資源簡介

第一章走近細胞
第1節 從生物圈到細胞
一、 教學目標
1.舉例說出生命活動建立在細胞的基礎之上。
2.舉例說明生命系統的結構層次。
3.認同細胞是基本的生命系統。
二、教學重點和難點
1.教學重點
（1）生命活動建立在細胞的基礎之上。
（2）生命系統的結構層次。
2.教學難點
生命系統的結構層次。
三、教學策略
生物圈是所有生物共同的家園，生物圈中的生物盡管多種多樣，千姿百態，但細胞是構成生物體結構和功能的基本單位，并且有的生物就是由一個細胞構成的，即使是沒有細胞結構的微小生物──病毒，也必須依賴活細胞生活。因此，從宏觀的生物圈逐級深入到微觀的細胞，有利于學生用全局的、系統的觀點來認識生物界。同時，從細胞到生物圈這些生命系統的各個結構層次，是本模塊和其他模塊將要逐一研究和學習的內容。
本節教學建議用1課時。
本節在教學上可以采取以下策略。
選擇SARS病毒作為“問題探討”的素材，是基于以下兩點理由。（1）SARS病毒給人類的健康造成非常嚴重的后果，是社會關注的熱點，是學生經歷過并且相對比較熟悉的一類病毒，容易激發學生的學習興趣。（2）病毒不是一個細胞，不具有細胞的結構，但它不能離開活細胞而獨立生活，選擇SARS病毒侵害人體肺部細胞作為“問題探討”的素材，有助于服務“生命活動離不開細胞”的主題。因此，在教學時應注意將病毒與細胞聯系起來，但不宜要求學生深入學習SARS病毒的相關知識。
教師可以展示SARS病毒的電鏡照片或模式圖、SARS患者肺部X光片示彌漫性陰影圖，引導學生回顧初中學習過的病毒的結構組成，并與細胞作簡單比較。同時探討教材中的兩個問題，達成“像病毒那樣沒有細胞結構的生物，也必須依賴活細胞才能生活”的認識。
關于讓學生理解“生命活動離不開細胞”的觀點，教材中的資料分析已比較全面，分別是從生命特征的不同方面，不同生物體的不同生命活動等來論證這一觀點的。下表反映了編者的意圖。
免疫作為機體對入侵病原微生物的一種防御反應，需要淋巴細胞的參與
由于本資料中的一些事例是義務教育階段七年級涉及的內容，因此，在分析本資料時，除按照教材的問題引導學生討論外，教師還可以補充一些問題供學生思考。例如，草履蟲是單細胞生物還是多細胞生物？它具有生物的哪些基本特征？人類發育的起點是從什么細胞開始的？新生兒逐漸發育長大是由于細胞發生了怎樣的變化？等等。
“生命系統的結構層次”是本節的難點，教師應引導學生系統地理解這幾個層次，在理解這些結構層次時，教師可以適當地補充各個層次的名詞解釋，以利于學生從微觀到宏觀，步步緊扣地理解生命系統的嚴密性、層次性和多樣性。教師可以按下表的方式呈現這幾個層次的遞進關系。
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教師在引導學生學習這些層次時需要注意以下幾點。
1.在這些層次中，只有種群和群落這兩個名詞是學生陌生的，需要教師用具體的事例補充講解。例如，在一個池塘中的全部鯽魚就是一個種群，而池塘中的全部生物就構成了一個群落。這兩個概念不需要掌握，只需要學生能通過具體的事例理解就行。
2.除種群和群落外，其他的幾個層次都是學生在義務教育階段七年級接觸過的概念，可以讓學生分組回憶、討論。
3.除教材列舉的事例外，教師還可以讓學生列舉其他的事例。例如，與心肌細胞同層次的還有平滑肌細胞、骨骼肌細胞、上皮細胞、神經細胞，等等；與心肌組織同層次的有上皮組織、結締組織、神經組織，等等。另一方面，教師可以讓學生以一個人、一棵松樹或一只草履蟲為例，用不同生物研究生命系統各個層次的關系，以便理解生命系統的復雜性和多樣性。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.提示：病毒盡管不具有細胞結構，但它可以寄生在活細胞中，利用活細胞中的物質生活和繁殖。
2.提示：SARS病毒侵害了人體的上呼吸道細胞、肺部細胞，由于肺部細胞受損，導致患者呼吸困難，患者因呼吸功能衰竭而死亡。此外，SARS病毒還侵害人體其他部位的細胞。
（二）資料分析
1.提示：草履蟲除能完成運動和分裂外，還能完成攝食、呼吸、生長、應激性等生命活動。如果沒有完整的細胞結構，草履蟲不可能完成這些生命活動。
2.提示：在子女和父母之間，精子和卵細胞充當了遺傳物質的橋梁。父親產生的精子和母親產生的卵細胞通過受精作用形成受精卵，受精卵在子宮中發育成胚胎，胚胎進一步發育成胎兒。胚胎發育通過細胞分裂、分化等過程實現。
3.提示：完成一個簡單的縮手反射需要許多種類的細胞參與，如由傳入神經末梢形成的感受器、傳入神經元、中間神經元、傳出神經元、相關的骨骼肌細胞，等等。人的學習活動需要種類和數量繁多的細胞參與。由細胞形成組織，由各種組織構成器官，由器官形成系統，多種系統協作，才能完成學習活動。學習活動涉及到人體的多種細胞，但主要是神經細胞的參與。
4.提示：例如，胰島細胞受損容易導致胰島素依賴型糖尿病；脊髓中的運動神經元受損容易導致相應的肢體癱瘓；大腦皮層上的聽覺神經元受損可導致聽覺發生障礙，等等。
5.提示：例如，生物體的運動離不開肌細胞；興奮的傳導離不開神經細胞；腺體的分泌離不開相關的腺（上皮）細胞，等等。
（三）思考與討論
1.提示：如果把龜換成人，圖中其他各層次的名稱不變，但具體內容會發生變化。例如，心臟應為二心房、二心室；種群應為同一區域的所有人，等等。應當指出的是，生物圈只有1個。如果換成一棵松樹，圖中應去掉“系統”這個層次，細胞、組織、器官、種群的具體內容也會改變。如果換成一只草履蟲，細胞本身就是個體，沒有組織、器官、系統等層次。
2.提示：細胞層次；其他層次都是建立在細胞這一層次的基礎之上的，沒有細胞就沒有組織、器官、系統等層次。另一方面，生物體中的每個細胞具有相對的獨立性，能獨立完成一系列的生命活動，某些生物體還是由單細胞構成的。
3.提示：一個分子或一個原子是一個系統，但不是生命系統，因為生命系統能完成一定的生命活動，單靠一個分子或一個原子是不可能完成生命活動的。
（四）練習
基礎題
1.（1）活細胞：A、D、G、I；
? （2）死細胞：B、E；
? （3）細胞的產物：C、F、H。
2.（1）細胞層次（也是個體層次，因為大腸桿菌是單細胞生物）；
? （2）種群層次；
? （3）群落層次。
拓展題
1.提示：不是。病毒不具有細胞結構，不能獨立生活，只能寄生在活細胞中才能生活，因此，盡管人工合成脊髓灰質炎病毒，但不意味著人工制造了生命。
2.提示：人工合成病毒的研究，其意義具有兩面性，用絕對肯定或絕對否定的態度都是不全面的。從肯定的角度看，人工合成病毒可以使人類更好地認識病毒，例如，研制抵抗病毒的藥物和疫苗，從而更好地為人類的健康服務；從否定的角度看，人工合成病毒的研究也可能會合成某些對人類有害的病毒，如果這些病毒傳播開來，或者被某些人用做生物武器，將給人類帶來災難。
