第二章 生物的新陈代谢 新陈代谢概述教案

三、第二课时：

1．教学过程的设计思路：

2．关于教学过程的说明：

（1）新课的引入方式很多，但总的原则是，从学生已有的认识中提出新问题。如本课可以这样引入：

①通过上节课，我们已经知道，本章讲述的新陈代谢主要是指细胞内所有化学反应的总称。细胞内所有的代谢反应都是在酶的催化下进行的。细胞内的各种结构的功能不同，其原因之一，是它们的结构中所含酶的种类各异（出示细胞亚显微结构图或让学生观察教材中的细胞图），引导学生讨论诸如，线粒体是有氧呼吸的主要场所，是由于彻底氧化分解有机物的酶分布于此；核糖体中有合成蛋白质的酶存在使其成为合成蛋白质的场所；叶绿体内有催化光合作用的酶系……。细胞空间上酶分布的分隔性和酶的高效性、专一性、多样性，使错综复杂的代谢反应，既各自独立又相互协调统一。

②物质变化总是伴随着能量的消耗或释放，细胞是怎样解决能量的有序流动的？如，线粒体的呼吸作用氧化分解有机物释放能量，核糖体合成蛋白质、细胞膜主动运输、高尔基体合成分泌功能等需要能量。从上可见“产能”和“用能”在空间上存在矛盾，细胞是怎样解决这一矛盾的？又如，细胞内有多种能源物质，如糖类、脂肪等有机物都储存着大量且稳定的能量，这些能源物质的稳定性，利于大量地储存能量，但不利于及时灵活地利用这些能量。细胞是怎样解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”这一对矛盾的？

③引导学生联想在人类的生产和生活中是如何解决类似问题的。如，发电厂是如何把电送到用户的？如何利用石油、煤的能量点燃电灯的？农民是如何从生产农产品转化成各种生活工业品的？在学生讨论这些问题的基础上，教师指出，在细胞中联系产能和用能、稳定储能和灵活用能的关键物质是ATP。由此引入ATP的问题。

（2）关于ATP的结构特点，以及ATP和ADP之间的相互转变。可强调以下几点：

①ATP中两个磷酸基团之间（P和P之间）用“～”表示的化学键是高能磷酸键。高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般的共价键的2倍以上，如ATP末端磷酸水解生成ADP和磷酸时，释放出的能量约30.5kJ/mol，而6磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol。这种键称为高能键，常以“～”符号表示。含有高能键的化合物统称为高能化合物。

②高能键（“～”）如ATP末端的高能磷酸键，在一定的条件下很易水解，也很易重新形成。在细胞内释放能量的代谢反应常会伴随ADP转变成ATP，在需能的代谢反应中，一般需要用ATP水解成ADP再将能量释放出来，推动需能代谢反应的进行。

③有资料介绍，正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重，但在体内存在的ATP的量是很少的。ATP和ADP在体内总是处于不断转化中且处于动态平衡之中。

（3）在讨论ATP和ADP相互转化与代谢反应的关系过程中，可引导学生按下图（图2-1）所示的思路进行：

（4）在讨论ATP和ADP之间相互转变与代谢关系后，总结ATP在细胞内能量的转换、运输、利用中的关键作用，并强调以下几点：

①细胞内糖类、脂类等能源物质是比较稳定的，可以相对大量地储存能量，但利用时，都必需经呼吸作用分解释放传递给ATP，转变成活跃的形式，由ATP直接供给各种生命活动利用，解决了“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。

②各种能源物质中的能量，需要转换成ATP这种“能量货币”形式才能利用，有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等，因此，解决了“产能”和“用能”在空间上的矛盾。

（5）本节课时间比较充裕，最后可利用一点时间完成课后复习题或留给学生自由提问和复习。

四、本课题教学中应注意的问题：

1．本节教学如用两课时，第一节内容多，时间比较紧。对代谢概念的讨论中要注意及时概括。在酶的教学中，课前要准备好演示实验，尽可能节约时间，保证内容的完整性。

2．在酶和ATP的教学中，要注意联系第一章细胞的化学成分、细胞的结构和功能，在举例分析时，要注意学生的知识背景。

小资料

一、固定化酶及应用介绍：

1．由于酶的分离与提纯有许多技术性难题，造成酶制剂来源有限、成本高、不利于大规模使用。因此，酶在大规模生产中，使酶能反复使用，是很有经济价值的课题。固定化酶的使用，推动了酶在生产上的应用。固定化酶，就是将酶分子结合在特定的支持物上且不影响酶的功能。用于固定酶的底物有琼脂糖、丙烯酰胺、藻酸钠等。固定化酶技术的应用，一是可循环反复使用酶制剂。据报道，在某些情况下可使用上千次，极大地降低生产成本。二是在生产中，可通过离心法或过滤法把酶与反应液相互分开，在大规模的生产中所需工艺设备比较简单易行。三是稳定性能好等。

