資源簡介

新課標人教版【必修1】分子與細胞教師用書
致教師 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
第1章　走近細胞
　　第1節　從生物圈到細胞
　　第2節　細胞的多樣性和統一性
　　從生物圈到細胞　教學設計
第2章　組成細胞的分子 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第1節　細胞中的元素和化合物 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第2節　生命活動的主要承擔者 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第3節　遺傳信息的攜帶者 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第4節　細胞中的糖類和脂質 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第5節　細胞中的無機物 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　教學設計與案例：《生命活動的主要承擔者 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
第3章　細胞的基本結構 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第1節　細胞膜 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第2節　細胞器 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第3節　細胞核 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
第4章　細胞的物質輸入和輸出 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第1節　物質跨膜運輸的實例 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第2節　生物膜的流動鑲嵌模型 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第3節　物質跨膜運輸的方式 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
第5章　細胞的能量供應和利用 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第1節　降低化學反應活化能的酶 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第2節　細胞的能量“通貨” ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第3節　ATP的主要來源 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第4節　能量之源——光與光合作用 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　ATP的主要來源　教學設計與案例 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
第6章　細胞的生命歷程 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第1節　細胞的增殖 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第2節　細胞的分化 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第3節　細胞的衰老和凋亡 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　第4節　細胞的癌變 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
　　細胞的癌變　教學設計與案例 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "歡迎登陸21世紀教育網" \t "_blank )
《分子與細胞》是普通高中生物新課程中第一個必修模塊。萬事開頭難，難在師生要在新的課程理念指導下進行教和學；難在達成知識、能力、情感態度與價值觀三位一體的教學目標；難在把握好教學內容的時代性、基礎性和選擇性的有機統一；難在引發和保持學生的學習興趣和探索精神，為后續必修和選修模塊的學習奠定較好的基礎。如果第一個必修模塊學不好，會嚴重影響學生對生物課程的學習積極性，從而影響本學科在您校高中課程體系中的地位。
困難既是挑戰，也是機遇。這里就學習本模塊的意義和價值，教學內容的設計思路和呈現方式，從編者的視角作一些介紹。同時就本模塊的教學提出一些建議，和老師們交流。由于本模塊是三個必修模塊的起始模塊，有些方面說得較寬泛一點，既針對本模塊的教學，對其他模塊的教學，也有可參考之處。
一、學習本模塊的意義和價值
眾所周知，17世紀細胞的發現和19世紀細胞學說的建立，對生物科學的發展具有重大意義。恩格斯說：“有了這個發現，有機的有生命的自然產物的研究──比較解剖學、生理學和胚胎學──才獲得了鞏固的基礎。”人們通常稱1838～1839年施旺和施萊登確立的細胞學說，1859年達爾文確立的進化論和1866年孟德爾確立的遺傳學為現代生物學的三大基石，而實際上，可以說細胞學說又是后二者的基石。當前，細胞生物學的主要發展方向是細胞分子生物學，它是以細胞作為一切有機體進行生命活動的基本單位這一概念出發，主要在分子水平上研究細胞生命活動的基本規律。因此，高中生物課程的第一個必修模塊稱為《分子與細胞》。其學習意義和價值如下。
1.促進辯證唯物主義自然觀的形成
（1）理解生命的物質性及生命物質的特殊性
世界是物質的運動和運動著的物質，這是唯物主義的根本觀點。以細胞為基本單位的奇妙而多彩的生物世界，其組成的元素和化合物，既與非生命世界有普遍的聯系，又有重大的區別，尤其是組成細胞的有機分子，如生命活動的主要承擔者──蛋白質；遺傳信息的攜帶者──核酸；具有多種生命功能的糖類和脂質。蛋白質、核酸和多糖又都是由特定單體構成的生物大分子，它們以碳鏈為骨架，成為細胞的結構基礎，演繹著或簡約、或繁復的生命之歌。學生形成從分子水平上看待生命的物質性和生命物質的特殊性的認識，對于他們樹立正確的世界觀極為重要。無論是進一步的學習和研究，還是處理個人或社會事務，都需要有唯物的觀點。
（2）理解生命系統有許多層次，細胞是基本的生命系統
生命系統由宏觀到微觀，大體說是由生物圈、生態系統、群落、種群到個體；由個體、系統、器官、組織到細胞。細胞是基本的生命系統（細胞內還有各種結構及各類分子和原子）。客觀世界是由許多大大小小，互相聯系而又有區別的系統所組成的，系統都有它的邊界，由相互作用、相互依賴的組分組成，系統都有它自身的調控規律和發展、消亡的規律。就細胞而言，細胞膜是系統的邊界；各類細胞器的分工合作是各組分的重要關系；細胞核是系統的控制中心，等等。如果通過細胞的探究，能使學生形成以系統論的視角來觀察和分析世間萬物，其益處不僅是學好生物學，還將廣及其他。
（3）理解生命系統的開放性，即要與周圍環境進行物質和能量的交換
高中生物必修1教師教學用書致教師奧地利出生的美國生物學家貝塔朗菲（L.von Bertalanffy， 1901—1971）創立了一般系統論。他的系統論思想源自其機體論（1928年的《現代發展理論》和1932年的《理論生物學》）。他強調生物的整體性、動態結構、能動性和組織等級，構成了一個系統，同時它又是一個開放系統，和其環境組成一個大系統。基于這樣的認識，研究細胞這一基本的生命系統時，細胞的物質輸入和輸出、細胞的能量供應和利用（或者稱之為細胞代謝），就是最核心的細胞生物學知識。生命活動的主動性、有序性和周圍環境的統一性，盡在其中。生命系統的開放性，通過細胞生命活動的分析，能夠深入到分子水平而比較透徹，而這些認識，又將是研究個體、種群、群落、生態系統這些層次的開放性的基礎，也和遺傳進化息息相關。用開放的觀點審察自然現象和社會事務，具有普遍的認識論和方法論的價值。
（4）理解細胞的生命歷程，領悟事物的發生、發展和消亡的普遍規律
任何事物都有其發生、發展、消亡的過程和規律，這既是運動的觀點，也是辯證的觀點。通過對細胞的增殖、分化、衰老、凋亡和癌變的了解，將會具體而鮮明地形成這樣的觀點。輻射開去，可見世界萬物，都有其發生、發展、消亡的規律，人們可以認識、應用這個規律，讓世界更美好。就對待生命而言，我們應該愛護生命、珍惜生命。在有生之年，讓生命閃耀熠熠的光輝。
簡言之，上述4個方面：生命的物質性；細胞是基本的生命系統；生命系統的開放性；細胞的發生、發展和消亡，反映了辯證唯物主義的自然觀。《普通高中生物課程標準（實驗）》第11頁指出：“通過本模塊的學習，學生將在微觀層面上，更深入地理解生命的本質。了解生命的物質性和生物界的統一性，細胞生活中物質、能量和信息變化的統一，細胞結構和功能的統一，生物體部分和整體的統一等，有助于辯證唯物主義自然觀的形成。”這與本文的敘述是并行不悖的，本文只是更貼近教科書的體系安排的敘述方式。
2.為學習其他必修模塊和選修模塊奠定知識和能力的基礎
《普通高中生物課程標準 （實驗）》第4頁指出：“學生在學習了生物1（即《分子與細胞》）的內容之后，既可以學習生物2（即《遺傳與進化》）的內容，也可以學習生物3（即《穩態與環境》）的內容。在修完必修模塊的基礎上，進行選修模塊的學習。”課標的這一規定，反映了《分子與細胞》模塊，是學習所有其他模塊的基礎，也反映了各模塊既具有相對的獨立性，又相互依存。沒有扎實的《分子與細胞》的基礎，難以學習遺傳的細胞基礎和分子機制，進而難以理解現代生物進化理論。而機體內環境的穩態及其調控，涉及到許多種類的細胞及細胞參與的分子機制。即使是群體生物學（從種群、群落到生態系統）中生物和生物的關系，生物和非生物之間的關系，其物質、能量、信息的運動，均離不開細胞的生理活動和相關的分子機理。因此，學好《分子與細胞》就為另兩個必修模塊的學習，打下較好的知識基礎，更不必說選修模塊了。
