內(nèi)蒙古

高中生物教材的每一章節(jié)都含有很多插圖，有實物圖、曲線圖、模式圖、物質(zhì)代謝圖、生命調(diào)節(jié)過程示意圖、漫畫等類型。與文字相比，教材中的插圖是學(xué)生獲取生物學(xué)知識的第二語言，它不僅能幫助學(xué)生理解較為抽象的生物學(xué)概念和知識，還能提高學(xué)生觀察圖像、分析和獲取信息的能力。實際上，散布于不同章節(jié)的插圖并不是孤立存在的，很多插圖之間會通過一些信息關(guān)聯(lián)在一起，共同詮釋著生物學(xué)中的一些生命現(xiàn)象。在高三的復(fù)習(xí)課中，如何將這些看似碎片化的插圖有機地結(jié)合起來，讓其描述的生命現(xiàn)象如同播放電影一般生動地呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生從更寬闊的視角去了解和分析所學(xué)知識呢？筆者嘗試從蛋白質(zhì)的角度入手，將相關(guān)插圖進行編排和整理，充分挖掘插圖中的資源，通過更形象的方式幫助學(xué)生建立完整的知識體系，該方法有利于加強學(xué)生對知識的理解，同時也有助于學(xué)生形象思維的培養(yǎng)。

1.基因表達

1.1 模型構(gòu)建

基因表達包括轉(zhuǎn)錄和翻譯，形成的終產(chǎn)物為蛋白質(zhì)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對這一部分的學(xué)業(yè)要求是“結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，闡明DNA分子作為遺傳物質(zhì)所具有的特征，以及通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程傳遞和表達遺傳信息”。這不僅要求學(xué)生能理解基因表達的過程，還要求學(xué)生用生命觀念認識基因中的遺傳信息與生物的多樣性、獨特性的關(guān)系，形成科學(xué)的自然觀，并能夠運用所學(xué)的知識解釋基因改變對生物性狀的影響，例如推斷和分析人類相關(guān)的遺傳病發(fā)生的根本原因，從而在學(xué)習(xí)過程中逐步完善學(xué)生的科學(xué)思維。

圖1

如圖1（部分圖省略）以轉(zhuǎn)錄為起點，以DNA的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄形成mRNA，在核糖體中以mRNA為模板，氨基酸脫水縮合形成多肽鏈，多肽鏈盤曲折疊形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。若轉(zhuǎn)錄過程發(fā)生在真核細胞核中，轉(zhuǎn)錄形成的mRNA穿過核孔進入細胞質(zhì)中與核糖體結(jié)合，即mRNA只有轉(zhuǎn)錄完成后才能進行翻譯的過程。但若轉(zhuǎn)錄過程發(fā)生在原核細胞中，由于原核細胞沒有以核膜為界限的細胞核，所以轉(zhuǎn)錄和翻譯可以同時進行，即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯（如圖2、圖3）。這是判斷轉(zhuǎn)錄和翻譯過程發(fā)生在原核細胞還是真核細胞中的重要依據(jù)。通常，翻譯時一個mRNA分子上可以相繼結(jié)合多個核糖體，同時進行多條肽鏈的合成，因此少量的mRNA分子可以逐漸合成出大量的蛋白質(zhì)，從而提高翻譯的效率。

圖2

圖3

若基因的結(jié)構(gòu)由于一些物理、化學(xué)、生物等因素發(fā)生改變，從而使得遺傳信息發(fā)生改變，基因表達的產(chǎn)物就可能是沒有功能或是功能異常的蛋白質(zhì)，從而引發(fā)人類的一些疾病，如鐮刀型細胞貧血癥就是由于堿基替換導(dǎo)致形成的血紅蛋白異常、紅細胞形態(tài)異常，從而表現(xiàn)相關(guān)的生物學(xué)性狀。由此看來，基因可以通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀。通過圖示教師可以引導(dǎo)學(xué)生建立基因和蛋白質(zhì)之間的知識聯(lián)系，并進一步分析由于基因結(jié)構(gòu)改變可能引起的對蛋白質(zhì)和生物性狀的影響。

1.2 習(xí)題訓(xùn)練

學(xué)生通過這樣的方式是否真正掌握這些知識點呢？這時教師可以利用相關(guān)習(xí)題進行演練，幫助學(xué)生進一步消化和吸收知識，并在解答試題過程中，學(xué)會將所學(xué)知識靈活地應(yīng)用于不同情境中。