2．采用固定化酶技术生产L-氨基酸。1969年日本利用固定化氨基酰酶，由乙酰化-DL-氨基酸连续生产L-氨基酸获得成功，是世界上固定化酶大规模应用的首例。1974年以来，已能将米曲霉的氨基酰化酶固定在DEAE-Sephadex上生产出L-蛋氨酸、L-苯丙氨酸等。工业成本降低约40％，产品广泛应用于食品、医疗、农业等等。

3．采用固定化酶生产高果糖浆。用α-淀粉酶将玉米粉水解生成寡糖，再用葡萄糖淀粉酶处理产生95％～97％葡萄糖。由于葡萄糖的甜度比蔗糖低得多，所以利用葡萄糖异构酶将葡萄糖异构化转变成果糖，就可以解决这一问题。现通过α-淀粉酶、糖化酶和固定化葡萄糖异构酶，将玉米粉转化成含葡萄糖50％、果糖42％、其它糖8％的反应物，称为高果糖浆或果葡糖浆。它虽然是一种混合物，但甜度与蔗糖相当，比葡萄糖高出许多。因此，在饮料、食品生产中大量应用。现在，一些发达国家高果糖浆的年产量已达几百万吨，高果糖浆在许多饮料的制造中已经逐渐代替了蔗糖。

二、酶在细胞内的集中存在和隔离分布对代谢的调节：

在真核细胞中，细胞核、线粒体、高尔基体以及细胞质等均呈分室状态。这种分室，如线粒体，又可分为外膜、内膜、脊、基质等部分。分室是由膜结构分隔的，对各种物质的出入有调节作用。由于分室分隔的结果，使磷酸离子浓度，氧的分压和二氧化碳分压，ATP/ADP的比例等在各分室中保持一定，各分室中的代谢产物也受各分室代谢物的浓度、酶浓度及其它因素浓度的调节。因此，由于细胞这种分室的不同功能，能对代谢进行精细的调节。如果这些分室间的相互联系机制出现紊乱，会引起代谢的紊乱。

另外，各室中的酶系分布也有部位效应，从而对代谢进行调节。如线粒体的外膜和内膜上所含的酶系不同，前者含有与电子转移及氧化磷酸化有关的酶系，后者含有脂肪酸氧化、脂肪酸增长等酶系。上述酶系在膜上的排列对代谢的协调作用具有很大作用。

真核细胞内酶的分布：

①细胞膜上有ATP酶、腺苷酸环化酶等。

②细胞核中有DNA聚合酶连接酶和RNA聚合酶等。

③线粒体中有三羧酸循环、电子传递、氧化磷酸化、尿素循环、脂肪酸氧化、脂肪酸合成酶以及蛋白质合成、DNA、RNA聚合酶等。

④高尔基体中有多糖、核蛋白粘液生成酶。

⑤溶酶体中有各种水解酶等。

⑥叶绿体中有参与光合反应形成ATP、NADPH有关的酶类和暗反应有关的酶系。

三、斐林试剂：

斐林试剂是由氢氧化钠的质量分数为0.1g/mL的溶液和硫酸铜的质量分数为0.05g/mL的溶液配制而成的。它与可溶性的还原性糖（葡萄糖、果糖和麦芽糖）在加热的条件下，能够生成砖红色的氧化铜沉淀。因此，斐林试剂常用于鉴定可溶性的还原性糖的存在与否。

斐林试剂的配制：

甲液氢氧化钠的质量分数为0.1g/mL的溶液。

乙液硫酸铜的质量分数为0.05g/mL的溶液。

使用时，将4滴～5滴乙液滴入2mL甲液中，混合后立即使用。

（北京师范大学第二附属中学曹保义）