中国农业大学 生物化学教案(上)

1中国农业大学生物学院教案课程名称：生物化学(1)教材名称：王镜岩朱圣庚徐长法主编《生物化学》（高等教育出版社，2002年第3版）授课对象：生物学专业二年级本科生开课时间：秋季讲课学时：50学时主讲教师：刘国琴工作单位：生物学院生物化学与分子生物学系2章第一章生物化学导论（2学时）节第一节生物化学学科的建立和发展（1学时）教学目的让学生了解生物化学学科的发展概况及其在生物学中的重要地位，激发学生的学习热情。教学手段讲授、多媒体投影教学重点生物化学学科发展简史、重要成就及与其它学科的关系教学难点激发学生学习生物化学的积极性类别时间教学过程备注导言5分钟首先介绍课程学时、任课教师、考试安排及课程主要内容、参考书。（1）从对个人的介绍，谈到对时间的感受，提示要珍视目前的学生时代；（2）从选择生命科学的教学和科研作为自己毕生职业，谈到生物学科发展的潜力（发挥主动、享受自由、满足好奇、富于挑战、创造知识、改造生命、允许错误），同时提示生物化学在生物学中的重要地位。投影正题43分钟引出生物化学概念：生物化学就是研究生命化学组成及化学变化规律的一门科学。要深入理解生物化学这门学科，首先要对它的建立和发展简史有一个较全面的了解。第一节生物化学学科的建立和发展一、生物化学发展简史分三个阶段介绍。以讲故事的形式，介绍生物化学的前期发展。突出几位科学家的作用。第二阶段主要讲三大发现，突出几位诺贝尔获得者。第三阶段，突出其它学科对生物化学发展的贡献，并由此强调学科交叉的重要性、边缘学科的诞生。二、现代生物化学不断取得新进展举例并结合动画，介绍最新报道（“单分子运动”、“DNA纳米镊子”、“大分子相互作用”等，说明生物化学及相关学科的的快速发展。“分子生物学”是在生物化学发展的基础上建立起来的，而分子生物学的应用和发展还将依赖于继续生物化学的基础理论知识。激发学生认真学好生物化学，一定要走好脚下的第一步。板书多媒体多媒体3正题这里可根据时间，用批判的口气审视目前社会上以及学生中存在的一种“躁动”。提示学生踏踏实实学习。承认每一个学生都是同龄人中的佼佼者，都有很高的智商。是否成功，取决于毅力。只有有毅力、不怕吃苦的人才能成功！智商—毅力—机会“机会”永远属于那些有准备的人！三、生物化学与其它学科的关系四、我国科学家在生物化学领域中的贡献介绍几个在国际上有影响的重要工作（引导学生发言）。中国人是聪明的，勤奋的。强调一定要有“爱国精神”，无论何时何地（举例留学生故事）。五、学好生物化学课程特点：不是研究原子、电子，而是研究具有空间构象的大分子；不是研究单分子行为，而是研究大分子相互作用和精密调节；不是研究独立反应事件，而是研究代谢途径和代谢网络；不是研究非生命体，而是研究能自我复制和遗传的生命体；不是静止不变的理论，而是处于快速发展中。要求：按时上课、必要记忆、及时消化、适量参考。措施：成立学习小组、加强课外讨论、写出书面报告、随机课堂点名板书板书总结2分钟本节我们重点介绍了生物化学发展简史。可以看出生物化学理论来源于科学实践，来源于几代代科学家不懈的努力；生物化学理论知识丰富，所有与生物学有关的专业，包括目前最热门的分子生物学都离不开生物化学的基础知识和基本实验技能。学好生物化学是必要的，相信大家都很重视这门课，并能学好这门课。安排：课外学习小组10人一组，定组长累计学时14章第一章生物化学导论（2学时）节第二、三节（1学时）教学目的认识生命物质的特征和水在生命活动中的作用教学手段讲授、投影教学重点生命物质特征、水的性质与生物学作用教学难点用化学进化的观点理解生命物质，介电常数，水与电解质的作用类别时间教学过程备注导言上节我们刚讲了生物化学的概念和研究内容。生物化学就是研究（停顿，学生回答）生命体“生命化学组成及化学变化规律的一门科学”。现在我们来具体分析一下生命体的化学组成、生命物质的特征。正题48分钟第二节生命体化学组成及生命物质的特征一、生命体的化学组成分析生命体的化学组成，很枯燥，要利用比较法，并从进化的角度帮助学生理解。