除知識基礎外，能力基礎的形成也很重要。《普通高中生物課程標準 （實驗）》第8頁，在課程的具體目標中，從能力角度提出了三方面的要求，它們是：“·能夠正確使用一般的實驗器具，掌握采集和處理實驗材料、進行生物學實驗的操作、生物繪圖等技能。·能夠利用多種媒體搜集生物學的信息，學會鑒別、選擇、運用和分享信息。·發展科學探究能力……”《分子與細胞》模塊中安排的實驗、探究等活動占了全部必修模塊的近一半，對學生能力的培養具有基礎性作用。
此外，在學習本模塊的過程中，學生學習興趣的激發，學習方法的領悟，都對后續模塊的學習有重要影響。
3.有助于學生對科學過程和本質的理解
（1）本模塊精選了若干重大科學發現的歷史過程
對科學過程和本質的理解，需要科學歷史的支撐，而不是說教可以達到的。為此，本模塊選取了《細胞學說建立的過程》、《探索生物大分子的奧秘──與鄒承魯院士一席談》、《細胞世界探微三例》、《對生物膜結構的探索歷程》、《關于酶本質的探索》、《光合作用的探究歷程》、《細胞的全能性》等方面的歷史，而且盡量展示其曲折和艱辛、繼承和創新，使學生愛讀、置身于科學歷史的氛圍中去領悟和體會。
（2）科學過程沒有終點，現代科學生機勃勃
學生不應該僅僅了解科學的過去，更重要的是接觸現代科學的許多生長點，以此喚起一代新人的努力。本模塊著意展示了相關內容的新進展。如《組裝細胞》、《國際人類蛋白質組計劃》、《授予諾貝爾化學獎的通道蛋白研究》、《干細胞研究進展與人類健康》、《細胞衰老的原因》等，使學生感受到現代生命科學不息的脈動，把今日的學習融合到促進生命科學未來發展的事業中去。
（3）科學的前進也依賴于技術和方法的改進
科學發展的歷史過去是這樣，現在更是這樣，即科學的技術化、技術的科學化。本模塊教材十分關注技術的發明和科學方法的改進對解決相關科學問題所起的作用，在學生可理解的范圍內，作了必要的介紹。如顯微技術的發明和應用、體驗制備細胞膜的方法、分離各種細胞器的方法、同位素示蹤技術、熒光顯示技術等。在科學方法上，從系統分析方法到各種具體的科學方法都有涉及，如模型方法、變量控制、對比實驗等。
（4）理解科學過程，最重要的是親歷實驗和探究
本模塊列有實驗9個，探究4個，模型建構1個，課外制作1個。其中實驗和探究，一方面緊扣學習的核心內容，另一方面涉及多種方法和技能，所需儀器設備條件相對簡單，易于完成。所有實驗和探究常有“提示”、“案例”、“討論”等內容，以強化學生理解科學過程。
4.在現實生活的背景中學習生物學，為現實生活服務
生物科學素養是指公民參加社會生活、經濟活動、生產實踐和個人決策所需要的生物科學知識、探究能力以及相關的情感態度與價值觀。不應把生物學關進“象牙之塔”，而應當和廣闊的社會生活相聯系。《分子與細胞》涉及的內容，雖屬微觀，相對深奧，但鑒于細胞是基本的生命系統，它和人們的日常生活、醫療保健、環境保護、經濟活動等方面仍密切相關。這方面研究的現代進展，更深刻地影響人類社會的生活、生產和發展。本模塊的第一章《走近細胞》的引言中就說：“悠悠300余年，關于細胞的研究碩果累累；近50年來更進入了分子水平，老樹又綻新花。許多研究成果已經或將要走進我們的生活：植物細胞在培養瓶中悄然長成幼苗；動物體細胞核移植誕生了克隆動物；不同生物細胞間DNA的轉移創造出新的生物類型及其產品；病危的生命期盼著干細胞移植的救助……讓我們再次走近細胞，更深入地探索它的奧秘。”這些話，并不僅僅是為了引發學生的學習興趣，而更是宣示了一個指導思想：注重與現實生活的聯系，在現實生活的背景中學習生物學，為現實生活服務。
因此，本模塊教材中有創設學習情境的“問題探討”（每節都有），其中相當一部分是現實生活中的問題；教材的敘述風格，盡可能從人們的生活、生產以及學生的經驗出發，力避深奧、學術化；教材的正文中還常出現醒目的“與生活的聯系”欄目；教材還設有“科學·技術·社會”的專欄。即使是在“練習”和“自我檢測”的習題中，還有相當數量的聯系生活、參與決策的題目。所有這一切，是要構建一種聯系現實生活的氛圍，創設一種進一步理解和應用知識的情境。按照這一思路，教師還有補充、發展的余地。
從根本上說，科學源于生活、生產、科學實驗的實踐，它的至高至上的目的，是要造福于人類。學生學習的最終目的，是促進自身的全面發展，并且為社會的發展和進步服務。把學習和現實生活聯系起來，本質是一種價值的追求，是科學的人文化。
學習本模塊的意義和價值，并不僅止于上述4個方面，教師可以根據課程標準的要求，進一步闡釋，指導自己的教學行為。
二、教學內容的設計思路和呈現方式
本模塊教科書的全部內容以及編輯設計，已經呈現在諸位面前，孰優孰劣，當由教師和學生來評價。
《普通高中生物課程標準 （實驗）》中說：“每個模塊有若干主題，每個主題由具體內容標準和活動建議組成。具體內容標準規定了本課程所要達到的基本學習目標。活動建議列舉了有利于學習目標達成的觀察、調查、資料的搜集和分析、討論、實驗、探究等活動。”《分子與細胞》模塊，課標規定了5個主題，依次是細胞的分子組成，細胞的結構，細胞的代謝，細胞的增殖，細胞的分化、衰老和凋亡。活動建議共11項。教科書的設計和呈現，應源于課標，貫徹課標的逐項要求；又要根據教和學的實際情況，提供一個教師好教、學生愛學，教學易見成效，創新留有空間的學習平臺；還要把《普通高中課程改革方案（實驗）》中對內容選取的時代性、基礎性、選擇性要求，融為一體，掌握好分寸。所有這些，說明教科書的編撰，應是課程標準的再創造。
以下列舉的本模塊教學內容的設計思路和呈現方式的若干特點，僅僅為了便于教師教學中有所遵循，而不是面面俱到。
1.以“科學家訪談”代序
本套教科書的三個必修模塊，都以《科學家訪談》代序，這是對傳統教科書的緒論（或前言）的突破，是見人、見事、見精神；有知識、有過程、有殷殷的囑托。
本模塊教材的《科學家訪談》，是編者親訪了著名生物化學家、中國科學院鄒承魯院士而寫成的。訪談圍繞我國率先人工合成蛋白質──結晶牛胰島素的過程展開，講科學家的勇氣和創新；團隊合作，鍥而不舍的科學精神；為祖國爭光，為人類多作貢獻的崇高志向。以“我發現許多生命科學的問題，都要到細胞中尋找答案，而對細胞生命活動規律的闡明，又必須建立在闡明生物大分子結構和功能的基礎上”切入了本模塊的主題──分子與細胞。又以鄒老的囑咐：“辦老實事，說老實話，做老實人！”作結。學什么？為什么學？怎樣學？盡在其中。
2.以細胞是基本的生命系統構建內容體系
本模塊課標的具體內容標準，5個主題都表達為：“細胞的×××”形式，清晰、扼要。但若聯系課標的課程設計思路中曾指出：必修模塊“所選內容能夠幫助學生從微觀和宏觀兩個方面認識生命系統的物質和結構基礎、發展和變化規律以及生命系統中各組分間的相互作用。”那么應該讓學生建立起細胞是基本的生命系統這一概念，并以系統剖析的方法，探究細胞，也為后續模塊學習生命系統的各層次作好鋪墊。從更廣闊的視野來看，一般系統論適用于自然界和社會的各種事物的研究，對學生的未來更具有普遍意義。因此本模塊是以細胞是基本的生命系統來構建內容體系的，可簡略圖示如下（圖1）。

3.以問題（任務）驅動學習，引導自主、探究和合作
教科書應當成為適合于引導學生自主、探究和合作學臺，為此這套教科書的必修模塊，突出了以問題（任務）驅動學習的辦法，期望有助于把傳統的教學過程轉化為更接近于“提出問題—解決問題—發現問題”的過程。
（1）章首頁，由引言＋圖片＋名言（或詩句）組成。除了給予視覺上的賞心悅目，學習情趣上的激發外，引言的文字潛伏著問題，或直截了當呈現問題。例如，第2章《組成細胞的分子》，引言如下：“同自然界的許多物體一樣，細胞也是由分子組成的。細胞為什么能表現出生命的特征？是組成它的分子有什么特殊之處嗎？這些分子在非生命物體中能不能找到？組成這些分子的元素，在非生命物體中能不能找到？這些分子又是怎樣構成細胞的呢？”
（2）節都以“問題探討”專欄開始。“問題探討”是由圖片＋情境描述＋討論題組成。這些問題，有的來自生活；有的來自科學實驗；有的來自科學史。其中以切合學生生活為主，所問問題有一定深度，若要透徹回答，就需認真學習本節內容。本模塊共6章21節，就有21個問題探討，對于驅動學生的主動學習應有一定作用。
（3）節的核心內容，以問題形式組成“本節聚焦”專欄。例如，第1章第1節《從生物圈到細胞》，“本節聚焦”為3個問題：為什么說生命活動離不開細胞？地球上的生命系統可以分為哪些層次？為什么說細胞是基本的生命系統？學習的過程，就是在教師的幫助下去闡明或解決這些問題的過程。每節的“本節聚焦”一般不少于3個問題，共21節，則不下60個問題。
（4）“資料分析（或資料搜集和分析）”和“思考與討論”，是各節中常出現的專欄，這是適應自主、探究、合作學習的需要而設計的。其中都列出了一些富有思考價值、探究意義的問題。有時起承上啟下的作用；有時起知識遷移應用的作用；有時則起或概括、或演繹、或拓展思維的作用。教學中如運用得法，學來生動，學生的學習能力將有長進。
（5）涉及科學史的寫法，大體都是遵循發現—新問題—再研究—再發現的過程來描述，實際也是問題驅動模式。例如，本模塊中“細胞學說建立的過程”、“對生物膜結構的探索歷程”、“關于酶本質的探索”、“光合作用的探究歷程”等都是問題遞進的呈現方式，而且其后必有進一步的問題，留待學生討論。
（6）“實驗”和“探究”的寫法，一般有背景資料，思路提示，甚或參考案例，也是為了便于學生自主學習。另外也十分注意，既要有結果和結論，更要反思、交流和討論，其討論題，有時有一定深度或廣度。
在學科教學中，以問題（任務）驅動，引導自主、探究、合作式的學習，應是基本的策略和方式。為此，教科書為教師和學生提供了方便。但這絲毫也不意味著必須“照貓畫虎”。教師有選擇和創造的空間，尤其不可忽視學生超越教科書的各種問題，它們閃耀著學生智慧的火花，也檢驗教師的教學機智和水平。
4.以“本章小結”、節的“練習”和章的“自我檢測”強化學生的自我評價
養成自我評價的習慣，學會自我評價，是自主學習的重要特征。這在傳統教學中是注意不夠的方面，即使是課程改革的今天，教師的注意力也大多集中在課堂授課時的學生主動性的發揮，較少注意課后學習的指導。于是，我們經常可以看到，直到高考前，還在不斷地作總結性的、梳理式的講解，以及多多地做習題。這從一個側面反映了平常的及時總結、練習和自我測評的不足。
