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新课标人教版【必修1】分子与细胞教师用书
致教师 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
第1章　走近细胞
　　第1节　从生物圈到细胞
　　第2节　细胞的多样性和统一性
　　从生物圈到细胞　教学设计
第2章　组成细胞的分子 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第1节　细胞中的元素和化合物 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第2节　生命活动的主要承担者 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第3节　遗传信息的携带者 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第4节　细胞中的糖类和脂质 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第5节　细胞中的无机物 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　教学设计与案例：《生命活动的主要承担者 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
第3章　细胞的基本结构 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第1节　细胞膜 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第2节　细胞器 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第3节　细胞核 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
第4章　细胞的物质输入和输出 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第1节　物质跨膜运输的实例 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第2节　生物膜的流动镶嵌模型 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第3节　物质跨膜运输的方式 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
第5章　细胞的能量供应和利用 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第1节　降低化学反应活化能的酶 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第2节　细胞的能量“通货” ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第3节　ATP的主要来源 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第4节　能量之源——光与光合作用 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　ATP的主要来源　教学设计与案例 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
第6章　细胞的生命历程 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第1节　细胞的增殖 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第2节　细胞的分化 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第3节　细胞的衰老和凋亡 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　第4节　细胞的癌变 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
　　细胞的癌变　教学设计与案例 ( http: / / www.21cnjy.com / " \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )
《分子与细胞》是普通高中生物新课程中第一个必修模块。万事开头难，难在师生要在新的课程理念指导下进行教和学；难在达成知识、能力、情感态度与价值观三位一体的教学目标；难在把握好教学内容的时代性、基础性和选择性的有机统一；难在引发和保持学生的学习兴趣和探索精神，为后续必修和选修模块的学习奠定较好的基础。如果第一个必修模块学不好，会严重影响学生对生物课程的学习积极性，从而影响本学科在您校高中课程体系中的地位。
困难既是挑战，也是机遇。这里就学习本模块的意义和价值，教学内容的设计思路和呈现方式，从编者的视角作一些介绍。同时就本模块的教学提出一些建议，和老师们交流。由于本模块是三个必修模块的起始模块，有些方面说得较宽泛一点，既针对本模块的教学，对其他模块的教学，也有可参考之处。
一、学习本模块的意义和价值
众所周知，17世纪细胞的发现和19世纪细胞学说的建立，对生物科学的发展具有重大意义。恩格斯说：“有了这个发现，有机的有生命的自然产物的研究──比较解剖学、生理学和胚胎学──才获得了巩固的基础。”人们通常称1838～1839年施旺和施莱登确立的细胞学说，1859年达尔文确立的进化论和1866年孟德尔确立的遗传学为现代生物学的三大基石，而实际上，可以说细胞学说又是后二者的基石。当前，细胞生物学的主要发展方向是细胞分子生物学，它是以细胞作为一切有机体进行生命活动的基本单位这一概念出发，主要在分子水平上研究细胞生命活动的基本规律。因此，高中生物课程的第一个必修模块称为《分子与细胞》。其学习意义和价值如下。
1.促进辩证唯物主义自然观的形成
（1）理解生命的物质性及生命物质的特殊性
世界是物质的运动和运动着的物质，这是唯物主义的根本观点。以细胞为基本单位的奇妙而多彩的生物世界，其组成的元素和化合物，既与非生命世界有普遍的联系，又有重大的区别，尤其是组成细胞的有机分子，如生命活动的主要承担者──蛋白质；遗传信息的携带者──核酸；具有多种生命功能的糖类和脂质。蛋白质、核酸和多糖又都是由特定单体构成的生物大分子，它们以碳链为骨架，成为细胞的结构基础，演绎着或简约、或繁复的生命之歌。学生形成从分子水平上看待生命的物质性和生命物质的特殊性的认识，对于他们树立正确的世界观极为重要。无论是进一步的学习和研究，还是处理个人或社会事务，都需要有唯物的观点。
（2）理解生命系统有许多层次，细胞是基本的生命系统
生命系统由宏观到微观，大体说是由生物圈、生态系统、群落、种群到个体；由个体、系统、器官、组织到细胞。细胞是基本的生命系统（细胞内还有各种结构及各类分子和原子）。客观世界是由许多大大小小，互相联系而又有区别的系统所组成的，系统都有它的边界，由相互作用、相互依赖的组分组成，系统都有它自身的调控规律和发展、消亡的规律。就细胞而言，细胞膜是系统的边界；各类细胞器的分工合作是各组分的重要关系；细胞核是系统的控制中心，等等。如果通过细胞的探究，能使学生形成以系统论的视角来观察和分析世间万物，其益处不仅是学好生物学，还将广及其他。
（3）理解生命系统的开放性，即要与周围环境进行物质和能量的交换
高中生物必修1教师教学用书致教师奥地利出生的美国生物学家贝塔朗菲（L.von Bertalanffy， 1901—1971）创立了一般系统论。他的系统论思想源自其机体论（1928年的《现代发展理论》和1932年的《理论生物学》）。他强调生物的整体性、动态结构、能动性和组织等级，构成了一个系统，同时它又是一个开放系统，和其环境组成一个大系统。基于这样的认识，研究细胞这一基本的生命系统时，细胞的物质输入和输出、细胞的能量供应和利用（或者称之为细胞代谢），就是最核心的细胞生物学知识。生命活动的主动性、有序性和周围环境的统一性，尽在其中。生命系统的开放性，通过细胞生命活动的分析，能够深入到分子水平而比较透彻，而这些认识，又将是研究个体、种群、群落、生态系统这些层次的开放性的基础，也和遗传进化息息相关。用开放的观点审察自然现象和社会事务，具有普遍的认识论和方法论的价值。
（4）理解细胞的生命历程，领悟事物的发生、发展和消亡的普遍规律
任何事物都有其发生、发展、消亡的过程和规律，这既是运动的观点，也是辩证的观点。通过对细胞的增殖、分化、衰老、凋亡和癌变的了解，将会具体而鲜明地形成这样的观点。辐射开去，可见世界万物，都有其发生、发展、消亡的规律，人们可以认识、应用这个规律，让世界更美好。就对待生命而言，我们应该爱护生命、珍惜生命。在有生之年，让生命闪耀熠熠的光辉。
简言之，上述4个方面：生命的物质性；细胞是基本的生命系统；生命系统的开放性；细胞的发生、发展和消亡，反映了辩证唯物主义的自然观。《普通高中生物课程标准（实验）》第11页指出：“通过本模块的学习，学生将在微观层面上，更深入地理解生命的本质。了解生命的物质性和生物界的统一性，细胞生活中物质、能量和信息变化的统一，细胞结构和功能的统一，生物体部分和整体的统一等，有助于辩证唯物主义自然观的形成。”这与本文的叙述是并行不悖的，本文只是更贴近教科书的体系安排的叙述方式。
2.为学习其他必修模块和选修模块奠定知识和能力的基础
《普通高中生物课程标准 （实验）》第4页指出：“学生在学习了生物1（即《分子与细胞》）的内容之后，既可以学习生物2（即《遗传与进化》）的内容，也可以学习生物3（即《稳态与环境》）的内容。在修完必修模块的基础上，进行选修模块的学习。”课标的这一规定，反映了《分子与细胞》模块，是学习所有其他模块的基础，也反映了各模块既具有相对的独立性，又相互依存。没有扎实的《分子与细胞》的基础，难以学习遗传的细胞基础和分子机制，进而难以理解现代生物进化理论。而机体内环境的稳态及其调控，涉及到许多种类的细胞及细胞参与的分子机制。即使是群体生物学（从种群、群落到生态系统）中生物和生物的关系，生物和非生物之间的关系，其物质、能量、信息的运动，均离不开细胞的生理活动和相关的分子机理。因此，学好《分子与细胞》就为另两个必修模块的学习，打下较好的知识基础，更不必说选修模块了。