比较人体、海水、地壳的化学元素差别，给出海洋是孕育生命摇篮的结论。介绍著名实验，证明“甲烷、氨、水、氢气可能是生命进化的原始物质”，“生物分子首先通过化学进化产生”的观点。无机物（甲烷、氨、水、氢气）有机物（氨基酸、氢氧酸、甲醛、氢氰化物）大分子二、甲烷、氨、水、氢气可能是生命进化的原始物质三、生命物质的特征（重点介绍）试着让学生总结：生命物质大多由轻元素（lighterelements）组成生物分子是碳的化合物生物分子都具有三维结构特征生物分子之间的相互作用具有立体特异性细胞中的手性化合物一般仅以一种形式存在板书多媒体四、生物化学反应类型例举化学反应式说明常见反应类型：这里只是让学生对生物化学反应类型有一个概况了解，说明生物化学反应尽管看起来很复杂，但从反应机制看是有规律可寻的。提示学生不要被表面上看似复杂的生物化学反应所吓倒。板书5虽然生物化学反应不计其数，错综复杂，但归纳起来只有五种类型。其中一种就是水解反应。由此过渡到：第三节水—生命的溶剂一、水的重要作用1．水是生命物质的溶剂。2．水作为底物或产物参与生物化学反应。启发学生举例：如水解反应、光合反应、生物氧化反应3．水环境非常适合生命体二、水是极性分子。先给出一组数据：水具有比较高的熔点、沸点和蒸发热（表）。让学生分析：这些特殊的性质来源于相邻水分子间--比较强的吸引力－高的内聚力。提问：为什么有比较高的内聚力？--水是极性分子。帮助分析：水的2个H原子与O原子不是共线性结合，而是呈105度夹角伸出。O趋向于负电性，H趋向于正电性。整个分子呈偶极状态。使相邻水分子O和H成氢键（hydrogenbond）.水分子间的大量氢键维持着水的高内聚力。氢键使水具有不寻常的性质。三、水与溶质形成氢键（略讲）四、水与电解质的作用水化（hydration）电荷屏蔽（chargescreening）水的这两个作用非常重要，不容易理解，要结合中学物理知识，帮助分析：水对屏蔽电相互作用非常有效，因为水的介电常数高。F＝Q1Q2/r2离子间作用力F与所带电荷Q、电荷基团间距r及溶剂的介电常数有关。介电常数是表示溶剂中偶极数量的一种物理特性参数。提问：在极性大的环境中，离子间的作用力是大还是（小）。五、非极性气体难溶于水六、非极性化合物迫使水结构发生变化七、弱键对生物分子结构与功能很重要板书多媒体板书总结2分钟在氢键、离子键、疏水键、范德华力这四种作用力中，范德华力的概念比较抽象。与中学学的概念有出入。中学讲的是“分子间”的弱相互作用。但在生物化学中，因为都是大分子，因此，常强调“原子间”弱相互作用。本质一样。本节课重点掌握生命物质的特征。累计学时26章第二章糖类（Saccharides）6学时（第一讲）节第一节单糖（monosaccharides）（2学时）教学目的以葡萄糖为例，掌握单糖的构型、构象、理化性质，为多糖的学习及糖的代谢打下基础。教学手段讲授，多媒体投影教学重点葡萄糖的分子结构教学难点L-，D-构型，-，-异头体类别时间教学过程备注复习5min水在生命体中的作用？水的特殊性质？导言5min我们在有机化学中曾学习过“糖”。糖类物质是含有多羟基的醛类或多羟基的酮类化合物。为了给后面的糖代谢打下良好基础，我们需要对糖的结构、性质、种类等有更深入的了解，这一章我们将在复习已学知识的基础上，对糖进行进一步剖析。因为部分内容重复，提问要多一些，同学分析多一些。提问正题40min一、葡萄糖的分子结构这一节里，有些在有机化学学过，以复习和提问的形式进度快些。重点讲清L-，D-构型的概念。（与有机化学的概念比较，有机化学是根据顺序法则，D-R，L-S）什么是旋光性？（+）、（-）与L-，D-构型有没有必然联系？为什么？构型和旋光都与不对称碳有关，但并不一定相等。旋光性用比旋光度（旋光率）表示:[]D20变旋现象：一个旋光性物质溶液放置后，其比旋光度改变的现象，称为变旋现象。