大學本科生物化學物質代謝的教學探討與分析

紀劍輝+周穎君+楊立明+胡風越

摘 要：生物化學中物質代謝是該門課程教學中的重點和難點，為進一步深入探討如何把握教學重點和提高教學效果，本文以三大物質代謝的教學為線索，從教學重點和教學手段的革新等方面著手，探討了生物化學物質代謝部分的教學改革，對相關教學過程作了解析，旨在促進教師教學及學生學習效果的提高。

關鍵詞：生物化學 物質代謝 本科教學 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2017）10-0035-02

1 引言

高等生物體內涉及糖類、脂質和蛋白質三大物質的代謝是整個大學生物化學教學中占比最大的一部分。從其關聯(lián)性上看，三大物質代謝在生物體內是高度關聯(lián)且相互制約。從整體去看，在整個代謝過程中，糖類和蛋白質可以實現(xiàn)相互轉化，且糖類代謝產物又可以通過氨基酸轉換作用形成非必需氨基酸。此外，糖類代謝產物也可以轉化成脂肪，而脂肪又可以進一步分解產生甘油、脂肪酸，后兩者又可以轉化成糖類。從糖類和脂類關系看，糖類可以轉化成脂肪，而脂肪卻不能大量轉化成糖類，脂肪的分解主要產生乙酰輔酶A，乙酰輔酶A可以進入三羧酸循環(huán)產生能量ATP分子。另外，生物體內的脂肪雖不能轉化為氨基酸，但在部分植物和微生物體內卻可以實現(xiàn)這一轉變過程；一些氨基酸可以通過不同途徑轉變成甘油和脂肪酸進而合成脂肪。因此，從整體看，三大物質代謝之間存在密切關聯(lián)性，由于其涉及知識點眾多又相互關聯(lián)，因此一直是教師教學以及學生學習過程中較難把握的一部分。本文從三個教學重點和三個教學手段入手，探討如何提高生物化學物質代謝部分的教學效果。

2 需要重視的三個教學重點

2.1 抓住關鍵節(jié)點，以點帶面，以乙酰輔酶A在物質代謝中的關鍵地位為例分析

關于此點，理清相關線索，對于學生今后學習糖代謝、脂類代謝等是非常重要的，可以讓學生對物質代謝形成全面的認識。在本文中對于相關知識點，不再過多闡述，只強調兩點：第一點是我們可以看出整個物質代謝是以乙酰輔酶A作為紐帶而存在的。筆者在教學中曾給學生打個比方，物質代謝猶如我國的鐵路網(wǎng)絡，一些重要的物質所處位置則如同一些樞紐站點。乙酰輔酶A的重要性猶如鐵路樞紐中的北京站，可以實現(xiàn)四通八達的去向。通過這一啟發(fā)，學生興趣得到激活。筆者甚至布置了一個有趣的作業(yè)，對照物質代謝圖，大家發(fā)揮想象，看看其他物質分別可以用哪些站點來替換。第二點則是在三大物質代謝中，需要抓住關鍵節(jié)點問題，在糖代謝過程中是6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油、丙酮酸、乙酰輔酶A。至于三羧酸循環(huán)中的à-酮戊二酸、琥珀酰輔酶A、延胡索酸及草酰乙酸則是與氨基酸代謝相關聯(lián)的。以乙酰輔酶A為例，可以由丙酮酸轉變而來，又可以與草酰乙酸縮合形成檸檬酸；通過形成乙酰乙酰輔酶A形成生酮氨基酸，部分氨基酸代謝又可以形成乙酰輔酶A；此外，乙酰輔酶A可以合成膽固醇或者酮體；乙酰輔酶A的另一個重要途徑則是在脂肪酸的分解與合成途徑；因此，如何把乙酰輔酶A的來源去路交代清楚，有利于學生總體上把相關思路梳理清楚。