本模塊的教科書，在每章結束時，都有簡約精煉的小結，大體上都包含著本章的核心知識和重要概念；能力要求的提示；情感態度價值觀方面的點撥。學生邊閱讀、邊回想，將有助于統整鞏固，填漏補缺，有所提高。如果堅持下去，就會促成善于總結的習慣。
在每節后有練習，包括較多的基礎題和適量的拓展題，后者有一定難度，既有思維拓展，也有知識應用，還有某些科學探究技能的訓練等。
每章之后，有較豐富的、多形式的自我檢測，大體上包括概念檢測（含判斷題、選擇題和畫概念圖）、知識遷移、技能應用、思維拓展四類。學生可以通過檢測，了解自己的水平，或發現問題，促進反思，進一步提高。
總之，這是一個自我評價的平臺，使自主學習延伸到課后，逐步養成自主學習的習慣，提升自主學習的能力。根據這一精神，教師可結合學生情況，予以增刪，以取得更好的效果。
本模塊教科書沿襲了義教新課標教科書行之有效的許多欄目，如以專框標出的“科學方法”，結合相關內容的“技能訓練”，貫徹STS的“科學·技術·社會”，拓展職業視野的“與生物學有關的職業”等。新增加欄目有“科學前沿”，以適應高中生了解科學發展的需要。此外旁欄中，有“？”者，為補充問題，另有“相關信息”、“知識鏈接”、“想像空間”、“學科交叉”等；章小結后，有“網站登錄”，載相關網址。所有這些設計，使教學內容豐滿起來，使學生的學習空間拓展開來，也為教師的教學作了某些提示。
教科書的圖片力求精美，與文字緊密配合，或以圖代文。編排上也力求疏密有致，清朗悅目，給學生以美的陶冶。
三、本模塊的教學建議
《普通高中生物課程標準 （實驗）》中，對教學建議作了全面的、宏觀的表述，計七大方面。本教學用書，對每章每節又有細致的教學指導，并配有案例若干。因此，這里的教學建議，只能是介于兩者之間的一些提示，不能全面，務求實在，以利于執教。
1.做好模塊式教學的整體設計
由于一個模塊反映了本學科一個或一組的主題或核心概念；有主要的、貫徹始終的科學思想觀念和方法；有學習、探究的相似的情境；有內在的邏輯聯系等，因此需要對教學進行整體設計。
還由于集中于36個學時（半學期）內完成學業，獲取2個學分，時間相對集中，沒有多少緩沖調整的余地，教師和學生都是“連續作戰”。于是，整體設計更顯重要。
整體設計要考慮的要點如下：
（1）本模塊的教育價值凸顯于哪些教學內容和過程之中？
（2）本模塊涉及哪些核心概念，它們應通過怎樣的教學策略和方式來建立？
（3）本模塊主要的、貫徹始終的科學思想觀念和方法，應在哪些內容中重點體現？
（4）本模塊的教學時數應怎樣合理分配，哪些是學生可以自學的，哪些是需要教師指導的，哪些是必須講解的？
（5）本模塊的實驗、探究、制作、搜集資料等活動，需要什么條件，每一項達到的目的存在怎樣的區別，過程和方法的要點怎樣？
（6）本模塊學習過程中需要補充哪些課程資源，哪些課程資源是經過努力可以開發和利用的？
（7）本模塊學習過程中，如何引導學生做好練習和自我測評，是否有必要增加階段性的、多樣化的測評？
（8）本模塊的哪些教學內容和教學過程需要依靠集體的力量進行研究，研究的問題的重點是什么？
（9）本模塊教學內容中有哪些是你不太熟悉的，如何有計劃地逐一學習解決？
（10）通過本模塊的教學，你準備在哪些方面積累經驗，并嘗試作理論上的概括和提煉？
以上10項僅供參考。也就是說，要有一個《分子與細胞》模塊的教學計劃，凸顯模塊式教學的特色。不能簡單地按章節劃分一下課時就算計劃，教科書不能不按章、節來編寫，但實際教學應在整體設計的背景下靈活安排。同時，更重要的是把課程、學生、教師作為一個相互依存的整體而做通盤籌劃。
2.把核心概念及概念間的相互聯系放在教學的重要位置
《普通高中生物課程標準 （實驗）》在表述課程的基本理念時，有幾處比義教課標的提法更進一步，其中就有核心概念問題。例如，在提高生物科學素養中說：“它反映了一個人對生物科學領域中核心的基礎內容的掌握和應用水平”；在倡導探究性學習中又說：“生物科學作為由眾多生物學事實和理論組成的知識體系，是在人們不斷探究過程中逐步發展起來的”；在課程的設計思路中，還說：“必修模塊選擇的是生物科學的核心內容”。因此，當我們克服不重視過程和方法的教育弊端時，切莫走到另一個極端，忽視核心概念的形成和概念間相互聯系的理解。科學既是過程，又是概念的體系，兩者都重要，各有其教育價值，不可偏廢。但從某種意義來說，過程和方法，是建立概念、理解概念間相互關系的“船”和“橋”。
本模塊每一節的“本節聚焦”和每一章“本章小結”，實際上都在喚起師生對核心內容的關注，前者是導學，后者是概括提高，教與學的過程始終要集中精力于此。
對核心概念及概念間的相互關系，當然不應是靜態的背誦和記憶，而應當在動態的，自主、探究、合作的學習過程中建立和形成，并重在理解和應用。也不應孤立地去掌握，宜圍繞著若干中心問題形成概念“串”，如下述一些中心問題：
（1）怎樣理解細胞是基本的生命系統（這是構建本模塊的內在邏輯）？
（2）細胞呈現出怎樣的多樣性和統一性，統一性應如何來認識？
（3）為什么必須了解細胞的分子組成，生物大分子的類別及其對生命的重要性如何？
（4）如何理解作為基本的生命系統的細胞，系統的結構和功能有分工、有合作，而不是各組分簡單的疊加？
（5）細胞的生命活動，集中表現為與環境間的物質交換、能量流動與轉化的過程，該過程表現出生命特有的自主性、有序性和穩態等特征，它們與生物膜的結構和功能、葉綠體與線粒體的結構和功能、酶、高能磷酸化合物等的關系怎樣？
（6）細胞生命歷程中各種過程的性質和生物學意義怎樣，其實踐意義如何？
3.切實保障實驗、探究等學習活動的數量和質量
《普通高中生物課程標準 （實驗）》在課程的具體目標“發展科學探究能力”中，提出了11條“初步學會”（第8頁～第9頁）:
（1）客觀地觀察和描述生物現象；
（2）通過觀察或從現實生活中提出與生物學相關的、可以探究的問題；
（3）分析問題，闡明與研究該問題相關的知識；
（4）確認變量；
（5）作出假設和預期；
（6）設計可行的實驗方案；
（7）實施實驗方案，收集證據；
（8）利用數學方法處理、解釋數據；
（9）根據證據作出合理判斷；
（10）用準確的術語、圖表介紹研究方法和結果，闡明觀點；
（11）聽取他人的意見，利用證據和邏輯對自己的結論進行辯護，以及作必要的反思和修改。
這11項，比之義教階段的要求，是頗大的提高和具體化。任何一個實驗或探究活動都不大可能全部涵蓋這些要求，因此，必須完成足夠數量的學生活動。這些要求是對所有模塊的學習而言，但是，應該看到，《分子與細胞》模塊的實驗、探究活動遠遠多于其他模塊，并為其他模塊，特別是《生物技術實踐》中的實驗和探究打下基礎。應當克服各種困難，努力完成。
怎樣才能保障實驗和探究活動的質量呢？下列各項應予注意。
（1）時間上要有保障。本模塊教材安排的9個實驗、4個探究，除“探究酵母菌的呼吸方式”外，都是可以當堂完成的。即使如此，仍占有相當大比例的教學時數。因此，時間上的保障，需擠壓“講授”的時數，一切能由學生自主學習的內容，應不講、少講、講到點子上。
（2）實驗條件的保障。本模塊教材在設計實驗、探究活動時，是以普通中學的實驗室條件為依據的，所有器皿均為常備，只有藥品一項，有所添加，多為染劑，應提前購買，如為節省起見，也可若干學校聯合，或地區教研部門統一購進，分別使用。
（3）分好學生小組。本模塊教材的實驗、探究大多以小組為單位進行。要有能切實負責的小組長（經必要的培訓更好），不同潛質的成員組合，每次的明確分工都很重要。在一個模塊的學習過程中，小組組成可做一次或兩次變換更好。
（4）11項探究能力均勻分布。不能也沒有必要每一實驗或探究活動，項項都有要求，但應有側重點，累積起來，每一項都有著落。小題小做，大題大做，各得其所。不要把問題復雜化、模式化以及為聽課者、評課者表演。
（5）強化訓練學生的弱項。每個學校、每個班級、每一學生，各項探究能力均有差異。或不善于提出問題和作假設，或操作馬虎不精確，或不善于處理數據，或不長于表達交流，等等。宜按實際情況，強化訓練。
（6）要有計劃地進行評價。平日教學可選若干（一個模塊有2～3次即可）實驗、探究的若干方面進行測評，作為平時成績。模塊教學的終結考核時，應有這方面的內容，作為總成績的一部分。評價將能起到督促學生認真對待的作用。
（7）用好本模塊的“科學方法”（以專框框出，并有主題）和“技能訓練”。它都是為科學探究準備的，教材以細水長流的方式，給學生以更多的了解和練習的機會，這也有助于探究能力的提高。
4.認真對待創新能力的培養
創新能力的培養，已經提倡多年，但就以課堂教學為中心的學科教學而言，仍存在著許多值得探究的領域。這里用“認真對待”的意思，就是提倡我們一起來研究。
中學階段的學科課程，大量的是最基礎的內容，如高中必修模塊《分子與細胞》、《遺傳與進化》、《穩態與環境》，都如此。而不同于“研究性學習”這樣的課程，師生共同提出研究性課題，確定研究的方法、途徑，獲得有新意的成果，創新能力的培養自在其中。
通過基礎內容的學習而實現創新能力的培養，一方面是依賴于動手實踐，“做”科學，這是培養創新能力的途徑之一，前面已經提到，不再贅述。另一方面則是培養創造性思維的能力，它是培養創新能力的最經常的途徑。在基礎內容的教學中，只要重視起來，無處不在。
北京師范大學何克抗教授在最近的論著中提出創造性思維結構的六要素：發散思維、形象思維、直覺思維、邏輯思維、辯證思維和橫縱思維。還指出：
·具有尋的（指向）作用的是發散思維──“一個指向”；
·具有明察事物的對立統一和進行聯系、比較、整合作用的分別是辯證思維和橫縱思維──“兩條策略”；
·形象思維、直覺思維和邏輯思維──“創造性思維的主體”。
回到我們的教學中，想一想，這六要素是否都在我們的視野之中？是否在教學中處理好“指向”、“主體”和“策略”的相互關系？
現就《分子與細胞》模塊的教學內容舉幾個具體例子。
（1）在幾個重大科學發現，如“細胞學說的建立”、“對生物膜結構的探索歷程”、“關于酶本質的探索”、“光合作用的探究歷程”，它們每前進一步，都要沖破固有的思想、觀念、理論的束縛，每一步的前進都是發散思維的勝利。本模塊教學內容中無數有形或無形的問題“串”（“鏈”），都在引導學生的發散思維。
（2）層層遞進地認識“細胞的多樣性和統一性”，需要的是辯證思維、橫縱思維；“細胞器──系統內的分工合作”充滿了辯證的思維； “細胞膜──系統的邊界”一開始就推論其功能，似在為難學生，實際是訓練直覺思維──整體把握、快速判斷；而到了“物質跨膜運輸的實例”、“生物膜的流動鑲嵌模型”、“物質跨膜運輸的方式”，則凸顯形象思維、直覺思維和邏輯思維的創造性思維主體和過程。