除知识基础外，能力基础的形成也很重要。《普通高中生物课程标准 （实验）》第8页，在课程的具体目标中，从能力角度提出了三方面的要求，它们是：“·能够正确使用一般的实验器具，掌握采集和处理实验材料、进行生物学实验的操作、生物绘图等技能。·能够利用多种媒体搜集生物学的信息，学会鉴别、选择、运用和分享信息。·发展科学探究能力……”《分子与细胞》模块中安排的实验、探究等活动占了全部必修模块的近一半，对学生能力的培养具有基础性作用。
此外，在学习本模块的过程中，学生学习兴趣的激发，学习方法的领悟，都对后续模块的学习有重要影响。
3.有助于学生对科学过程和本质的理解
（1）本模块精选了若干重大科学发现的历史过程
对科学过程和本质的理解，需要科学历史的支撑，而不是说教可以达到的。为此，本模块选取了《细胞学说建立的过程》、《探索生物大分子的奥秘──与邹承鲁院士一席谈》、《细胞世界探微三例》、《对生物膜结构的探索历程》、《关于酶本质的探索》、《光合作用的探究历程》、《细胞的全能性》等方面的历史，而且尽量展示其曲折和艰辛、继承和创新，使学生爱读、置身于科学历史的氛围中去领悟和体会。
（2）科学过程没有终点，现代科学生机勃勃
学生不应该仅仅了解科学的过去，更重要的是接触现代科学的许多生长点，以此唤起一代新人的努力。本模块着意展示了相关内容的新进展。如《组装细胞》、《国际人类蛋白质组计划》、《授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究》、《干细胞研究进展与人类健康》、《细胞衰老的原因》等，使学生感受到现代生命科学不息的脉动，把今日的学习融合到促进生命科学未来发展的事业中去。
（3）科学的前进也依赖于技术和方法的改进
科学发展的历史过去是这样，现在更是这样，即科学的技术化、技术的科学化。本模块教材十分关注技术的发明和科学方法的改进对解决相关科学问题所起的作用，在学生可理解的范围内，作了必要的介绍。如显微技术的发明和应用、体验制备细胞膜的方法、分离各种细胞器的方法、同位素示踪技术、荧光显示技术等。在科学方法上，从系统分析方法到各种具体的科学方法都有涉及，如模型方法、变量控制、对比实验等。
（4）理解科学过程，最重要的是亲历实验和探究
本模块列有实验9个，探究4个，模型建构1个，课外制作1个。其中实验和探究，一方面紧扣学习的核心内容，另一方面涉及多种方法和技能，所需仪器设备条件相对简单，易于完成。所有实验和探究常有“提示”、“案例”、“讨论”等内容，以强化学生理解科学过程。
4.在现实生活的背景中学习生物学，为现实生活服务
生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需要的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。不应把生物学关进“象牙之塔”，而应当和广阔的社会生活相联系。《分子与细胞》涉及的内容，虽属微观，相对深奥，但鉴于细胞是基本的生命系统，它和人们的日常生活、医疗保健、环境保护、经济活动等方面仍密切相关。这方面研究的现代进展，更深刻地影响人类社会的生活、生产和发展。本模块的第一章《走近细胞》的引言中就说：“悠悠300余年，关于细胞的研究硕果累累；近50年来更进入了分子水平，老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活：植物细胞在培养瓶中悄然长成幼苗；动物体细胞核移植诞生了克隆动物；不同生物细胞间DNA的转移创造出新的生物类型及其产品；病危的生命期盼着干细胞移植的救助……让我们再次走近细胞，更深入地探索它的奥秘。”这些话，并不仅仅是为了引发学生的学习兴趣，而更是宣示了一个指导思想：注重与现实生活的联系，在现实生活的背景中学习生物学，为现实生活服务。
因此，本模块教材中有创设学习情境的“问题探讨”（每节都有），其中相当一部分是现实生活中的问题；教材的叙述风格，尽可能从人们的生活、生产以及学生的经验出发，力避深奥、学术化；教材的正文中还常出现醒目的“与生活的联系”栏目；教材还设有“科学·技术·社会”的专栏。即使是在“练习”和“自我检测”的习题中，还有相当数量的联系生活、参与决策的题目。所有这一切，是要构建一种联系现实生活的氛围，创设一种进一步理解和应用知识的情境。按照这一思路，教师还有补充、发展的余地。
从根本上说，科学源于生活、生产、科学实验的实践，它的至高至上的目的，是要造福于人类。学生学习的最终目的，是促进自身的全面发展，并且为社会的发展和进步服务。把学习和现实生活联系起来，本质是一种价值的追求，是科学的人文化。
学习本模块的意义和价值，并不仅止于上述4个方面，教师可以根据课程标准的要求，进一步阐释，指导自己的教学行为。
二、教学内容的设计思路和呈现方式
本模块教科书的全部内容以及编辑设计，已经呈现在诸位面前，孰优孰劣，当由教师和学生来评价。
《普通高中生物课程标准 （实验）》中说：“每个模块有若干主题，每个主题由具体内容标准和活动建议组成。具体内容标准规定了本课程所要达到的基本学习目标。活动建议列举了有利于学习目标达成的观察、调查、资料的搜集和分析、讨论、实验、探究等活动。”《分子与细胞》模块，课标规定了5个主题，依次是细胞的分子组成，细胞的结构，细胞的代谢，细胞的增殖，细胞的分化、衰老和凋亡。活动建议共11项。教科书的设计和呈现，应源于课标，贯彻课标的逐项要求；又要根据教和学的实际情况，提供一个教师好教、学生爱学，教学易见成效，创新留有空间的学习平台；还要把《普通高中课程改革方案（实验）》中对内容选取的时代性、基础性、选择性要求，融为一体，掌握好分寸。所有这些，说明教科书的编撰，应是课程标准的再创造。
以下列举的本模块教学内容的设计思路和呈现方式的若干特点，仅仅为了便于教师教学中有所遵循，而不是面面俱到。
1.以“科学家访谈”代序
本套教科书的三个必修模块，都以《科学家访谈》代序，这是对传统教科书的绪论（或前言）的突破，是见人、见事、见精神；有知识、有过程、有殷殷的嘱托。
本模块教材的《科学家访谈》，是编者亲访了著名生物化学家、中国科学院邹承鲁院士而写成的。访谈围绕我国率先人工合成蛋白质──结晶牛胰岛素的过程展开，讲科学家的勇气和创新；团队合作，锲而不舍的科学精神；为祖国争光，为人类多作贡献的崇高志向。以“我发现许多生命科学的问题，都要到细胞中寻找答案，而对细胞生命活动规律的阐明，又必须建立在阐明生物大分子结构和功能的基础上”切入了本模块的主题──分子与细胞。又以邹老的嘱咐：“办老实事，说老实话，做老实人！”作结。学什么？为什么学？怎样学？尽在其中。
2.以细胞是基本的生命系统构建内容体系
本模块课标的具体内容标准，5个主题都表达为：“细胞的×××”形式，清晰、扼要。但若联系课标的课程设计思路中曾指出：必修模块“所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的相互作用。”那么应该让学生建立起细胞是基本的生命系统这一概念，并以系统剖析的方法，探究细胞，也为后续模块学习生命系统的各层次作好铺垫。从更广阔的视野来看，一般系统论适用于自然界和社会的各种事物的研究，对学生的未来更具有普遍意义。因此本模块是以细胞是基本的生命系统来构建内容体系的，可简略图示如下（图1）。

3.以问题（任务）驱动学习，引导自主、探究和合作
教科书应当成为适合于引导学生自主、探究和合作学台，为此这套教科书的必修模块，突出了以问题（任务）驱动学习的办法，期望有助于把传统的教学过程转化为更接近于“提出问题—解决问题—发现问题”的过程。
（1）章首页，由引言＋图片＋名言（或诗句）组成。除了给予视觉上的赏心悦目，学习情趣上的激发外，引言的文字潜伏着问题，或直截了当呈现问题。例如，第2章《组成细胞的分子》，引言如下：“同自然界的许多物体一样，细胞也是由分子组成的。细胞为什么能表现出生命的特征？是组成它的分子有什么特殊之处吗？这些分子在非生命物体中能不能找到？组成这些分子的元素，在非生命物体中能不能找到？这些分子又是怎样构成细胞的呢？”
（2）节都以“问题探讨”专栏开始。“问题探讨”是由图片＋情境描述＋讨论题组成。这些问题，有的来自生活；有的来自科学实验；有的来自科学史。其中以切合学生生活为主，所问问题有一定深度，若要透彻回答，就需认真学习本节内容。本模块共6章21节，就有21个问题探讨，对于驱动学生的主动学习应有一定作用。
（3）节的核心内容，以问题形式组成“本节聚焦”专栏。例如，第1章第1节《从生物圈到细胞》，“本节聚焦”为3个问题：为什么说生命活动离不开细胞？地球上的生命系统可以分为哪些层次？为什么说细胞是基本的生命系统？学习的过程，就是在教师的帮助下去阐明或解决这些问题的过程。每节的“本节聚焦”一般不少于3个问题，共21节，则不下60个问题。
（4）“资料分析（或资料搜集和分析）”和“思考与讨论”，是各节中常出现的专栏，这是适应自主、探究、合作学习的需要而设计的。其中都列出了一些富有思考价值、探究意义的问题。有时起承上启下的作用；有时起知识迁移应用的作用；有时则起或概括、或演绎、或拓展思维的作用。教学中如运用得法，学来生动，学生的学习能力将有长进。
（5）涉及科学史的写法，大体都是遵循发现—新问题—再研究—再发现的过程来描述，实际也是问题驱动模式。例如，本模块中“细胞学说建立的过程”、“对生物膜结构的探索历程”、“关于酶本质的探索”、“光合作用的探究历程”等都是问题递进的呈现方式，而且其后必有进一步的问题，留待学生讨论。
（6）“实验”和“探究”的写法，一般有背景资料，思路提示，甚或参考案例，也是为了便于学生自主学习。另外也十分注意，既要有结果和结论，更要反思、交流和讨论，其讨论题，有时有一定深度或广度。
在学科教学中，以问题（任务）驱动，引导自主、探究、合作式的学习，应是基本的策略和方式。为此，教科书为教师和学生提供了方便。但这丝毫也不意味着必须“照猫画虎”。教师有选择和创造的空间，尤其不可忽视学生超越教科书的各种问题，它们闪耀着学生智慧的火花，也检验教师的教学机智和水平。
4.以“本章小结”、节的“练习”和章的“自我检测”强化学生的自我评价
养成自我评价的习惯，学会自我评价，是自主学习的重要特征。这在传统教学中是注意不够的方面，即使是课程改革的今天，教师的注意力也大多集中在课堂授课时的学生主动性的发挥，较少注意课后学习的指导。于是，我们经常可以看到，直到高考前，还在不断地作总结性的、梳理式的讲解，以及多多地做习题。这从一个侧面反映了平常的及时总结、练习和自我测评的不足。