2.2 掌握相通規(guī)律，化簡為繁，以胰島素和胰高血糖素兩者在物質代謝中的作用為例

我們以胰島素和胰高血糖素兩者在代謝中的作用為例，闡明如何把握復雜知識點中的關鍵點，從而達到化繁為簡的效果。胰島素的主要作用是促進血糖進入肝臟、肌肉、脂肪等組織細胞并在細胞內合成糖原、氧化分解和轉化成脂肪，而胰高血糖素的作用是促進肝糖原的分解和非糖物質的轉化。生物體內血糖的濃度需要維持在一個穩(wěn)定的水平，過高和過低都不利于生物體的新陳代謝過程。當血糖過低時，胰高血糖素的分泌則增多，從而提升血糖含量；當血糖過高時，胰島素的分泌增多，從而降低血糖含量。我們可以總結為胰島素的作用是降低血糖，胰高血糖素的作用是升高血糖，因此胰島素和胰高血糖素兩者的關系是相互拮抗的。在糖代謝、脂類代謝的講授中，我們都會提到代謝調控的問題。筆者在實際講授中，是把胰島素和胰高血糖素對于物質代謝的調節(jié)作為一個整體去講授，而沒有分開到每個章節(jié)。此外，讓學生牢牢把握一個觀點即“胰島素降低血糖，胰高血糖素升高血糖”也就抓住了問題的關鍵點。

2.3 明確發(fā)生的場所，以乙酰輔酶A在線粒體和細胞質的轉運為例

關于乙酰輔酶A在線粒體和細胞質的轉運，實際上是回答乙酰輔酶A的來源去路問題。弄明白這個問題，也就弄明白了糖酵解、三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化及合成之間的關聯(lián)。從糖酵解到三羧酸循環(huán)，葡萄糖→丙酮酸→乙酰輔酶A→CO2+H2O，這個過程前半部分發(fā)生在細胞質基質中，后半部分發(fā)生在線粒體內，主要涉及丙酮酸的穿梭問題；從乙酰輔酶A→脂肪酸→脂肪，這一過程，則要涉及乙酰輔酶A如何從線粒體再次轉運到細胞質基質中，這一過程主要涉及檸檬酸-丙酮酸穿梭機制；脂肪氧化分解產生乙酰輔酶A，所產生的乙酰輔酶A直接在線粒體內，后期可以直接利用而進入三羧酸循環(huán)或者生成胴體。膽固醇的合成也需要大量的乙酰輔酶A，其合成部位主要是胞液和內質網(wǎng)中，因此乙酰輔酶A同樣涉及從線粒體轉運到胞液的過程，這一過程涉及檸檬酸-丙酮酸穿梭機制。因此我們可以看出，以乙酰輔酶A為例，了解其來龍去脈，實際上也就把糖代謝和脂類代謝等進行了融合，從而讓學生明白，代謝中的任何物質都不是孤立存在的，它們處于一個龐大的網(wǎng)絡體系中。

