唐谨丁

(广西贵港市高级中学 537000)

人教版高中生物学教材中“生命活动的主要承担着——蛋白质”这节内容的重点在氨基酸结构通式的推断，其涉及生物与化学结合的相关知识，而有关蛋白质的相关计算是本节的一个难点。本文围绕教学中学生存在诸多疑问的几个问题，提供教学设计思路如下。

1 化学知识解释氨基酸通式的由来

为什么氨基酸的通式写成如图1，这些化学键有什么意义？尽管学生在高一阶段就涉及高中生物学课程，但他们还未学过有机化学，对于氨基酸通式的书写不甚了解。为此，可将初中学过化学知识与氨基酸通式结合起来，引导学生回忆有关通式中各种原子最外层电子数的排列情况(图2)，其最外层电子要达到多少才能满足稳定结构。

图1 氨基酸的通式

图2 有关各原子的最外层电子数排列情况

在明确除氢原子最外层需2个电子就能达到稳定结构外，其他原子，如碳原子，氧原子和氮原子，最外层满8个电子才能达到稳定结构，由于这些原子本身最外层达不到8个，在与其他原子结合的过程中，会通过共用电子对的形式来达成最外层满8个的稳定结构。共用电子对之间的化学键就是共价键。因此碳原子最外层本身有4个电子，还需得到4个电子才能达到饱和，形成4个共价键。以此类推，氮原子可形成3个共价键连接其他原子，氧原子2个，氢原子可形成1个共价键。

由此，让学生不仅理解氨基酸通式的结构，还能正确书写，为即将学习的脱水缩合过程，肽键的形成与正确书写，做了铺垫。

2 数学模型建构与图文分析策略解决有关蛋白质的计算

2.1 有关肽链中的肽键数、水分子数与氨基酸个数的关系推导 如图3所示，氨基酸与肽键通过脱水缩合作用，两个氨基酸形成二肽；在此基础上，再加一个氨基酸脱水缩合接着形成三肽；依次类推，最后得到多肽；多肽经过盘旋折叠最终形成蛋白质。其中有些蛋白质由一条多肽链构成；有些蛋白质由几条多肽链盘旋折叠形成。通过教师引导，并让学生分析肽链结构，在表格中填写氨基酸数和肽链数，肽键数与脱去的水分子的个数，推断出它们之间的关系。推断出氨基酸、肽链数，肽键数与脱去的水分子数之间的关系为：肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数-肽链数。

表1 氨基酸、肽键、肽链与水分子数的关系

图3 氨基酸数与肽链数，肽键数与水分子数之间的关系

2.2 蛋白质相对分子质量的计算 结合教材内容，引导学生分析游离的氨基酸，在进行脱水缩合形成肽链的过程中，少了哪些物质？如果在已知游离氨基酸的平均相对分子质量和氨基酸个数的情况下，如何计算出新形成多肽链的相对分子质量？

学生通过之前的学习，已经知道脱水缩合过程，水分子被脱掉了，因此少了水分子的质量。那么在已知氨基酸的相关信息下，按照数学逻辑思维的推导，新形成肽链的相对分子质量等于游离氨基酸的平均分子质量乘以形成肽链所需的氨基酸数目减去脱掉的水分子数乘以水分子质量。即蛋白质的相对分子质量=(氨基酸数×氨基酸的平均分子量)-(失去的水分子数×水的分子量)。

2.3 有关蛋白质中各原子数的的计算 引导学生观察图4这条多肽链的特点，让学生思考：肽链中哪些地方含有氧原子？如何计算出整条多肽链的氧原子数？

图4 脱水缩合形成的多肽链

学生通过观察并分析，最终得出肽键上存在一个氧原子，一条多肽链的末端存在两个氧原子，还有R基上也可能存在氧原子。因此，可以推断出整条多肽链的氧原子数为：氧原子数=肽键数+肽链数×2+R基上的氧原子。

按照此思路引导学生继续分析多肽链中的氮原子数，学生通过观察最终总结出：氮原子数=肽键数+肽链数×1+R基上的氮原子

2.4 有关肽链中游离氨基和游离羧基的计算 继续让学生观察图4并思考，如何计算出这条多肽链中所有游离氨基(—NH2)和游离羧基(—COOH)的个数？

学生通过观察和分析图4发现，氨基酸脱水缩合形成多肽链之后，每个氨基酸之间已由肽键相连，除末端之外，有可能存在游离氨基(—NH2)和游离羧基(—COOH)的地方只有侧链基团R基，其他地方再无游离的氨基和羧基。由此推断出：氨基(羧基)数目=肽链数+R基氨基(羧基)数。

2.5 关于“至少含有多少个游离氨基和羧基”的计算 在此基础上，继续引导学生分析图4，在一条多肽链上，能确定下来的至少含有多少个游离氨基(—NH2)和游离羧基(—COOH)？如果是两条肽链呢？3条或者多条呢？

学生在观察肽链结构的基础上，分析得出R基团上不能确定是否有游离氨基和游离羧基的情况下，只有多肽链末端存在这些基团。因此推断，1条多肽链中，能确定下来的至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基在其末端，两条多肽链中至少有2个，3条多肽链有3个。以此类推，得出：至少含有的氨基酸数=肽链数；至少含有的羧基数=肽链数。