（3）第5章《細胞的能量供應和利用》，是嚴密的邏輯思維。從“降低化學反應活化能的酶”到“細胞的能量‘通貨’──ATP”，接著“ATP的主要來源──細胞呼吸”，再到“能量之源──光與光合作用”的安排，既符合認識的過程，更訓練邏輯思維的能力。
（4）從“細胞不能無限長大”到“細胞通過分裂進行增殖”；從細胞分化實現專一性到細胞的全能性，從脫分化到再分化；從細胞衰老到個體壽命的有限性；從細胞凋亡的不可避免到凋亡對正常生長發育、維持穩態的必要性等，充滿了辯證的思維。
上述例子，只是舉其大者，實際上任何一節內容的學習，任何一個問題的解決，都有訓練創造性思維的不同價值，或是不同要素，或是深度不一。全賴我們在教學中用心處理。
5.追求科學素養和人文素養的結合
高中生物課程的核心任務，無疑是提高學生的生物科學素養。但廣義地說，科學也是社會文化的一部分，有人稱之為科學的文化功能。當我們區分科學素養和人文素養的時候，不能忽視它們緊密聯系互相滲透的一面。在我們的教學中，這兩者更是互相融合，共同為學生的全面發展服務。
現將課程的具體目標中關于情感態度與價值觀方面的要求抄錄于下。
·初步形成生物體結構與功能、局部與整體、多樣性與共同性相統一的觀點，生物進化觀點和生態學觀點，樹立辯證唯物主義自然觀，逐步形成科學的世界觀。
·關心我國的生物資源狀況，對我國生物科學和技術的發展狀況有一定的認識，更加熱愛家鄉、熱愛祖國，增強振興中華民族的使命感與責任感。
·認識生物科學的價值，樂于學習生物科學，養成質疑、求實、創新及勇于實踐的科學精神和科學態度。
·認識生物科學和技術的性質，能正確理解科學、技術、社會之間的關系，能夠運用生物科學知識和觀念參與社會事務的討論。
·熱愛自然，珍愛生命，理解人與自然和諧發展的意義，樹立可持續發展的觀念。
·確立積極的生活態度和健康的生活方式。
掩卷思量，這些與其說是科學素養，毋寧說是人文素養，或者說已互相交融、水乳難分。教育的功能是實現人的社會化，培養社會需要的人才，人才的綜合素質既需科學素養，也要人文素養。課程、教材、教學，作為教育的載體，也不可能把兩者割裂開來，生物課程、教材、教學是如此，其他課程、教材、教學也如此。
課程的具體目標中知識部分、能力部分，也部分地含有人文素養的指向，不再贅述。
回到我們的必修模塊《分子與細胞》來看，從知識體系的構建、表述到學習活動的設計，或隱或顯地滲透著人文素養的培養。從鄒承魯院士科學貢獻的介紹，到各個科學發現的人、事和過程；從各核心內容中與社會的聯系到“科學·技術·社會”的專欄；從細胞中各類化合物與健康的關系到“酶為生活添姿彩”；從分析細胞呼吸原理的應用到干細胞研究進展與人類健康；從社會老齡化的相關問題到健康的生活方式與防癌……處處都在科學教育中滲透人文精神。而自主、探究、合作式的學習方式，推動著師生平等、民主和諧、互相尊重、善于合作、成果共享的學習文化的形成。在尊重人的尊嚴、個性、潛質和發展的多樣化的氛圍中，生物科學教育中的人文精神將得到更好的發揚。
科學教育中融合人文素養的培植，也呼喚科學課程的教師要不斷提高自身的人文素養。
尊敬的各位老師，本文實在夠冗長的了，千言萬語也替代不了各位的創造性勞動。教學是一株常青之樹，它的每一片新葉、鮮花和甜美的果實，都是我們辛勤耕耘的結晶。愿我們繼續不斷交流、相互鼓舞，為新課程的實施作出應有的貢獻。
表 1 科學探究活動一覽表
活動欄目類別 活動內容 在教科書中的位置
實驗 使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞
檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質
觀察DNA和RNA在細胞中的分布
體驗制備細胞膜的方法
用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體
比較過氧化氫在不同條件下的分解
綠葉中色素的提取和分離
細胞大小與物質運輸的關系
觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂 第1章第2節
第2章第1節
第2章第3節
第3章第1節
第3章第2節
第5章第1節（一）
第5章第4節（一）
第6章第1節
第6章第1節
探究 植物細胞的吸水和失水
影響酶活性的條件
探究酵母菌細胞呼吸的方式
環境因素對光合作用強度的影響 第4章第1節
第5章第1節（二）
第5章第3節
第5章第4節（二）
資料分析 生命活動與細胞的關系
細胞學說建立的過程
分泌蛋白的合成和運輸
細胞核具有什么功能？
物質跨膜運輸的特點
關于酶本質的探索
分析細胞呼吸原理的應用
葉綠體的功能
健康的生活方式與防癌 第1章第1節
第1章第2節
第3章第2節
第3章第3節
第4章第1節
第5章第1節（一）
第5章第3節
第5章第4節（一）
第6章第4節
資料搜集和分析 干細胞研究進展與人類健康
社會老齡化的相關問題 第6章第2節
第6章第3節
思考與討論 生命系統的結構層次
原核細胞和真核細胞
組成細胞的化合物
氨基酸的結構特點
蛋白質的結構及其多樣性
脂肪的分布和作用
細胞中無機鹽的作用
哺乳動物紅細胞的吸水和失水
對生物膜結構的探索歷程1
對生物膜結構的探索歷程2
被動運輸
ATP的利用
光合作用的探究歷程
光合作用的過程 第1章第1節
第1章第2節
第2章第1節
第2章第2節
第2章第2節
第2章第4節
第2章第5節
第4章第1節
第4章第2節
第4章第2節
第4章第3節
第5章第2節
第5章第4節（二）
第5章第4節（二）
模型建構 嘗試制作真核細胞的三維結構模型 第3章第3節
技能訓練 設計實驗
解釋數據
解讀圖表
解釋現象
分析數據 第2章第5節
第3章第3節
第4章第3節
第6章第1節
第6章第3節
課外制作 利用廢舊物品制作生物膜模型 第4章第2節
表 2 本模塊教學參考課時數（36課時，其中機動課時5）
教學內容 參考課時數
第1章 走近細胞 3
第1節 從生物圈到細胞 1
第2節 細胞的多樣性和統一性 2
第2章 組成細胞的分子 5
第1節 細胞中的元素和化合物 1
第2節 生命活動的主要承擔者──蛋白質 1
第3節 遺傳信息的攜帶者──核酸 1
第4節 細胞中的糖類和脂質 1
第5節 細胞中的無機物 1
第3章 細胞的基本結構 5
第1節 細胞膜──系統的邊界 1
第2節 細胞器──系統內的分工合作 2
第3節 細胞核──系統的控制中心 2
第4章 細胞的物質輸入和輸出 4
第1節 物質跨膜運輸的實例 2
第2節 生物膜的流動鑲嵌模型 1
第3節 物質跨膜運輸的方式 1
第5章 細胞的能量供應和利用 9
第1節 降低化學反應活化能的酶
一 酶的作用和本質
二 酶的特性 3
2
1
第2節 細胞的能量“通貨”──ATP 1
第3節 ATP的主要來源──細胞呼吸 2
第4節 能量之源──光與光合作用
一 捕獲光能的色素和結構
二 光合作用的原理和應用 3
1
2
第6章 細胞的生命歷程 5
第1節 細胞的增殖 2
第2節 細胞的分化 1
第3節 細胞的衰老和凋亡 1
第4節 細胞的癌變 1
生物科學的許多問題，都要在細胞層面尋求解答；要深入闡明細胞生命活動的規律，必須了解生物大分子的結構和功能。從系統的視角來認識細胞，首先也需要了解細胞這個系統的物質組成。本章介紹了組成細胞的蛋白質、核酸、糖類、脂質等有機物的結構和功能，以及水和無機鹽的作用，為學生學習后續內容，即細胞這個基本生命系統的結構、物質輸入和輸出、能量供應和利用，以及系統的發生、發展和衰亡的過程打基礎。
本章教材分析
一、教學目的要求
知識方面
1.概述蛋白質的結構和功能。
2.簡述核酸的結構和功能。
3.概述糖類的種類和作用。
4.舉例說出脂質的種類和作用。
5.說明生物大分子以碳鏈為骨架。
6．說出水和無機鹽的作用。
情感態度與價值觀方面
1.認同生命的物質性，探討組成細胞的分子的重要作用。
2.認同生物界在物質組成上的統一性。
能力方面
1.嘗試檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。
2.以人的口腔上皮細胞為材料，進行特定的染色，觀察DNA和RNA在細胞中的分布。
與原來的高中教材相比，本章的內容有所拓展。基本概念和原理幾無增加，補充的是課堂上即可完成的學生活動，如“問題探討”，“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”，關于“氨基酸結構通式”“脂肪的分布和作用”“無機鹽的重要生理功能”等內容的“思考與討論”；以及所學內容與現實生活、人體健康的聯系，科學史話和科學前沿等。希望教師在教學時能夠注意到教材的這些特點，根據學生實際靈活處理。
二、教學內容的結構和特點
（一）教學內容的結構
（二）教學內容的特點
本章包括5節：《細胞中的元素和化合物》、《生命活動的主要承擔者──蛋白質》、《遺傳信息的攜帶者──核酸》、《細胞中的糖類和脂質》、《細胞中的無機物》，建議授課時數為5課時，每節1課時。
第1節《細胞中的元素和化合物》，通過“問題探討”，讓學生通過比較組成地殼和組成細胞的部分元素的含量，發現問題，提出問題，并與同學交流和討論。這一則“問題探討”，意在激發學生從元素水平探究細胞奧秘的好奇心，并且培養學生提出問題的能力。本節正文起始部分交待了組成細胞的化學元素，在無機自然界都能找到，沒有一種元素為細胞所特有；同時，細胞與非生物相比，各種元素的相對含量又大不相同，進而引導學生了解組成細胞的元素和化合物有哪些。組成各種生物體的細胞不同，同一生物體內細胞又有多種類型，其成分也不盡相同。教科書以人體細胞為例，介紹了組成人體細胞的主要元素占細胞干重和鮮重的百分比，并提出問題：“在細胞干重中，C的含量達到48.4%，表明C是構成細胞的基本元素，這對生命有什么意義呢？”為本章前4節學完后的小結“生物大分子以碳鏈為骨架”打下伏筆。“檢測生物組織中的糖類、脂肪、蛋白質”的實驗比原教材有所改進，不再是單純地驗證，而是讓每組學生選擇一兩種樣品，檢測這種樣品中是否含有還原糖、脂肪、蛋白質或淀粉，小組間比較檢測結果，了解同種生物組織中有機物含量的差異和不同種生物組織間有機物含量的差異。