第2節 細胞的多樣性和統一性
??? 一、 教學目標
1.說出原核細胞和真核細胞的區別和聯系。
2.分析細胞學說建立的過程。
3.使用高倍鏡觀察幾種細胞，比較不同細胞的異同點。
4.認同細胞學說的建立是一個開拓、繼承、修正和發展的過程；討論技術進步在科學發展中的作用。
二、教學重點和難點
1.教學重點
（1）使用高倍鏡觀察幾種細胞，比較不同細胞的異同點。
（2）分析細胞學說建立的過程。
2.教學難點
原核細胞和真核細胞的區別和聯系。
三、教學策略
本節教材引導學生通過觀察（大量的實驗材料）和比較（原核細胞和真核細胞的異同）來認識細胞的多樣性和統一性，從細胞學說的建立過程（科學史）中認識細胞的統一性。本節在教學策略上也應該體現這些思路。
本節教學建議用2課時。其中1課時完成觀察細胞的實驗，1課時完成原核細胞和真核細胞的比較以及細胞學說的建立過程的學習。
1.領悟原理，細心操作，學會使用高倍鏡。
教師應注意提供不同的生物材料，不同生物的各種細胞可以更好地說明細胞的多樣性，而不同生物的細胞共有的結構又可以說明細胞的統一性。根據材料的多樣性和可行性，教師可以提供給學生下面的一些材料。
教師也可以展示這些生物細胞的圖片，給學生觀察時提供參考。
正確使用高倍顯微鏡和制作臨時裝片是重要的實驗室操作技能。在實際教學中，學生的積極性很高，但動手能力較差，很可能找不到所要觀察的細胞，制作的臨時裝片也不合格，因此，需要教師詳細示范和指導。高倍顯微鏡的使用方法步驟見教材圖示，但學生并不知其所以然，因此，教師可以在操作前提出問題引導學生思考，學生只有真正理解了這些操作步驟，才能更好地完成觀察細胞的任務。
教師針對高倍顯微鏡的使用可以提出下列問題。
（1）是低倍鏡還是高倍鏡的視野大，視野明亮？為什么？
提示：低倍鏡的視野大，通過的光多，放大的倍數小；高倍鏡視野小，通過的光少，但放大的倍數高。
（2）為什么要先用低倍鏡觀察清楚后，把要放大觀察的物像移至視野的中央，再換高倍鏡觀察？
提示：如果直接用高倍鏡觀察，往往由于觀察的對象不在視野范圍內而找不到。因此，需要先用低倍鏡觀察清楚，并把要放大觀察的物像移至視野的中央，再換高倍鏡觀察。
（3）用轉換器轉過高倍鏡后，轉動粗準焦螺旋行不行？
提示：不行。用高倍鏡觀察，只需微調即可。轉動粗準焦螺旋，容易壓壞玻片。
另外，臨時裝片的制作也是難點，學生容易犯的錯誤是：用的材料過多；切片太厚；不蓋蓋玻片，或者蓋蓋玻片的方法不當；壓片的方法不當；氣泡太多而不容易觀察到細胞，等等，這些都需要教師示范和指導。
使用高倍鏡觀察各種細胞是手段，認識細胞的多樣性和統一性是目標，教師應在學生觀察之后及時進行總結。
2.比較見異同，出真知──原核細胞和真核細胞的學習。
原核細胞和真核細胞的學習是本節的教學難點。教師可先采用“顧名思義”的方法，從字面上分析這兩類生物的最主要區別在于細胞核。例如，“原核”是指原始的細胞核，“真核”是指真正的細胞核。這兩類細胞的“核”到底有什么區別呢？還有沒有其他的區別呢？教師可展示細菌細胞和藍藻細胞的模式圖，讓學生識圖、辨認、歸納和總結，通過比較，學生很自然地得出原核細胞的“核”叫擬核，教師可進一步提出下列問題引導學生觀察和思考。
（1）細胞核和擬核在結構上有什么不同？
（2）擬核的成分是什么？與真核細胞的染色體有什么不同？
（3）原核細胞中有什么結構？植物細胞的細胞質中有哪些結構？
（4）你認為原核細胞的結構簡單，還是真核細胞的結構簡單？
學生回答問題后，教師可進一步列表總結：
表5 原核細胞與真核細胞的區別（教學用簡表）
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類別
原核細胞
真核細胞
細胞大小
較小 較大
細胞核
無成形的細胞核，無核膜，無核仁，無染色體 有成形的真正的細胞核，有核膜、核仁和染色體
細胞質
有核糖體 有核糖體、線粒體等，植物細胞還有葉綠體和液泡等
生物類群
細菌、藍藻 真菌、植物、動物
為加深學生對原核生物的認識，教師應以藍藻為例，具體說明原核生物的一些基本特征。
3.從科學史中認識細胞學說的建立是一個不斷開拓、繼承、修正和發展的過程。
細胞學說的內容比較簡單，與義務教育階段學過的內容相比，只增加了“新細胞可以從老細胞中產生”的要點，這一要點為第6章第1節《細胞的增殖》打基礎。關于新細胞怎樣從老細胞中產生的問題，細胞學說的建立者施萊登和施旺的觀點是不正確的，而修正施萊登和施旺的觀點的科學家是魏爾肖。魏爾肖之所以能取得這樣的成績，得益于同時代更多科學家的實驗觀察和材料的選擇及勤奮的工作，也是他不迷信權威的結果。
細胞學說建立的過程體現了科學探究的過程，是一則很好的科學史教育的素材。學生通過認真的閱讀，在教師的引導下，可以獲得許多重要的啟示。例如，科學發現的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷修正和發展；科學發展與技術有很大的關系，技術的進步可以更好地促進科學的發展，等等。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.從圖中至少可以看出5種細胞，它們分別是：紅細胞、白細胞、口腔上皮細胞、正在分裂的植物細胞和洋蔥表皮細胞。這些細胞共同的結構有：細胞膜、細胞質和細胞核（植物細胞還有細胞壁，人的成熟紅細胞沒有細胞核）。
2.提示：細胞具有不同的形態結構是因為生物體內的細胞所處的位置不同，功能不同，是細胞分化的結果。例如，紅細胞呈兩面凹的圓餅狀，這有利于與氧氣充分接觸，起到運輸氧氣的作用；洋蔥表皮細胞呈長方體形狀，排列緊密，有利于起到保護作用。
（二）實驗
1.使用高倍鏡觀察的步驟和要點是：（1）首先用低倍鏡觀察，找到要觀察的物像，移到視野的中央。（2）轉動轉換器，用高倍鏡觀察，并輕輕轉動細準焦螺旋，直到看清楚材料為止。
2.提示：這些細胞在結構上的共同點是：有細胞膜、細胞質和細胞核，植物細胞還有細胞壁。各種細胞之間的差異和產生差異的可能原因是：這些細胞的位置和功能不同，其結構與功能相適應，這是個體發育過程中細胞分化產生的差異。
3.提示：從模式圖中可以看出，大腸桿菌沒有明顯的細胞核，沒有核膜，細胞外有鞭毛，等等。
（三）思考與討論
提示：絕大多數細胞有細胞核，只有少數細胞沒有細胞核。例如，人的成熟的紅細胞就沒有細胞核。細菌是單細胞生物，藍藻以單細胞或以細胞群體存在，它們的細胞與植物細胞和動物細胞比較，沒有成形的細胞核，而有擬核。擬核與細胞核的區別主要有兩點：（1）擬核沒有核膜，沒有核仁；（2）擬核中的遺傳物質不是以染色體的形式存在，而是直接以DNA的形式存在。