【例1】（2018年，全國卷Ⅲ，第30題）回答下列與蛋白質(zhì)相關(guān)的問題：

（1）生物體中組成蛋白質(zhì)的基本單位是______________。在細胞中合成蛋白質(zhì)時，肽鍵是在______________這一細胞器上形成的。合成的蛋白質(zhì)中有些是分泌蛋白，如________________ （填“胃蛋白酶”“逆轉(zhuǎn)錄酶”或“酪氨酸酶”）。分泌蛋白從合成至分泌到細胞外需要經(jīng)過高爾基體，此過程中高爾基體的功能是______________________________________。

（2）通常，細胞內(nèi)具有正常生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)需要有正確的氨基酸序列和__________ 結(jié)構(gòu)。某些物理或化學(xué)因素可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，通常，變性的蛋白質(zhì)易被蛋白酶水解，原因是_________________________________。

（3）如果 DNA 分子發(fā)生突變，導(dǎo)致編碼正常血紅蛋白多肽鏈的 mRNA 序列中一個堿基被另一個堿基替換，但未引起血紅蛋白中氨基酸序列的改變，其原因可能是__________________________。

【答案】（1）氨基酸 核糖體 胃蛋白酶對蛋白質(zhì)進行加工、分類和包裝 （2）空間 蛋白質(zhì)變性使肽鍵暴露，暴露的肽鍵易與蛋白酶接觸、使蛋白質(zhì)降解 （3）遺傳密碼具有簡并性

【分析】本題以蛋白質(zhì)為著眼點，從蛋白質(zhì)的基本組成單位、合成和加工的場所、性質(zhì)、相關(guān)細胞器的功能及基因與蛋白質(zhì)的關(guān)系等角度入手，著重考查了學(xué)生對必備知識的理解和綜合運用能力，關(guān)注學(xué)科內(nèi)知識的綜合考查。學(xué)生若充分掌握了上段文字中構(gòu)建的插圖模型，本題解決起來就比較得心應(yīng)手了。

2.蛋白質(zhì)的功能

2.1 模型構(gòu)建

圖4

如圖4（部分圖省略）蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者，它的功能取決于氨基酸的種類、數(shù)目及其空間結(jié)構(gòu)。千差萬別的蛋白質(zhì)承擔(dān)著多種多樣的生物學(xué)功能。許多蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，稱為結(jié)構(gòu)蛋白，如肌肉、蛛絲、細胞膜等。真核細胞中維持細胞形態(tài)、保持細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)有序性的細胞骨架，是由蛋白質(zhì)纖維組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與細胞的運動、分裂、分化及物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞等生命活動密切相關(guān)；具有催化作用的酶，其化學(xué)本質(zhì)絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)，依據(jù)生物學(xué)中結(jié)構(gòu)決定功能的觀念，蛋白質(zhì)具有正常的生物學(xué)功能的前提是具有正確的空間結(jié)構(gòu)，如果在高溫、強酸、強堿條件下，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破環(huán)，會喪失其功能，酶蛋白也一樣。但并不是只要酶所處的環(huán)境發(fā)生變化，它的活性就會喪失，如在低溫條件下，酶的活性被抑制，但其空間結(jié)構(gòu)并沒有被破壞，當(dāng)升高溫度，酶的活性就會恢復(fù)，所以酶制劑一般在低溫條件下保存。再比如說，在蛋清中加入食鹽，會看到白色的絮狀物，這是由于食鹽的作用降低了蛋白質(zhì)的溶解度而使蛋白質(zhì)析出，但并沒有改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，所以加水稀釋后，絮狀物就會消失；細胞膜上的蛋白質(zhì)以不同的“身份”存在，如具有運輸作用的載體蛋白，參與協(xié)助擴散和主動運輸，載體蛋白的種類和數(shù)量在一定程度上體現(xiàn)了細胞膜的選擇透過性這一功能特點；受體（化學(xué)本質(zhì)是糖蛋白）可以與信號分子激素、淋巴因子、神經(jīng)遞質(zhì)等特異性識別、結(jié)合，從而參與細胞間的信息交流。由此可知，膜蛋白具有運輸、識別和催化等作用，所以膜蛋白的種類和數(shù)量越多，生物膜的功能就越復(fù)雜。而且這些膜蛋白在細胞膜上并不是靜止不動的，絕大多數(shù)的膜蛋白是可以運動的，這是生物膜具有流動性的一個很重要的原因。1970年，科學(xué)家利用紅、綠熒光染料分別標(biāo)記人和鼠細胞表面的蛋白質(zhì)，人鼠細胞融合后，兩種顏色的熒光均勻分布，這個實驗有力地證明了這一點。還有很多生物實例也能體現(xiàn)生物膜的流動性，如胞吞、胞吐等。蛋白質(zhì)作為生物大分子物質(zhì)，一般也是通過胞吞、胞吐的方式排出細胞的。例如，抗體是在漿細胞內(nèi)合成、分泌到細胞外起作用的蛋白質(zhì)，若要研究抗體的合成和分泌過程，可用同位素標(biāo)記氨基酸，通過放射性出現(xiàn)的順序判斷參與分泌蛋白的合成、加工、運輸?shù)募毎Y(jié)構(gòu)，并進一步了解生物膜在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系。