本模块的教科书，在每章结束时，都有简约精炼的小结，大体上都包含着本章的核心知识和重要概念；能力要求的提示；情感态度价值观方面的点拨。学生边阅读、边回想，将有助于统整巩固，填漏补缺，有所提高。如果坚持下去，就会促成善于总结的习惯。
在每节后有练习，包括较多的基础题和适量的拓展题，后者有一定难度，既有思维拓展，也有知识应用，还有某些科学探究技能的训练等。
每章之后，有较丰富的、多形式的自我检测，大体上包括概念检测（含判断题、选择题和画概念图）、知识迁移、技能应用、思维拓展四类。学生可以通过检测，了解自己的水平，或发现问题，促进反思，进一步提高。
总之，这是一个自我评价的平台，使自主学习延伸到课后，逐步养成自主学习的习惯，提升自主学习的能力。根据这一精神，教师可结合学生情况，予以增删，以取得更好的效果。
本模块教科书沿袭了义教新课标教科书行之有效的许多栏目，如以专框标出的“科学方法”，结合相关内容的“技能训练”，贯彻STS的“科学·技术·社会”，拓展职业视野的“与生物学有关的职业”等。新增加栏目有“科学前沿”，以适应高中生了解科学发展的需要。此外旁栏中，有“？”者，为补充问题，另有“相关信息”、“知识链接”、“想像空间”、“学科交叉”等；章小结后，有“网站登录”，载相关网址。所有这些设计，使教学内容丰满起来，使学生的学习空间拓展开来，也为教师的教学作了某些提示。
教科书的图片力求精美，与文字紧密配合，或以图代文。编排上也力求疏密有致，清朗悦目，给学生以美的陶冶。
三、本模块的教学建议
《普通高中生物课程标准 （实验）》中，对教学建议作了全面的、宏观的表述，计七大方面。本教学用书，对每章每节又有细致的教学指导，并配有案例若干。因此，这里的教学建议，只能是介于两者之间的一些提示，不能全面，务求实在，以利于执教。
1.做好模块式教学的整体设计
由于一个模块反映了本学科一个或一组的主题或核心概念；有主要的、贯彻始终的科学思想观念和方法；有学习、探究的相似的情境；有内在的逻辑联系等，因此需要对教学进行整体设计。
还由于集中于36个学时（半学期）内完成学业，获取2个学分，时间相对集中，没有多少缓冲调整的余地，教师和学生都是“连续作战”。于是，整体设计更显重要。
整体设计要考虑的要点如下：
（1）本模块的教育价值凸显于哪些教学内容和过程之中？
（2）本模块涉及哪些核心概念，它们应通过怎样的教学策略和方式来建立？
（3）本模块主要的、贯彻始终的科学思想观念和方法，应在哪些内容中重点体现？
（4）本模块的教学时数应怎样合理分配，哪些是学生可以自学的，哪些是需要教师指导的，哪些是必须讲解的？
（5）本模块的实验、探究、制作、搜集资料等活动，需要什么条件，每一项达到的目的存在怎样的区别，过程和方法的要点怎样？
（6）本模块学习过程中需要补充哪些课程资源，哪些课程资源是经过努力可以开发和利用的？
（7）本模块学习过程中，如何引导学生做好练习和自我测评，是否有必要增加阶段性的、多样化的测评？
（8）本模块的哪些教学内容和教学过程需要依靠集体的力量进行研究，研究的问题的重点是什么？
（9）本模块教学内容中有哪些是你不太熟悉的，如何有计划地逐一学习解决？
（10）通过本模块的教学，你准备在哪些方面积累经验，并尝试作理论上的概括和提炼？
以上10项仅供参考。也就是说，要有一个《分子与细胞》模块的教学计划，凸显模块式教学的特色。不能简单地按章节划分一下课时就算计划，教科书不能不按章、节来编写，但实际教学应在整体设计的背景下灵活安排。同时，更重要的是把课程、学生、教师作为一个相互依存的整体而做通盘筹划。
2.把核心概念及概念间的相互联系放在教学的重要位置
《普通高中生物课程标准 （实验）》在表述课程的基本理念时，有几处比义教课标的提法更进一步，其中就有核心概念问题。例如，在提高生物科学素养中说：“它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平”；在倡导探究性学习中又说：“生物科学作为由众多生物学事实和理论组成的知识体系，是在人们不断探究过程中逐步发展起来的”；在课程的设计思路中，还说：“必修模块选择的是生物科学的核心内容”。因此，当我们克服不重视过程和方法的教育弊端时，切莫走到另一个极端，忽视核心概念的形成和概念间相互联系的理解。科学既是过程，又是概念的体系，两者都重要，各有其教育价值，不可偏废。但从某种意义来说，过程和方法，是建立概念、理解概念间相互关系的“船”和“桥”。
本模块每一节的“本节聚焦”和每一章“本章小结”，实际上都在唤起师生对核心内容的关注，前者是导学，后者是概括提高，教与学的过程始终要集中精力于此。
对核心概念及概念间的相互关系，当然不应是静态的背诵和记忆，而应当在动态的，自主、探究、合作的学习过程中建立和形成，并重在理解和应用。也不应孤立地去掌握，宜围绕着若干中心问题形成概念“串”，如下述一些中心问题：
（1）怎样理解细胞是基本的生命系统（这是构建本模块的内在逻辑）？
（2）细胞呈现出怎样的多样性和统一性，统一性应如何来认识？
（3）为什么必须了解细胞的分子组成，生物大分子的类别及其对生命的重要性如何？
（4）如何理解作为基本的生命系统的细胞，系统的结构和功能有分工、有合作，而不是各组分简单的叠加？
（5）细胞的生命活动，集中表现为与环境间的物质交换、能量流动与转化的过程，该过程表现出生命特有的自主性、有序性和稳态等特征，它们与生物膜的结构和功能、叶绿体与线粒体的结构和功能、酶、高能磷酸化合物等的关系怎样？
（6）细胞生命历程中各种过程的性质和生物学意义怎样，其实践意义如何？
3.切实保障实验、探究等学习活动的数量和质量
《普通高中生物课程标准 （实验）》在课程的具体目标“发展科学探究能力”中，提出了11条“初步学会”（第8页～第9页）:
（1）客观地观察和描述生物现象；
（2）通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的问题；
（3）分析问题，阐明与研究该问题相关的知识；
（4）确认变量；
（5）作出假设和预期；
（6）设计可行的实验方案；
（7）实施实验方案，收集证据；
（8）利用数学方法处理、解释数据；
（9）根据证据作出合理判断；
（10）用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点；
（11）听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护，以及作必要的反思和修改。
这11项，比之义教阶段的要求，是颇大的提高和具体化。任何一个实验或探究活动都不大可能全部涵盖这些要求，因此，必须完成足够数量的学生活动。这些要求是对所有模块的学习而言，但是，应该看到，《分子与细胞》模块的实验、探究活动远远多于其他模块，并为其他模块，特别是《生物技术实践》中的实验和探究打下基础。应当克服各种困难，努力完成。
怎样才能保障实验和探究活动的质量呢？下列各项应予注意。
（1）时间上要有保障。本模块教材安排的9个实验、4个探究，除“探究酵母菌的呼吸方式”外，都是可以当堂完成的。即使如此，仍占有相当大比例的教学时数。因此，时间上的保障，需挤压“讲授”的时数，一切能由学生自主学习的内容，应不讲、少讲、讲到点子上。
（2）实验条件的保障。本模块教材在设计实验、探究活动时，是以普通中学的实验室条件为依据的，所有器皿均为常备，只有药品一项，有所添加，多为染剂，应提前购买，如为节省起见，也可若干学校联合，或地区教研部门统一购进，分别使用。
（3）分好学生小组。本模块教材的实验、探究大多以小组为单位进行。要有能切实负责的小组长（经必要的培训更好），不同潜质的成员组合，每次的明确分工都很重要。在一个模块的学习过程中，小组组成可做一次或两次变换更好。
（4）11项探究能力均匀分布。不能也没有必要每一实验或探究活动，项项都有要求，但应有侧重点，累积起来，每一项都有着落。小题小做，大题大做，各得其所。不要把问题复杂化、模式化以及为听课者、评课者表演。
（5）强化训练学生的弱项。每个学校、每个班级、每一学生，各项探究能力均有差异。或不善于提出问题和作假设，或操作马虎不精确，或不善于处理数据，或不长于表达交流，等等。宜按实际情况，强化训练。
（6）要有计划地进行评价。平日教学可选若干（一个模块有2～3次即可）实验、探究的若干方面进行测评，作为平时成绩。模块教学的终结考核时，应有这方面的内容，作为总成绩的一部分。评价将能起到督促学生认真对待的作用。
（7）用好本模块的“科学方法”（以专框框出，并有主题）和“技能训练”。它都是为科学探究准备的，教材以细水长流的方式，给学生以更多的了解和练习的机会，这也有助于探究能力的提高。
4.认真对待创新能力的培养
创新能力的培养，已经提倡多年，但就以课堂教学为中心的学科教学而言，仍存在着许多值得探究的领域。这里用“认真对待”的意思，就是提倡我们一起来研究。
中学阶段的学科课程，大量的是最基础的内容，如高中必修模块《分子与细胞》、《遗传与进化》、《稳态与环境》，都如此。而不同于“研究性学习”这样的课程，师生共同提出研究性课题，确定研究的方法、途径，获得有新意的成果，创新能力的培养自在其中。
通过基础内容的学习而实现创新能力的培养，一方面是依赖于动手实践，“做”科学，这是培养创新能力的途径之一，前面已经提到，不再赘述。另一方面则是培养创造性思维的能力，它是培养创新能力的最经常的途径。在基础内容的教学中，只要重视起来，无处不在。
北京师范大学何克抗教授在最近的论著中提出创造性思维结构的六要素：发散思维、形象思维、直觉思维、逻辑思维、辩证思维和横纵思维。还指出：
·具有寻的（指向）作用的是发散思维──“一个指向”；
·具有明察事物的对立统一和进行联系、比较、整合作用的分别是辩证思维和横纵思维──“两条策略”；
·形象思维、直觉思维和逻辑思维──“创造性思维的主体”。
回到我们的教学中，想一想，这六要素是否都在我们的视野之中？是否在教学中处理好“指向”、“主体”和“策略”的相互关系？
现就《分子与细胞》模块的教学内容举几个具体例子。
（1）在几个重大科学发现，如“细胞学说的建立”、“对生物膜结构的探索历程”、“关于酶本质的探索”、“光合作用的探究历程”，它们每前进一步，都要冲破固有的思想、观念、理论的束缚，每一步的前进都是发散思维的胜利。本模块教学内容中无数有形或无形的问题“串”（“链”），都在引导学生的发散思维。
（2）层层递进地认识“细胞的多样性和统一性”，需要的是辩证思维、横纵思维；“细胞器──系统内的分工合作”充满了辩证的思维； “细胞膜──系统的边界”一开始就推论其功能，似在为难学生，实际是训练直觉思维──整体把握、快速判断；而到了“物质跨膜运输的实例”、“生物膜的流动镶嵌模型”、“物质跨膜运输的方式”，则凸显形象思维、直觉思维和逻辑思维的创造性思维主体和过程。
