Giáo án Bài 10. Protein và enzyme

Nhận biết hiện tượng đông tụ của protein khi đun nóng và xác định vấn đề cần giải quyết trong bài.

HS quan sát mô phỏng 3D “ống lòng trắng trứng đun nóng trên đèn cồn” trong trang bài học NeoEdu. GV đặt câu hỏi: (1) Lòng trắng trứng thay đổi như thế nào khi đun nóng? (2) Theo em, protein có bị cắt thành các amino acid nhỏ hơn không, hay chỉ thay đổi cách sắp xếp trong không gian?

HS nêu được: lòng trắng chuyển đục rồi đông thành kết tủa trắng khi đun nóng. Dự đoán ban đầu: protein có thể bị biến đổi cấu trúc không gian, chưa chắc bị thuỷ phân thành amino acid. Từ đó HS xác định nhiệm vụ: tìm hiểu cấu trúc, tính chất hoá học của protein và đặc điểm xúc tác của enzyme.

Nêu được khái niệm protein; phân biệt thuỷ phân, biến tính, đông tụ; mô tả được phản ứng màu biuret và phản ứng với HNO₃ đặc.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 1: đọc khái niệm protein, quan sát ba mẫu thí nghiệm (đun nóng; HNO₃ đặc; Cu(OH)₂/NaOH) qua biểu diễn của GV và mô phỏng/phòng thí nghiệm ảo NeoEdu, sau đó điền kết quả và trả lời câu hỏi: “Thuỷ phân khác biến tính ở điểm nào? Đông tụ có phải là thuỷ phân không?”

Khái niệm: protein là hợp chất sinh học cao phân tử gồm chuỗi polypeptide của α-amino acid, có trình tự và cấu trúc không gian đặc thù.
Bảng kết quả: mẫu đun nóng → lòng trắng đục, đông trắng (biến tính, kết tủa); mẫu HNO₃ đặc → kết tủa vàng (phản ứng ở gốc amino acid thơm); mẫu Cu(II)/kiềm → màu tím biuret (do nhiều liên kết peptide).
Kết luận HS rút ra: thuỷ phân cắt liên kết peptide tạo chuỗi ngắn hơn rồi amino acid; biến tính làm đổi cấu trúc không gian, không nhất thiết cắt liên kết peptide; đông tụ không phải thuỷ phân.

Nêu được khái niệm enzyme, tính chọn lọc và giải thích được ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính enzyme từ dữ liệu giả định.

HS quan sát mô hình enzyme trong trang bài học NeoEdu (chuỗi polypeptide gấp cuộn với trung tâm hoạt động; cơ chất khớp vào rồi tách đôi). Nhóm 4 phân tích dữ liệu giả định, cùng lượng cơ chất, enzyme và thời gian: ở 25 °C chuyển hoá 20%; ở 37 °C chuyển hoá 50%; ở 80 °C sau xử lí nhiệt chuyển hoá 2%. HS hoàn thành Phiếu học tập số 2.

Khái niệm: enzyme là chất xúc tác sinh học, phần lớn là protein; mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một hoặc một nhóm phản ứng nhất định (tính chọn lọc, cơ chế chìa khoá – ổ khoá).
Kết quả phân tích: 37 °C cho chuyển hoá cao nhất trong ba điều kiện được đo (50%); 80 °C làm giảm mạnh hoạt tính (2%) do enzyme biến tính.
Kết luận HS rút ra: enzyme không phải càng nóng càng nhanh; hoạt tính lớn nhất trong vùng nhiệt độ phù hợp; enzyme không bị tiêu hao theo tỉ lượng và không làm thay đổi $K_c$.
Giới hạn: 37 °C chưa đủ xác định nhiệt độ tối ưu toàn dải; cần đối chứng không enzyme và giữ pH, thời gian, nồng độ cố định.

Phân biệt được protein đơn giản và protein liên hợp; trình bày được vai trò của protein và enzyme đối với sự sống và đời sống.

HS hoàn thiện sơ đồ tư duy ba nhánh: phân loại protein (đơn giản, liên hợp); chức năng của protein (xây dựng mô, vận chuyển như hemoglobin, bảo vệ như kháng thể, điều hoà, xúc tác); ứng dụng enzyme (chế biến thực phẩm, bột giặt, y học). GV đưa ba mô hình xúc tác enzyme: glucose → 2 ethanol + 2 $\mathrm{CO_2}$; glucose → 2 lactic acid; saccharose + $\mathrm{H_2O}$ → glucose + fructose, và yêu cầu nêu rõ hệ enzyme/vi sinh vật thích hợp cho từng mô hình.

Sơ đồ tư duy gồm: protein đơn giản (khi thuỷ phân chỉ cho α-amino acid); protein liên hợp (có thêm phần phi protein như nhân heme). Protein sợi như keratin, collagen thường khó tan; albumin tạo dung dịch keo trong điều kiện thích hợp.
Vai trò protein: xây dựng mô, vận chuyển (hemoglobin), bảo vệ (kháng thể), điều hoà, xúc tác.
Vai trò enzyme: chuyển hoá cơ chất có chọn lọc trong sản xuất thực phẩm; protease hỗ trợ phân cắt vết protein trong bột giặt; enzyme y tế và công nghệ gene cần quy trình chuyên môn.
Lưu ý: không coi một enzyme làm được cả ba phản ứng trên.

Vận dụng được khái niệm biến tính, phản ứng màu, tính chọn lọc và thành phần enzyme để trả lời các câu hỏi trắc nghiệm và đúng/sai.

