紀(jì)劍輝+周穎君+楊立明+胡風(fēng)越

摘 要：生物化學(xué)中物質(zhì)代謝是該門(mén)課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為進(jìn)一步深入探討如何把握教學(xué)重點(diǎn)和提高教學(xué)效果，本文以三大物質(zhì)代謝的教學(xué)為線索，從教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)手段的革新等方面著手，探討了生物化學(xué)物質(zhì)代謝部分的教學(xué)改革，對(duì)相關(guān)教學(xué)過(guò)程作了解析，旨在促進(jìn)教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提高。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué) 物質(zhì)代謝 本科教學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-1578（2017）10-0035-02

1 引言

高等生物體內(nèi)涉及糖類(lèi)、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)三大物質(zhì)的代謝是整個(gè)大學(xué)生物化學(xué)教學(xué)中占比最大的一部分。從其關(guān)聯(lián)性上看，三大物質(zhì)代謝在生物體內(nèi)是高度關(guān)聯(lián)且相互制約。從整體去看，在整個(gè)代謝過(guò)程中，糖類(lèi)和蛋白質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化，且糖類(lèi)代謝產(chǎn)物又可以通過(guò)氨基酸轉(zhuǎn)換作用形成非必需氨基酸。此外，糖類(lèi)代謝產(chǎn)物也可以轉(zhuǎn)化成脂肪，而脂肪又可以進(jìn)一步分解產(chǎn)生甘油、脂肪酸，后兩者又可以轉(zhuǎn)化成糖類(lèi)。從糖類(lèi)和脂類(lèi)關(guān)系看，糖類(lèi)可以轉(zhuǎn)化成脂肪，而脂肪卻不能大量轉(zhuǎn)化成糖類(lèi)，脂肪的分解主要產(chǎn)生乙酰輔酶A，乙酰輔酶A可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量ATP分子。另外，生物體內(nèi)的脂肪雖不能轉(zhuǎn)化為氨基酸，但在部分植物和微生物體內(nèi)卻可以實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變過(guò)程；一些氨基酸可以通過(guò)不同途徑轉(zhuǎn)變成甘油和脂肪酸進(jìn)而合成脂肪。因此，從整體看，三大物質(zhì)代謝之間存在密切關(guān)聯(lián)性，由于其涉及知識(shí)點(diǎn)眾多又相互關(guān)聯(lián)，因此一直是教師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中較難把握的一部分。本文從三個(gè)教學(xué)重點(diǎn)和三個(gè)教學(xué)手段入手，探討如何提高生物化學(xué)物質(zhì)代謝部分的教學(xué)效果。

2 需要重視的三個(gè)教學(xué)重點(diǎn)

2.1 抓住關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，以乙酰輔酶A在物質(zhì)代謝中的關(guān)鍵地位為例分析

關(guān)于此點(diǎn)，理清相關(guān)線索，對(duì)于學(xué)生今后學(xué)習(xí)糖代謝、脂類(lèi)代謝等是非常重要的，可以讓學(xué)生對(duì)物質(zhì)代謝形成全面的認(rèn)識(shí)。在本文中對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，不再過(guò)多闡述，只強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：第一點(diǎn)是我們可以看出整個(gè)物質(zhì)代謝是以乙酰輔酶A作為紐帶而存在的。筆者在教學(xué)中曾給學(xué)生打個(gè)比方，物質(zhì)代謝猶如我國(guó)的鐵路網(wǎng)絡(luò)，一些重要的物質(zhì)所處位置則如同一些樞紐站點(diǎn)。乙酰輔酶A的重要性猶如鐵路樞紐中的北京站，可以實(shí)現(xiàn)四通八達(dá)的去向。通過(guò)這一啟發(fā)，學(xué)生興趣得到激活。筆者甚至布置了一個(gè)有趣的作業(yè)，對(duì)照物質(zhì)代謝圖，大家發(fā)揮想象，看看其他物質(zhì)分別可以用哪些站點(diǎn)來(lái)替換。第二點(diǎn)則是在三大物質(zhì)代謝中，需要抓住關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，在糖代謝過(guò)程中是6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油、丙酮酸、乙酰輔酶A。至于三羧酸循環(huán)中的à-酮戊二酸、琥珀酰輔酶A、延胡索酸及草酰乙酸則是與氨基酸代謝相關(guān)聯(lián)的。以乙酰輔酶A為例，可以由丙酮酸轉(zhuǎn)變而來(lái)，又可以與草酰乙酸縮合形成檸檬酸；通過(guò)形成乙酰乙酰輔酶A形成生酮氨基酸，部分氨基酸代謝又可以形成乙酰輔酶A；此外，乙酰輔酶A可以合成膽固醇或者酮體；乙酰輔酶A的另一個(gè)重要途徑則是在脂肪酸的分解與合成途徑；因此，如何把乙酰輔酶A的來(lái)源去路交代清楚，有利于學(xué)生總體上把相關(guān)思路梳理清楚。