第2節《生命活動的主要承擔者──蛋白質》，側重在讓學生了解蛋白質的組成、結構和功能的多樣性，及其能夠成為生命活動的主要承擔者的原因。20種氨基酸雖然結構不同，但是有共同的結構特征。教科書沒有直接給出氨基酸的結構通式，而是讓學生觀察4種氨基酸的結構，通過思考與討論，找出氨基酸結構的共同特點，加深對氨基酸結構的理解。這種讓學生通過主動探究得出結論的處理方式，是新教材比原教材改進的特點之一，是落實探究性學習課程理念的具體體現。關于蛋白質結構和功能的多樣性，教材采用圖文結合的形式，讓學生在獲取形象、豐富的信息內容的同時，培養分析和處理信息的能力。世界上第一個人工合成蛋白質的誕生，是我國科學家在生物學史上創造的奇跡。國際人類蛋白質組計劃，是繼人類基因組計劃之后的又一項大規模的國際性科技工程，是我國科學家第一次領銜國際重大科研協作計劃。科學史話和科學前沿分別介紹了這兩項重大科研成果，讓學生在了解與蛋白質研究有關的科學史和前沿進展的同時，培養愛國主義精神，增強民族自信心和自豪感。
第3節《遺傳信息的攜帶者──核酸》，“問題探討”從學生感興趣的DNA指紋技術在案件偵破中的應用引入，請學生圍繞DNA討論幾個問題，在思維熱身中不知不覺進入核酸內容的學習。由于《遺傳與進化》中有大量篇幅詳細介紹DNA和RNA的結構和功能，因此本節內容的重點放在細胞層面，讓學生了解核酸在細胞中的分布以及核酸能夠成為遺傳信息攜帶者的原因。組織好“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗的教學是本節的關鍵。對遺傳信息多樣性的結構基礎的探討，可以從對蛋白質結構多樣性的探討遷移過來，通過類比，理解4種脫氧核苷酸排列成的千差萬別的核酸與遺傳信息的關系。
第4節《細胞中的糖類和脂質》，無論是“問題探討”、“思考與討論”，還是正文內容的敘述，都緊密聯系生活，從學生熟悉的生活事例引入，展開內容的學習，并注意與人體健康相聯系，以便學生從細胞、分子水平了解一些自我保健的基本常識。
本節最后以“生物大分子以碳鏈的骨架”作小結，突出碳元素和碳鏈在組成生物大分子中的重要作用。
第5節《細胞中的無機物》的內容比較簡單，主要讓學生了解水和無機鹽在細胞中的存在形式和作用，并注意聯系日常生活的事例。本節最后一段是對全章的小結，旨在點明“細胞是多種元素和化合物構成的生命系統”，“活細胞中的這些化合物，含量和比例處在不斷變化之中。但又保持相對穩定，以保證細胞生命活動的正常進行”。
三、與學生經驗的聯系
考慮到分子水平的內容比較抽象，為了加強學習內容與生活的聯系，提高學生的學習興趣，本章教材編入了不少聯系生活的內容。例如，為什么食物中應添加必需氨基酸，為什么吃熟雞蛋比吃生雞蛋容易消化，為什么人在患急性腸炎時要輸入葡萄糖，為什么脂肪類食物的攝入應適度，膳食中為什么要限制高膽固醇類食物的過量攝入，等等。有關這些內容，學生都有一定的經驗基礎，如果教師能利用學生的生活經驗展開教學，將有助于增加教學內容的親和力。
四、與其他章的聯系
對細胞結構和功能的了解，應建立在了解細胞的物質組成的基礎之上。本章關于組成細胞的分子的內容，是學習本書其他章的基礎，也是學習高中生物課程其他模塊的基礎。
一、 教學目標
1.簡述組成細胞的主要元素。說出構成細胞的基本元素是碳。
2.嘗試檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質，探討細胞中主要化合物的種類。
3.認同生命的物質性。
二、教學重點和難點
1.教學重點
（1）組成細胞的主要元素和化合物。
（2）檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。
2.教學難點
（1）構成細胞的基本元素是碳。
（2）檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質。
三、教學策略
1.利用“問題探討”創設問題情境，讓學生在觀察、討論、交流中學習新知識。
本節的主要目的是讓學生了解細胞的物質組成，認同生命的物質性。由于學生在初三已經學習了化學的基本知識，所以在進入這部分學習時，通過讓學生比較組成地殼和組成細胞的部分元素的含量，提出自己發現的問題，在與其他同學的交流中，認識到組成生物體的元素與組成地殼的元素有相似性又有區別。針對學生提出的問題，教師要引導學生分別觀察組成人體細胞的主要元素（占細胞鮮重的百分比）圖和組成人體細胞的主要元素（占細胞干重的百分比）圖，之后再介紹組成細胞的大量元素和微量元素。
2.利用化學知識解決碳為什么是構成細胞的基本元素這個問題。
如果學生對原子結構的知識有較好的基礎，建議教師引導學生回憶碳原子核外電子分布特點，以及碳的性質，為學生理解碳鏈是構成生物大分子的骨架奠定基礎。
學生熟悉元素周期表，很容易找到碳所在的第14族位置，它的原子序數是6，說明一個碳原子核中含有6個質子，核外有6個電子，由于電子排布的不同，在最外層有4個電子，這樣，碳原子就具有了4個能夠成鍵的價電子。正是這4個價電子，能夠使碳原子之間、碳原子與其他元素的原子之間結合形成更多的化學鍵。由于每個碳原子可以形成4個化學鍵，所以就有可能形成含有成千上萬個甚至更多個碳原子的物質。利用學生已有的化學知識就能夠理解C元素對于生命的重要意義了。
3.利用表解和“思考與討論”獲得組成細胞的化合物的知識，提高學習能力。
在學習組成細胞的化合物時，如果由教師直白地講解細胞的化合物組成，不利于學生參與學習活動。因此，教師可以利用“思考與討論”中的問題，引導學生觀察教材中的表解，獲得相應的知識信息，提高學習能力。
4.利用化學試劑與糖類、脂肪和蛋白質顏色反應的演示實驗，幫助學生明確實驗原理，開展實驗研究。
本實驗如果單純上成一個驗證性實驗，不利于學生探究能力的培養。由于學生在“思考與討論”中涉及細胞中的化合物的種類、含量，以及如何從植物組織中提取有機化合物的問題，所以，教師可以結合學生對上述問題的回答或推測作為實驗研究的起點。
教師可以通過演示糖類、脂肪和蛋白質與化學試劑的顏色反應，使學生明確生物組織中主要化合物的鑒定方法，再指導學生根據自己選擇的實驗材料，進行實驗研究。
本實驗難度不大，但是實驗材料、化學試劑、用具及步驟較多，因此，教師課前應準備充分，保證實驗順利進行。
四、答案和提示
（一）思考與討論
1.提示：有機化合物和無機化合物的區別主要看它們的分子組成中是否有碳元素，如糖類是有機化合物，由碳、氫、氧三種元素組成；水是無機化合物，由氫、氧兩種元素組成。當然這不是嚴格意義上的區別。對這兩類化合物的嚴格區分，請參照化學教科書。
2.提示：細胞中最多的有機化合物是蛋白質，無機化合物是水。蛋白質是組成生物體的重要物質，在生命活動中起重要作用；水是生命之源，離開水，生命活動就無法進行。
3.提示：植物的葉肉細胞、果實細胞和種子的細胞中通常含有較多的糖類、脂質和蛋白質。如禾谷類的果實、種子中含淀粉（多糖）較多；甘蔗的莖和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻種子中含脂質多；大豆種子中含蛋白質多，等等。要想從植物的果實、種子中獲得糖類、脂質和蛋白質，就要設法使細胞破碎，再將這些物質提取出來。
（二）實驗
3.生物材料中有機化合物的種類、含量不同。因此，我們應選擇多種多樣的食物，保證獲得全面的營養。
（三）練習
基礎題
1.（1）?；（2）√?。
3.B。
拓展題
1.提示：細胞是有生命的，它可以主動地從環境中獲取生命活動需要的元素。這是生物與非生物的區別之一。
2.提示：不能。生命系統內部有嚴謹有序的結構，不是物質隨意堆砌而成的。
五、參考資料
1.研究細胞中元素和化合物的基本方法
元素是對具有相同核電荷數的一類原子的總稱。不同元素的發光光譜（元素的原子受到刺激時所呈現的特有顏色）是不一樣的，由元素發出來的光譜，用分光器（棱鏡或光柵）大體上可以辨別是什么顏色。另外，也可以由元素的吸收光譜來判斷。
每種化合物都有它獨特的紅外光譜，可以作為化合物的“指紋”。鑒定一種化合物，要先根據化合物的來源和其他性質提出有限的幾個可能化合物，然后把它的光譜和這些已知化合物的光譜相比較。另外，還可以用電子光譜、旋光度、核磁共振、質譜法、X射線、衍射等方法來進行分析。
2.植物體和土壤的部分元素含量的比較
表7 植物體和土壤部分元素含量比較表
元素 植物的平均組成
（新鮮物重量比例）/% 土壤的平均
組成/%
C
H
Ca
K
N
Si
Mg
P
S
Na
Cl
Fe 70
18
10.5
0.5
0.3
0.3
0.2
0.04
0.07
0.05
0.02
0.02
0.01 50
2
-
1.4
1.5
0.1
34
0.6
0.1
0.05
0.7
0.01
4
3.檢測生物組織中糖類、脂肪、蛋白質的其他簡易方法
（1）檢測生物組織中糖類的其他簡易方法
Molisch反應（α- 萘酚反應） 此方法是鑒定糖類最常用的顏色反應。它的原理是：糖類在濃酸作用下所形成的糠醛及其衍生物可以與α- 萘酚作用，形成紅紫色復合物。由于在糖溶液與濃硫酸兩液面間出現紅紫色的環，因此又稱紫環反應。α- 萘酚也可用麝香草酚或其他的苯酚化合物代替，麝香草酚溶液比較穩定，其靈敏度與α- 萘酚一樣。除了糖類之外，各種糠醛衍生物、葡萄糖醛酸、丙酮、甲酸、乳酸等都可以呈現近似的陽性反應。因此，陰性反應證明沒有糖類物質的存在；而陽性反應只能說明有糖類存在的可能。
蒽酮反應 糖類經濃酸水解，脫水生成的糠醛及其衍生物與蒽酮（10-酮-9，10-二氫蒽）反應生成藍綠色復合物。
Benedict反應 班氏試劑是斐林試劑的改良（也是含有Cu2+的堿性溶液），能使具有自由醛基或酮基的糖類氧化，其本身則變成磚紅色或黃色的Cu2O，可用來測定還原糖的存在。它利用檸檬酸作為Cu2+的絡合劑，其堿性比斐林試劑弱，靈敏度高，干擾因素少，因而在實際應用中有更多的優點。
Bial反應（甲基間苯二酚反應） 戊糖與濃鹽酸加熱形成糠醛，在有Fe3+存在的條件下，它與甲基間苯二酚（地衣酚）縮合，形成深藍色的沉淀物（此沉淀物溶于正丁醇）。己糖也能發生反應，產生灰綠色甚至棕色的沉淀物。
（2）檢測生物組織中脂肪的其他簡易方法
油點試驗（spot test） 將含有脂肪的混合物磨碎后擦在一片濾紙（或牛皮紙）上，然后朝向光源觀看，應該有半透明的油點出現。此油點不能揮發掉。當濾紙浸過苯（或醚、異丙醇等）后，油點消失；或將混合物磨碎后溶于苯液中，然后過濾。取一濾紙放入濾液中，取出后讓苯揮發，朝向光源觀看，如有半透明油點存在，則證明混合物中含有脂肪。
乳液形成試驗（emulsion test） 將一含有脂肪的混合物溶液稍微加熱，加入少量乙醇，搖勻后靜置。脂肪可分散成許多微粒，形成白色乳狀液。