（3）第5章《细胞的能量供应和利用》，是严密的逻辑思维。从“降低化学反应活化能的酶”到“细胞的能量‘通货’──ATP”，接着“ATP的主要来源──细胞呼吸”，再到“能量之源──光与光合作用”的安排，既符合认识的过程，更训练逻辑思维的能力。
（4）从“细胞不能无限长大”到“细胞通过分裂进行增殖”；从细胞分化实现专一性到细胞的全能性，从脱分化到再分化；从细胞衰老到个体寿命的有限性；从细胞凋亡的不可避免到凋亡对正常生长发育、维持稳态的必要性等，充满了辩证的思维。
上述例子，只是举其大者，实际上任何一节内容的学习，任何一个问题的解决，都有训练创造性思维的不同价值，或是不同要素，或是深度不一。全赖我们在教学中用心处理。
5.追求科学素养和人文素养的结合
高中生物课程的核心任务，无疑是提高学生的生物科学素养。但广义地说，科学也是社会文化的一部分，有人称之为科学的文化功能。当我们区分科学素养和人文素养的时候，不能忽视它们紧密联系互相渗透的一面。在我们的教学中，这两者更是互相融合，共同为学生的全面发展服务。
现将课程的具体目标中关于情感态度与价值观方面的要求抄录于下。
·初步形成生物体结构与功能、局部与整体、多样性与共同性相统一的观点，生物进化观点和生态学观点，树立辩证唯物主义自然观，逐步形成科学的世界观。
·关心我国的生物资源状况，对我国生物科学和技术的发展状况有一定的认识，更加热爱家乡、热爱祖国，增强振兴中华民族的使命感与责任感。
·认识生物科学的价值，乐于学习生物科学，养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
·认识生物科学和技术的性质，能正确理解科学、技术、社会之间的关系，能够运用生物科学知识和观念参与社会事务的讨论。
·热爱自然，珍爱生命，理解人与自然和谐发展的意义，树立可持续发展的观念。
·确立积极的生活态度和健康的生活方式。
掩卷思量，这些与其说是科学素养，毋宁说是人文素养，或者说已互相交融、水乳难分。教育的功能是实现人的社会化，培养社会需要的人才，人才的综合素质既需科学素养，也要人文素养。课程、教材、教学，作为教育的载体，也不可能把两者割裂开来，生物课程、教材、教学是如此，其他课程、教材、教学也如此。
课程的具体目标中知识部分、能力部分，也部分地含有人文素养的指向，不再赘述。
回到我们的必修模块《分子与细胞》来看，从知识体系的构建、表述到学习活动的设计，或隐或显地渗透着人文素养的培养。从邹承鲁院士科学贡献的介绍，到各个科学发现的人、事和过程；从各核心内容中与社会的联系到“科学·技术·社会”的专栏；从细胞中各类化合物与健康的关系到“酶为生活添姿彩”；从分析细胞呼吸原理的应用到干细胞研究进展与人类健康；从社会老龄化的相关问题到健康的生活方式与防癌……处处都在科学教育中渗透人文精神。而自主、探究、合作式的学习方式，推动着师生平等、民主和谐、互相尊重、善于合作、成果共享的学习文化的形成。在尊重人的尊严、个性、潜质和发展的多样化的氛围中，生物科学教育中的人文精神将得到更好的发扬。
科学教育中融合人文素养的培植，也呼唤科学课程的教师要不断提高自身的人文素养。
尊敬的各位老师，本文实在够冗长的了，千言万语也替代不了各位的创造性劳动。教学是一株常青之树，它的每一片新叶、鲜花和甜美的果实，都是我们辛勤耕耘的结晶。愿我们继续不断交流、相互鼓舞，为新课程的实施作出应有的贡献。
表 1 科学探究活动一览表
活动栏目类别 活动内容 在教科书中的位置
实验 使用高倍显微镜观察几种细胞
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
观察DNA和RNA在细胞中的分布
体验制备细胞膜的方法
用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体
比较过氧化氢在不同条件下的分解
绿叶中色素的提取和分离
细胞大小与物质运输的关系
观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 第1章第2节
第2章第1节
第2章第3节
第3章第1节
第3章第2节
第5章第1节（一）
第5章第4节（一）
第6章第1节
第6章第1节
探究 植物细胞的吸水和失水
影响酶活性的条件
探究酵母菌细胞呼吸的方式
环境因素对光合作用强度的影响 第4章第1节
第5章第1节（二）
第5章第3节
第5章第4节（二）
资料分析 生命活动与细胞的关系
细胞学说建立的过程
分泌蛋白的合成和运输
细胞核具有什么功能？
物质跨膜运输的特点
关于酶本质的探索
分析细胞呼吸原理的应用
叶绿体的功能
健康的生活方式与防癌 第1章第1节
第1章第2节
第3章第2节
第3章第3节
第4章第1节
第5章第1节（一）
第5章第3节
第5章第4节（一）
第6章第4节
资料搜集和分析 干细胞研究进展与人类健康
社会老龄化的相关问题 第6章第2节
第6章第3节
思考与讨论 生命系统的结构层次
原核细胞和真核细胞
组成细胞的化合物
氨基酸的结构特点
蛋白质的结构及其多样性
脂肪的分布和作用
细胞中无机盐的作用
哺乳动物红细胞的吸水和失水
对生物膜结构的探索历程1
对生物膜结构的探索历程2
被动运输
ATP的利用
光合作用的探究历程
光合作用的过程 第1章第1节
第1章第2节
第2章第1节
第2章第2节
第2章第2节
第2章第4节
第2章第5节
第4章第1节
第4章第2节
第4章第2节
第4章第3节
第5章第2节
第5章第4节（二）
第5章第4节（二）
模型建构 尝试制作真核细胞的三维结构模型 第3章第3节
技能训练 设计实验
解释数据
解读图表
解释现象
分析数据 第2章第5节
第3章第3节
第4章第3节
第6章第1节
第6章第3节
课外制作 利用废旧物品制作生物膜模型 第4章第2节
表 2 本模块教学参考课时数（36课时，其中机动课时5）
教学内容 参考课时数
第1章 走近细胞 3
第1节 从生物圈到细胞 1
第2节 细胞的多样性和统一性 2
第2章 组成细胞的分子 5
第1节 细胞中的元素和化合物 1
第2节 生命活动的主要承担者──蛋白质 1
第3节 遗传信息的携带者──核酸 1
第4节 细胞中的糖类和脂质 1
第5节 细胞中的无机物 1
第3章 细胞的基本结构 5
第1节 细胞膜──系统的边界 1
第2节 细胞器──系统内的分工合作 2
第3节 细胞核──系统的控制中心 2
第4章 细胞的物质输入和输出 4
第1节 物质跨膜运输的实例 2
第2节 生物膜的流动镶嵌模型 1
第3节 物质跨膜运输的方式 1
第5章 细胞的能量供应和利用 9
第1节 降低化学反应活化能的酶
一 酶的作用和本质
二 酶的特性 3
2
1
第2节 细胞的能量“通货”──ATP 1
第3节 ATP的主要来源──细胞呼吸 2
第4节 能量之源──光与光合作用
一 捕获光能的色素和结构
二 光合作用的原理和应用 3
1
2
第6章 细胞的生命历程 5
第1节 细胞的增殖 2
第2节 细胞的分化 1
第3节 细胞的衰老和凋亡 1
第4节 细胞的癌变 1
生物科学的许多问题，都要在细胞层面寻求解答；要深入阐明细胞生命活动的规律，必须了解生物大分子的结构和功能。从系统的视角来认识细胞，首先也需要了解细胞这个系统的物质组成。本章介绍了组成细胞的蛋白质、核酸、糖类、脂质等有机物的结构和功能，以及水和无机盐的作用，为学生学习后续内容，即细胞这个基本生命系统的结构、物质输入和输出、能量供应和利用，以及系统的发生、发展和衰亡的过程打基础。
本章教材分析
一、教学目的要求
知识方面
1.概述蛋白质的结构和功能。
2.简述核酸的结构和功能。
3.概述糖类的种类和作用。
4.举例说出脂质的种类和作用。
5.说明生物大分子以碳链为骨架。
6．说出水和无机盐的作用。
情感态度与价值观方面
1.认同生命的物质性，探讨组成细胞的分子的重要作用。
2.认同生物界在物质组成上的统一性。
能力方面
1.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
2.以人的口腔上皮细胞为材料，进行特定的染色，观察DNA和RNA在细胞中的分布。
与原来的高中教材相比，本章的内容有所拓展。基本概念和原理几无增加，补充的是课堂上即可完成的学生活动，如“问题探讨”，“观察DNA和RNA在细胞中的分布”，关于“氨基酸结构通式”“脂肪的分布和作用”“无机盐的重要生理功能”等内容的“思考与讨论”；以及所学内容与现实生活、人体健康的联系，科学史话和科学前沿等。希望教师在教学时能够注意到教材的这些特点，根据学生实际灵活处理。
二、教学内容的结构和特点
（一）教学内容的结构
（二）教学内容的特点
本章包括5节：《细胞中的元素和化合物》、《生命活动的主要承担者──蛋白质》、《遗传信息的携带者──核酸》、《细胞中的糖类和脂质》、《细胞中的无机物》，建议授课时数为5课时，每节1课时。
第1节《细胞中的元素和化合物》，通过“问题探讨”，让学生通过比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，发现问题，提出问题，并与同学交流和讨论。这一则“问题探讨”，意在激发学生从元素水平探究细胞奥秘的好奇心，并且培养学生提出问题的能力。本节正文起始部分交待了组成细胞的化学元素，在无机自然界都能找到，没有一种元素为细胞所特有；同时，细胞与非生物相比，各种元素的相对含量又大不相同，进而引导学生了解组成细胞的元素和化合物有哪些。组成各种生物体的细胞不同，同一生物体内细胞又有多种类型，其成分也不尽相同。教科书以人体细胞为例，介绍了组成人体细胞的主要元素占细胞干重和鲜重的百分比，并提出问题：“在细胞干重中，C的含量达到48.4%，表明C是构成细胞的基本元素，这对生命有什么意义呢？”为本章前4节学完后的小结“生物大分子以碳链为骨架”打下伏笔。“检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质”的实验比原教材有所改进，不再是单纯地验证，而是让每组学生选择一两种样品，检测这种样品中是否含有还原糖、脂肪、蛋白质或淀粉，小组间比较检测结果，了解同种生物组织中有机物含量的差异和不同种生物组织间有机物含量的差异。