（四）資料分析
1.提示：通過分析細胞學說的建立過程，可以領悟到科學發現具有以下特點。
（1）科學發現是很多科學家的共同參與，共同努力的結果。
（2）科學發現的過程離不開技術的支持。
（3）科學發現需要理性思維和實驗的結合。
（4）科學學說的建立過程是一個不斷開拓、繼承、修正和發展的過程。
2.細胞學說主要闡述了生物界的統一性。
3.提示：細胞學說的建立揭示了細胞的統一性和生物體結構的統一性，使人們認識到各種生物之間存在共同的結構基礎；細胞學說的建立標志著生物學的研究進入到細胞水平，極大地促進了生物學的研究進程。
（五）練習
基礎題
1.B。
2.提示：
（1）人體皮膚：本切片圖中可見上皮組織的細胞、角質保護層細胞（死亡）和皮下結締組織中的多種細胞。
迎春葉：表皮細胞（保護）、保衛細胞（控制水分蒸發和氣體進出）、葉肉細胞（光合作用）、導管細胞（運輸水和無機鹽）、篩管細胞（運輸有機物），等等。
（2）動植物細胞的共同點為：都有細胞膜、細胞質和細胞核；不同點為：植物細胞有細胞壁、有液泡，植物細胞一般還有葉綠體。
（3）因為它們都是由多種組織構成的，并能行使一定的功能。例如，人體皮膚由上皮組織、肌肉組織、結締組織和神經組織共同構成，人體皮膚有保護、感受環境刺激等功能；迎春葉由保護組織（表皮）、營養組織、機械組織和輸導組織等構成，有進行光合作用、運輸營養物質等功能。
3.原核細胞和真核細胞的根本區別是：有無成形的細胞核。即真核細胞有核膜包圍的細胞核；原核細胞沒有細胞核，只有擬核，擬核的結構比細胞核要簡單。
它們的區別里包含著共性：細胞核和擬核的共同點是都有遺傳物質DNA，體現了彼此之間在生物進化上的聯系。
五、參考資料
1.原核細胞和真核細胞
細胞分為原核細胞和真核細胞兩種類型，由原核細胞構成的生物稱為原核生物，包括細菌、藍藻、支原體、衣原體，等等。原核細胞與真核細胞相比，有以下幾點不同。（1）最小的原核生物支原體的直徑只有100 nm，比較大的原核細胞如大腸桿菌的直徑為3 μm;真核細胞的直徑一般為20～30 μm,人的卵細胞的直徑為100 μm。（2）原核細胞的結構比真核細胞的結構要簡單得多。原核細胞沒有成形的細胞核，即沒有由核膜包被的細胞核，只有擬核，擬核由DNA分子構成。擬核沒有明顯的邊界，不含有染色體。原核細胞的細胞質中除核糖體外沒有其他的細胞器。有些原核細胞的細胞質中還有很小的環狀DNA分子，稱為質粒。
下表是原核細胞和真核細胞的比較。
表6 原核細胞與真核細胞的區別（詳表）
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類別
原核細胞
真核細胞
細胞大小
較小（一般為1～10 μm） 較大（一般為20～30 μm）
染色體
一個細胞只有一條DNA，與RNA、蛋白質不結合在一起 一個細胞有幾條染色體，DNA與RNA、蛋白質結合在一起
細胞核
無真正的細胞核，無核膜，無核仁。有擬核 有真正的細胞核，有核膜、核仁
細胞質
除核糖體外，無其他細胞器。細菌一般有質粒 有核糖體、線粒體等多種復雜的細胞器
生物類群
細菌、藍藻 真菌、植物、動物
2.藍藻門
舊稱藍綠藻門，藻類植物中最簡單、低級的一門。根據近些年來形成的生物分界系統，藍藻屬于原核生物界。但是，藍藻和原綠藻與植物界又有一些相同之處，故一些文獻資料將它們分別歸納為原核藻類中的兩個門。藻體是單細胞或群體，不具鞭毛，不產生游動細胞。一部分絲狀種類能伸縮或左右擺動。細胞壁缺乏纖維素，由黏肽（含8種氨基酸和二氨基庚二酸以及氨基葡萄糖等）組成，壁外常形成黏性膠質鞘。無真正的細胞核，擬核的組成物質集中在細胞中央，無核膜和核仁，細胞內除含葉綠素和類胡蘿卜素外，還含有藻藍素，部分種類還含有藻紅素。色素不包在質體內，而是分散在細胞質的邊緣部分。藻體因所含色素的種類和多寡不同而呈現不同的顏色。儲藏物質為藍藻淀粉。繁殖方式主要是分裂生殖，沒有有性生殖。主要分布在含有機質較多的淡水中，部分生活在濕土、巖石、樹干上和海洋中，有的同真菌共生形成地衣，或生活在植物體內形成內生植物。少數種類能生活在85 ℃以上的溫泉內或終年積雪的極地。
第2章 組成細胞的分子
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
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。
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
第2節 生命活動的主要承擔者──蛋白質
一、 教學目標
1.說明氨基酸的結構特點，以及氨基酸形成蛋白質的過程。
2.概述蛋白質的結構和功能。
3.認同蛋白質是生命活動的主要承擔者。
4.關注蛋白質研究的新進展。
二、教學重點和難點
1.教學重點
（1）氨基酸的結構特點，以及氨基酸形成蛋白質的過程。
（2）蛋白質的結構和功能。
2.教學難點
（1）氨基酸形成蛋白質的過程。
（2）蛋白質的結構多樣性的原因。
三、教學策略
本節是第2章的重點內容。教學應從學生生活經驗出發，使學生通過學習明確蛋白質的結構多種多樣，在生命活動中承擔著多種多樣的功能，是非常重要的生物大分子。建議采用“提出問題—獲取信息—解決問題”的教學模式。
1.通過“問題探討”“思考與討論”的表達交流活動，使學生獲得有關蛋白質和氨基酸結構的知識。
“問題探討”中學生的討論會給教學提供豐富的素材，教師要利用學生對蛋白質和氨基酸的認識，開展教學活動。
通常學生能夠說出一些富含蛋白質的食品，也知道蛋白質對人的生活非常重要，但對于蛋白質的結構以及氨基酸的結構是陌生的。因此教師要引導學生對比觀察幾種氨基酸的結構，利用已有的化學知識，識別氨基酸，在對比的基礎上找出不同氨基酸分子共有的結構，寫出氨基酸分子的結構通式，為理解氨基酸形成蛋白質奠定基礎。
根據學生對氨基酸結構的認識情況，利用“氨基酸形成蛋白質的示意圖”，指導學生明確氨基酸和蛋白質的關系，以及蛋白質結構多種多樣的原因。
在學生觀察、思考和討論過程中，獨立閱讀氨基酸分子相互結合的方式、肽鏈形成具有空間結構的蛋白質的相關內容是不可缺少的學習環節，這將有助于學生學習能力的提高。
2.聯系學生生活實際，在學生原有生活經驗和知識基礎上，引導學生理解蛋白質的功能。
如果學生在“問題探討”中談到了蛋白質的功能，教學也可以先介紹蛋白質的功能。教師可引導學生結合自身的生命活動，觀察教材中蛋白質主要功能示例，進行這部分的學習。在了解了蛋白質多種多樣的功能后，提出“蛋白質能夠承擔多種多樣的功能，這與它的結構有什么關系？”“蛋白質的結構是怎樣的？”等問題，進入蛋白質和氨基酸結構的學習。