讲变旋现象时，一般学生只知道概念，不知道本质，要放慢速度，和学生一起分析变旋本质：变旋结构形式的变化与不对称碳有关构型变化？新共价键的形成介绍-，-异头体，要从葡萄糖分子自我成环、葡萄糖的醛基为半缩醛开始，慢慢引入。当半缩醛羟基在环之下为-葡萄糖，在环平面之下为-葡萄糖。板书多媒体7类别时间教学过程备注正题45min吡喃型葡萄糖—六元环，呋喃型—五元环葡萄糖的构象：船式，椅式提问：优势构象？比较分析：构型和构象的区别，包括英文术语。构型（configuration）：分子中原子的特定空间排列。改变构型需要共价键的短裂与重新形成。构象（conformation）：由于分子中单键旋转所产生的原子的空间结构。构象的变化不需要共价键的短裂与形成。下面介绍几种常见重要单糖二、几种重要单糖按类别，各举例说明。在黑板一侧板书代表性单糖的链式分子结构，并指出与代谢的关系，以提示其重要性。所有的单糖都是由甘油醛、二羟丙酮派生来的。甘油醛醛糖；二羟丙酮酮糖醛糖、酮糖关系图（投影），重点介绍如下几种：（一）丙糖（三碳糖）D－甘油醛二羟丙酮它们的磷酸酯是糖代谢的重要中间产物。（二）丁糖（四碳糖）（三）戊糖（五碳糖）（四）己糖（六碳糖）（五）庚糖D－甘露庚酮糖、D－景天庚酮糖和学生一起试着慢慢写出相关的环式结构，并写出-，-两种环式结构。要求：环形结构和线性结构都会写。提示：下节课要让几个同学到黑板上写出一些单糖的环式结构。投影加强板书总结5分这节课重点介绍了几种常见单糖的链式和环式结构。要注意规律，先记住几碳糖，再注意构型，然后按异头体的要求，即可正确写出分子结构。生物体内，糖都是采用D－构型，因此常不写D。重点有：葡萄糖、核糖、脱氧核糖、半乳糖、甘露糖、果糖。在这一节课里，重点掌握几个概念：L-，D-构型，-，-异头体，旋光性表示的（+）、（-）及变旋现象的本质。累计学时48章第二章糖类（Saccharides）6学时（第二讲）节第一节单糖（monosaccharides）（1学时）教学目的掌握糖的理化性质教学手段讲授、多媒体投影教学重点糖的化学性质，糖苷教学难点烯醇式结构的活性类别时间教学过程备注复习10分钟让几个学生上讲台分别写出D-葡萄糖、核糖、脱氧核糖、半乳糖、甘露糖、果糖的环形结构。-，-两种。其他下边写正题40分钟三、单糖的性质（一）物理性质略讲。（二）化学性质有机化学曾经学过一些。在这里注意全面介绍常见反应的同时，重点结合糖代谢中常出现的一些反应类型。酸的作用，突出醛糖、酮糖的鉴定；酯化作用，突出磷酸酯；弱碱作用下的转化，突出烯醇式结构的活性；糖苷，突出概念。糖苷（glycosides）：单糖的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应，失水而形成的缩醛式衍生物。由此形成的键叫糖苷键。糖苷无半缩醛羟基。稳定、无醛的性质。“配糖体”糖苷键的普遍性、多样性。天然存在的糖苷键为型。氧化作用，突出糖的定量反应、糖的还原性。还原作用、成月杀反应略讲。（三）单糖的衍生物略讲板书投影板书总结重点掌握化学性质，尤其是单糖的定性、定量反应。名词：糖苷、糖苷键累计学时59节第二节寡糖（1学时）教学目的掌握常见双糖的分子结构和连键性质、基本化学性质教学手段讲授，多媒体投影教学重点双糖教学难点双糖结构式的书写类别时间教学过程备注导言3分钟这一节课，我们开始接触到双糖和三糖这些较为复杂的分子结构，还属于小分子范围。书上虽然都有，但我们还是不要怕麻烦，要试着慢慢写出来。为后面学习做准备。正题45分钟下面注意大量利用板书写出各种双糖的分子结构，以便让学生随时记录，避免一见分子结构就害怕。注意强调连键性质。一、双糖（disaccharides）（一）麦芽糖2分子－D－葡萄糖，（14）糖苷键有还原性（二）蔗糖（甘蔗含20％）－D－葡萄糖，－D－果糖,（12）糖苷键无还原性（三）乳糖（牛奶中含4－6％）－D－半乳糖，－D－葡萄糖（14）糖苷键有还原性（四）纤维二糖2分子－D－葡萄糖，（14）