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，動手實驗探究，同時結(jié)合一系列生命科學(xué)的前沿發(fā)展事實，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的探究熱情，體會蛋白質(zhì)在生命科學(xué)中的意義，培養(yǎng)實驗探究的發(fā)散思維。

關(guān)鍵詞：思考;探究;發(fā)散思維

文章編號：1008-0546（2018）10-0036-02 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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、性質(zhì)之后，進(jìn)一步了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，體會蛋白質(zhì)在生命科學(xué)中的重要意義。蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)是對氨基酸知識的延伸，同時也為生物課程相關(guān)知識的學(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。

二、教學(xué)設(shè)計思路

本次課堂設(shè)計緊密結(jié)合教材內(nèi)容，針對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產(chǎn)生氫鍵，你們手中肽鏈的結(jié)構(gòu)會發(fā)生怎么樣的變化？”“能否將同學(xué)們手中的二級結(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、動手實驗，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，使得學(xué)生形成科學(xué)探究的學(xué)習(xí)品質(zhì)。同時，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、鐮刀型貧血癥、人類蛋白質(zhì)組計劃，可以讓學(xué)生在探索實驗過程中體會科學(xué)家探索蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷程，體會化學(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)目僅為正常人的一半，紅細(xì)胞外形呈現(xiàn)出長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，重視動手實驗，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】英國生化學(xué)家桑格在20世紀(jì)40年代測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。

【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產(chǎn)生氫鍵，你們手中的肽鏈的結(jié)構(gòu)會發(fā)生怎么樣的變化？動手試試。

【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產(chǎn)生氫鍵，即會產(chǎn)生一個作用力，在這種力的作用下，肽鏈會呈折疊結(jié)構(gòu)（如圖2）。

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

【史實展示】美國科學(xué)家鮑林和科里共同研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級結(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)的二級結(jié)構(gòu)，就像剛剛同學(xué)們通過實驗得到的結(jié)構(gòu)。

【教師】能否將同學(xué)們手中的二級結(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】肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)模型

【教師】蛋白質(zhì)分子在二級結(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)行實驗。

【小組1】將小組里多個三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈排列成一條直線，結(jié)果如圖5。

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

【小組3】將小組里多個三級結(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)的四級結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的四級結(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】血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)模型

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

【投影】蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)發(fā)展過程以及人類蛋白質(zhì)組計劃

【總結(jié)】科學(xué)家經(jīng)過艱辛的探究逐步深入認(rèn)識蛋白質(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)組計劃已經(jīng)開始實施，我國承擔(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，認(rèn)識蛋白質(zhì)對生命活動的意義，體會化學(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，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容具有一定的價值。本次教學(xué)設(shè)計的亮點(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，同時培養(yǎng)學(xué)生思考問題的縱向思維。