如果按照“問題探討”、“思考與討論”這樣的順序，學生在了解了蛋白質結構及其多樣性后，就應解決“蛋白質的功能有哪些”的問題。
教師應該讓學生交流一下他們了解的蛋白質功能有哪些，再結合教材中的示例，這樣學生理解起來就容易了。
3.利用“科學史話”“科學前沿”的內容拓展學生的視野，激發學生學習的興趣。
雖然這些欄目的內容不作為教學要求，但是它們可以成為教學的素材。比如學習氨基酸形成蛋白質的內容時，可以介紹科學家人工合成蛋白質的過程，其中既有科學方法，又有科學發展的曲折歷程，更有科學精神和愛國主義情感的滲透，對學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。
(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。
第3節 遺傳信息的攜帶者──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。
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。
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
第4節 細胞中的糖類和脂質
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？人的肥胖癥狀與飲食中的糖類和脂肪有什么關系？用這些問題引發學生思考，作為情境引入，也能調動學生學習新課的積極性。總之學生進入新課的學習如同將要參加一個既定的活動，這個活動是否能有效地展開和持續地進行下去，教師的點撥和引導十分必要。
2.教學過程
在糖類和脂質的教學內容中，課程標準對知識目標的要求是：學生要理解細胞中糖類的種類和作用；了解脂質的種類和作用。因此課堂教學的重心應放在對糖類的學習上，然后通過列舉生活中的實例來豐富學生的感性認識。學習脂質的內容時也應多聯系生活實際。
學生早已熟悉碳水化合物的概念，但又很難確切地將其與糖類劃等號。可以簡單地向學生介紹碳水化合物的含義，然后說明碳水化合物僅是一種俗稱，不是嚴格意義上糖類的稱謂。根據糖類的化學元素組成介紹糖類的分類，調動學生已有的知識庫存，啟發學生思考他們所熟悉的糖類都包括哪些種類，哪些糖類和生命活動休戚相關，人獲得糖類的最快途徑是什么等問題，讓學生感受糖類對于生命的重要，同時認識到那些分子很小的、不能水解的糖類才可以進入細胞，其他形式的糖類都需經過分解才能進入細胞，以此來學習和理解糖類的種類。有條件的學校，如果學生學有余力，教師還可以通過幾種糖類分子結構式的介紹讓學生體會糖類分子結構中的碳鏈骨架，幫助學生建立碳是生物體的基本元素的概念。
在認識糖類的化學元素組成和糖類的種類后，可以通過糖類在生物體和細胞中的含量和人類對糖類食物的需求來認識糖類的功能。這里僅是讓學生知道一個事實，即糖類是細胞和生物體生命活動的主要能源物質。糖類是如何為生命活動提供能量的問題需要在細胞呼吸一節介紹。
學習有關脂質的內容同樣應根據學生已有的生活經驗展開。教師要讓學生了解脂質對于生物體和細胞的重要作用，尤其是在結構組成和功能調節上的重要性，盡量聯系學生自身的身體健康，如可以根據圍繞在臟器周圍的脂肪對人體的利弊來討論，讓學生認識脂肪對于細胞和生物體的作用和脂肪過多造成的危害。
3.難點處理
多糖的種類是學生不太容易理解的地方，因為從基本單位組成上看，多糖都是由葡萄糖脫水縮合而成的產物，但是為什么會有那么大的不同之處呢？比如同屬于多糖的淀粉是生物的主要能源食物，而纖維素和殼多糖又分別是植物細胞壁和昆蟲外骨骼的主要成分。可以讓學生聯想淀粉、纖維素、昆蟲外骨骼和肌肉中的糖原，從中感受到它們從形態到功能上的巨大差別。讓學生想一想雖然這些多糖的基本單位都是葡萄糖，但如此不同，為什么？幫助學生理解這是由于這些物質的結構不同造成的。這就如同組成金剛石和石墨的成分都是碳，但是它們的物理特性卻相差懸殊，這主要是由于分子內部排列不同而造成的，道理相似。用教材上比較形象的插圖來幫助學生理解三種多糖的不同。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.不一樣。
2.糖類。
（二）思考與討論
1.提示：脂肪主要分布在人和動物體內的皮下、大網膜和腸系膜等部位。某些動物還在特定的部位儲存脂肪，如駱駝的駝峰。
2.提示：花生、油菜、向日葵、松子、核桃、蓖麻等植物都含有較高的脂肪，這些植物的脂肪多儲存在它們的種子里。
3.提示：脂肪除了可以儲存大量能量外，還具有隔熱、保溫和緩沖的作用，可以有效地保護動物和人體的內臟器官。
（三）旁欄思考題
1.糖尿病人飲食中，米飯、饅頭等主食也需限量，是因為其中富含淀粉，淀粉經消化分解后生成的是葡萄糖。
2.熊在冬眠前大量取食獲得的營養，有相當多的部分轉化為脂肪儲存，既可御寒，也供給冬眠中生命活動所需的能量。
（四）練習
基礎題
1.（1）√；（2）√。
2.C。 3.C。 4.C。 5.C。
拓展題
1.提示：糖類是生物體主要利用的能源物質，尤其是大腦和神經所利用的能源必須由糖類來供應。而脂肪是生物體內最好的儲備能源。脂肪是非極性化合物，可以以無水的形式儲存在體內。雖然糖原也是動物細胞內的儲能物質，但它是極性化合物，是高度的水合形式，在機體內貯存時所占的體積相當于同等重量的脂肪所占體積的4倍左右。因此脂肪是一種很“經濟”的儲備能源。與糖類氧化相比，在生物細胞內脂肪的氧化速率比糖類慢，而且需要消耗大量氧氣，此外，糖類氧化既可以在有氧條件下也可以在無氧條件下進行，所以對于生物體的生命活動而言，糖類和脂肪都可以作為儲備能源，但是糖類是生物體生命活動利用的主要能源物質。
2.提示：葡萄糖是不能水解的糖類，它不需要消化可以直接進入細胞內，因此葡萄糖可以口服也可以靜脈注射；但是蔗糖只能口服而不可以靜脈注射，因為蔗糖是二糖，必須經過消化作用分解成兩分子單糖后才能進入細胞。蔗糖經過口服后，可以在消化道內消化分解，變成單糖后被細胞吸收。
五、參考資料
1.糖類概述
糖類廣泛地存在于生物界，特別是植物界。按干重計，糖類占植物體的85%～90%，占細菌的10%～30%，在動物體所占比例小于2%。動物體內糖類的含量雖然不多，但其生命活動所需要能量主要來源于糖類。糖類是地球上數量最多的一類有機化合物。地球生物量干重的50%以上是由葡萄糖的聚合物構成的。地球上糖類的根本來源是綠色植物進行的光合作用。