HS làm nhanh bốn bài tập sau (làm cá nhân 4 phút, sau đó đối chiếu nhóm).
Bài 1: Biến tính protein nhất thiết có nghĩa gì? A. Thay đổi trình tự amino acid bắt buộc; B. Thuỷ phân hoàn toàn thành amino acid; C. Cắt mọi liên kết peptide; D. Thay đổi cấu trúc không gian.
Bài 2: Màu biuret của mẫu protein trong kiềm với Cu(II) là gì? A. Đỏ gạch như Cu₂O; B. Tím; C. Xanh lam như phức Cu–OH kề nhau; D. Vàng như phản ứng xanthoproteic.
Bài 4: Xét enzyme. a) Phần lớn enzyme là protein. b) Enzyme làm tăng $K_c$. c) Nhiệt quá cao có thể làm giảm hoạt tính. d) Cần đối chứng không enzyme khi kiểm tra tác dụng. HS xác định đúng/sai cho từng ý.
Bài 5: Ghép biến đổi với mô tả: thuỷ phân, biến tính, xúc tác enzyme với các mô tả: cắt liên kết peptide bằng nước; đổi cấu trúc không gian; tăng tốc phản ứng chọn lọc.

Đáp án Bài 1: D (biến tính tác động vào cấu trúc không gian, không nhất thiết thuỷ phân mạch chính).
Đáp án Bài 2: B (phức với liên kết peptide cho màu tím).
Đáp án Bài 4: a) Đúng; b) Sai (enzyme là xúc tác, không làm thay đổi $K_c$); c) Đúng; d) Đúng.
Đáp án Bài 5: thuỷ phân – cắt liên kết peptide bằng nước; biến tính – đổi cấu trúc không gian; xúc tác enzyme – tăng tốc phản ứng chọn lọc. Không đồng nhất đông tụ hay biến tính với việc cắt toàn bộ chuỗi.

Vận dụng kiến thức về điều kiện hoạt động của enzyme để tính toán và lập luận về kết luận từ dữ liệu giả định.

HS làm bốn bài sau theo nhóm 4:
Bài 3: Dữ liệu giả định ở 25 °C chuyển hoá 20%, ở 37 °C chuyển hoá 50% trong cùng thời gian. Chênh lệch là bao nhiêu điểm phần trăm?
Bài 6: Khi so ảnh hưởng nhiệt độ lên enzyme, cần giữ cố định những yếu tố nào? A. pH; B. Lượng enzyme; C. Thời gian; D. Nhiệt độ là biến thay đổi.
Bài 7: Giả định không enzyme tạo 0,02 mol sản phẩm; có enzyme tạo 0,10 mol trong cùng thời gian. Lượng sản phẩm tăng thêm là bao nhiêu mol?
Bài 8: Bảng giả định cùng điều kiện khác: 25 °C 20%, 37 °C 50%, 80 °C 2% chuyển hoá. Có thể kết luận 37 °C luôn tối ưu cho mọi enzyme không? Giải thích.

Đáp án Bài 3: 30 điểm phần trăm (50 − 20 = 30; khác với mức tăng 30% tương đối).
Đáp án Bài 6: A, B, C (chỉ thay đổi nhiệt độ, giữ các yếu tố khác để diễn giải kết quả).
Đáp án Bài 7: $0{,}08$ mol (0,10 − 0,02 = 0,08 mol). Lưu ý: số liệu này chưa đủ để tính hằng số tốc độ.
Đáp án Bài 8 (gợi ý chấm tối đa 3 điểm): Không thể kết luận. 1 điểm nêu kết luận không thể khái quát. 1 điểm: 37 °C cao nhất chỉ trong ba điều kiện của enzyme đang xét. 1 điểm: giải thích giới hạn do chưa khảo sát nhiệt độ trung gian và enzyme khác; số liệu 80 °C phù hợp với mất hoạt tính nhưng cần đối chứng, không tự chứng minh cơ chế. Gợi ý mở rộng: giữ pH, lượng enzyme, cơ chất và thời gian cố định; lặp phép đo.

Vận dụng kiến thức về tính chọn lọc, điều kiện hoạt động của enzyme và vai trò của protein để giải thích một số tình huống thực tế.

GV nêu ba tình huống: (1) Vì sao trên nhãn nhiều loại bột giặt có enzyme protease, và vì sao không nên dùng nước rất nóng để hoà tan bột giặt đó? (2) Vì sao cơ thể cần nguồn protein có chất lượng để xây dựng mô và tạo kháng thể? (3) Vì sao lòng trắng trứng luộc chín không thể trở lại trạng thái lỏng ban đầu? HS thảo luận nhóm 4 và viết câu trả lời ngắn (5–7 câu) cho một tình huống. Có thể giao tiếp tục cho HS về nhà làm thêm tình huống còn lại.

Tình huống 1: protease phân cắt vết protein; enzyme hoạt động tốt trong điều kiện pH và nhiệt độ phù hợp, nhiệt quá cao có thể làm enzyme biến tính và mất hoạt tính; nên làm theo hướng dẫn trên nhãn sản phẩm.
Tình huống 2: protein cung cấp amino acid để xây dựng mô, vận chuyển (hemoglobin), tạo kháng thể (bảo vệ); chế độ ăn cần nguồn amino acid phù hợp.
Tình huống 3: khi đun nóng, protein bị biến tính, cấu trúc không gian bị đổi và đông tụ; quá trình này không phải thuỷ phân nên không tạo lại lòng trắng lỏng như ban đầu.