（3）檢測生物組織中蛋白質的其他簡易方法
對各種氨基酸特異的某些顏色反應（見表8），可用來檢測含有這些氨基酸的蛋白質。這些顏色反應包括Millon反應、黃蛋白反應、茚三酮反應以及Hopkins-Cole(水合乙醛酸)反應等。
Millon反應 米倫試劑為硝酸、亞硝酸、硝酸汞、亞硝酸汞的混合物，能與單酚及雙酚和吲哚衍生物產生顏色反應，但不能檢驗尿蛋白。
茚三酮反應 蛋白質、多肽和各種氨基酸具有茚三酮反應。除無α?氨基的脯氨酸和羥脯氨酸呈黃色外，其他氨基酸生成紫紅色，最終為藍色化合物。
黃蛋白反應 它是芳香族氨基酸，特別是酪氨酸和色氨酸蛋白質所特有的顏色反應。
表8 部分氨基酸的顏色反應
所測定的氨基酸 名稱 試劑 顏色
精氨酸
半胱氨酸
半胱氨酸
組氨酸，酪氨酸
色氨酸
色氨酸
酪氨酸
酪氨酸
酪氨酸，色氨酸
苯丙酪氨酸 Sakaguchi(坂口)反應
硝普鹽反應
Sullivan反應
Pauly反應
水合乙醛酸反應
（Hopkins-Cole反應）
Ehrlich反應
Millon反應
Folin-Ciocalteu反應
黃蛋白反應 α- 萘酚和次氯酸鈉
硝普鈉（亞硝基鐵氰化鈉）溶于稀氨溶液中
萘醌-[1,2］-4-磺酸鈉和亞硫酸氫鈉
重氮化的對氨基苯磺酸溶于堿性溶液
水合乙醛酸溶于硫酸中
對二甲基氨基苯醛溶于鹽酸中
硝酸汞溶于亞硝酸，加熱
磷鉬鎢酸
煮沸的濃硝酸 紅
紅
紅
紅
紫
藍
紅
紅
黃
──蛋白質
生也是一種情感教育。再比如，教師組織學生總結了蛋白質的功能后，提出“科學家研究蛋白質結構和功能，對人類社會的發展有哪些促進作用呢？”“科學家對蛋白質結構和功能的研究進展怎樣？有哪些新的成果？”等問題，再指導學生通過閱讀或上網查詢等方式，使學習內容更加豐富，學習空間更加廣闊。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.提示：富含蛋白質的食品有大豆制品，如豆漿、豆腐、腐竹；奶類制品，如奶粉、酸奶、袋裝奶；還有肉、蛋類食品，如烤肉、肉腸、雞蛋，等等。
2.提示：有些蛋白質是構成細胞和生物體的結構成分，如結構蛋白；有些蛋白質能夠調節生命活動，如胰島素；有些蛋白質有催化作用，如絕大多數酶都是蛋白質；有些蛋白質具有運輸載體的功能，如紅細胞中的血紅蛋白；有些蛋白質有免疫功能，如人體內的抗體。
3.提示：因為氨基酸是構成蛋白質的基本單位，在人體內約有20種氨基酸，其中有8種是人體需要而不能自己合成的，必須從外界環境獲得，如賴氨酸、苯丙氨酸等，它們被稱為必需氨基酸。所以有些食品中要添加賴氨酸或苯丙氨酸等人體必需的氨基酸。
（二）思考與討論1
1.每個氨基酸都有氨基和羧基，并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。
2.“氨基酸”代表了氨基酸分子結構中主要的部分──氨基和羧基。
（三）思考與討論2
1.提示：氨基酸→二肽→三肽→……→多肽，一條多肽鏈盤曲折疊形成蛋白質，或幾條多肽鏈折疊形成蛋白質。
2.提示：食物中的蛋白質要經過胃蛋白酶、胰蛋白酶、腸蛋白酶、腸肽酶等多種水解酶的作用，才能分解為氨基酸。這些氨基酸進入細胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽構成人體的蛋白質。人體的蛋白質與食物中的蛋白質不一樣，具有完成人體生命活動的結構和功能。
3.提示：10個氨基酸能夠組成2010條互不相同的長鏈。氨基酸的種類、數量、排列順序以及蛋白質空間結構的不同是蛋白質多種多樣的原因。
（四）旁欄思考題
n個氨基酸形成一條肽鏈時，脫掉n-1個水分子，形成n-1個肽鍵。同理，n個氨基酸形成m條肽鏈時，脫掉n-m個水分子，形成n-m個肽鍵。
（五）練習
基礎題
1.（1）√；（2）√。
2.A。 3.B。
拓展題
提示：紅細胞中的蛋白質和心肌細胞中的蛋白質，其氨基酸的種類、數量和排列順序以及蛋白質分子的空間結構都不同，它們的功能也不相同。
五、參考資料
1.蛋白質的水解
研究蛋白質的水解作用可以為研究蛋白質的組成和結構提供有價值的資料。根據蛋白質的水解程度，可以分為完全水解和部分水解兩種。完全水解（或稱徹底水解），得到的水解產物是各種氨基酸的混合物；部分水解（或稱不完全水解），得到的產物是各種大小不等的肽段和氨基酸。蛋白質可以被酸、堿或蛋白酶催化水解。
酸水解：常用硫酸或鹽酸，使用最廣泛的是鹽酸。酸水解的優點是：不引起氨基酸的消旋作用（得到的是L?氨基酸，不產生D-氨基酸）。缺點是：色氨酸全部被酸破壞，絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸等也有一小部分被分解。由于甲基磺酸具有許多優點，目前，常用它代替鹽酸來水解。
堿水解：常用氫氧化鈉。堿水解的缺點是：水解過程中多數氨基酸會遭到不同程度的破壞，并且產生消旋現象（所得產物是D-氨基酸和L?氨基酸的混合物）。優點是：在堿性條件下色氨酸穩定，能定量回收。
酶水解：酶水解獲得的是蛋白質的部分水解產物，主要用于蛋白質一級結構分析。常用的蛋白酶有胰蛋白酶、糜蛋白酶和胃蛋白酶等。酶水解的優點是：不產生消旋作用，也不破壞氨基酸。缺點是：使用一種酶往往水解不徹底，需要幾種酶協同作用，才能使蛋白質完全水解。此外，酶水解所需時間較長。因此，酶水解法主要用于蛋白質的部分水解。
2.氨基酸的分類
從蛋白質水解產物中分解出來的常見氨基酸有20種。這些氨基酸（除脯氨酸外）在結構上的共同點是：與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個氨基，因而叫做α-氨基酸，它們的結構通式如下：
從氨基酸的結構通式可以看出，各種α-氨基酸的區別在于側鏈上R基的不同。因此，20種氨基酸可以按照R基的化學結構或極性進行分類。
（1）按照R基的化學結構20種常見的氨基酸可分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環氨基酸三大類。它們的分類和結構如下表所示。
表9 20種常見氨基酸的分類和結構
(2)按照R基的極性 有些氨基酸的R基是親水性的極性基，這樣的氨基酸叫做極性氨基酸，如絲氨酸，它的R基含有一個親水性的羥基，因此是極性氨基酸。其他的極性氨基酸有蘇氨酸、半胱氨酸、谷氨酰氨、天冬酰氨、酪氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。有些氨基酸的R基是疏水性的非極性基，這樣的氨基酸叫做非極性氨基酸，如甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等（參見上表）。
3.蛋白質的化學組成、大小和分類
蛋白質的化學組成蛋白質的元素組成與糖類和脂質不同，除含有碳、氫、氧外，還有氮和少量的硫，有些蛋白質還含有其他一些元素，主要是磷、鐵、銅、碘、鋅和鉬等。這些元素在蛋白質中的組成百分比約為下面各數值：
碳50% 氫7% 氧23%
氮16% 硫0～3%
蛋白質元素組成的一個特點是：氮的含量較恒定。利用這一特點，可以進行蛋白質含量的計算。蛋白質含量=蛋白氮×6.25。上式中6.25是16%的倒數，即為1 g氮所代表的蛋白質量（克數）。
蛋白質的大小蛋白質是相對分子質量很大的生物分子。蛋白質相對分子質量變化的范圍也很大，從大約6 000到1 000 000，有的還更大一些。某些蛋白質是由兩個或更多個蛋白質亞基（多肽鏈）通過非共價結合而成的，稱寡聚蛋白質。一些寡聚蛋白質的相對分子質量可高達數百萬，甚至數千萬。
蛋白質的分類蛋白質分子可按其分子的形狀、分子組成和溶解度來分類。
根據分子的形狀可將蛋白質分為兩大類：球狀蛋白質和纖維狀蛋白質。血紅蛋白、血清球蛋白、豆類的球蛋白等，分子似球形，都屬于球狀蛋白質；而指甲、羽毛中的角蛋白和蠶絲的絲蛋白等，形狀似纖維，都屬于纖維狀蛋白質。
根據分子的組成可將蛋白質分為兩大類：簡單蛋白質和結合蛋白質。簡單蛋白質的分子完全由氨基酸構成，如淀粉酶、核糖核酸酶、胰島素等。結合蛋白質除了含有蛋白質成分外，還含有非蛋白質成分（即輔基），如血紅蛋白、核蛋白等。
（1）簡單蛋白質又可以根據其物理化學性質，如溶解度進行分類。根據溶解度可將其分為以下幾類。
清蛋白（又叫白蛋白）：溶于水及稀鹽、稀酸或稀堿溶液，如血清清蛋白、乳清蛋白等。
球蛋白：微溶于水而溶于稀鹽溶液，如血清球蛋白、肌球蛋白和大豆球蛋白等。
谷蛋白：不溶于水、醇及中性鹽溶液，但溶于稀酸、稀堿，如米谷蛋白、麥谷蛋白等。
醇溶蛋白：不溶于水及無水乙醇，但溶于70%～80%乙醇。這類蛋白主要存在于植物種子中，如玉米醇溶蛋白、麥醇溶蛋白等。
魚精蛋白：溶于水及酸性溶液，呈堿性，含堿性氨基酸（如精氨酸、賴氨酸、組氨酸）多，如鮭精蛋白等。
組蛋白：溶于水及稀酸溶液，呈堿性，含精氨酸、賴氨酸較多，如小牛胸腺組蛋白等。
硬蛋白：不溶于水、鹽、稀酸或稀堿溶液。這類蛋白常常作為結締組織和起保護功能的蛋白，如膠原蛋白，毛、發、蹄、角和甲殼中的角蛋白，以及腱和韌帶中的彈性蛋白等。
（2）結合蛋白質可以根據輔基進行分類，人們通常將結合蛋白質分為以下幾類。
糖蛋白和黏蛋白：與糖類結合的蛋白質，如唾液中的黏蛋白，硫酸軟骨素蛋白和細胞膜的糖蛋白等。
脂蛋白：與脂質結合的蛋白質，如血液中的β?脂蛋白和作為細胞膜和細胞主要成分的脂蛋白。
核蛋白：與核酸結合的蛋白質，如脫氧核糖核蛋白、核糖體和煙草花葉病毒中的蛋白。
磷蛋白：與磷酸結合的蛋白質，如酪蛋白、卵黃蛋白、胃蛋白酶等。
色蛋白：與多種色素物質結合而成的蛋白質，如血紅蛋白和細胞色素C等。
4.蛋白質的分子結構
蛋白質是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的多肽鏈，再由一條或一條以上的多肽鏈按各自的特殊方式組合成具有生物活性的分子。由于氨基酸種類、排列順序和肽鏈數目及空間結構的不同，就形成了分子結構不同的蛋白質。蛋白質的分子結構是蛋白質功能的物質基礎。
蛋白質的分子結構有不同的層次，為了研究方便，人們將其分為四個層次。
蛋白質的一級結構 蛋白質分子中的氨基酸都是按一定的排列順序組成肽鏈的。氨基酸在多肽鏈中的排列順序（包括氨基酸的種類、數量）和方式叫做蛋白質的一級結構。蛋白質的一級結構也叫初級結構或化學結構（圖3）
蛋白質的二級結構 組成蛋白質的多肽鏈既不是全部以伸直狀展開，也不是以任意曲折的狀態存在，而是具有一定的空間構型。
