大学本科生物化学物质代谢的教学探讨与分析

纪剑辉+周颖君+杨立明+胡风越

摘 要：生物化学中物质代谢是该门课程教学中的重点和难点，为进一步深入探讨如何把握教学重点和提高教学效果，本文以三大物质代谢的教学为线索，从教学重点和教学手段的革新等方面着手，探讨了生物化学物质代谢部分的教学改革，对相关教学过程作了解析，旨在促进教师教学及学生学习效果的提高。

关键词：生物化学 物质代谢 本科教学 教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2017）10-0035-02

1 引言

高等生物體内涉及糖类、脂质和蛋白质三大物质的代谢是整个大学生物化学教学中占比最大的一部分。从其关联性上看，三大物质代谢在生物体内是高度关联且相互制约。从整体去看，在整个代谢过程中，糖类和蛋白质可以实现相互转化，且糖类代谢产物又可以通过氨基酸转换作用形成非必需氨基酸。此外，糖类代谢产物也可以转化成脂肪，而脂肪又可以进一步分解产生甘油、脂肪酸，后两者又可以转化成糖类。从糖类和脂类关系看，糖类可以转化成脂肪，而脂肪却不能大量转化成糖类，脂肪的分解主要产生乙酰辅酶A，乙酰辅酶A可以进入三羧酸循环产生能量ATP分子。另外，生物体内的脂肪虽不能转化为氨基酸，但在部分植物和微生物体内却可以实现这一转变过程；一些氨基酸可以通过不同途径转变成甘油和脂肪酸进而合成脂肪。因此，从整体看，三大物质代谢之间存在密切关联性，由于其涉及知识点众多又相互关联，因此一直是教师教学以及学生学习过程中较难把握的一部分。本文从三个教学重点和三个教学手段入手，探讨如何提高生物化学物质代谢部分的教学效果。

2 需要重视的三个教学重点

2.1 抓住关键节点，以点带面，以乙酰辅酶A在物质代谢中的关键地位为例分析

关于此点，理清相关线索，对于学生今后学习糖代谢、脂类代谢等是非常重要的，可以让学生对物质代谢形成全面的认识。在本文中对于相关知识点，不再过多阐述，只强调两点：第一点是我们可以看出整个物质代谢是以乙酰辅酶A作为纽带而存在的。笔者在教学中曾给学生打个比方，物质代谢犹如我国的铁路网络，一些重要的物质所处位置则如同一些枢纽站点。乙酰辅酶A的重要性犹如铁路枢纽中的北京站，可以实现四通八达的去向。通过这一启发，学生兴趣得到激活。笔者甚至布置了一个有趣的作业，对照物质代谢图，大家发挥想象，看看其他物质分别可以用哪些站点来替换。第二点则是在三大物质代谢中，需要抓住关键节点问题，在糖代谢过程中是6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油、丙酮酸、乙酰辅酶A。至于三羧酸循环中的à-酮戊二酸、琥珀酰辅酶A、延胡索酸及草酰乙酸则是与氨基酸代谢相关联的。以乙酰辅酶A为例，可以由丙酮酸转变而来，又可以与草酰乙酸缩合形成柠檬酸；通过形成乙酰乙酰辅酶A形成生酮氨基酸，部分氨基酸代谢又可以形成乙酰辅酶A；此外，乙酰辅酶A可以合成胆固醇或者酮体；乙酰辅酶A的另一个重要途径则是在脂肪酸的分解与合成途径；因此，如何把乙酰辅酶A的来源去路交代清楚，有利于学生总体上把相关思路梳理清楚。

2.2 掌握相通规律，化简为繁，以胰岛素和胰高血糖素两者在物质代谢中的作用为例

我们以胰岛素和胰高血糖素两者在代谢中的作用为例，阐明如何把握复杂知识点中的关键点，从而达到化繁为简的效果。胰岛素的主要作用是促进血糖进入肝脏、肌肉、脂肪等组织细胞并在细胞内合成糖原、氧化分解和转化成脂肪，而胰高血糖素的作用是促进肝糖原的分解和非糖物质的转化。生物体内血糖的浓度需要维持在一个稳定的水平，过高和过低都不利于生物体的新陈代谢过程。当血糖过低时，胰高血糖素的分泌则增多，从而提升血糖含量；当血糖过高时，胰岛素的分泌增多，从而降低血糖含量。我们可以总结为胰岛素的作用是降低血糖，胰高血糖素的作用是升高血糖，因此胰岛素和胰高血糖素两者的关系是相互拮抗的。在糖代谢、脂类代谢的讲授中，我们都会提到代谢调控的问题。笔者在实际讲授中，是把胰岛素和胰高血糖素对于物质代谢的调节作为一个整体去讲授，而没有分开到每个章节。此外，让学生牢牢把握一个观点即“胰岛素降低血糖，胰高血糖素升高血糖”也就抓住了问题的关键点。