第2节《生命活动的主要承担者──蛋白质》，侧重在让学生了解蛋白质的组成、结构和功能的多样性，及其能够成为生命活动的主要承担者的原因。20种氨基酸虽然结构不同，但是有共同的结构特征。教科书没有直接给出氨基酸的结构通式，而是让学生观察4种氨基酸的结构，通过思考与讨论，找出氨基酸结构的共同特点，加深对氨基酸结构的理解。这种让学生通过主动探究得出结论的处理方式，是新教材比原教材改进的特点之一，是落实探究性学习课程理念的具体体现。关于蛋白质结构和功能的多样性，教材采用图文结合的形式，让学生在获取形象、丰富的信息内容的同时，培养分析和处理信息的能力。世界上第一个人工合成蛋白质的诞生，是我国科学家在生物学史上创造的奇迹。国际人类蛋白质组计划，是继人类基因组计划之后的又一项大规模的国际性科技工程，是我国科学家第一次领衔国际重大科研协作计划。科学史话和科学前沿分别介绍了这两项重大科研成果，让学生在了解与蛋白质研究有关的科学史和前沿进展的同时，培养爱国主义精神，增强民族自信心和自豪感。
第3节《遗传信息的携带者──核酸》，“问题探讨”从学生感兴趣的DNA指纹技术在案件侦破中的应用引入，请学生围绕DNA讨论几个问题，在思维热身中不知不觉进入核酸内容的学习。由于《遗传与进化》中有大量篇幅详细介绍DNA和RNA的结构和功能，因此本节内容的重点放在细胞层面，让学生了解核酸在细胞中的分布以及核酸能够成为遗传信息携带者的原因。组织好“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验的教学是本节的关键。对遗传信息多样性的结构基础的探讨，可以从对蛋白质结构多样性的探讨迁移过来，通过类比，理解4种脱氧核苷酸排列成的千差万别的核酸与遗传信息的关系。
第4节《细胞中的糖类和脂质》，无论是“问题探讨”、“思考与讨论”，还是正文内容的叙述，都紧密联系生活，从学生熟悉的生活事例引入，展开内容的学习，并注意与人体健康相联系，以便学生从细胞、分子水平了解一些自我保健的基本常识。
本节最后以“生物大分子以碳链的骨架”作小结，突出碳元素和碳链在组成生物大分子中的重要作用。
第5节《细胞中的无机物》的内容比较简单，主要让学生了解水和无机盐在细胞中的存在形式和作用，并注意联系日常生活的事例。本节最后一段是对全章的小结，旨在点明“细胞是多种元素和化合物构成的生命系统”，“活细胞中的这些化合物，含量和比例处在不断变化之中。但又保持相对稳定，以保证细胞生命活动的正常进行”。
三、与学生经验的联系
考虑到分子水平的内容比较抽象，为了加强学习内容与生活的联系，提高学生的学习兴趣，本章教材编入了不少联系生活的内容。例如，为什么食物中应添加必需氨基酸，为什么吃熟鸡蛋比吃生鸡蛋容易消化，为什么人在患急性肠炎时要输入葡萄糖，为什么脂肪类食物的摄入应适度，膳食中为什么要限制高胆固醇类食物的过量摄入，等等。有关这些内容，学生都有一定的经验基础，如果教师能利用学生的生活经验展开教学，将有助于增加教学内容的亲和力。
四、与其他章的联系
对细胞结构和功能的了解，应建立在了解细胞的物质组成的基础之上。本章关于组成细胞的分子的内容，是学习本书其他章的基础，也是学习高中生物课程其他模块的基础。
一、 教学目标
1.简述组成细胞的主要元素。说出构成细胞的基本元素是碳。
2.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，探讨细胞中主要化合物的种类。
3.认同生命的物质性。
二、教学重点和难点
1.教学重点
（1）组成细胞的主要元素和化合物。
（2）检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
2.教学难点
（1）构成细胞的基本元素是碳。
（2）检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
三、教学策略
1.利用“问题探讨”创设问题情境，让学生在观察、讨论、交流中学习新知识。
本节的主要目的是让学生了解细胞的物质组成，认同生命的物质性。由于学生在初三已经学习了化学的基本知识，所以在进入这部分学习时，通过让学生比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，提出自己发现的问题，在与其他同学的交流中，认识到组成生物体的元素与组成地壳的元素有相似性又有区别。针对学生提出的问题，教师要引导学生分别观察组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）图和组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比）图，之后再介绍组成细胞的大量元素和微量元素。
2.利用化学知识解决碳为什么是构成细胞的基本元素这个问题。
如果学生对原子结构的知识有较好的基础，建议教师引导学生回忆碳原子核外电子分布特点，以及碳的性质，为学生理解碳链是构成生物大分子的骨架奠定基础。
学生熟悉元素周期表，很容易找到碳所在的第14族位置，它的原子序数是6，说明一个碳原子核中含有6个质子，核外有6个电子，由于电子排布的不同，在最外层有4个电子，这样，碳原子就具有了4个能够成键的价电子。正是这4个价电子，能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键，所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。利用学生已有的化学知识就能够理解C元素对于生命的重要意义了。
3.利用表解和“思考与讨论”获得组成细胞的化合物的知识，提高学习能力。
在学习组成细胞的化合物时，如果由教师直白地讲解细胞的化合物组成，不利于学生参与学习活动。因此，教师可以利用“思考与讨论”中的问题，引导学生观察教材中的表解，获得相应的知识信息，提高学习能力。
4.利用化学试剂与糖类、脂肪和蛋白质颜色反应的演示实验，帮助学生明确实验原理，开展实验研究。
本实验如果单纯上成一个验证性实验，不利于学生探究能力的培养。由于学生在“思考与讨论”中涉及细胞中的化合物的种类、含量，以及如何从植物组织中提取有机化合物的问题，所以，教师可以结合学生对上述问题的回答或推测作为实验研究的起点。
教师可以通过演示糖类、脂肪和蛋白质与化学试剂的颜色反应，使学生明确生物组织中主要化合物的鉴定方法，再指导学生根据自己选择的实验材料，进行实验研究。
本实验难度不大，但是实验材料、化学试剂、用具及步骤较多，因此，教师课前应准备充分，保证实验顺利进行。
四、答案和提示
（一）思考与讨论
1.提示：有机化合物和无机化合物的区别主要看它们的分子组成中是否有碳元素，如糖类是有机化合物，由碳、氢、氧三种元素组成；水是无机化合物，由氢、氧两种元素组成。当然这不是严格意义上的区别。对这两类化合物的严格区分，请参照化学教科书。
2.提示：细胞中最多的有机化合物是蛋白质，无机化合物是水。蛋白质是组成生物体的重要物质，在生命活动中起重要作用；水是生命之源，离开水，生命活动就无法进行。
3.提示：植物的叶肉细胞、果实细胞和种子的细胞中通常含有较多的糖类、脂质和蛋白质。如禾谷类的果实、种子中含淀粉（多糖）较多；甘蔗的茎和甜菜的根含蔗糖多；花生、芝麻种子中含脂质多；大豆种子中含蛋白质多，等等。要想从植物的果实、种子中获得糖类、脂质和蛋白质，就要设法使细胞破碎，再将这些物质提取出来。
（二）实验
3.生物材料中有机化合物的种类、含量不同。因此，我们应选择多种多样的食物，保证获得全面的营养。
（三）练习
基础题
1.（1）?；（2）√?。
3.B。
拓展题
1.提示：细胞是有生命的，它可以主动地从环境中获取生命活动需要的元素。这是生物与非生物的区别之一。
2.提示：不能。生命系统内部有严谨有序的结构，不是物质随意堆砌而成的。
五、参考资料
1.研究细胞中元素和化合物的基本方法
元素是对具有相同核电荷数的一类原子的总称。不同元素的发光光谱（元素的原子受到刺激时所呈现的特有颜色）是不一样的，由元素发出来的光谱，用分光器（棱镜或光栅）大体上可以辨别是什么颜色。另外，也可以由元素的吸收光谱来判断。
每种化合物都有它独特的红外光谱，可以作为化合物的“指纹”。鉴定一种化合物，要先根据化合物的来源和其他性质提出有限的几个可能化合物，然后把它的光谱和这些已知化合物的光谱相比较。另外，还可以用电子光谱、旋光度、核磁共振、质谱法、X射线、衍射等方法来进行分析。
2.植物体和土壤的部分元素含量的比较
表7 植物体和土壤部分元素含量比较表
元素 植物的平均组成
（新鲜物重量比例）/% 土壤的平均
组成/%
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.检测生物组织中糖类、脂肪、蛋白质的其他简易方法
（1）检测生物组织中糖类的其他简易方法
Molisch反应（α- 萘酚反应） 此方法是鉴定糖类最常用的颜色反应。它的原理是：糖类在浓酸作用下所形成的糠醛及其衍生物可以与α- 萘酚作用，形成红紫色复合物。由于在糖溶液与浓硫酸两液面间出现红紫色的环，因此又称紫环反应。α- 萘酚也可用麝香草酚或其他的苯酚化合物代替，麝香草酚溶液比较稳定，其灵敏度与α- 萘酚一样。除了糖类之外，各种糠醛衍生物、葡萄糖醛酸、丙酮、甲酸、乳酸等都可以呈现近似的阳性反应。因此，阴性反应证明没有糖类物质的存在；而阳性反应只能说明有糖类存在的可能。
蒽酮反应 糖类经浓酸水解，脱水生成的糠醛及其衍生物与蒽酮（10-酮-9，10-二氢蒽）反应生成蓝绿色复合物。
Benedict反应 班氏试剂是斐林试剂的改良（也是含有Cu2+的碱性溶液），能使具有自由醛基或酮基的糖类氧化，其本身则变成砖红色或黄色的Cu2O，可用来测定还原糖的存在。它利用柠檬酸作为Cu2+的络合剂，其碱性比斐林试剂弱，灵敏度高，干扰因素少，因而在实际应用中有更多的优点。
Bial反应（甲基间苯二酚反应） 戊糖与浓盐酸加热形成糠醛，在有Fe3+存在的条件下，它与甲基间苯二酚（地衣酚）缩合，形成深蓝色的沉淀物（此沉淀物溶于正丁醇）。己糖也能发生反应，产生灰绿色甚至棕色的沉淀物。
（2）检测生物组织中脂肪的其他简易方法
油点试验（spot test） 将含有脂肪的混合物磨碎后擦在一片滤纸（或牛皮纸）上，然后朝向光源观看，应该有半透明的油点出现。此油点不能挥发掉。当滤纸浸过苯（或醚、异丙醇等）后，油点消失；或将混合物磨碎后溶于苯液中，然后过滤。取一滤纸放入滤液中，取出后让苯挥发，朝向光源观看，如有半透明油点存在，则证明混合物中含有脂肪。
乳液形成试验（emulsion test） 将一含有脂肪的混合物溶液稍微加热，加入少量乙醇，摇匀后静置。脂肪可分散成许多微粒，形成白色乳状液。
（3）检测生物组织中蛋白质的其他简易方法
对各种氨基酸特异的某些颜色反应（见表8），可用来检测含有这些氨基酸的蛋白质。这些颜色反应包括Millon反应、黄蛋白反应、茚三酮反应以及Hopkins-Cole(水合乙醛酸)反应等。