多肽鏈中的一個肽鍵和相隔若干氨基酸殘基的另一個肽鍵之間形成氫鍵，這些氫鍵使蛋白質分子中的部分多肽鏈盤旋成螺旋狀（又叫α螺旋），或者折疊成片層狀（又叫β折疊），或者形成180°回折（又叫β轉角或β彎曲）（圖4）。這種多肽鏈本身的折疊和盤繞方式構成了蛋白質的二級結構。蛋白質的二級結構是蛋白質的基本空間構型。
不同蛋白質的二級結構不同，有的相差很大，例如，α-角蛋白幾乎全是α螺旋結構，而蠶絲的絲心蛋白又幾乎全是β折疊結構。
蛋白質的三級結構 具有二級結構的多肽鏈還可以借助氫鍵和其他化學鍵（如離子鍵、二硫鍵等）進一步卷曲、折疊，形成更復雜的空間構象，這種空間構象叫做蛋白質的三級結構（圖5）。
蛋白質的四級結構 有些蛋白質是由兩條或兩條以上具有三級結構的多肽鏈組成的，這時每條多肽鏈被稱為一個亞基。幾個亞基之間通過氫鍵或其他化學鍵形成一定的空間排列。這種由兩個或兩個以上具有三級結構的亞基聚合而成的構象是蛋白質的四級結構（圖6）。例如，磷酸化酶是由2個亞基構成的，血紅蛋白是由4個亞基構成的，谷氨酸脫氫酶是由6個亞基構成的。
在具有活性的蛋白質中，有些只有三級結構，沒有四級結構，如肌紅蛋白、細胞色素C等；而有些蛋白質只有在四級結構時，才具有活性，如谷氨酸脫氫酶、血紅蛋白等。
5.蛋白質的結構和功能關系兩例
每一種蛋白質都有特定的生物學功能，這是由它們特定的結構決定的。下面以肌紅蛋白和血紅蛋白為例，說明蛋白質結構和功能的關系。
肌紅蛋白是哺乳動物肌肉中儲氧的蛋白質。在潛水哺乳類如鯨、海豹和海豚的肌肉中肌紅蛋白含量特別豐富，致使它們的肌肉呈棕色。由于肌紅蛋白能夠儲氧，使這些動物能長時間潛在水下。肌紅蛋白是一條由153個氨基酸殘基組成的肽鏈，盤繞一個血紅素（輔基）而形成的，其分子折疊緊密，相對分子質量為16 700（圖7）。
肌紅蛋白分子內外層的氨基酸殘基的排列都有一定的規律，具有極性基團側鏈的氨基酸殘基幾乎全部分布在分子的表面，而非極性的殘基則被埋在分子內部，不與水接觸。正是因為分子表面極性基團與水分子的結合，才使肌紅蛋白具有可溶性。
肌紅蛋白中有1個含二價鐵Fe(Ⅱ)的血紅素輔基（或稱鐵卟啉），位于肌紅蛋白分子表面的洞穴內，鐵原子位于卟啉環的中心。CO與Fe(Ⅱ)的結合力比O2約大200倍。當CO多而O2缺乏時，肌紅蛋白的大部分都以CO—肌紅蛋白存在，此時機體就可能因缺O2而死亡。
血紅素中的Fe(Ⅱ)能進行可逆氧合作用。鐵原子如果處在水環境中，很容易被氧化成Fe(Ⅲ)，失去氧合能力。肌紅蛋白正好為血紅素提供了一個疏水洞穴，避免了二價鐵原子發生氧化，從而保證了血紅素的氧合能力。
血紅蛋白是一個含有兩種不同亞基的四聚體，由兩條α鏈和兩條β鏈組成（圖8）。
血紅蛋白的每一個亞基都含有一個血紅素輔基。α鏈由141個氨基酸組成，β鏈由146個氨基酸組成，各自都有一定的排列次序。血紅蛋白分子中四條鏈各自折疊卷曲形成三級結構，再通過分子表面的一些次級鍵（主要是鹽鍵和氫鍵）的結合而聯系在一起，互相凹凸相嵌排列，形成一個四聚體的功能單位。α鏈和β鏈的一級結構差別較大，但它們的三級結構卻大致相同，并和肌紅蛋白相似，這反映它們在主要功能上也具有相似性，即都能進行可逆的氧合作用。但是血紅蛋白在進行氧合作用時表現出別構現象。
別構現象是指當某些蛋白質表現其功能時，其構象會發生改變，從而改變了整個分子的性質。例如，血紅蛋白的四聚體具有穩定的結構，但與氧的親合能力很弱。當氧和血紅蛋白分子中一個亞基血紅素鐵結合后，就會引起該亞基的構象發生改變，這個亞基構象的改變又會引起另外三個亞基相繼發生變化、整個血紅蛋白分子構象的改變，會使所有亞基血紅素鐵原子的位置都變得適于與氧結合，血紅蛋白與氧結合的速度大大加快。
血紅蛋白是一個四聚體，它的整個結構要比肌紅蛋白復雜得多，因此表現出肌紅蛋白所沒有的功能，例如，除運輸氧外，還能運輸H+和CO2。此外，血紅蛋白與氧的結合受到環境中其他物質的調節，如H+和CO2，以及有機磷酸化合物的調節。
6.蛋白質功能的多樣性
蛋白質的一個最重要的生物學功能是作為新陳代謝的催化劑──酶。絕大多數酶都是蛋白質。生物體內的各種化學反應幾乎都是在相應的酶參與下進行的。
蛋白質另一個重要的生物學功能是作為生物體的結構成分。例如，細胞中的細胞膜、線粒體、葉綠體和內質網等都是由不溶性蛋白質與脂質組成的。人和動物的肌肉等組織的主要成分也是蛋白質，如橫紋肌中的球狀蛋白，平滑肌中的膠原蛋白，毛、甲、角、殼、蹄中的角蛋白等。
蛋白質的又一個重要的功能是調節或控制細胞的生長、分化和遺傳信息的表達，如阻遏蛋白等。
除此之外，蛋白質還具有其他功能。
有些蛋白質具有運動的功能。例如，肌纖維中的肌球蛋白和肌動蛋白，是肌肉收縮系統的必要成分，它們伴隨著肌原纖維的收縮而產生運動。細菌的鞭毛或纖毛蛋白也能產生類似的活動。近年來發現，在非肌肉的運動系統中也普遍存在著運動蛋白。
有些蛋白質具有運輸的功能。例如，脊椎動物紅細胞里的血紅蛋白和無脊椎動物中的血藍蛋白，在呼吸過程中都起著輸送氧的作用。血液中的脂蛋白有運輸脂質的作用。
有些蛋白質對生命活動起調節作用。例如，胰島細胞分泌的胰島素能參與血糖的代謝調節，降低血液中葡萄糖的含量。
有些蛋白質參與機體防御機能，如抗體。
有些蛋白質可以作為受體，起接受和傳遞信息的作用。例如，接受各種激素的受體蛋白，接受外界刺激的感覺蛋白（如味蕾上的味覺蛋白）等。
近年來，對于蛋白質的研究，取得了一些突破性的成果，例如，用蛋白質工程的方法制成在低溫下保存半年的干擾素，用于微電子方面的蛋白質元件等。由此可見，人類對蛋白質的應用具有十分廣闊的前景。
7.蛋白質的變性
實踐經驗告訴我們，吃雞蛋前要將雞蛋煮熟，并且知道煮熟的雞蛋，蛋白會變成固態，不再溶于水；實踐經驗還告訴我們，為了防止病人不受感染，必須對醫療器具進行消毒。我們為什么要對雞蛋和醫療器具進行這樣的處理？或者說這樣處理的根據是什么呢？從生化觀點來看，是利用蛋白質分子在物理或化學因素的影響下，原有的空間構象發生改變，從而造成蛋白質分子原有的理化性質和生物活性的改變。這種現象在生物化學上叫做蛋白質的變性。
能使蛋白質變性的因素很多，化學因素有強酸、強堿、重金屬離子，以及某些弱酸、尿素、酒精、丙酮等；物理因素有加熱（70～100 ℃）、劇烈振蕩或攪拌、超聲波、強磁、紫外線照射及X射線等。
蛋白質變性后首先是失去其原有的生物活性，如酶失去催化能力、激素失去激素活性等。蛋白質生物活性的喪失是蛋白質變性的主要特征。
變性后的蛋白質還表現出各種理化性質的改變，如溶解度降低，易形成沉淀析出。此外，還有結晶能力喪失，球狀蛋白分子形狀改變等。
從蛋白質本身結構看，肽鏈變得松散，易被蛋白水解酶消化，因此，一般認為，蛋白質在體內消化的第一步是蛋白質的變性。
蛋白質變性在實際應用上具有重要意義。在臨床工作中經常應用酒精、加熱、紫外線等來消毒、殺菌，這實際上也就是利用這些手段，使菌體和病毒的蛋白質變性而失去其致病性和繁殖能力。在化驗工作中常用鎢酸或三氯醋酸使血液中的蛋白質變性沉淀，然后取其濾液進行血液中非蛋白化合物的分析。在急救重金屬鹽中毒時也常常利用蛋白質的這一特性。例如，汞中毒時，早期可以服用大量乳制品或雞蛋清，使蛋白質在消化道中與汞鹽結合成變性的不溶解物，以阻止有毒的汞離子吸收入體內，然后再設法將沉淀物自胃中洗出。
一般認為蛋白質的變性作用，主要是蛋白質分子的空間結構發生了改變。因為蛋白質分子是通過氫鍵、離子鍵等，使蛋白質形成一定的空間構型的，而促使變性的理化因素可使氫鍵、離子鍵等斷裂，這時，蛋白質分子就從原來有序的卷曲的緊密結構變為無序的松散的伸展結構。但在變性過程中，蛋白質分子中的肽鍵并未斷裂，它的化學組成也沒有改變，也就是說，蛋白質分子的一級結構并沒有改變。
變性后的蛋白質溶解度降低，也是由于肽鏈的展開，使原來朝向分子內部的疏水基團趨向表面，原來分布在分子表面的親水基團被掩蓋，從而造成蛋白質分子表面構成水膜的程度下降，蛋白質水合作用減少。
蛋白質的變性作用如果不過于激烈，蛋白質分子的內部結構變化不大，變性就是可逆的。例如，胃蛋白酶加熱到80～100 ℃時會失去溶解性，并喪失消化蛋白質的能力，但如果再將溫度降到37 ℃，它會恢復溶解性與消化蛋白質的能力。
蛋白質的變性作用并不都是可逆的，隨著變性時間的增加，條件的加劇，變性的程度也會加深，如豆腐就是大豆蛋白在煮沸和加鹽的條件下形成的變性蛋白的凝固體。這樣的變性作用是不可逆的。
由于蛋白質的變性作用具有上述條件和特點，在制備蛋白質和酶制劑，以及進行蛋白質的操作時，應注意保持低溫，并避免強酸、強堿、重金屬鹽類，以及震蕩等情況發生；相反，在需要去掉不必要的蛋白質時，則可利用蛋白質的變性作用使之沉淀而除去。
──核酸
一、 教學目標
1.說出核酸的種類，簡述核酸的結構和功能。
2.以特定的染色劑染色，觀察并區分DNA和RNA在細胞中的分布。
二、教學重點和難點
1.教學重點
核酸的結構和功能。
2.教學難點
觀察DNA和RNA在細胞中的分布。
三、教學策略
本節雖然在題目中提出了遺傳信息，但是對遺傳信息的深入理解需要在《遺傳與進化》模塊完成。這節重點是讓學生了解承載遺傳信息的物質──核酸。因此教學的直觀性非常重要。
1.利用“問題探討”喚起學生對遺傳物質的記憶，激發學習興趣。
由于現代科學技術的發展使DNA研究成果的應用范圍愈來愈廣泛，學生聽到、看到有關DNA應用的報道是很多的，因此，對于“DNA指紋法”在案件偵破中的作用可能略有所知。這也是學生倍感興趣的內容。教師要給學生適當的空間進行表達交流，盡可能地讓所有學生共享他們對遺傳物質──核酸的認識。
2.通過實驗觀察，獲得感性認識，解決核酸在細胞中的分布。
教材提到了“核酸存在于所有細胞中”，物質的存在具有可檢測性，因此“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”是重要的學習活動。實驗材料選擇了人的口腔上皮細胞，主要是考慮到取材方便。教師還可以準備常見的動植物細胞供學生觀察，使他們認識到組成生物體的核酸包括DNA和RNA。這個實驗比較簡單，效果也非常明顯，因此教師可以指導每個小組的學生分別觀察1～2種材料，通過總結歸納，得出DNA和RNA在細胞中分布的特點。
3.聯想“細胞核是遺傳信息庫”，將抽象的語言變為直觀的圖解，認識核酸的結構。
