用问题串引领“氨基酸”微专题复习教学

摘  要：高三生物学的一轮复习教学，除了按照传统的单元、章节顺序开展外，还可以构建一些“小切口”“大综合”的微专题。“氨基酸”微专题复习教学，教师通过整合课标要求和教材呈现的具体内容，并结合相关考点，确定微专题的内容，从有利于培育结构与功能观的角度，以问题串的形式引导学生思考。

关键词：高中生物；微专题；复习教学；结构与功能观；氨基酸

本文系江苏省南京市中小学教学研究第十四期重点课题“指向信息观形成的高中生物学深度教学实践研究”（编号：2021NJJK14Z14）的阶段性研究成果。

高三生物学的一轮复习教学，除了按照传统的单元、章节顺序开展外，还可以构建一些“小切口”“大综合”的微专题。蛋白质是细胞中最重要的两大生物大分子（另一个为核酸）之一。而氨基酸是蛋白质的基本组成单位，本身具有多样性，其性质对蛋白质的结构和功能有决定性影响；氨基酸还可以作为生物体内的信号分子来传递信息。所以，相对于“蛋白质”这一大专题而言，构建“氨基酸”微专题提升复习成效，引导学生进一步从“结构与功能观”的视角解释生命现象，探究生命活动规律，解决实际问题。

一、 课标和教材中有关氨基酸的内容梳理

在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的“课程内容”中，“氨基酸”对应的内容要求为“1.1.6  阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成”，从属于“概念1  细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”。［1］

现行高中生物学教材中，各模块中与氨基酸相关的内容十分丰富。例如，人教版高中生物学教材中与氨基酸相关的主要内容详见下页表1。

二、 结合相关考点构建“氨基酸”微专题复习知识图谱

“氨基酸”在江苏高考生物学试卷中也经常出现（详见下页表2），不少试题很好地体现了“四翼”（基础性、综合性、应用性、创新性）的要求，尤其是综合性和创新性非常突出。

综合上述分析，我们可以构建出下页图1所示的“氨基酸”微专题复习知识图谱，涉及七部分内容。

三、 设计“氨基酸”微专题复习教学中的问题串

综合考虑与其他专题内容的重合度，以及复习课的容量，并从有利于培育结构与功能观的角度，选取核心内容作为本专题复习的教学内容，以问题串的形式引导学生思考。

（一） 关于半胱氨酸与二硫键的形成和作用

问题1  二硫键是由一条多肽链内或两条多肽链中的2个半胱氨酸残基经脱氢氧化生成的，是一种动态变化的共价键，对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。已知胰岛素由两条肽链组成，在储存和使用时，应避免剧烈震动或振荡，你知道是为什么吗？

核心知识点解读：如果蛋白质的空间结构被破坏，会导致其丧失生物学功能。胰岛素富含半胱氨酸，形成3个二硫键（2个链间二硫键和1个链内二硫键），剧烈震动或振荡会使胰岛素的二硫键遭到破坏，从而使胰岛素失效。

（二） 关于氨基酸跨膜运输的方式

问题2  小肠上皮细胞和肝脏细胞吸收氨基酸的方式相同吗？

核心知识点解读：主动运输能够逆浓度梯度进行，有利于充分吸收物质；而被动运输的动力源于浓度差，浓度差的大小主要与细胞内物质的消耗情况有关，属于“按需分配”。从结构与功能相适应的视角分析，人体不同部位氨基酸的跨膜运输存在差异：从外界环境进入体内（通过小肠上皮细胞或肾小管上皮细胞）一般为主动运输，从内环境进入肝脏细胞等组织细胞则为协助扩散。

问题3  为什么氨基酸类等神经递质并非生物大分子，却以胞吐的方式从突触前膜释放？

核心知识点解读：从结构视角分析囊泡（突触小泡）的优点：囊泡对神经递质有保护作用；囊泡充当部分神经递质的合成场所，如去甲肾上腺素；囊泡的释放受Ca2+内流影响，保证递质能准确到达突触前膜，以及能释放出足够浓度的神经递质，即“量子式释放”。因此，通过胞吐的方式，可实现神经递质“保质、保量、保方向”的释放。

（三） 关于作为信号分子的氨基酸及其衍生物

问题4  氨基酸可以作为信号分子的原因是什么？

核心知识点解读：信号分子是具有多样性的分子，R基的多样性决定了氨基酸分子的多样性，R基不同，导致氨基酸性质的差异，也赋予了氨基酸不同的功能。

问题5  同样是酪氨酸的衍生物，肾上腺素的受体在细胞膜上，甲状腺激素的受体在胞内，产生如此差异的原因是什么？

核心知识点解读：不同氨基酸的溶解性不同，根据R基的水溶性，氨基酸可以分为疏水氨基酸（非极性R基团）和亲水氨基酸（极性R基团）。由于经过不同的修饰，肾上腺素水溶性强，根据相似相溶原理，其受体应在靶细胞膜上；同理，甲状腺激素脂溶性强，故可进入细胞，与胞内受体结合后发挥作用。

（四） 关于氨基酸的溶解性对蛋白质结构和功能的影响

问题6  G蛋白偶联受体是7次跨膜蛋白，其中亲水氨基酸和疏水氨基酸的分布有何不同？

核心知识点解读：借鉴磷脂分子和生物膜结构的特点，疏水氨基酸是驱动蛋白质折叠的重要动力；亲水氨基酸倾向于分布在蛋白质的表面，疏水氨基酸一般分布在蛋白质的内部。

问题7  酶的活性中心既有亲水氨基酸，也有疏水氨基酸，是哪一种R基来催化反应？

核心知识点解读：含有亲水氨基酸的R基催化反应。同样，在细胞核中，蛋白质和DNA的特异性结合，也是通过亲水氨基酸与DNA结合去识别碱基序列的。

问题8  镰状细胞贫血的患者，其血红蛋白β链第6个氨基酸的密码子由GAG变为GUG，于是编码的谷氨酸（Glu，亲水）被置换为缬氨酸（Val，疏水），造成血红蛋白结构异常，最终使得红细胞变为镰刀形。此例说明基因与性状是何关系？为什么异常的血红蛋白结构会导致红细胞形状改变？与血红蛋白中氨基酸的替换有何关系？

核心知识点解读：该实例属于典型的基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物体性状的例子。这种异常的血红蛋白在缺氧情况下，相互间很容易通过一个β链在表面由Val6侧链形成疏水突起，与另一个β链在表面的疏水口袋之间因疏水作用而聚集成纤维（杆状），导致细胞膜变形直至破裂。［2］

（五） 关于蛋白质合成过程中氨基酸与tRNA的结合方式

问题9  翻译过程中，氨基酸与tRNA特异性结合，是利用碱基互补配对原则吗？

核心知识点解读：氨基酸和tRNA的特异性结合与其结构有关。认为氨基酸与tRNA利用碱基互补配对原则结合，是将翻译的两个过程混淆的结果。tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子依据碱基互补配对原则特异性结合，而氨基酸与tRNA特异性结合是利用了氨酰tRNA合成酶的特异性，该酶对氨基酸识别的特异性很高，而对tRNA识别的特异性较低。这还可以用来解释密码子的简并性。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020：12.

［2］ 杨荣武.生物化学原理（第3版）［M］.北京：高等教育出版社，2018：6768.