Millon反应 米伦试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸汞的混合物，能与单酚及双酚和吲哚衍生物产生颜色反应，但不能检验尿蛋白。
茚三酮反应 蛋白质、多肽和各种氨基酸具有茚三酮反应。除无α?氨基的脯氨酸和羟脯氨酸呈黄色外，其他氨基酸生成紫红色，最终为蓝色化合物。
黄蛋白反应 它是芳香族氨基酸，特别是酪氨酸和色氨酸蛋白质所特有的颜色反应。
表8 部分氨基酸的颜色反应
所测定的氨基酸 名称 试剂 颜色
精氨酸
半胱氨酸
半胱氨酸
组氨酸，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)反应
硝普盐反应
Sullivan反应
Pauly反应
水合乙醛酸反应
（Hopkins-Cole反应）
Ehrlich反应
Millon反应
Folin-Ciocalteu反应
黄蛋白反应 α- 萘酚和次氯酸钠
硝普钠（亚硝基铁氰化钠）溶于稀氨溶液中
萘醌-[1,2］-4-磺酸钠和亚硫酸氢钠
重氮化的对氨基苯磺酸溶于碱性溶液
水合乙醛酸溶于硫酸中
对二甲基氨基苯醛溶于盐酸中
硝酸汞溶于亚硝酸，加热
磷钼钨酸
煮沸的浓硝酸 红
红
红
红
紫
蓝
红
红
黄
──蛋白质
生也是一种情感教育。再比如，教师组织学生总结了蛋白质的功能后，提出“科学家研究蛋白质结构和功能，对人类社会的发展有哪些促进作用呢？”“科学家对蛋白质结构和功能的研究进展怎样？有哪些新的成果？”等问题，再指导学生通过阅读或上网查询等方式，使学习内容更加丰富，学习空间更加广阔。
四、答案和提示
（一）问题探讨
1.提示：富含蛋白质的食品有大豆制品，如豆浆、豆腐、腐竹；奶类制品，如奶粉、酸奶、袋装奶；还有肉、蛋类食品，如烤肉、肉肠、鸡蛋，等等。
2.提示：有些蛋白质是构成细胞和生物体的结构成分，如结构蛋白；有些蛋白质能够调节生命活动，如胰岛素；有些蛋白质有催化作用，如绝大多数酶都是蛋白质；有些蛋白质具有运输载体的功能，如红细胞中的血红蛋白；有些蛋白质有免疫功能，如人体内的抗体。
3.提示：因为氨基酸是构成蛋白质的基本单位，在人体内约有20种氨基酸，其中有8种是人体需要而不能自己合成的，必须从外界环境获得，如赖氨酸、苯丙氨酸等，它们被称为必需氨基酸。所以有些食品中要添加赖氨酸或苯丙氨酸等人体必需的氨基酸。
（二）思考与讨论1
1.每个氨基酸都有氨基和羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
2.“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中主要的部分──氨基和羧基。
（三）思考与讨论2
1.提示：氨基酸→二肽→三肽→……→多肽，一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质，或几条多肽链折叠形成蛋白质。
2.提示：食物中的蛋白质要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠蛋白酶、肠肽酶等多种水解酶的作用，才能分解为氨基酸。这些氨基酸进入细胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽构成人体的蛋白质。人体的蛋白质与食物中的蛋白质不一样，具有完成人体生命活动的结构和功能。
3.提示：10个氨基酸能够组成2010条互不相同的长链。氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋白质空间结构的不同是蛋白质多种多样的原因。
（四）旁栏思考题
n个氨基酸形成一条肽链时，脱掉n-1个水分子，形成n-1个肽键。同理，n个氨基酸形成m条肽链时，脱掉n-m个水分子，形成n-m个肽键。
（五）练习
基础题
1.（1）√；（2）√。
2.A。 3.B。
拓展题
提示：红细胞中的蛋白质和心肌细胞中的蛋白质，其氨基酸的种类、数量和排列顺序以及蛋白质分子的空间结构都不同，它们的功能也不相同。
五、参考资料
1.蛋白质的水解
研究蛋白质的水解作用可以为研究蛋白质的组成和结构提供有价值的资料。根据蛋白质的水解程度，可以分为完全水解和部分水解两种。完全水解（或称彻底水解），得到的水解产物是各种氨基酸的混合物；部分水解（或称不完全水解），得到的产物是各种大小不等的肽段和氨基酸。蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶催化水解。
酸水解：常用硫酸或盐酸，使用最广泛的是盐酸。酸水解的优点是：不引起氨基酸的消旋作用（得到的是L?氨基酸，不产生D-氨基酸）。缺点是：色氨酸全部被酸破坏，丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等也有一小部分被分解。由于甲基磺酸具有许多优点，目前，常用它代替盐酸来水解。
碱水解：常用氢氧化钠。碱水解的缺点是：水解过程中多数氨基酸会遭到不同程度的破坏，并且产生消旋现象（所得产物是D-氨基酸和L?氨基酸的混合物）。优点是：在碱性条件下色氨酸稳定，能定量回收。
酶水解：酶水解获得的是蛋白质的部分水解产物，主要用于蛋白质一级结构分析。常用的蛋白酶有胰蛋白酶、糜蛋白酶和胃蛋白酶等。酶水解的优点是：不产生消旋作用，也不破坏氨基酸。缺点是：使用一种酶往往水解不彻底，需要几种酶协同作用，才能使蛋白质完全水解。此外，酶水解所需时间较长。因此，酶水解法主要用于蛋白质的部分水解。
2.氨基酸的分类
从蛋白质水解产物中分解出来的常见氨基酸有20种。这些氨基酸（除脯氨酸外）在结构上的共同点是：与羧基相邻的α-碳原子上都有一个氨基，因而叫做α-氨基酸，它们的结构通式如下：
从氨基酸的结构通式可以看出，各种α-氨基酸的区别在于侧链上R基的不同。因此，20种氨基酸可以按照R基的化学结构或极性进行分类。
（1）按照R基的化学结构20种常见的氨基酸可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸三大类。它们的分类和结构如下表所示。
表9 20种常见氨基酸的分类和结构
(2)按照R基的极性 有些氨基酸的R基是亲水性的极性基，这样的氨基酸叫做极性氨基酸，如丝氨酸，它的R基含有一个亲水性的羟基，因此是极性氨基酸。其他的极性氨基酸有苏氨酸、半胱氨酸、谷氨酰氨、天冬酰氨、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。有些氨基酸的R基是疏水性的非极性基，这样的氨基酸叫做非极性氨基酸，如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等（参见上表）。
3.蛋白质的化学组成、大小和分类
蛋白质的化学组成蛋白质的元素组成与糖类和脂质不同，除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫，有些蛋白质还含有其他一些元素，主要是磷、铁、铜、碘、锌和钼等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为下面各数值：
碳50% 氢7% 氧23%
氮16% 硫0～3%
蛋白质元素组成的一个特点是：氮的含量较恒定。利用这一特点，可以进行蛋白质含量的计算。蛋白质含量=蛋白氮×6.25。上式中6.25是16%的倒数，即为1 g氮所代表的蛋白质量（克数）。
蛋白质的大小蛋白质是相对分子质量很大的生物分子。蛋白质相对分子质量变化的范围也很大，从大约6 000到1 000 000，有的还更大一些。某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基（多肽链）通过非共价结合而成的，称寡聚蛋白质。一些寡聚蛋白质的相对分子质量可高达数百万，甚至数千万。
蛋白质的分类蛋白质分子可按其分子的形状、分子组成和溶解度来分类。
根据分子的形状可将蛋白质分为两大类：球状蛋白质和纤维状蛋白质。血红蛋白、血清球蛋白、豆类的球蛋白等，分子似球形，都属于球状蛋白质；而指甲、羽毛中的角蛋白和蚕丝的丝蛋白等，形状似纤维，都属于纤维状蛋白质。
根据分子的组成可将蛋白质分为两大类：简单蛋白质和结合蛋白质。简单蛋白质的分子完全由氨基酸构成，如淀粉酶、核糖核酸酶、胰岛素等。结合蛋白质除了含有蛋白质成分外，还含有非蛋白质成分（即辅基），如血红蛋白、核蛋白等。
（1）简单蛋白质又可以根据其物理化学性质，如溶解度进行分类。根据溶解度可将其分为以下几类。
清蛋白（又叫白蛋白）：溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液，如血清清蛋白、乳清蛋白等。
球蛋白：微溶于水而溶于稀盐溶液，如血清球蛋白、肌球蛋白和大豆球蛋白等。
谷蛋白：不溶于水、醇及中性盐溶液，但溶于稀酸、稀碱，如米谷蛋白、麦谷蛋白等。
醇溶蛋白：不溶于水及无水乙醇，但溶于70%～80%乙醇。这类蛋白主要存在于植物种子中，如玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白等。
鱼精蛋白：溶于水及酸性溶液，呈碱性，含碱性氨基酸（如精氨酸、赖氨酸、组氨酸）多，如鲑精蛋白等。
组蛋白：溶于水及稀酸溶液，呈碱性，含精氨酸、赖氨酸较多，如小牛胸腺组蛋白等。
硬蛋白：不溶于水、盐、稀酸或稀碱溶液。这类蛋白常常作为结缔组织和起保护功能的蛋白，如胶原蛋白，毛、发、蹄、角和甲壳中的角蛋白，以及腱和韧带中的弹性蛋白等。
（2）结合蛋白质可以根据辅基进行分类，人们通常将结合蛋白质分为以下几类。
糖蛋白和黏蛋白：与糖类结合的蛋白质，如唾液中的黏蛋白，硫酸软骨素蛋白和细胞膜的糖蛋白等。
脂蛋白：与脂质结合的蛋白质，如血液中的β?脂蛋白和作为细胞膜和细胞主要成分的脂蛋白。
核蛋白：与核酸结合的蛋白质，如脱氧核糖核蛋白、核糖体和烟草花叶病毒中的蛋白。
磷蛋白：与磷酸结合的蛋白质，如酪蛋白、卵黄蛋白、胃蛋白酶等。
色蛋白：与多种色素物质结合而成的蛋白质，如血红蛋白和细胞色素C等。
4.蛋白质的分子结构
蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再由一条或一条以上的多肽链按各自的特殊方式组合成具有生物活性的分子。由于氨基酸种类、排列顺序和肽链数目及空间结构的不同，就形成了分子结构不同的蛋白质。蛋白质的分子结构是蛋白质功能的物质基础。
蛋白质的分子结构有不同的层次，为了研究方便，人们将其分为四个层次。