在初中學習有關細胞的生活的內容時，學生已經知道細胞核內具有儲存遺傳信息的物質──DNA。但是受認知水平的限制，學生還不知道DNA的結構。因此在講述核酸的結構時，要以學生已有的知識為基礎，利用學生具有的化學知識，讓學生看懂脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸結構圖解、DNA和RNA在化學組成上的區別圖解，以及核苷酸長鏈的特點，為《遺傳與進化》模塊的學習奠定基礎。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.提示：脫氧核糖核酸。DNA是主要的遺傳物質，而每個人的遺傳物質都有所區別，因此DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息。
2.提示：DNA鑒定技術還可以運用在親子鑒定上。在研究人類起源、不同類群生物的親緣關系等方面，也可以利用DNA鑒定技術。
3.提示：需要。因為DNA鑒定只是提供了犯罪嫌疑人的遺傳物質方面的信息，還需要有嫌疑人是否有作案動機、時間，是否在犯罪現場，是否有證人等其他證據。如果有人蓄意陷害某人，也完全有可能將他的頭發、血液等含有DNA的物質放在現場。因此案件偵察工作應在DNA鑒定的基礎上，結合其他證據確定罪犯。
（二）旁欄思考題
原核細胞的DNA位于擬核區域。
（三）練習
基礎題
1.（1）√；（2）√?；（3）√?。
2.C。3.C。
五、參考資料
1.核酸的發現
1868年，在德國化學家霍佩—賽勒（Hoppe?Seyler）的實驗室里，有一個瑞士籍的研究生，名叫米舍爾（F.Miescher, 1844—1895），他在實驗室所承擔的工作是研究膿血中細胞的化學成分。當時實驗室附近有一家醫院，常常扔出許多帶膿血的繃帶，膿血里有與病菌“作戰”而死亡的白細胞以及其他死亡的人體細胞。米舍爾細心地用洗脫的辦法將繃帶上的膿血收集起來。他先用酒精把細胞中的脂肪性物質去掉，然后用豬胃黏膜的酸性提取液（一種能除掉蛋白質的胃蛋白酶粗制品）進行處理，結果發現細胞的大部分被分解了，而細胞核只是縮小了一點兒，仍然保持完整。得到細胞核后，米舍爾對組成細胞核的物質進行了化學分析，發現細胞核內含有與細胞內其他有機物明顯不同的物質，這種物質的磷含量很高，遠高于蛋白質，而且對蛋白酶有耐受性。米舍爾認為這是一種新物質。霍佩—賽勒當時是生物化學界的權威，治學嚴謹，他要在親自做實驗驗證米舍爾的工作后，才允許米舍爾發表這個成果。霍佩—賽勒用酵母細胞做實驗，證實了米舍爾的發現。米舍爾將他發現的新物質命名為“核素”。核素十分不穩定，提取時必須非常小心，速度要快，還得保持很低的溫度。為了制備核素，米舍爾常常從清晨5∶00就開始在低溫的房間里工作，這大大影響了他的健康。由于積勞成疾，他51歲就離開了人間。
霍佩—賽勒的另一個學生，德國的科塞爾（A.Kossel, 1853—1927），發現核素是蛋白質和核酸的復合物。他小心地水解核酸，得到了組成核酸的基本成分：鳥嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，還有些具有糖類性質的物質和磷酸。確定了核酸這個生物大分子的組成之后，隨之而來的問題是這些物質在大分子中的比例，它們之間是如何連接的。斯托伊德爾（H.Steudel）找到了前一個問題的答案。通過分析，他發現單糖、每種嘌呤或嘧啶堿基、磷酸的比例為1∶1∶1。限于當時的實驗條件，后一個問題沒有完全解決，科塞爾及其同事只是發現，如果小心地水解核酸，糖集團與含氮的基團是連在一起的。科塞爾還對核酸與蛋白質的結合方式進行了研究。他發現有些物種的核酸與蛋白質結合比較緊密，有些則比較松散。科塞爾因其在核酸化學領域的開創性工作，榮獲1910年的諾貝爾生理學或醫學獎。
1911年，科塞爾的學生列文（P.A.T.Levine,1869—1940）對核酸做了進一步的研究。他證明核酸所含的糖類由5個碳原子組成，并將這種糖類命名為核糖。當時已經發現兩種不同的核酸，列文找到了它們之間的區別：它們中的五碳糖不同。另一種糖類比核糖少一個氧原子，稱為脫氧核糖。兩種核酸也由原來的名字改為核糖核酸和脫氧核糖核酸。1934年，列文發現核酸可被分解成含有一個嘌呤、一個核糖或脫氧核糖和一個磷酸的片段，這樣的組合叫核苷酸。他認為核酸是由五碳糖與磷酸基團組成的長鏈，每一個五碳糖上再接一個堿基。列文認為這些堿基可能以一種非常簡單的方法排列，如12341234等，每個數字代表一種特定的堿基。這個模型后來被稱為核酸結構的四核苷酸假說。列文雖然沒有獲得諾貝爾獎，但他的貢獻有目共睹，并將永遠留在核酸化學的歷史中。
弄清物質結構的最終證明是成功地合成出這種物質。核酸的結構問題很復雜，糖類和堿基都是結構比較復雜的組分，有多種連接的可能，而且還有磷酸基團的位置問題。英國生物化學家托德（A.R.Todd）成功地合成了核苷酸，并于1955年成功合成了二核苷酸。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸輔酶方面的貢獻而獲得1957年諾貝爾化學獎。
核酸功能的闡明以及DNA雙螺旋結構的揭示的科學發現史已為大家所熟知，《遺傳與進化》模塊將做詳細的介紹，這里不再贅述。
2.核酸的分離和提純
研究核酸首先要對其進行分離和提純。制備核酸要注意防止核酸的降解和變性，盡量保持其在生物體內的天然狀態。早期研究時，由于受到方法上的限制，得到的樣品往往是一些降解產物。要制備天然狀態的核酸，必須在溫和的條件下進行，防止過酸、過堿，避免劇烈攪拌，尤其是防止核酸酶的作用。
真核生物中的染色體DNA與組蛋白結合成核蛋白（DNP），存在于核內。DNP溶于水和濃鹽溶液（如質量濃度為1 mol/L的NaCl溶液），但不溶于質量濃度為0.14 mol/L的NaCl溶液。利用這一性質，可將細胞破碎后用濃鹽溶液提取，然后用水稀釋至0.14 mol/L，使DNP纖維沉淀出來，纏繞在玻璃棒上，再經多次溶解和沉淀以達到純化目的。苯酚是很強的蛋白質變性劑，可用苯酚抽提，除去蛋白質。用水飽和的苯酚與DNP一起振蕩，冷凍離心，DNA溶于上層水相，不溶性變性蛋白質殘留物位于中間界面，一部分變性蛋白質停留在酚相。如此操作反復多次以除凈蛋白質。將含DNA的水相合并，在有鹽存在的條件下加2倍體積冷的乙醇，可將DNA沉淀出來。再用乙醚和乙醇洗滌沉淀，用這種方法可以得到純的DNA。
RNA比DNA更不穩定，而且RNase又無處不在，因此RNA的分離更為困難。制備RNA通常需要注意3點：（1）所有用于制備RNA的器具必須滅菌；（2）在破碎細胞的同時加入強變性劑使RNase失活；（3）在RNA的反應體系中加入RNase的抑制劑。目前最常用的制備RNA的方法有兩種：（1）用酸性鹽/苯酚/氯仿抽提。是極強烈的蛋白質變性劑，它幾乎使所有遇到的蛋白質都變性。用苯酚和氯仿多次除凈蛋白質。此法用于小量制備RNA。（2）用鹽/氯化銫將細胞抽提物進行密度梯度離心。蛋白質在最上層，DNA位于中間，RNA沉在底部。此法可制備較大量高純度的天然RNA。不同功能RNA常分布于細胞的不同部位，分離這些RNA常常先用差速離心法，將細胞核、線粒體、葉綠體、細胞質等各部分分開，再從這些部分中分離出RNA。
3.核酸的水解
核酸的嘌呤堿和嘧啶堿與戊糖形成糖苷鍵。戊糖有兩種：核糖和脫氧核糖，所以形成4種糖苷，即嘌呤核苷、嘌呤脫氧核苷、嘧啶核苷、嘧啶脫氧核苷。磷酸基與兩種糖類分別形成核糖磷酸酯和脫氧核糖磷酸酯。所有糖苷鍵和磷酸酯鍵都能被酸、堿和酶水解。
水解核酸的酶種類很多。非特異性水解磷酸二酯鍵的酶為磷酸二酯酶；專一水解核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶。核酸酶按底物專一性分類，又可分為作用于核糖核酸的核糖核酸酶，作用于脫氧核糖核酸的脫氧核糖核酸酶；按對底物作用的方式，可分為核酸內切酶和核酸外切酶。內切酶的作用點在多核苷酸鏈的內部，而外切酶的作用點從多核苷酸鏈的末端開始，逐個地將核苷酸切下，從而對核酸進行降解。也有少數酶既可內切，也能外切。
4.核酸在不同生物（細胞）中的分布狀況
所有生物細胞都含有DNA和RNA這兩類核酸。原核細胞DNA集中在擬核。真核細胞DNA分布在核內，與蛋白質組成染色體（染色質）。線粒體、葉綠體等細胞器也含有DNA。病毒或只含DNA，或只含RNA，從未發現兩者兼有的病毒。原核生物DNA、質粒DNA、真核生物細胞器DNA都是環狀雙鏈DNA。所謂質粒是指擬核DNA外基因，它能夠自主復制，并表現出特定的性狀。真核生物染色體DNA是線型雙鏈DNA。病毒DNA種類很多，結構各異。動物病毒DNA通常是環狀雙鏈或線型雙鏈。植物病毒基因組大多是RNA，DNA較少見。少數植物病毒DNA或是環狀雙鏈，或是環狀單鏈。噬菌體DNA多數是線型雙鏈，也有為環狀雙鏈的。
參與蛋白質合成的RNA有三類：轉移RNA（tRNA）,核糖體RNA（rRNA）和信使RNA（mRNA）。無論是原核生物或是真核生物都有這三類RNA。20世紀80年代以來，陸續發現許多新的具有特殊功能的RNA，幾乎涉及細胞功能的各個方面。病毒RNA種類很多，結構也是多種多樣的。
5.核酸中核苷酸的連接方式
核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子，無分支結構。核酸中的核苷酸以磷酸二酯鍵彼此相連。DNA中的脫氧核糖核苷酸，通過3′，5′-磷酸二酯鍵連接起來，形成直線形或環形多聚體（圖9）。組成RNA的核苷酸也是以3′，5′磷酸二酯鍵彼此連接起來的（圖10）。
一、 教學目標
1.概述糖類的種類和作用。
2.舉例說出脂質的種類和作用。
3.說明生物大分子以碳鏈為骨架。
二、教學重點和難點
1.教學重點
（1）糖類的種類和作用。
（2）生物大分子以碳鏈為骨架。
2.教學難點
（1）多糖的種類。
（2）生物大分子以碳鏈為骨架。
三、教學策略
1.情境創設
本節學習的內容與學生的生活和身體健康關系密切，教學中要善用這些有利因素，積極地引導學生進入新課的學習。教學中可以按照教材中的問題探討創設情境，讓同學們觀察課本上的圖片，從平日熟悉的食物中思考我們如何利用食物中的有機物，通過學生對糖類和脂質認識的基礎做切入點，將學生引入新課。當然教學方法是多樣的，教師可以根據自己熟悉的方法，結合當地學生的實際，采用不同的素材創設問題情境。比如也可以問問學生，為什么低血糖的病人需要及時補充糖類，否則會發生暈眩？人的肥胖癥

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