不同教材中有關(guān)生物化學(xué)知識(shí)表述的差異性分析

吳宸旭

（安徽省六安市第一中學(xué) 安徽六安 237000）

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的依據(jù)，可是相同的知識(shí)點(diǎn)在不同的教材中卻有著不同的描述，有時(shí)候會(huì)讓學(xué)生一頭霧水、無所適從?，F(xiàn)行的人教版《生物學(xué)》與《化學(xué)》教材中有關(guān)生物化學(xué)知識(shí)的論述存在諸多差異，給教師備課帶來許多困惑。兩學(xué)科在生物化學(xué)原理上表述不一或側(cè)重點(diǎn)不同的現(xiàn)象，也給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來困擾。相同知識(shí)在兩版教材中描述的差異主要存在以下幾點(diǎn)。

1 糖的檢驗(yàn)：斐林試劑與新制的Cu（OH）2懸濁液

1.1 《生物學(xué)》

斐林試劑的配制質(zhì)量濃度為：0.1 g/mL NaOH與質(zhì)量濃度為0.01 g/mL CuSO4等量混勻后取少量備用。

斐林試劑的使用：取少量試劑與待測(cè)液混勻，50～65℃水浴加熱2min。作用對(duì)象為還原糖。

對(duì)斐林試劑的作用原理，教材中未加說明。

1.2 《化學(xué)》

新制的Cu（OH）2的配制：2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液與4～6滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的CuSO4溶液混勻，振蕩。

新制的Cu（OH）2的使用：在上述試管中加入少量待測(cè)液混勻，直接在酒精燈上加熱至沸騰。作用對(duì)象為醛類。

1.3 綜合討論

斐林試劑的本質(zhì)為酒石酸絡(luò)銅離子，而高中階段以氫氧化銅作為其等效成分。之所以生物學(xué)與化學(xué)教材的表述不同，或許是因?yàn)閷?duì)于低級(jí)醛（如化學(xué)教材中提到的乙醛）必須加強(qiáng)熱才能使得弱氧化劑氫氧化銅轉(zhuǎn)化為氧化亞銅磚紅色沉淀，高級(jí)多羥基醛（如葡萄糖）對(duì)反應(yīng)條件的要求較溫和，而對(duì)氫氧化鈉量的要求較高（事實(shí)上，傳統(tǒng)意義上的斐林試劑正如化學(xué)教材所述，生物教材中的配法無從考證）。

除了斐林試劑外，在《生物化學(xué)原理》中介紹了更為先進(jìn)且靈活的檢測(cè)辦法，如Molisch反應(yīng)（運(yùn)用α-萘酚/乙醇），Seliwanoff反應(yīng)（運(yùn)用鹽酸/間二苯酚），Benedict反應(yīng)（運(yùn)用氫氧化鈉，無水碳酸鈉，檸檬酸鈉），成脎反應(yīng)，等等。

2 氨基酸的介紹：分子結(jié)構(gòu)與成肽反應(yīng)

2.1 《生物學(xué)》

氨基酸的結(jié)構(gòu)通式如圖1所示。

圖1 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式示意圖

成肽反應(yīng)：脫水縮合。

命名：俗名。

2.2 《化學(xué)》

氨基酸的通式為R—CH（NH2）—COOH，指出中心碳原子為手性碳原子，并指出自然界中構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸大多都是α-氨基酸（均為L(zhǎng)-型氨基酸），屬于取代羧酸。

物理性質(zhì)：無色晶體，熔點(diǎn)較高，難溶于乙醇或乙醚，一般能溶于水，都能溶解在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液中。

成肽反應(yīng)：酰基取代氫原子（胺基取代羧羥基）的取代反應(yīng)。

命名：系統(tǒng)命名法。

2.3 綜合討論

生物化學(xué)研究的范疇是物質(zhì)的生理意義，對(duì)于其理化性質(zhì)沒有詳述；有機(jī)化學(xué)研究的層面是分子、原子及其在反應(yīng)中的變化，故在物質(zhì)分子描述上更為準(zhǔn)確。值得注意的是，部分氨基酸屬于亞氨基酸，不能用通式表示，如脯氨酸。