大多數糖類只由碳、氫、氧三種元素組成，其實驗式為(CH2O)n或Cn(H2O)m。其中氫和氧的原子數比例是2∶1，猶如水分子中氫和氧之比，因此過去曾誤認為這類物質是碳（carbon）的水合物（hydrate），碳水化合物（carbohydrate）也因之而得名。但后來發現有些糖類，如脫氧核糖（C5H10O4），它們的分子中H、O之比并非2∶1；而一些非糖物質，如甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）和乳酸（C3H6O3）等，它們的分子中H、O之比卻都是2∶1，所以大家認為“碳水化合物”這一名稱并不恰當。為此，1927年國際化學名詞重審委員會曾建議用“糖族（glucide）”一詞代替“碳水化合物”。但由于“碳水化合物”這一名稱沿用已久，至今西文中仍廣泛使用它。英文的carbohydrate是糖類的總稱，比較簡單的糖類常稱為sugar或saccharide(拉丁文saccharum即sugar)。Saccharide一詞常被冠以詞頭，用作糖類的類別名稱，如monosaccharide(單糖)，polysaccharide(多糖)等。漢語中“糖類”和“碳水化合物”兩詞通用，但以前者居多。
糖類從化學角度看，是多羥基的醛或多羥基的酮。大家熟悉的葡萄糖和果糖。
葡萄糖含6個碳原子、5個羥基和1個醛基，稱己醛糖；果糖含6個碳原子、5個羥基和1個酮基，稱己酮糖。淀粉和纖維素也屬于糖類，它們是由多個葡萄糖分子縮合而成的聚合物。此外，像N?乙酰葡糖胺、果糖?1，6?二磷酸這樣一些糖類的衍生物也歸入糖類。因此，從化學本質給糖類下一個定義應該是：糖類是多羥醛、多羥酮或其衍生物，或水解時能產生這些化合物的物質。
糖類是細胞中非常重要的一類有機化合物。其作用主要有以下幾個方面。
作為生物體的結構成分植物的根、莖、葉含有大量的纖維素、半纖維素和果膠物質等，這些物質構成植物細胞壁的主要成分。肽聚糖是細菌細胞壁的結構多糖。昆蟲和甲殼動物的外骨骼也是糖類，稱殼多糖。
作為生物體內的主要能源物質糖類在生物體內（或細胞內）通過生物氧化釋放出能量，供給生命活動的需要。生物體內作為能源貯存的糖類有淀粉、糖原等。
在生物體內轉變為其他物質有些糖類是重要的中間代謝產物，糖類通過這些中間產物為合成其他生物分子如氨基酸、核苷酸、脂肪酸等提供碳骨架。
作為細胞識別的信息分子糖蛋白是一類在生物體內分布極廣的復合糖。它們的糖鏈可能起著信息分子的作用。細胞識別，免疫，代謝調控，受精作用，個體發育，癌變，衰老，器官移植等，都與糖蛋白的糖鏈有關。
2.糖類的甜度和溶解度
嚴格地說，甜度不屬于糖類的物理性質，它屬于一種感覺。甜度通常用蔗糖作為參照物，以它為100，葡萄糖是70，麥芽糖是35，乳糖是16。果糖的甜度幾乎是蔗糖的兩倍，其他天然糖的甜度都小于蔗糖。
糖精是一類低熱量或無熱量的非糖增甜劑。糖精是人工合成的，甜度為50 000。糖精問世已有百余年。在糖精之后還合成了多種增甜劑，后來人們發現不少合成增甜劑對哺乳動物有致癌和致畸作用，多數合成增甜劑已被禁用。蛇菊苷和應樂果甜蛋白是非糖天然增甜劑，前者存在于原產南美洲巴拉圭的一種菊科植物，后者存在于原產西非尼日利亞的一種植物。非糖增甜劑可作為糖尿病、心血管病、肥胖癥和高血壓患者的醫療食品添加劑。
除甘油醛微溶于水外，其他單糖均易溶于水，特別是在熱水中溶解度極大。單糖微溶于乙醇，不溶于乙醚、丙酮等非極性有機溶劑。蔗糖的溶解度很大；乳糖的溶解度遠比蔗糖小；麥芽糖的溶解度比蔗糖小，比乳糖大。
3.淀粉
淀粉是植物生長期間以淀粉粒形式貯存于細胞中的貯存多糖。它在種子、塊莖和塊根等器官中含量特別豐富。
當干淀粉懸于水中并加熱時，淀粉粒吸水溶脹并發生破裂，淀粉分子進入水中形成半透明的膠懸液，這一過程稱凝膠化或糊化。當凝膠化的淀粉液緩慢冷卻并長期放置時，淀粉分子會自動聚集并借助分子間的氫鍵鍵合形成不溶性微晶束而重新沉淀，這種現象稱為退行或老化。食品工業中為防止淀粉老化，可將淀粉食品速凍至零下20 ℃，使食品中的水迅速結晶以阻止淀粉分子聚結而沉淀。
淀粉除作為食物外，主要用做食品和醫藥等工業用的增甜劑（如水解糖漿）和增稠劑（如糊精）。把天然淀粉進行適當處理，使它的某些物理或化學性質發生改變，以適應特定的需要，這種淀粉稱為改型淀粉。實驗室中常用的可溶性淀粉就屬于這一類，它是普通淀粉在質量分數為7.5%的鹽酸中室溫下放置7 d形成的。
天然淀粉一般含有兩種組分：直鏈淀粉和支鏈淀粉。多數淀粉所含的直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例為（20%～25%）∶（75%～80%）。某些谷物如蠟質玉米和糯米等幾乎只含支鏈淀粉，而皺縮豌豆中直鏈淀粉含量高達98%。直鏈淀粉和支鏈淀粉在物理和化學性質方面有明顯差別。純的直鏈淀粉僅少量地溶于熱水，溶液放置時重新析出淀粉晶體（退行現象）。支鏈淀粉易溶于水，形成穩定的膠體，靜置時溶液不出現沉淀。
淀粉在酸或淀粉酶作用下被逐步降解，生成分子大小不一的中間物，統稱為糊精。糊精依分子質量的遞減，與碘作用呈現由藍紫色、紫色、紅色至無色。例如，淀粉糊精呈現藍紫色，紅糊精為紅褐色，消色糊精無色。
4.糖蛋白
糖蛋白是一類復合糖或一類結合蛋白質。糖蛋白中的糖鏈很少含多于15個單糖單位的，因此這里講的糖鏈也稱寡糖鏈或聚糖鏈。
許多膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。細胞膜中的免疫球蛋白、病毒和激素等的膜受體也常是糖蛋白；消化道上皮細胞分泌的黏液主要成分是糖蛋白；從細胞分泌到胞外體液中的蛋白質也多是糖蛋白，這些糖蛋白包括血液中存在的激素蛋白、血漿蛋白等。作為胞外基質的結構蛋白質，膠原蛋白，也是糖蛋白。糖蛋白和糖脂中的糖鏈序列是多變的，結構信息豐富，甚至超過核酸和蛋白質。
糖蛋白的糖鏈參與肽鏈的折疊和締合；參與糖蛋白的轉運和分泌；還參與分子識別和細胞識別，這可能是它最重要的生物學作用。分子識別是通過兩個分子各自的結合部位來實現的。結合部位結構互補，相應的基團間產生足夠的作用力，使兩個分子結合在一起。分子識別是一種普遍的生物學現象。糖鏈、 蛋白質、核酸和脂質各自間以及它們相互之間都存在分子識別。細胞識別實際上就是細胞表面分子的相互識別。例如，哺乳動物的卵細胞外面有一層透明的糖蛋白外衣，稱透明帶，由三種糖蛋白組成，糖鏈能被精子表面上的受體識別，精卵識別引發精子頭部釋放蛋白酶和透明質酸酶，使透明帶水解，精子和卵細胞的細胞膜融合，精子核進入卵細胞內。
5.脂質概述
