶工程可以解決這一技術(shù)難題。目前，市場(chǎng)上己經(jīng)出現(xiàn)了可以和漂白劑一同起作用的去污酶洗衣粉?？茖W(xué)家通過(guò)對(duì)去污酶構(gòu)造上的兩個(gè)氨基酸進(jìn)展修改，進(jìn)步了這種酶的抵抗力?；瘜W(xué)工業(yè)方面酶制劑也得到了廣泛應(yīng)用，在塑料工業(yè)與合成纖維工業(yè)中，已經(jīng)可以用酶制劑催化氫化鏈烯的消費(fèi);其他方面，一些紡織原料也可以利用酶制劑進(jìn)展加工。例如，天然蠶絲(指家蠶吐出的蠶絲)的外表有一層絲膠，絲膠直接影響天然蠶絲的使用。過(guò)去，人們只能在高溫條件下用堿性物質(zhì)脫去天然蠶絲上的絲膠。如今，人們可以在溫和的條件下，利用蛋白酶對(duì)天然蠶絲進(jìn)展脫膠，脫膠后的蠶絲具有鮮亮的色澤和柔滑的手感。3、化驗(yàn)診斷和水質(zhì)監(jiān)測(cè)根據(jù)葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶的催化作用下形成水和原子氧，而氧原子可以將某種無(wú)色的化合物氧化成有色的化合物，人們根據(jù)這個(gè)原理，將上述兩種酶和無(wú)色的化合物固定在紙條上，制成測(cè)試尿糖含量的酶試紙，當(dāng)它與尿液相遇時(shí)，根據(jù)尿液中葡萄糖含量由少到多而呈現(xiàn)出淺藍(lán)、淺綠、棕或深棕色，這樣糖尿病人就可以方便地為自己化驗(yàn)?zāi)蛱堑那闆r了?？茖W(xué)家根據(jù)同一原理，還研制出可以化驗(yàn)血糖數(shù)值的血糖快速測(cè)試儀，具有靈敏度高和速度快等優(yōu)點(diǎn)。酚是一類對(duì)人體有害的化合物，經(jīng)常通過(guò)煉油和煉焦等工廠的廢水排放到河流和湖泊中，科學(xué)家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶?jìng)鞲衅?，可快速測(cè)定出水中質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅有2×10—7的酚。4、用于生物工程其他分支領(lǐng)域基因工程離不開內(nèi)切酶和連接酶;植物體細(xì)胞雜交制備原生質(zhì)體時(shí)，需要纖維素酶，人們把它們稱為生物工程的工具酶，而這些酶可由酶工程得到。酶作用的特性酶是催化劑