3 蛋白質(zhì)性質(zhì)的研究及其變性

3.1 《生物學(xué)》

蛋白質(zhì)的功能：運(yùn)輸，催化，調(diào)節(jié)，免疫，組成結(jié)構(gòu)等。

蛋白質(zhì)的多樣性：氨基酸數(shù)目、種類及排列順序多樣，肽鏈盤曲折疊的方式不同，使蛋白質(zhì)分子種類繁多。

檢驗(yàn)蛋白質(zhì)：雙縮脲試劑（適用條件為含兩個(gè)及以上肽鍵，課本中未加描述）。

蛋白質(zhì)變性：蛋白質(zhì)在某些理化因素下特定的空間構(gòu)象被破壞。從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變與生物活性喪失的現(xiàn)象。

3.2 《化學(xué)》

多級(jí)結(jié)構(gòu)的概念：詳見教材。

水解，鹽析，變性：蛋白質(zhì)在酸或堿或酶的條件下水解成小分子肽，最終形成各種氨基酸的過程稱為水解；蛋白質(zhì)在濃的鹽溶液中溶解度降低而析出的現(xiàn)象稱為鹽析；變性的概念同上。

變性因子：物理因子有加熱、加壓、攪拌、振蕩、紫外線、超聲波等；化學(xué)因子有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。

3.3 綜合討論

對(duì)于蛋白質(zhì)的檢驗(yàn)，兩套教材都未能做到普適且靈活。最為靈活的檢驗(yàn)辦法是茚三酮反應(yīng)，還有諸如醋酸鉛法、考馬斯亮藍(lán)法、福林-酚試劑法、米倫反應(yīng)、坂口反應(yīng)、乙醛酸反應(yīng)等，都比雙縮脲法與黃蛋白反應(yīng)可靠、靈活且普適。

特別地，某些肽水解時(shí)，組成它的部分氨基酸會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，故蛋白質(zhì)徹底水解的終產(chǎn)物并不一定是氨基酸。

4 混合物的分離與研究：柱色譜法與紙層析法的異同

4.1 《生物學(xué)》

紙層析法的步驟：詳見教材。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：定性濾紙上分離出4條色素帶，分別是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。

4.2 《化學(xué)》

色譜法的步驟：詳見教材。

實(shí)驗(yàn)構(gòu)成：玻璃棉（或脫脂棉），沙，碳酸鈣（吸附劑），溶劑（石油醚），分液漏斗，錐形瓶，色譜柱等。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分為3條色素帶，分別是葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：用粉筆與菠菜葉做相關(guān)課外實(shí)驗(yàn)。

4.3 綜合討論

在裝置的簡(jiǎn)潔性與結(jié)論的精確性上，生物學(xué)教材提供的紙層析方案更優(yōu)，而對(duì)于色譜法的分類（紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法、柱色譜法），化學(xué)教材則更為準(zhǔn)確。對(duì)于兩種葉綠素的異同，兩本教材都沒有詳述。在顏色上，葉綠素b為黃綠色，葉綠素a為藍(lán)綠色；化學(xué)構(gòu)成上，葉綠素a為C55H72O5N4Mg，葉綠素b為C55H70O6N4Mg，由分子結(jié)構(gòu)可推斷出葉綠素b更易溶于極性溶劑；吸收光譜上，二者都主要吸收紅光和藍(lán)紫光，但紅區(qū)和藍(lán)紫區(qū)最大吸收峰不同；二者的存在也有區(qū)別，葉綠素a存在于所有綠色植物種，葉綠素b只存在于高等植物和綠藻、管藻、眼蟲藻等，二者的比值可用于區(qū)分陰生植物和陽生植物。

5 原子及原子團(tuán)標(biāo)記

5.1 《生物學(xué)》

同位素標(biāo)記法：使用物理性質(zhì)特殊的同位素來標(biāo)記化學(xué)反應(yīng)中原子的去向，就是同位素標(biāo)記法。這種方法可用于示蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。如果使用的同位素具有放射性，如14C、32P、35S、3H等，需要檢測(cè)樣本的放射性位點(diǎn)。如果使用的同位素不具有放射性，如15N、18O等，可以通過相對(duì)分子質(zhì)量的不同進(jìn)行比較。教材中運(yùn)用同位素標(biāo)記法的實(shí)驗(yàn)有：監(jiān)測(cè)分泌蛋白合成與運(yùn)輸?shù)耐緩?，魯賓與卡門證明光合作用中氧氣來自水的光解，卡爾文對(duì)碳元素的追蹤，赫爾希與蔡斯標(biāo)記T2噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)，米希爾森和斯塔爾標(biāo)記DNA證明其復(fù)制方式為半保留復(fù)制。