脂質（lipid，也譯為脂類或類脂），是一類低溶于水而高溶于非極性溶劑的生物有機分子。大多數脂質的化學本質是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。脂質的元素組成主要是碳、氫、氧，有的還含有氮、磷、硫。
脂質按化學組成，大體上可分為三大類。
單純脂質由脂肪酸和甘油形成的酯。包括三酰甘油（或稱甘油三酯）和蠟。
復合脂質除了含有脂肪酸和醇外，還有其他非脂成分。磷脂的非脂成分是磷酸和含氮堿（如膽堿、乙醇胺），糖脂的非脂成分是糖類。
衍生脂質由單純脂質或復合脂質衍生而來或與之關系密切，但也具有脂質的一般性質。（1）取代烴，主要是脂肪酸及其堿性鹽（皂）和高級醇，少量脂肪醛、脂肪胺和烴；（2）固醇類（甾類），包括固醇、性激素、腎上腺皮質激素等；（3）萜，包括許多天然色素（如胡蘿卜素）、香精油、天然橡膠等；（4）其他脂質，如維生素A、D、E、K，脂多糖、脂蛋白等。
脂質的生物學功能也和它們的化學組成、結構一樣，是極其多種多樣的。按照脂質的生物學功能，可以把脂質分為三大類。
貯存脂質包括三酰甘油和蠟。在大多數真核細胞中，三酰甘油以微小的油滴形式存在于胞質溶膠中。脊椎動物的脂肪細胞貯存大量的三酰甘油，幾乎充滿了整個細胞。許多植物的種子中存在三酰甘油，為種子萌發提供能量和合成前體。很多生物中油脂是能量的主要貯存形式，三酰甘油是疏水的，因此有機體不必攜帶像貯存多糖所攜帶的結合水。肥胖人的脂肪組織中積儲的三酰甘油可達15～20 kg，足以供應一個月所需的能量。然而人體以糖原形式貯存的能量不夠一天的需要。當然葡萄糖和糖原也有優點，易溶于水，能快速提供代謝所需的能量。某些動物貯存在皮下的三酰甘油不僅作為能儲，而且作為抗低溫的絕緣層。海豹、海象、企鵝和其他的南北極溫血動物的身體里都填充著大量的三酰甘油。冬眠動物如熊，在冬眠前積累大量脂肪也用做能儲。人和動物的皮下和腸系膜脂肪組織還起防震的填充物作用。
在海洋的浮游生物中，蠟是代謝燃料的主要貯存形式。蠟還有其他功能，這與它排斥水和具有高稠度的性質有關。脊椎動物的某些皮膚腺分泌蠟以保護毛發和皮膚，使之柔韌、潤滑并防水。鳥類，特別是水禽，從它們的尾羽腺分泌蠟使羽毛能防水。冬青、杜鵑和許多熱帶植物的葉覆蓋著一層蠟，以防寄生物侵襲和水分的過度蒸發。
結構脂質各種生物膜的骨架是由磷脂類構成的脂雙層，參與脂雙層構成的膜脂還有固醇和糖脂。脂雙層的表面是親水的，內部是疏水的。脂雙層有屏障作用，使膜兩側的親水性物質不能自由通過，這對維持細胞正常的結構和功能是很重要的。
活性脂質具有專一的重要生物活性，包括數百種類固醇和萜，如雄性激素、雌性激素和腎上腺皮質激素等類固醇激素，以及對人和動物體的正常生長所必需的維生素A、D、E、K，多種光合色素等。
6.三酰甘油
動植物油脂的化學本質是酰基甘油，其中主要是三酰甘油，常溫下呈液態的酰基甘油稱油（oil），呈固態的稱脂（fat）。植物性酰基甘油多為油（可可脂例外），動物性酰基甘油多為脂（魚油例外）。
純的三酰甘油是無色、無臭、無味的稠性液體或蠟狀固體。天然油脂的顏色來自溶于其中的色素物質（如類胡蘿卜素）；氣味一般是由非油脂成分引起的。三酰甘油的密度均小于1 g/cm3。三酰甘油不溶于水，略溶于低級醇，易溶于乙醚、氯仿、苯和石油醚等非極性有機溶劑。
天然油脂長時間暴露在空氣中會產生難聞的氣味，這種現象稱為酸敗。酸敗的原因主要是油脂的不飽和成分發生自動氧化，產生過氧化物并進而降解成揮發性醛、酮、酸的復雜混合物。其次是微生物的作用，它們把油脂分解為游離的脂肪酸和甘油，一些低級脂肪酸本身就有臭味，而且脂肪酸經過一系列酶促反應也產生揮發性的低級酮，甘油可被氧化成具有異臭的1，2?環氧丙醛。為了防止自動氧化，可在新鮮油脂和含油脂食物中加入天然的或合成的抗氧化劑。植物油的抗自動氧化能力比動物油脂強，就是因為存在天然的抗氧化劑。此外，排除氧氣（真空、充氮），降低溫度（冷藏），消除其他促進自動氧化的因素也能防止和延緩酸敗發生。
7.脂質過氧化作用對機體的損傷
脂質過氧化作用對機體損傷的機制十分復雜，是當前研究的重要課題之一。
脂質過氧化的直接結果是膜不飽和脂肪酸減少，膜脂的流動性降低。過氧化產物還會引起膜蛋白共價交聯與聚合，使膜蛋白處于永久性締合狀態，嚴重限制了膜蛋白在膜平面上的運動，導致膜功能異常。
動脈粥樣硬化是一種主要侵害大、中動脈，使血管內壁增厚、變硬、管腔狹窄的疾病。脂質過氧化物與此過程密切相關。
老年斑或老年色素是衰老的重要標志之一。它出現在老年人的皮膚，特別是面部和手的背部，表現為褐色斑塊或斑點。老年色素主要由脂褐素和黑色素組成。脂褐素是長期累積在老細胞內的不溶性有色物質，是氧化了的不飽和脂質、蛋白質和其他細胞降解物的聚合物，存在于所有細胞特別是神經元和肌肉細胞，影響RNA代謝，使細胞萎縮和死亡。
第5節 細胞中的無機物
一、 教學目標
1.說出水在細胞中的存在形式和作用。
2.說出無機鹽在細胞中的存在形式和主要作用。
二、教學重點和難點
1.教學重點
水和無機鹽在細胞中的作用。
2.教學難點
（1）結合水的概念。
（2）無機鹽的作用。
三、教學策略
1.情境創設
學生對于水的認識比較豐富，許多概念來自生活中的經驗，但是站在活細胞的角度去看，學生的認識還有需要補充、糾正和待完善的地方。因此教師在教學時可以從學生熟悉的事實切入，吸引學生的注意力。教師可以查找有關資料，如一個人在極限狀況下，可以堅持20 d以上不進食，但是缺水不能超過1 d；地球表面約3/4的部分是水；細胞內含量最多的化合物是水；許多國家的科學家都在為尋找火星上的水而努力工作，既有成效又有爭議。這些事實說明水對于生命的重要性。究竟水在細胞和生物體中具有什么樣的功能呢？由此引入新課的學習。同時利用課本上的問題探討，將學生帶到對水的內容的學習中。
2.教學過程
水和無機鹽的知識在課標中的要求都是了解層次，因此教師在課堂上更多的是讓學生認識水和無機鹽與生命的關系，通過列舉生活中的現象、事實和學生的體驗來加深學生對水在生命中的作用的認識。比如，讓學生知道生命活動包括一系列的化學反應，而幾乎所有的化學反應都離不開水；讓學生思考我們味覺的產生必須是在舌尖有唾液浸潤的情況下才能感知，若擦去舌尖的唾液，或用舌頭接觸一塊不能溶解于水的玻璃，我們會感受不到什么味覺。這說明水作為溶劑的作用以及溶劑對于生命活動中的化學反應的重要性。細胞的代謝活動與水的多少及其自由水的含量密切相關，讓學生想一想種子的庫存需要條件之一就是通風干燥，想一想干種子細胞中的含水量與其生命活動的關系，學生就不難理解水在代謝中的作用了。學習無機鹽的知識，同樣要讓學生認識到無機鹽的含量在細胞中是最少的，但是對于生命活動卻是必不可少的事實。教學中教師可以舉出許多實例，如血紅蛋白和葉綠素的結構中都含有特定的無機鹽離子，可以根據課本中提供的這兩種分子的結構簡圖，來認識無機鹽在構成生物大分子中的重要作用。還可以列舉人體或植物體缺乏某種無機鹽所產生的癥狀，加深學生對無機鹽與細胞和生物體關系的認識。總之教師在準備教學時，生動豐富的素材，包括文字、圖片、視頻資料等都是本節教學所需要的，在大量的事實面前，學生獲得的關于水和無機鹽的印象最為深刻，也就比較容易達到課標所要求的知識層次。