2.2 習(xí)題訓(xùn)練

利用教材上的插圖構(gòu)建的知識體系將蛋白質(zhì)的功能及其影響因素完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，結(jié)合習(xí)題訓(xùn)練，使學(xué)生進一步鞏固和完善知識體系。

【例2】（2018年，天津卷，第3題）生物膜上不同類型的蛋白質(zhì)行使不同的功能。表中依據(jù)膜蛋白功能，對其類型判斷錯誤的是 （ ）

【答案】B

【分析】該題主要從載體、受體、酶及抗原四個角度對膜蛋白進行了考查，受體蛋白能與神經(jīng)遞質(zhì)和激素特異性識別并結(jié)合，從而參與細胞間的信息交流；載體蛋白參與物質(zhì)運輸；酶的功能是催化作用，細胞膜上存在ATP泵，不僅具有運輸?shù)淖饔茫部梢源呋疉TP的水解；癌細胞表面的癌胚抗原，可以引起機體的特異性免疫。因此，能夠準(zhǔn)確辨析不同蛋白質(zhì)的功能是學(xué)生能否順利解題的關(guān)鍵。蛋白質(zhì)的功能是蛋白質(zhì)這部分內(nèi)容的核心知識點，又與教材中其他章節(jié)的知識相互聯(lián)系，本題通過這樣的考查形式，引導(dǎo)教師教學(xué)要回歸主干知識，加強對核心知識點的理解和運用。

3.建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)

通過教材插圖展示和習(xí)題訓(xùn)練，學(xué)生對蛋白質(zhì)相關(guān)的知識點有了整體的認識和了解，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上構(gòu)建概念模型（如圖5），將所學(xué)知識串聯(lián)成知識網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)地掌握所學(xué)知識。通過插圖展示→講解→構(gòu)建概念圖的形式，真正做到把書“讀薄→讀厚→讀薄”。

圖5 蛋白質(zhì)相關(guān)知識概念體系

4.完善和補充

從教材插圖到概念圖，仍然不能完整地呈現(xiàn)高中生物中蛋白質(zhì)的相關(guān)知識，但是筆者認為，這一部分的講解并不一定需要面面俱到，可以適當(dāng)留白，讓學(xué)生進行補充和完善。例如，如圖5中的①②③④處均可以填充內(nèi)容：①處基因突變一定會導(dǎo)致生物性狀改變嗎？基因是如何控制性狀的？②處哪些細胞器參與多肽鏈的盤曲、折疊、加工？所有的蛋白質(zhì)都需要嗎？有哪些蛋白質(zhì)需要這些細胞器的參與？③處構(gòu)成細胞骨架的蛋白質(zhì)參與物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞等生命活動，類似的功能還與哪些生命現(xiàn)象有關(guān)？④處細胞膜流動性除了與蛋白質(zhì)運動有關(guān)，還與細胞膜的哪些物質(zhì)組成有關(guān)，蛋白質(zhì)和這些物質(zhì)在空間排布如何？教師也可以通過這樣的問題設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生完善概念圖。

教材中的插圖是重要的教學(xué)資源，充分合理利用插圖教學(xué)，在一定程度上豐富了學(xué)生的認知，拓寬了學(xué)生的思維，有助于素質(zhì)教育的進行，有效提高課堂的教學(xué)效率。在復(fù)習(xí)課中借助插圖為載體構(gòu)建概念模型，教學(xué)效果也是顯而易見的。