舒盼盼 鄒立凡

摘要：以一條寫著肽鏈的紙條為載體，通過一系列問題，不斷引導(dǎo)學(xué)生深入思考，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究，同時(shí)結(jié)合一系列生命科學(xué)的前沿發(fā)展事實(shí)，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的探究熱情，體會(huì)蛋白質(zhì)在生命科學(xué)中的意義，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究的發(fā)散思維。

關(guān)鍵詞：思考;探究;發(fā)散思維

文章編號(hào)：1008-0546（2018）10-0036-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、教材及學(xué)情分析

本部分內(nèi)容是蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》選修專題五第二單元的內(nèi)容。是在學(xué)習(xí)完氨基酸、蛋白質(zhì)的檢驗(yàn)、性質(zhì)之后，進(jìn)一步了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，體會(huì)蛋白質(zhì)在生命科學(xué)中的重要意義。蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)是對(duì)氨基酸知識(shí)的延伸，同時(shí)也為生物課程相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)是生活中常見的物質(zhì)，也是構(gòu)成生命的基礎(chǔ)。學(xué)生在必修二中已經(jīng)接觸過蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)，對(duì)蛋白質(zhì)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，既有利于學(xué)生今后正確地認(rèn)識(shí)有關(guān)的日常生活問題，也有利于他們了解生命化學(xué)研究的熱點(diǎn)和前景，能夠關(guān)注生活、關(guān)注科技，提高科學(xué)素養(yǎng)，豐富生活常識(shí)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本次課堂設(shè)計(jì)緊密結(jié)合教材內(nèi)容，針對(duì)寫著一條肽鏈的紙片，循循善誘提出不同的思考問題，使得學(xué)生自己動(dòng)手探究，學(xué)習(xí)整部分內(nèi)容。首先通過問題“寫出紙片上肽鍵水解后的產(chǎn)物”復(fù)習(xí)鞏固氨基酸的成肽反應(yīng)以及肽鏈的水解反應(yīng)。再通過“已知肽鏈中氨基酸殘基亞氨基上的氫原子與羰基上的氧原子之間會(huì)產(chǎn)生氫鍵，你們手中肽鏈的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生怎么樣的變化？”“能否將同學(xué)們手中的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步折疊成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)呢？”以及“已知蛋白質(zhì)是由多條肽鏈聚集而成的，在蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，能否將肽鏈連接排列成更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生充分?jǐn)U展自己的思維，在培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的同時(shí)，使得學(xué)生形成科學(xué)探究的學(xué)習(xí)品質(zhì)。同時(shí)，穿插介紹科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)史實(shí)、鐮刀型貧血癥、人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃，可以讓學(xué)生在探索實(shí)驗(yàn)過程中體會(huì)科學(xué)家探索蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷程，體會(huì)化學(xué)科學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要作用。

三、課堂實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情景，聚焦分子疾病，進(jìn)入新課

【投影】鐮刀型貧血癥是一種嚴(yán)重的致死性遺傳疾病，患者的紅細(xì)胞數(shù)目?jī)H為正常人的一半，紅細(xì)胞外形呈現(xiàn)出長(zhǎng)而薄的鐮刀狀異常狀態(tài)。鐮刀型貧血癥是人類發(fā)現(xiàn)的第一種分子疾病，它是由于蛋白質(zhì)分子中一個(gè)氨基酸的差異而引起的疾病。正常人的血紅蛋白（HbA）與鐮刀型貧血癥患者的血紅蛋白（HbS）相比較，其β鏈N端第6個(gè)氨基酸不同，正常人是谷氨酸，患者是纈氨酸。

【設(shè)疑】聯(lián)系鐮刀型貧血癥的發(fā)病機(jī)理，你認(rèn)為各種蛋白質(zhì)的特殊功能和活性主要取決于什么？

【學(xué)生1】氨基酸的種類。

【學(xué)生2】氨基酸的數(shù)目和排列順序。

【教師】蛋白質(zhì)的數(shù)目眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)可能包含一條或者多條肽鏈，不同肽鏈中所包含的氨基酸數(shù)量種類以及它們的排列方式各不相同，其實(shí)多肽鏈本身以及多肽鏈之間還存在空間結(jié)構(gòu)，所以蛋白質(zhì)的特殊功能和活性取決于組成多肽鏈的氨基酸種類、數(shù)目及排列順序和其特定的空間結(jié)構(gòu)。接下來就來學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

環(huán)節(jié)二：循循善誘，重視動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，探求新知，培養(yǎng)思維品質(zhì)