蛋白质的一级结构 蛋白质分子中的氨基酸都是按一定的排列顺序组成肽链的。氨基酸在多肽链中的排列顺序（包括氨基酸的种类、数量）和方式叫做蛋白质的一级结构。蛋白质的一级结构也叫初级结构或化学结构（图3）
蛋白质的二级结构 组成蛋白质的多肽链既不是全部以伸直状展开，也不是以任意曲折的状态存在，而是具有一定的空间构型。
多肽链中的一个肽键和相隔若干氨基酸残基的另一个肽键之间形成氢键，这些氢键使蛋白质分子中的部分多肽链盘旋成螺旋状（又叫α螺旋），或者折叠成片层状（又叫β折叠），或者形成180°回折（又叫β转角或β弯曲）（图4）。这种多肽链本身的折叠和盘绕方式构成了蛋白质的二级结构。蛋白质的二级结构是蛋白质的基本空间构型。
不同蛋白质的二级结构不同，有的相差很大，例如，α-角蛋白几乎全是α螺旋结构，而蚕丝的丝心蛋白又几乎全是β折叠结构。
蛋白质的三级结构 具有二级结构的多肽链还可以借助氢键和其他化学键（如离子键、二硫键等）进一步卷曲、折叠，形成更复杂的空间构象，这种空间构象叫做蛋白质的三级结构（图5）。
蛋白质的四级结构 有些蛋白质是由两条或两条以上具有三级结构的多肽链组成的，这时每条多肽链被称为一个亚基。几个亚基之间通过氢键或其他化学键形成一定的空间排列。这种由两个或两个以上具有三级结构的亚基聚合而成的构象是蛋白质的四级结构（图6）。例如，磷酸化酶是由2个亚基构成的，血红蛋白是由4个亚基构成的，谷氨酸脱氢酶是由6个亚基构成的。
在具有活性的蛋白质中，有些只有三级结构，没有四级结构，如肌红蛋白、细胞色素C等；而有些蛋白质只有在四级结构时，才具有活性，如谷氨酸脱氢酶、血红蛋白等。
5.蛋白质的结构和功能关系两例
每一种蛋白质都有特定的生物学功能，这是由它们特定的结构决定的。下面以肌红蛋白和血红蛋白为例，说明蛋白质结构和功能的关系。
肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质。在潜水哺乳类如鲸、海豹和海豚的肌肉中肌红蛋白含量特别丰富，致使它们的肌肉呈棕色。由于肌红蛋白能够储氧，使这些动物能长时间潜在水下。肌红蛋白是一条由153个氨基酸残基组成的肽链，盘绕一个血红素（辅基）而形成的，其分子折叠紧密，相对分子质量为16 700（图7）。
肌红蛋白分子内外层的氨基酸残基的排列都有一定的规律，具有极性基团侧链的氨基酸残基几乎全部分布在分子的表面，而非极性的残基则被埋在分子内部，不与水接触。正是因为分子表面极性基团与水分子的结合，才使肌红蛋白具有可溶性。
肌红蛋白中有1个含二价铁Fe(Ⅱ)的血红素辅基（或称铁卟啉），位于肌红蛋白分子表面的洞穴内，铁原子位于卟啉环的中心。CO与Fe(Ⅱ)的结合力比O2约大200倍。当CO多而O2缺乏时，肌红蛋白的大部分都以CO—肌红蛋白存在，此时机体就可能因缺O2而死亡。
血红素中的Fe(Ⅱ)能进行可逆氧合作用。铁原子如果处在水环境中，很容易被氧化成Fe(Ⅲ)，失去氧合能力。肌红蛋白正好为血红素提供了一个疏水洞穴，避免了二价铁原子发生氧化，从而保证了血红素的氧合能力。
血红蛋白是一个含有两种不同亚基的四聚体，由两条α链和两条β链组成（图8）。
血红蛋白的每一个亚基都含有一个血红素辅基。α链由141个氨基酸组成，β链由146个氨基酸组成，各自都有一定的排列次序。血红蛋白分子中四条链各自折叠卷曲形成三级结构，再通过分子表面的一些次级键（主要是盐键和氢键）的结合而联系在一起，互相凹凸相嵌排列，形成一个四聚体的功能单位。α链和β链的一级结构差别较大，但它们的三级结构却大致相同，并和肌红蛋白相似，这反映它们在主要功能上也具有相似性，即都能进行可逆的氧合作用。但是血红蛋白在进行氧合作用时表现出别构现象。
别构现象是指当某些蛋白质表现其功能时，其构象会发生改变，从而改变了整个分子的性质。例如，血红蛋白的四聚体具有稳定的结构，但与氧的亲合能力很弱。当氧和血红蛋白分子中一个亚基血红素铁结合后，就会引起该亚基的构象发生改变，这个亚基构象的改变又会引起另外三个亚基相继发生变化、整个血红蛋白分子构象的改变，会使所有亚基血红素铁原子的位置都变得适于与氧结合，血红蛋白与氧结合的速度大大加快。
血红蛋白是一个四聚体，它的整个结构要比肌红蛋白复杂得多，因此表现出肌红蛋白所没有的功能，例如，除运输氧外，还能运输H+和CO2。此外，血红蛋白与氧的结合受到环境中其他物质的调节，如H+和CO2，以及有机磷酸化合物的调节。
6.蛋白质功能的多样性
蛋白质的一个最重要的生物学功能是作为新陈代谢的催化剂──酶。绝大多数酶都是蛋白质。生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的。
蛋白质另一个重要的生物学功能是作为生物体的结构成分。例如，细胞中的细胞膜、线粒体、叶绿体和内质网等都是由不溶性蛋白质与脂质组成的。人和动物的肌肉等组织的主要成分也是蛋白质，如横纹肌中的球状蛋白，平滑肌中的胶原蛋白，毛、甲、角、壳、蹄中的角蛋白等。
蛋白质的又一个重要的功能是调节或控制细胞的生长、分化和遗传信息的表达，如阻遏蛋白等。
除此之外，蛋白质还具有其他功能。
有些蛋白质具有运动的功能。例如，肌纤维中的肌球蛋白和肌动蛋白，是肌肉收缩系统的必要成分，它们伴随着肌原纤维的收缩而产生运动。细菌的鞭毛或纤毛蛋白也能产生类似的活动。近年来发现，在非肌肉的运动系统中也普遍存在着运动蛋白。
有些蛋白质具有运输的功能。例如，脊椎动物红细胞里的血红蛋白和无脊椎动物中的血蓝蛋白，在呼吸过程中都起着输送氧的作用。血液中的脂蛋白有运输脂质的作用。
有些蛋白质对生命活动起调节作用。例如，胰岛细胞分泌的胰岛素能参与血糖的代谢调节，降低血液中葡萄糖的含量。
有些蛋白质参与机体防御机能，如抗体。
有些蛋白质可以作为受体，起接受和传递信息的作用。例如，接受各种激素的受体蛋白，接受外界刺激的感觉蛋白（如味蕾上的味觉蛋白）等。
近年来，对于蛋白质的研究，取得了一些突破性的成果，例如，用蛋白质工程的方法制成在低温下保存半年的干扰素，用于微电子方面的蛋白质元件等。由此可见，人类对蛋白质的应用具有十分广阔的前景。
7.蛋白质的变性
实践经验告诉我们，吃鸡蛋前要将鸡蛋煮熟，并且知道煮熟的鸡蛋，蛋白会变成固态，不再溶于水；实践经验还告诉我们，为了防止病人不受感染，必须对医疗器具进行消毒。我们为什么要对鸡蛋和医疗器具进行这样的处理？或者说这样处理的根据是什么呢？从生化观点来看，是利用蛋白质分子在物理或化学因素的影响下，原有的空间构象发生改变，从而造成蛋白质分子原有的理化性质和生物活性的改变。这种现象在生物化学上叫做蛋白质的变性。
能使蛋白质变性的因素很多，化学因素有强酸、强碱、重金属离子，以及某些弱酸、尿素、酒精、丙酮等；物理因素有加热（70～100 ℃）、剧烈振荡或搅拌、超声波、强磁、紫外线照射及X射线等。
蛋白质变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。蛋白质生物活性的丧失是蛋白质变性的主要特征。
变性后的蛋白质还表现出各种理化性质的改变，如溶解度降低，易形成沉淀析出。此外，还有结晶能力丧失，球状蛋白分子形状改变等。
从蛋白质本身结构看，肽链变得松散，易被蛋白水解酶消化，因此，一般认为，蛋白质在体内消化的第一步是蛋白质的变性。
蛋白质变性在实际应用上具有重要意义。在临床工作中经常应用酒精、加热、紫外线等来消毒、杀菌，这实际上也就是利用这些手段，使菌体和病毒的蛋白质变性而失去其致病性和繁殖能力。在化验工作中常用钨酸或三氯醋酸使血液中的蛋白质变性沉淀，然后取其滤液进行血液中非蛋白化合物的分析。在急救重金属盐中毒时也常常利用蛋白质的这一特性。例如，汞中毒时，早期可以服用大量乳制品或鸡蛋清，使蛋白质在消化道中与汞盐结合成变性的不溶解物，以阻止有毒的汞离子吸收入体内，然后再设法将沉淀物自胃中洗出。
一般认为蛋白质的变性作用，主要是蛋白质分子的空间结构发生了改变。因为蛋白质分子是通过氢键、离子键等，使蛋白质形成一定的空间构型的，而促使变性的理化因素可使氢键、离子键等断裂，这时，蛋白质分子就从原来有序的卷曲的紧密结构变为无序的松散的伸展结构。但在变性过程中，蛋白质分子中的肽键并未断裂，它的化学组成也没有改变，也就是说，蛋白质分子的一级结构并没有改变。
变性后的蛋白质溶解度降低，也是由于肽链的展开，使原来朝向分子内部的疏水基团趋向表面，原来分布在分子表面的亲水基团被掩盖，从而造成蛋白质分子表面构成水膜的程度下降，蛋白质水合作用减少。
蛋白质的变性作用如果不过于激烈，蛋白质分子的内部结构变化不大，变性就是可逆的。例如，胃蛋白酶加热到80～100 ℃时会失去溶解性，并丧失消化蛋白质的能力，但如果再将温度降到37 ℃，它会恢复溶解性与消化蛋白质的能力。
蛋白质的变性作用并不都是可逆的，随着变性时间的增加，条件的加剧，变性的程度也会加深，如豆腐就是大豆蛋白在煮沸和加盐的条件下形成的变性蛋白的凝固体。这样的变性作用是不可逆的。
由于蛋白质的变性作用具有上述条件和特点，在制备蛋白质和酶制剂，以及进行蛋白质的操作时，应注意保持低温，并避免强酸、强碱、重金属盐类，以及震荡等情况发生；相反，在需要去掉不必要的蛋白质时，则可利用蛋白质的变性作用使之沉淀而除去。
──核酸
一、 教学目标
1.说出核酸的种类，简述核酸的结构和功能。
2.以特定的染色剂染色，观察并区分DNA和RNA在细胞中的分布。
二、教学重点和难点
1.教学重点
核酸的结构和功能。
2.教学难点
观察DNA和RNA在细胞中的分布。
三、教学策略
本节虽然在题目中提出了遗传信息，但是对遗传信息的深入理解需要在《遗传与进化》模块完成。这节重点是让学生了解承载遗传信息的物质──核酸。因此教学的直观性非常重要。
1.利用“问题探讨”唤起学生对遗传物质的记忆，激发学习兴趣。
由于现代科学技术的发展使DNA研究成果的应用范围愈来愈广泛，学生听到、看到有关DNA应用的报道是很多的，因此，对于“DNA指纹法”在案件侦破中的作用可能略有所知。这也是学生倍感兴趣的内容。教师要给学生适当的空间进行表达交流，尽可能地让所有学生共享他们对遗传物质──核酸的认识。
2.通过实验观察，获得感性认识，解决核酸在细胞中的分布。
教材提到了“核酸存在于所有细胞中”，物质的存在具有可检测性，因此“观察DNA和RNA在细胞中的分布”是重要的学习活动。实验材料选择了人的口腔上皮细胞，主要是考虑到取材方便。教师还可以准备常见的动植物细胞供学生观察，使他们认识到组成生物体的核酸包括DNA和RNA。这个实验比较简单，效果也非常明显，因此教师可以指导每个小组的学生分别观察1～2种材料，通过总结归纳，得出DNA和RNA在细胞中分布的特点。
3.联想“细胞核是遗传信息库”，将抽象的语言变为直观的图解，认识核酸的结构。