2.2 掌握相通規(guī)律，化簡(jiǎn)為繁，以胰島素和胰高血糖素兩者在物質(zhì)代謝中的作用為例

我們以胰島素和胰高血糖素兩者在代謝中的作用為例，闡明如何把握復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)中的關(guān)鍵點(diǎn)，從而達(dá)到化繁為簡(jiǎn)的效果。胰島素的主要作用是促進(jìn)血糖進(jìn)入肝臟、肌肉、脂肪等組織細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)合成糖原、氧化分解和轉(zhuǎn)化成脂肪，而胰高血糖素的作用是促進(jìn)肝糖原的分解和非糖物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。生物體內(nèi)血糖的濃度需要維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，過(guò)高和過(guò)低都不利于生物體的新陳代謝過(guò)程。當(dāng)血糖過(guò)低時(shí)，胰高血糖素的分泌則增多，從而提升血糖含量；當(dāng)血糖過(guò)高時(shí)，胰島素的分泌增多，從而降低血糖含量。我們可以總結(jié)為胰島素的作用是降低血糖，胰高血糖素的作用是升高血糖，因此胰島素和胰高血糖素兩者的關(guān)系是相互拮抗的。在糖代謝、脂類(lèi)代謝的講授中，我們都會(huì)提到代謝調(diào)控的問(wèn)題。筆者在實(shí)際講授中，是把胰島素和胰高血糖素對(duì)于物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)作為一個(gè)整體去講授，而沒(méi)有分開(kāi)到每個(gè)章節(jié)。此外，讓學(xué)生牢牢把握一個(gè)觀點(diǎn)即“胰島素降低血糖，胰高血糖素升高血糖”也就抓住了問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.3 明確發(fā)生的場(chǎng)所，以乙酰輔酶A在線粒體和細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)為例

關(guān)于乙酰輔酶A在線粒體和細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)際上是回答乙酰輔酶A的來(lái)源去路問(wèn)題。弄明白這個(gè)問(wèn)題，也就弄明白了糖酵解、三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化及合成之間的關(guān)聯(lián)。從糖酵解到三羧酸循環(huán)，葡萄糖→丙酮酸→乙酰輔酶A→CO2+H2O，這個(gè)過(guò)程前半部分發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，后半部分發(fā)生在線粒體內(nèi)，主要涉及丙酮酸的穿梭問(wèn)題；從乙酰輔酶A→脂肪酸→脂肪，這一過(guò)程，則要涉及乙酰輔酶A如何從線粒體再次轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，這一過(guò)程主要涉及檸檬酸-丙酮酸穿梭機(jī)制；脂肪氧化分解產(chǎn)生乙酰輔酶A，所產(chǎn)生的乙酰輔酶A直接在線粒體內(nèi)，后期可以直接利用而進(jìn)入三羧酸循環(huán)或者生成胴體。膽固醇的合成也需要大量的乙酰輔酶A，其合成部位主要是胞液和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，因此乙酰輔酶A同樣涉及從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液的過(guò)程，這一過(guò)程涉及檸檬酸-丙酮酸穿梭機(jī)制。因此我們可以看出，以乙酰輔酶A為例，了解其來(lái)龍去脈，實(shí)際上也就把糖代謝和脂類(lèi)代謝等進(jìn)行了融合，從而讓學(xué)生明白，代謝中的任何物質(zhì)都不是孤立存在的，它們處于一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)體系中。

3 需要重視的三個(gè)教學(xué)手段

3.1 充分結(jié)合應(yīng)用視頻開(kāi)展動(dòng)畫(huà)教學(xué)，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)