【教師】同學(xué)們手上都有寫著一條肽鏈的紙條（如圖1），能否寫出紙片上肽鍵水解后的產(chǎn)物？

【學(xué)生板演】略。

【投影】英國(guó)生化學(xué)家桑格在20世紀(jì)40年代測(cè)定出牛胰島素分子中全部氨基酸的排列順序，并因此獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

【教師】你們現(xiàn)在手里拿的肽鏈中氨基酸的順序就是蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。

【教師】已知肪鏈中氨基酸殘基亞氨基上的氫原子與毅基上的氧原子之間會(huì)產(chǎn)生氫鍵，你們手中的肽鏈的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生怎么樣的變化？動(dòng)手試試。

【學(xué)生1】若是氨基酸殘基亞氨基上的氫原子與羰基上的氧原子之間會(huì)產(chǎn)生氫鍵，即會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用力，在這種力的作用下，肽鏈會(huì)呈折疊結(jié)構(gòu)（如圖2）。

【學(xué)生2】在這種力的作用下，肽鏈會(huì)呈螺旋結(jié)構(gòu)（如圖3）。

【史實(shí)展示】美國(guó)科學(xué)家鮑林和科里共同研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

【教師】科學(xué)家經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，只有從生物大分子的三維結(jié)構(gòu)上才能理解它們的功能和作用機(jī)理，揭示生命活動(dòng)的本質(zhì)。蛋白質(zhì)分子中的肽鏈并非直鏈狀，而是按一定的規(guī)律卷曲或折疊形成特定的空間結(jié)構(gòu)，這是蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，就像剛剛同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)構(gòu)。

【教師】能否將同學(xué)們手中的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步折疊成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)呢？

【學(xué)生】將二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步折疊螺旋，結(jié)果姐圖4。

【投影】肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)模型

【教師】蛋白質(zhì)分子在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲折疊形成的三維結(jié)構(gòu)，即蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。肌紅蛋白、血紅蛋白等正是通過這種結(jié)構(gòu)使其表面的空穴恰好容納一個(gè)血紅素分子。

【教師】已知蛋白質(zhì)是由多條肽鏈聚集而成的，在蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，能否將肽鏈連接排列成更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)？分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

【小組1】將小組里多個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈排列成一條直線，結(jié)果如圖5。

【小組2】將小組里多個(gè)主級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈排列在同一個(gè)平面，結(jié)果如圖60

【小組3】將小組里多個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈排列成空間三維結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖7，

【教師】將三級(jí)結(jié)構(gòu).的多肽鏈按一定的空間排列方式結(jié)合在一起形成的聚集體結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，有不少科學(xué)家正在從事這方面的研究。一般來說蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，也就是小組3同學(xué)手中所展示的結(jié)構(gòu)。

【投影】血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)模型

【教師】比如血紅蛋白由四個(gè)具有三級(jí)的多肽鏈構(gòu)成，其中兩個(gè)α-鏈，兩個(gè)β-鏈，其四級(jí)結(jié)構(gòu)類似橢圓形狀。

【投影】蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)展過程以及人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃

【總結(jié)】科學(xué)家經(jīng)過艱辛的探究逐步深入認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)是生理功能的執(zhí)行者，是生命現(xiàn)象的直接體現(xiàn)者。目前，人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃已經(jīng)開始實(shí)施，我國(guó)承擔(dān)人類肝臟蛋白質(zhì)組的研究工作。不久的將來，蛋白質(zhì)組學(xué)將成為尋找疾病分子標(biāo)記和藥物標(biāo)靶最有效的方法之一，在對(duì)人類許多疾病的臨床診斷和治療方面有十分誘人的前景。

四、教學(xué)反思

蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)，以往大部分老師都是忽略或者一筆帶過蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容。但蘇教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》卻花了近三面的版面介紹蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中包括一些化學(xué)史、生命科學(xué)現(xiàn)狀的介紹。筆者認(rèn)為，作為人類靈魂的工程師——教師，不能只著眼于高考知識(shí)點(diǎn)的傳播，也要注重學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。而教材中的內(nèi)容又恰恰可以使學(xué)生在了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)的同時(shí)，認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)對(duì)生命活動(dòng)的意義，體會(huì)化學(xué)科學(xué)在生命科學(xué)發(fā)展中的重要作用。所以在課堂上利用好教材內(nèi)容，通過精心的教學(xué)設(shè)計(jì)，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容具有一定的價(jià)值。本次教學(xué)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)就是充分利用教材內(nèi)容，以一條能夠貫穿始終的主線（一條肽鏈）為載體，設(shè)計(jì)一系列能夠引發(fā)學(xué)生思考的問題，層層深入，學(xué)習(xí)新知，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生思考問題的縱向思維。