在初中学习有关细胞的生活的内容时，学生已经知道细胞核内具有储存遗传信息的物质──DNA。但是受认知水平的限制，学生还不知道DNA的结构。因此在讲述核酸的结构时，要以学生已有的知识为基础，利用学生具有的化学知识，让学生看懂脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸结构图解、DNA和RNA在化学组成上的区别图解，以及核苷酸长链的特点，为《遗传与进化》模块的学习奠定基础。
四、答案和提示
（一）问题探讨
1.提示：脱氧核糖核酸。DNA是主要的遗传物质，而每个人的遗传物质都有所区别，因此DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息。
2.提示：DNA鉴定技术还可以运用在亲子鉴定上。在研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系等方面，也可以利用DNA鉴定技术。
3.提示：需要。因为DNA鉴定只是提供了犯罪嫌疑人的遗传物质方面的信息，还需要有嫌疑人是否有作案动机、时间，是否在犯罪现场，是否有证人等其他证据。如果有人蓄意陷害某人，也完全有可能将他的头发、血液等含有DNA的物质放在现场。因此案件侦察工作应在DNA鉴定的基础上，结合其他证据确定罪犯。
（二）旁栏思考题
原核细胞的DNA位于拟核区域。
（三）练习
基础题
1.（1）√；（2）√?；（3）√?。
2.C。3.C。
五、参考资料
1.核酸的发现
1868年，在德国化学家霍佩—赛勒（Hoppe?Seyler）的实验室里，有一个瑞士籍的研究生，名叫米舍尔（F.Miescher, 1844—1895），他在实验室所承担的工作是研究脓血中细胞的化学成分。当时实验室附近有一家医院，常常扔出许多带脓血的绷带，脓血里有与病菌“作战”而死亡的白细胞以及其他死亡的人体细胞。米舍尔细心地用洗脱的办法将绷带上的脓血收集起来。他先用酒精把细胞中的脂肪性物质去掉，然后用猪胃黏膜的酸性提取液（一种能除掉蛋白质的胃蛋白酶粗制品）进行处理，结果发现细胞的大部分被分解了，而细胞核只是缩小了一点儿，仍然保持完整。得到细胞核后，米舍尔对组成细胞核的物质进行了化学分析，发现细胞核内含有与细胞内其他有机物明显不同的物质，这种物质的磷含量很高，远高于蛋白质，而且对蛋白酶有耐受性。米舍尔认为这是一种新物质。霍佩—赛勒当时是生物化学界的权威，治学严谨，他要在亲自做实验验证米舍尔的工作后，才允许米舍尔发表这个成果。霍佩—赛勒用酵母细胞做实验，证实了米舍尔的发现。米舍尔将他发现的新物质命名为“核素”。核素十分不稳定，提取时必须非常小心，速度要快，还得保持很低的温度。为了制备核素，米舍尔常常从清晨5∶00就开始在低温的房间里工作，这大大影响了他的健康。由于积劳成疾，他51岁就离开了人间。
霍佩—赛勒的另一个学生，德国的科塞尔（A.Kossel, 1853—1927），发现核素是蛋白质和核酸的复合物。他小心地水解核酸，得到了组成核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，还有些具有糖类性质的物质和磷酸。确定了核酸这个生物大分子的组成之后，随之而来的问题是这些物质在大分子中的比例，它们之间是如何连接的。斯托伊德尔（H.Steudel）找到了前一个问题的答案。通过分析，他发现单糖、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例为1∶1∶1。限于当时的实验条件，后一个问题没有完全解决，科塞尔及其同事只是发现，如果小心地水解核酸，糖集团与含氮的基团是连在一起的。科塞尔还对核酸与蛋白质的结合方式进行了研究。他发现有些物种的核酸与蛋白质结合比较紧密，有些则比较松散。科塞尔因其在核酸化学领域的开创性工作，荣获1910年的诺贝尔生理学或医学奖。
1911年，科塞尔的学生列文（P.A.T.Levine,1869—1940）对核酸做了进一步的研究。他证明核酸所含的糖类由5个碳原子组成，并将这种糖类命名为核糖。当时已经发现两种不同的核酸，列文找到了它们之间的区别：它们中的五碳糖不同。另一种糖类比核糖少一个氧原子，称为脱氧核糖。两种核酸也由原来的名字改为核糖核酸和脱氧核糖核酸。1934年，列文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。他认为核酸是由五碳糖与磷酸基团组成的长链，每一个五碳糖上再接一个碱基。列文认为这些碱基可能以一种非常简单的方法排列，如12341234等，每个数字代表一种特定的碱基。这个模型后来被称为核酸结构的四核苷酸假说。列文虽然没有获得诺贝尔奖，但他的贡献有目共睹，并将永远留在核酸化学的历史中。
弄清物质结构的最终证明是成功地合成出这种物质。核酸的结构问题很复杂，糖类和碱基都是结构比较复杂的组分，有多种连接的可能，而且还有磷酸基团的位置问题。英国生物化学家托德（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辅酶方面的贡献而获得1957年诺贝尔化学奖。
核酸功能的阐明以及DNA双螺旋结构的揭示的科学发现史已为大家所熟知，《遗传与进化》模块将做详细的介绍，这里不再赘述。
2.核酸的分离和提纯
研究核酸首先要对其进行分离和提纯。制备核酸要注意防止核酸的降解和变性，尽量保持其在生物体内的天然状态。早期研究时，由于受到方法上的限制，得到的样品往往是一些降解产物。要制备天然状态的核酸，必须在温和的条件下进行，防止过酸、过碱，避免剧烈搅拌，尤其是防止核酸酶的作用。
真核生物中的染色体DNA与组蛋白结合成核蛋白（DNP），存在于核内。DNP溶于水和浓盐溶液（如质量浓度为1 mol/L的NaCl溶液），但不溶于质量浓度为0.14 mol/L的NaCl溶液。利用这一性质，可将细胞破碎后用浓盐溶液提取，然后用水稀释至0.14 mol/L，使DNP纤维沉淀出来，缠绕在玻璃棒上，再经多次溶解和沉淀以达到纯化目的。苯酚是很强的蛋白质变性剂，可用苯酚抽提，除去蛋白质。用水饱和的苯酚与DNP一起振荡，冷冻离心，DNA溶于上层水相，不溶性变性蛋白质残留物位于中间界面，一部分变性蛋白质停留在酚相。如此操作反复多次以除净蛋白质。将含DNA的水相合并，在有盐存在的条件下加2倍体积冷的乙醇，可将DNA沉淀出来。再用乙醚和乙醇洗涤沉淀，用这种方法可以得到纯的DNA。
RNA比DNA更不稳定，而且RNase又无处不在，因此RNA的分离更为困难。制备RNA通常需要注意3点：（1）所有用于制备RNA的器具必须灭菌；（2）在破碎细胞的同时加入强变性剂使RNase失活；（3）在RNA的反应体系中加入RNase的抑制剂。目前最常用的制备RNA的方法有两种：（1）用酸性盐/苯酚/氯仿抽提。是极强烈的蛋白质变性剂，它几乎使所有遇到的蛋白质都变性。用苯酚和氯仿多次除净蛋白质。此法用于小量制备RNA。（2）用盐/氯化铯将细胞抽提物进行密度梯度离心。蛋白质在最上层，DNA位于中间，RNA沉在底部。此法可制备较大量高纯度的天然RNA。不同功能RNA常分布于细胞的不同部位，分离这些RNA常常先用差速离心法，将细胞核、线粒体、叶绿体、细胞质等各部分分开，再从这些部分中分离出RNA。
3.核酸的水解
核酸的嘌呤碱和嘧啶碱与戊糖形成糖苷键。戊糖有两种：核糖和脱氧核糖，所以形成4种糖苷，即嘌呤核苷、嘌呤脱氧核苷、嘧啶核苷、嘧啶脱氧核苷。磷酸基与两种糖类分别形成核糖磷酸酯和脱氧核糖磷酸酯。所有糖苷键和磷酸酯键都能被酸、碱和酶水解。
水解核酸的酶种类很多。非特异性水解磷酸二酯键的酶为磷酸二酯酶；专一水解核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶。核酸酶按底物专一性分类，又可分为作用于核糖核酸的核糖核酸酶，作用于脱氧核糖核酸的脱氧核糖核酸酶；按对底物作用的方式，可分为核酸内切酶和核酸外切酶。内切酶的作用点在多核苷酸链的内部，而外切酶的作用点从多核苷酸链的末端开始，逐个地将核苷酸切下，从而对核酸进行降解。也有少数酶既可内切，也能外切。
4.核酸在不同生物（细胞）中的分布状况
所有生物细胞都含有DNA和RNA这两类核酸。原核细胞DNA集中在拟核。真核细胞DNA分布在核内，与蛋白质组成染色体（染色质）。线粒体、叶绿体等细胞器也含有DNA。病毒或只含DNA，或只含RNA，从未发现两者兼有的病毒。原核生物DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA。所谓质粒是指拟核DNA外基因，它能够自主复制，并表现出特定的性状。真核生物染色体DNA是线型双链DNA。病毒DNA种类很多，结构各异。动物病毒DNA通常是环状双链或线型双链。植物病毒基因组大多是RNA，DNA较少见。少数植物病毒DNA或是环状双链，或是环状单链。噬菌体DNA多数是线型双链，也有为环状双链的。
参与蛋白质合成的RNA有三类：转移RNA（tRNA）,核糖体RNA（rRNA）和信使RNA（mRNA）。无论是原核生物或是真核生物都有这三类RNA。20世纪80年代以来，陆续发现许多新的具有特殊功能的RNA，几乎涉及细胞功能的各个方面。病毒RNA种类很多，结构也是多种多样的。
5.核酸中核苷酸的连接方式
核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子，无分支结构。核酸中的核苷酸以磷酸二酯键彼此相连。DNA中的脱氧核糖核苷酸，通过3′，5′-磷酸二酯键连接起来，形成直线形或环形多聚体（图9）。组成RNA的核苷酸也是以3′，5′磷酸二酯键彼此连接起来的（图10）。
一、 教学目标
1.概述糖类的种类和作用。
2.举例说出脂质的种类和作用。
3.说明生物大分子以碳链为骨架。
二、教学重点和难点
1.教学重点
（1）糖类的种类和作用。
（2）生物大分子以碳链为骨架。
2.教学难点
（1）多糖的种类。
（2）生物大分子以碳链为骨架。
三、教学策略
1.情境创设
本节学习的内容与学生的生活和身体健康关系密切，教学中要善用这些有利因素，积极地引导学生进入新课的学习。教学中可以按照教材中的问题探讨创设情境，让同学们观察课本上的图片，从平日熟悉的食物中思考我们如何利用食物中的有机物，通过学生对糖类和脂质认识的基础做切入点，将学生引入新课。当然教学方法是多样的，教师可以根据自己熟悉的方法，结合当地学生的实际，采用不同的素材创设问题情境。比如也可以问问学生，为什么低血糖的病人需要及时补充糖类，否则会发生晕眩？人的肥胖症

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