生物化學(xué)是生物學(xué)的重要分支學(xué)科之一，對(duì)于生物科學(xué)、生物技術(shù)以及生物工程等專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言，生物化學(xué)是一門(mén)內(nèi)容龐雜、知識(shí)點(diǎn)眾多而較難學(xué)好學(xué)透的一門(mén)課程。目前，多媒體技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用則極大地改變了這一狀況，在某種程度上也提高了生物化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在這方面，F(xiàn)LASH動(dòng)畫(huà)在生化教學(xué)中的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式無(wú)法有效表達(dá)微觀世界的動(dòng)態(tài)生化過(guò)程的弱點(diǎn)，從而取得了極好的教學(xué)效果。目前來(lái)看，在分子生物學(xué)課程教學(xué)中，涉及DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等相關(guān)過(guò)程的教學(xué)因FLASH動(dòng)畫(huà)視頻的使用，已在教學(xué)中取得了很好的經(jīng)驗(yàn)，但是在生物化學(xué)課程中，尤其是物質(zhì)代謝過(guò)程相關(guān)視頻動(dòng)畫(huà)的使用仍不多。筆者在三羧酸循環(huán)這一章節(jié)教學(xué)過(guò)程中，采用視頻動(dòng)畫(huà)的播放和講解，取得了很好的效果，相關(guān)效果主要表現(xiàn)在以下三方面：一是讓學(xué)生能夠動(dòng)態(tài)的去理解相關(guān)物質(zhì)是如何轉(zhuǎn)變的。三羧酸循環(huán)涉及9步反應(yīng)，每一步都有相關(guān)酶參與，如果只是板書(shū)很難讓學(xué)生充分理解酶在這一過(guò)程中是如何參與底物和產(chǎn)物變化的；如果更進(jìn)一步去講丙酮酸脫氫酶系和à-酮戊二酸脫氫酶系所涉及的相關(guān)反應(yīng)過(guò)程，則涉及3個(gè)酶及多個(gè)輔酶，相關(guān)過(guò)程則更加繁雜，動(dòng)畫(huà)很好的解決了這一問(wèn)題，能夠讓學(xué)生直觀的發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的整個(gè)變化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)變復(fù)雜為簡(jiǎn)單的效果。二則是為學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)生動(dòng)逼真、繪聲繪色的教學(xué)場(chǎng)景，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)如此復(fù)雜的機(jī)制通過(guò)動(dòng)畫(huà)變得簡(jiǎn)單又有趣的時(shí)候，不僅克服了畏難情緒又調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)而在興趣的引導(dǎo)下主動(dòng)地學(xué)習(xí)。三則是方便學(xué)生復(fù)習(xí)和回顧。學(xué)生在課后不用死抱書(shū)本不放，覺(jué)得有遺忘的時(shí)候，隨時(shí)可以溫習(xí)下相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。此外，即使在較長(zhǎng)時(shí)間后，重新去溫習(xí)視頻也比單純的看教材和PPT更加簡(jiǎn)單。從目前學(xué)生學(xué)習(xí)效果來(lái)看，筆者非常推薦在生物化學(xué)及分子生物學(xué)甚至其他主干課程中運(yùn)用相關(guān)動(dòng)畫(huà)來(lái)促進(jìn)教學(xué)工作的進(jìn)行，其效果往往是事半功倍的。endprint

3.2 重視物質(zhì)結(jié)構(gòu)的記憶和理解，提高學(xué)習(xí)效率

在教學(xué)三羧酸循環(huán)的過(guò)程中，筆者讓學(xué)生關(guān)注物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化與能量轉(zhuǎn)變的問(wèn)題。從三羧酸循環(huán)的整個(gè)過(guò)程我們發(fā)現(xiàn)，相關(guān)物質(zhì)碳原子數(shù)量的變化是與能量變化密切相關(guān)的。從物質(zhì)結(jié)構(gòu)入手去理解能量的變化則使整個(gè)過(guò)程的講解既有了線索，又照顧了重要知識(shí)點(diǎn)的理解。前面我們已經(jīng)提到在三羧酸整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，涉及5次脫氫反應(yīng)和1次底物水平磷酸化作用。通過(guò)分析，我們可以清楚看到，5次脫氫反應(yīng)有3次都涉及碳鏈骨架中C原子數(shù)變化，分別是丙酮酸到乙酰輔酶A，異檸檬酸到à-酮戊二酸和à-酮戊二酸到琥珀酰輔酶A，仔細(xì)看這3次脫氫反應(yīng)實(shí)際上是伴隨脫羧作用的，進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)這3次脫氫反應(yīng)均形成NADH。另外兩次脫氫反應(yīng)，我們分析后發(fā)現(xiàn)兩次反應(yīng)底物和產(chǎn)物都是4C，因此僅僅發(fā)生脫氫反應(yīng)后形成雙鍵。

3.3 結(jié)合生活的事例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

生物化學(xué)課程需要學(xué)生有比較扎實(shí)的物理化學(xué)數(shù)學(xué)等相關(guān)課程的知識(shí)，因此對(duì)學(xué)生而言學(xué)習(xí)難度較大，也是學(xué)生比較頭疼的一門(mén)課程。涉及到代謝這一部分，尤其考驗(yàn)學(xué)生的理解能力，因此，教師采用什么樣的教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，在很大程度上會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)結(jié)合生活中的一些事例，既可以讓學(xué)生較容易接受所學(xué)知識(shí)，又可以激發(fā)起學(xué)生的興趣。一個(gè)事例就是目前飲料市場(chǎng)上的功能飲料成分的分析。在講述氨基酸的衍生物牛磺酸的時(shí)候，筆者提到目前比較紅火的功能飲料紅牛，紅牛為什么可以提神？牛磺酸是如何參與物質(zhì)代謝過(guò)程的？以紅牛為例，學(xué)生就容易明白牛磺酸的具體作用機(jī)制。另一方面也讓學(xué)生明白，生化知識(shí)是和我們的生活密切相關(guān)的，而不是一門(mén)脫離生活的課程。

4 結(jié)語(yǔ)

生物化學(xué)物質(zhì)代謝這一部分盡管內(nèi)容繁雜、知識(shí)點(diǎn)較多，但并不是完全不可把控。教師應(yīng)該充分應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)手段，扎實(shí)備課，既要站在育人者的角度去教學(xué)，同時(shí)又要換位思考，站在學(xué)生角度去考慮如何讓剛接觸這門(mén)課程的學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣?？偠灾R(shí)學(xué)而不盡，方法和手段卻是融匯貫通的。

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