2.3 明确发生的场所，以乙酰辅酶A在线粒体和细胞质的转运为例

关于乙酰辅酶A在线粒体和细胞质的转运，实际上是回答乙酰辅酶A的来源去路问题。弄明白这个问题，也就弄明白了糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸氧化及合成之间的关联。从糖酵解到三羧酸循环，葡萄糖→丙酮酸→乙酰辅酶A→CO2+H2O，这个过程前半部分发生在细胞质基质中，后半部分发生在线粒体内，主要涉及丙酮酸的穿梭问题；从乙酰辅酶A→脂肪酸→脂肪，这一过程，则要涉及乙酰辅酶A如何从线粒体再次转运到细胞质基质中，这一过程主要涉及柠檬酸-丙酮酸穿梭机制；脂肪氧化分解产生乙酰辅酶A，所产生的乙酰辅酶A直接在线粒体内，后期可以直接利用而进入三羧酸循环或者生成胴体。胆固醇的合成也需要大量的乙酰辅酶A，其合成部位主要是胞液和内质网中，因此乙酰辅酶A同样涉及从线粒体转运到胞液的过程，这一过程涉及柠檬酸-丙酮酸穿梭机制。因此我们可以看出，以乙酰辅酶A为例，了解其来龙去脉，实际上也就把糖代谢和脂类代谢等进行了融合，从而让学生明白，代谢中的任何物质都不是孤立存在的，它们处于一个庞大的网络体系中。

3 需要重视的三个教学手段

3.1 充分结合应用视频开展动画教学，加深学生的认识

生物化学是生物学的重要分支学科之一，对于生物科学、生物技术以及生物工程等专业学生而言，生物化学是一门内容庞杂、知识点众多而较难学好学透的一门课程。目前，多媒体技术在教学中的广泛应用则极大地改变了这一状况，在某种程度上也提高了生物化学的教学质量及学生的学习效果。在这方面，FLASH动画在生化教学中的应用，克服了传统教学方式无法有效表达微观世界的动态生化过程的弱点，从而取得了极好的教学效果。目前来看，在分子生物学课程教学中，涉及DNA复制、转录、翻译等相关过程的教学因FLASH动画视频的使用，已在教学中取得了很好的经验，但是在生物化学课程中，尤其是物质代谢过程相关视频动画的使用仍不多。笔者在三羧酸循环这一章节教学过程中，采用视频动画的播放和讲解，取得了很好的效果，相关效果主要表现在以下三方面：一是让学生能够动态的去理解相关物质是如何转变的。三羧酸循环涉及9步反应，每一步都有相关酶参与，如果只是板书很难让学生充分理解酶在这一过程中是如何参与底物和产物变化的；如果更进一步去讲丙酮酸脱氢酶系和à-酮戊二酸脱氢酶系所涉及的相关反应过程，则涉及3个酶及多个辅酶，相关过程则更加繁杂，动画很好的解决了这一问题，能够让学生直观的发现反应的整个变化过程，实现变复杂为简单的效果。二则是为学生营造了一个生动逼真、绘声绘色的教学场景，当学生发现如此复杂的机制通过动画变得简单又有趣的时候，不仅克服了畏难情绪又调动了学习兴趣，转而在兴趣的引导下主动地学习。三则是方便学生复习和回顾。学生在课后不用死抱书本不放，觉得有遗忘的时候，随时可以温习下相关知识点。此外，即使在较长时间后，重新去温习视频也比单纯的看教材和PPT更加简单。从目前学生学习效果来看，笔者非常推荐在生物化学及分子生物学甚至其他主干课程中运用相关动画来促进教学工作的进行，其效果往往是事半功倍的。endprint

3.2 重视物质结构的记忆和理解，提高学习效率

在教学三羧酸循环的过程中，笔者让学生关注物质结构的变化与能量转变的问题。从三羧酸循环的整个过程我们发现，相关物质碳原子数量的变化是与能量变化密切相关的。从物质结构入手去理解能量的变化则使整个过程的讲解既有了线索，又照顾了重要知识点的理解。前面我们已经提到在三羧酸整个循环过程中，涉及5次脱氢反应和1次底物水平磷酸化作用。通过分析，我们可以清楚看到，5次脱氢反应有3次都涉及碳链骨架中C原子数变化，分别是丙酮酸到乙酰辅酶A，异柠檬酸到à-酮戊二酸和à-酮戊二酸到琥珀酰辅酶A，仔细看这3次脱氢反应实际上是伴随脱羧作用的，进一步观察可以发现这3次脱氢反应均形成NADH。另外两次脱氢反应，我们分析后发现两次反应底物和产物都是4C，因此仅仅发生脱氢反应后形成双键。

3.3 结合生活的事例，提高学生的学习兴趣

生物化学课程需要学生有比较扎实的物理化学数学等相关课程的知识，因此对学生而言学习难度较大，也是学生比较头疼的一门课程。涉及到代谢这一部分，尤其考验学生的理解能力，因此，教师采用什么样的教学手段进行教学活动，在很大程度上会影响学生的学习热情。在教学中，笔者发现结合生活中的一些事例，既可以让学生较容易接受所学知识，又可以激发起学生的兴趣。一个事例就是目前饮料市场上的功能饮料成分的分析。在讲述氨基酸的衍生物牛磺酸的时候，笔者提到目前比较红火的功能饮料红牛，红牛为什么可以提神？牛磺酸是如何参与物质代谢过程的？以红牛为例，学生就容易明白牛磺酸的具体作用机制。另一方面也让学生明白，生化知识是和我们的生活密切相关的，而不是一门脱离生活的课程。

4 结语

生物化学物质代谢这一部分尽管内容繁杂、知识点较多，但并不是完全不可把控。教师应该充分应用现代教学手段，扎实备课，既要站在育人者的角度去教学，同时又要换位思考，站在学生角度去考虑如何让刚接触这门课程的学生理解相关知识、激发学习兴趣。总而言之，知识学而不尽，方法和手段却是融汇贯通的。

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