3.難點的處理
本節課的難點是要讓學生明確結合水的概念和作用以及無機鹽在細胞和生物體中的重要作用。因為學生對結合水與無機鹽的作用，沒有多少生活經驗可以借鑒，尤其是無機鹽的各種生理作用是學生比較陌生的，因此通過一些生活現象讓學生有所感受后，再接受概念就比較容易。學生對水的認識多半來自“自由水”，而對于“結合水”不太了解。要讓學生認識結合水可以簡單介紹水分子的物理化學特性。水作為極性分子的特性致使其容易與那些大分子結合在一起。讓學生想一想新鮮雞蛋清的液態膠狀的存在形式，告訴學生這就是富有生命的狀態，這部分結合在蛋白質等大分子周圍的水已經失去了流動性和作為溶劑的作用，僅是細胞和生物體的組成成分。同時讓學生聯想臭雞蛋是不會有這樣膠體狀的雞蛋清的，因此雞蛋臭了意味著雞蛋已經沒有生命功能了。通過這樣的例子讓學生體會結合水在細胞組成成分中的作用。
學生在學習無機鹽的作用時，可以列舉人體生活和健康中的各種實例來加深感性認識，比如利用課本中運動員飲料的資料讓學生討論，由此再引申到人體發生的一些與無機鹽有關的疾病，通過對疾病的介紹和討論學習無機鹽在細胞和生物體構成、調節滲透壓和酸堿平衡等方面的功能。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.提示：水在細胞中的重要作用：水是細胞結構的重要組成成分，是細胞內的良好溶劑，許多種物質溶解在水中，細胞內的許多化學反應也都需要有水的參與，多細胞生物體的絕大多數細胞必須浸潤在以水為基礎的液體環境中。水在生物體內的流動，可以把營養物質運送到各個細胞，同時，也把各個細胞在代謝中產生的廢物，運送到排泄器官或者直接排出體外。總之，各種生物體的一切生命活動，都離不開水。
2.提示：無機鹽在細胞中的重要作用：細胞中許多有機物的重要組成成分，調節細胞的生命活動等。
（二）旁欄思考題
2.提示：20世紀70年代以前，人們普遍認為缺碘只能引起甲狀腺腫大，還沒有認識到缺碘對兒童智力的影響。進入80年代以后，人們認識到缺碘對人類危害最大的不是甲狀腺腫，而是造成不同程度的腦發育落后，只有補足了碘才能確保嬰幼兒腦的正常發育。根據1994年的統計結果，中國缺碘地區的人口達7.27億，約占全國人口總數的56%，輕度缺碘或碘營養不足已波及所有省、市。1995年的兒童碘營養調查結果表明：許多經濟發達的大城市，兒童尿碘也在100 μg/L以下，甲狀腺腫大率在5%以上。證明城市也存在不同程度的碘缺乏。目前公認標準為：人群尿碘水平在100 μg/L以上，才能基本上消除碘缺乏危害。從這個全新的認識出發，我國幾乎所有地區，包括以前認為的非病區，實際上都是缺碘地區，因此需要補碘的范圍已擴大到全國（高碘地區除外）。
3.提示：不同細胞內的化合物都是由無機物和有機物組成的，其種類有一定差別。例如，淀粉只存在于植物細胞中，糖原只存在于動物細胞中。不同細胞中各種化合物的含量也有一定差別。例如，肌細胞中含蛋白質較多，脂肪細胞中含脂肪較多。但是，各種細胞中的化合物組成及含量又有許多共性。例如，所含的有機物都是糖類、脂質、蛋白質和核酸，無機物中都有無機鹽和水；各種化合物在不同細胞中的含量一般維持在一定范圍內。這體現了生命世界在物質組成上的統一性。
（三）思考與討論
1.提示：人類貧血癥中有缺少紅細胞和缺少血紅蛋白兩種類型，它們都可導致貧血。而血紅蛋白的分子結構不能缺少的一種元素就是鐵，所以缺鐵會導致血紅蛋白的合成障礙，引起貧血。缺鐵性貧血是一種常見的貧血癥。正常人體內含鐵量約為3～5 g，它是制造血紅蛋白的主要原料之一。當鐵缺乏時，血紅蛋白就不能合成，從而發生缺鐵性貧血。
2.提示：光合作用不能缺少葉綠素，而葉綠素的分子結構中不能缺少的元素之一就是鎂。鎂是葉綠素的組成元素之一，因此，鎂對于光合作用有重要意義。缺鎂時葉綠素的形成受到阻礙，從而影響光合作用。此外，鎂還是許多酶的活化劑，鎂還能促進脂肪的合成。因此，鎂是重要的生命元素。
（四）練習
基礎題
1.C。 2.A。 3.D。
拓展題
提示：質量分數為0.9%的氯化鈉溶液的濃度，正是人體細胞所處液體環境的濃度，所以叫生理鹽水。當人體需要補充鹽溶液或輸入藥物時，應輸入生理鹽水或用生理鹽水作為藥物的溶劑，以保證人體細胞的生活環境維持在相對穩定的狀態。
五、參考資料
1.水的物理化學性質與生命的關系
水是生命的源泉。活細胞中絕大多數化學反應是在水環境中進行的。水在許多生物化學反應中是一個活潑的參與者，而且是大分子（如蛋白質）性質的重要決定因素。水之所以成為生命活動中最重要的溶劑，是由它的物理化學性質所決定的，而它的物理化學性質取決于它的分子結構，即水是一個帶有氫鍵的極性分子。
水的極性分子結構特性決定了它有許多獨特的物理性質：較高的介電常數、比熱、蒸發熱、沸點、熔點及抗張強度等
??? 水的介電常數是溶液中最高的，這就意味著按單位容積計算，沒有任何溶劑能比水溶解更多種類和數量的溶質，所以水成為最理想的生物溶劑。
比熱是指提高單位數量的某物質單位溫度所需要的熱量。水的比熱在液體中排第二位（汞的比熱最大），這種高比熱特性意味著水的溫度相對不容易發生改變，可作為熱的緩沖劑，這樣以水為介質的生命體系就可以維持在相對穩定的狀態，使生物體少受外界溫度變化的影響。
蒸發熱是指在恒定溫度下，使某物質由液態轉變為氣態所需要的熱量。水的蒸發熱大，能為部分脊椎動物所利用， 以汗水的蒸發作為一種冷卻機制；同樣，對于植物來說也是非常重要的，植物葉片通過水分蒸發消耗過多吸收的光能，從而避免溫度升高對細胞造成傷害。
氫鍵使水的沸點高達100 ℃，所以在正常溫度下，水是液體，有利于生命活動的進行。水的熔解熱最高，這樣在臨近結冰溫度時，溫度下降的趨勢大大降低，從而防止了零度以下的快速降溫，這對于地球氣溫的調節以及水生生物的生存都有十分重要的意義。
物體抵抗拉力而不被拉斷的能力稱為抗張強度。由于水分子間的內聚力（水分子間的氫鍵使水分子具有的相互吸引力），水具有很高的抗張強度，因此，水柱可以抵抗外界的拉力而不會被拉斷，這種特性在植物體內水和無機鹽的向上運輸中發揮著重要作用；即使冰的密度低于水而能漂浮水上的現象，對水生生物的生活也很重要。