3 需要重視的三個教學手段

3.1 充分結合應用視頻開展動畫教學，加深學生的認識

生物化學是生物學的重要分支學科之一，對于生物科學、生物技術以及生物工程等專業(yè)學生而言，生物化學是一門內容龐雜、知識點眾多而較難學好學透的一門課程。目前，多媒體技術在教學中的廣泛應用則極大地改變了這一狀況，在某種程度上也提高了生物化學的教學質量及學生的學習效果。在這方面，F(xiàn)LASH動畫在生化教學中的應用，克服了傳統(tǒng)教學方式無法有效表達微觀世界的動態(tài)生化過程的弱點，從而取得了極好的教學效果。目前來看，在分子生物學課程教學中，涉及DNA復制、轉錄、翻譯等相關過程的教學因FLASH動畫視頻的使用，已在教學中取得了很好的經驗，但是在生物化學課程中，尤其是物質代謝過程相關視頻動畫的使用仍不多。筆者在三羧酸循環(huán)這一章節(jié)教學過程中，采用視頻動畫的播放和講解，取得了很好的效果，相關效果主要表現(xiàn)在以下三方面：一是讓學生能夠動態(tài)的去理解相關物質是如何轉變的。三羧酸循環(huán)涉及9步反應，每一步都有相關酶參與，如果只是板書很難讓學生充分理解酶在這一過程中是如何參與底物和產物變化的；如果更進一步去講丙酮酸脫氫酶系和à-酮戊二酸脫氫酶系所涉及的相關反應過程，則涉及3個酶及多個輔酶，相關過程則更加繁雜，動畫很好的解決了這一問題，能夠讓學生直觀的發(fā)現(xiàn)反應的整個變化過程，實現(xiàn)變復雜為簡單的效果。二則是為學生營造了一個生動逼真、繪聲繪色的教學場景，當學生發(fā)現(xiàn)如此復雜的機制通過動畫變得簡單又有趣的時候，不僅克服了畏難情緒又調動了學習興趣，轉而在興趣的引導下主動地學習。三則是方便學生復習和回顧。學生在課后不用死抱書本不放，覺得有遺忘的時候，隨時可以溫習下相關知識點。此外，即使在較長時間后，重新去溫習視頻也比單純的看教材和PPT更加簡單。從目前學生學習效果來看，筆者非常推薦在生物化學及分子生物學甚至其他主干課程中運用相關動畫來促進教學工作的進行，其效果往往是事半功倍的。endprint

3.2 重視物質結構的記憶和理解，提高學習效率

在教學三羧酸循環(huán)的過程中，筆者讓學生關注物質結構的變化與能量轉變的問題。從三羧酸循環(huán)的整個過程我們發(fā)現(xiàn)，相關物質碳原子數(shù)量的變化是與能量變化密切相關的。從物質結構入手去理解能量的變化則使整個過程的講解既有了線索，又照顧了重要知識點的理解。前面我們已經提到在三羧酸整個循環(huán)過程中，涉及5次脫氫反應和1次底物水平磷酸化作用。通過分析，我們可以清楚看到，5次脫氫反應有3次都涉及碳鏈骨架中C原子數(shù)變化，分別是丙酮酸到乙酰輔酶A，異檸檬酸到à-酮戊二酸和à-酮戊二酸到琥珀酰輔酶A，仔細看這3次脫氫反應實際上是伴隨脫羧作用的，進一步觀察可以發(fā)現(xiàn)這3次脫氫反應均形成NADH。另外兩次脫氫反應，我們分析后發(fā)現(xiàn)兩次反應底物和產物都是4C，因此僅僅發(fā)生脫氫反應后形成雙鍵。

3.3 結合生活的事例，提高學生的學習興趣

生物化學課程需要學生有比較扎實的物理化學數(shù)學等相關課程的知識，因此對學生而言學習難度較大，也是學生比較頭疼的一門課程。涉及到代謝這一部分，尤其考驗學生的理解能力，因此，教師采用什么樣的教學手段進行教學活動，在很大程度上會影響學生的學習熱情。在教學中，筆者發(fā)現(xiàn)結合生活中的一些事例，既可以讓學生較容易接受所學知識，又可以激發(fā)起學生的興趣。一個事例就是目前飲料市場上的功能飲料成分的分析。在講述氨基酸的衍生物牛磺酸的時候，筆者提到目前比較紅火的功能飲料紅牛，紅牛為什么可以提神？牛磺酸是如何參與物質代謝過程的？以紅牛為例，學生就容易明白牛磺酸的具體作用機制。另一方面也讓學生明白，生化知識是和我們的生活密切相關的，而不是一門脫離生活的課程。

4 結語

生物化學物質代謝這一部分盡管內容繁雜、知識點較多，但并不是完全不可把控。教師應該充分應用現(xiàn)代教學手段，扎實備課，既要站在育人者的角度去教學，同時又要換位思考，站在學生角度去考慮如何讓剛接觸這門課程的學生理解相關知識、激發(fā)學習興趣。總而言之，知識學而不盡，方法和手段卻是融匯貫通的。

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