水的表面張力可以維持植物導管中水流的連續性。細胞的含水量與其生理活動是否活躍常常是密切相關的。當細胞含水量充足時其生理活動常較活躍，而當含水量降低時細胞的生命活動也會減弱。植物細胞所具有的膨壓也是通過水分的平衡建立起來的。
另外，水的熱傳導性在非金屬物質中是最好的，水的黏度是較低的，水還具有滲透作用等，這些對于生命活動來說都是至關重要的。
綜上所述，水是細胞中各種生物化學反應的基本介質，是生命的源泉。
2.無機鹽在調節酸堿平衡中的作用
下面以動物體為例來介紹無機鹽在調節酸堿平衡中的作用。
動物的體液具有正常的pH值，如人的血漿pH值約為7.35～7.45，在酸堿平衡的維持中，無機鹽直接參與了緩沖對的構成。血液中最主要的緩沖對是由碳酸氫鈉（鉀）和碳酸所構成的，即NaHCO3/H2CO3或KHCO3/H2CO3。
除此之外，還存在有其他的緩沖對。在血漿中有Na2HPO4/NaH2PO4、血漿蛋白質鈉鹽/蛋白質等，在紅細胞中有K2HPO4/KH2PO4、紅細胞蛋白體系鉀鹽/紅細胞蛋白（血紅蛋白鉀鹽/血紅蛋白、氧合血紅蛋白鉀鹽/氧合血紅蛋白）等緩沖對，這些緩沖對對于調節體液的酸堿平衡都是很有效的。
3.無機鹽在調節滲透壓中的作用
滲透壓是衡量溶液中溶質濃度的一種方法，其計算公式為π=CRT，其中C為溶液中溶質的濃度，R是氣體常數，T為熱力學溫度。由公式可以看出，溶液中滲透壓的高低與溶液中溶質粒子的大小、電荷的多少及其化學性質無關，而取決于溶液中溶質粒子的濃度。
在機體內引起滲透壓的有效物質包括有機物和無機物。由于體內無機鹽的濃度、解離程度都比有機物高得多，所以體液中無機鹽提供的滲透壓最大，而有機物提供的滲透壓很小。細胞內液及細胞外液的容積決定于它們的滲透壓，只有當機體細胞內外的滲透壓恒定時，組織細胞的形態和機能才能維持正常，各種正常的物質代謝才能有條不紊地進行，這是維持內環境穩定的一個極為重要的方面。
4.人體對無機鹽的需求
第三章 細胞的基本結構
第1節 細胞膜──系統的邊界
一、 教學目標
1.簡述細胞膜的成分和功能
2.進行用哺乳動物紅細胞制備細胞膜的實驗，體驗制備細胞膜的方法。
3.認同細胞膜作為系統的邊界，對于細胞這個生命系統的重要意義。
二、教學重點和難點
1.教學重點
（1）細胞膜的成分和功能。
（2）細胞膜對于細胞這個生命系統的重要意義。
2.教學難點
（1）用哺乳動物紅細胞制備細胞膜的方法。
（2）細胞膜對于細胞這個生命系統的重要意義。
三、教學策略
1.以“問題探討”中的動物細胞的顯微鏡物像和第1章實驗“使用高倍鏡觀察幾種細胞”為基礎，完成“體驗制備細胞膜的方法”的實驗，感知細胞膜的存在。
學生在“使用高倍鏡觀察幾種細胞”時，已經觀察到細胞與細胞之間是有“界限”的。基于初中有關細胞內容的學習，學生知道細胞是由細胞膜、細胞質和細胞核組成的。因此本節要利用學生的學習經驗進行“問題探討”，之后安排實驗“體驗制備細胞膜的方法”。使學生在觀察的基礎上，練習制備細胞膜的技能和方法，尤其要重視實驗材料的選擇。通過上述活動進一步提高學生動手操作和使用顯微鏡的技能。
2.利用已知，獲取新知，提高學習能力。
在第2章《組成細胞的分子》中，學生知道了蛋白質、糖類和脂質是重要的化合物，但是對于這些物質的存在位置還不清楚，因此在本章的教學中，應指導學生將細胞的物質組成與細胞的結構有機地聯系起來，對細胞形成系統的認識。如引導學生從生命系統的結構基礎角度，認識“蛋白質是生命活動的主要承擔者”，原因之一是它承擔了組成細胞基本結構的功能，它是細胞膜的主要成分之一，約占細胞膜總量的40%。再如，引導學生回憶“細胞中的脂質”提出的“磷脂是構成細胞膜的重要成分”，再提出細胞膜結構中脂質約占總量的50%，使學生將前后知識建立起有機的聯系，同時，為“生物膜的流動鑲嵌模型”的學習奠定基礎。
3.利用視頻圖像，幫助學生展開想像的翅膀，拓展思維的空間，認同細胞膜對于細胞這個生命系統的重要意義。
生命起源是生物科學的重要研究領域，在初中生物課程標準和教材中介紹了生命起源的主要觀點。在介紹細胞膜的功能時，涉及了原始細胞的產生。對這個問題的認識會讓學生感到思維的跨度太大，因此利用視頻圖像不受時空限制的優勢，幫助學生構建起生命起源與細胞膜形成之間的聯系，認識細胞膜對于生命系統的重要意義。
教師還可以利用視頻圖像將“控制物質進出細胞”、“進行細胞間的信息交流”等細胞膜的功能形象直觀地介紹給學生。如果沒有現代信息技術的支持，也可以利用板圖、幻燈片，目的是使學生能夠將抽象的語言與圖解結合起來，加深對細胞膜功能的理解，為第4章學習細胞的物質輸入和輸出做好鋪墊。
四、答案和提示
（一）問題探討
1.提示：氣泡是光亮的，里面只有空氣。細胞是一個具有細胞膜、細胞核和細胞質的復雜結構，而且是一個立體的結構，在顯微鏡下，通過調節焦距可以觀察到細胞的不同層面。光學顯微鏡下不能看見細胞膜，但是能夠觀察到細胞與外界環境之間是有界限的。
2.提示：在電子顯微鏡誕生之前，科學家已經能夠確定細胞膜的存在了。依據的實驗事實主要有：進入活細胞的物質要通過一道選擇性的屏障，并不是所有的物質都能進入細胞；用顯微注射器將一種叫做伊紅的物質注入變形蟲體內，伊紅很快擴散到整個細胞，卻不能很快逸出細胞；在光學顯微鏡下看到，用微針觸碰細胞表面時，細胞表面有彈性，可以伸展；用微針插入細胞內，細胞表面有一層結構被刺破；如果細胞表面結構受損面過大，細胞會死亡。
（二）實驗
提示：細胞破裂后細胞內物質流出，細胞膜和細胞質中的其他結構質量不一樣，可以采用不同轉速離心的方法將細胞膜與其他物質分開，得到較純的細胞膜。
（三）練習
基礎題
1.C。? 2.A。? 3.C。
拓展題
1.提示：把細胞膜與窗紗進行類比，合理之處是說明細胞膜與窗紗一樣具有容許一些物質出入，阻擋其他物質出入的作用。這樣類比也有不妥當的地方。例如，窗紗是一種簡單的剛性的結構，功能較單純；細胞膜的結構和功能要復雜得多。細胞膜是活細胞的重要組成部分，活細胞的生命活動是一個主動的過程；而窗紗是沒有生命的，它只是被動地在起作用。
2.提示：“染色排除法”利用了活細胞的細胞膜能夠控制物質進出細胞的原理。臺盼藍染色劑是細胞不需要的物質，不能通過細胞膜進入細胞，所以活細胞不被染色。而死的動物細胞的細胞膜不具有控制物質進出細胞的功能，所以臺盼藍染色劑能夠進入死細胞內，使其被染色。
五、參考資料
1.細胞膜和細胞器的分離提純方法
細胞中的膜結構是整個細胞及多種細胞器的界膜，對于保持細胞和細胞器的獨立性是必不可少的，同時很多重要的功能是在膜結構上完成的。為了研究細胞膜和細胞器的結構與功能，首先要分離出形態與結構完整的、具有生?

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