熒光標(biāo)記法：用熒光染劑標(biāo)記特定分子來研究某些物質(zhì)的性質(zhì)的方法稱為熒光標(biāo)記法。教材中涉及該方法的實(shí)驗(yàn)有：小鼠細(xì)胞與人的細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞膜的流動(dòng)性，標(biāo)記基因證明其在染色體上線性排列。

5.2 《化學(xué)》

同位素標(biāo)記法的運(yùn)用：在反應(yīng)CH3COOH+CH3CH218OH→CH3CO18OC2H5+H2O中，用18O標(biāo)記乙醇中的氧原子，證明了在酯化反應(yīng)中，羧酸脫去羧基上的羥基，而醇脫去醇羥基上的氫原子，生成酯和水。

熒光標(biāo)記法的運(yùn)用：未見使用。

5.3 綜合討論

同位素標(biāo)記法是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)示蹤物質(zhì)的最常用方法之一，熒光標(biāo)記法在研究大分子物質(zhì)的宏觀性質(zhì)時(shí)也十分常用。兩本教材之所以運(yùn)用范圍不同，是因?yàn)閷W(xué)科本身研究范疇有差異。

6 對(duì)糖類的專題討論

6.1 《生物學(xué)》

葡萄糖與果糖：統(tǒng)一用C6H12O6表示，未體現(xiàn)其分子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理，提到了斐林試劑對(duì)其的顯色作用。

核糖與脫氧核糖：在ATP一節(jié)的框圖中提到了核糖的五元環(huán)結(jié)構(gòu)，分子式與性質(zhì)未見討論；脫氧核糖僅給出Kekulé式，分子式與性質(zhì)未見討論。

多糖：插圖中提到淀粉、纖維素等的碳骨架不同。幾丁質(zhì)（殼多糖）僅提到其分布，而未提到其單體（N-乙酰葡糖胺）及元素組成。

總述：將糖類的通式表示為（CH2O）n，未提到提出此通式的時(shí)代背景（碳水化合物認(rèn)知）與特例（如雙糖、多糖、含氮糖、脫氧核糖等）。

6.2 《化學(xué)》

葡萄糖與果糖：將其表示為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式形式，如葡萄糖表示為CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO。

核糖與脫氧核糖：無專門討論，安排于核酸一節(jié)。

多糖：課后拓展內(nèi)容中提到了甲殼質(zhì)的單體為乙酰氨基葡萄糖，并給出了其與葡萄糖結(jié)構(gòu)式的對(duì)比.對(duì)于淀粉等，提到了葡萄糖的聚合反應(yīng)（即脫水縮合）。

總述：將糖類的通式表示為Cm（H2O）n，特例更少，也提出了它運(yùn)用的條件與背景。

6.3 綜合討論

在糖類的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)方面，化學(xué)教材的陳敘顯然更為科學(xué)合理；生理功能和酵解代謝方面，生物學(xué)教材則更為詳盡。這符合各學(xué)科研究范圍特點(diǎn)。

7 核酸

7.1 《生物學(xué)》

核酸的種類、分布、檢驗(yàn)：核酸分為核糖核酸（RNA）與脫氧核糖核酸（DNA），其中脫氧核糖核酸是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。細(xì)胞中，DNA主要分布于細(xì)胞核（原核生物為擬核與質(zhì)粒），RNA主要分布于細(xì)胞質(zhì)，可利用二者對(duì)甲基綠和吡羅紅的親和性不同進(jìn)行染色。

DNA的分子結(jié)構(gòu)：以核苷酸為單體，核苷酸由磷酸基團(tuán)、五碳糖、含氮堿基組成；以磷酸和五碳糖由磷酸二酯鍵交替的鏈接為骨架；以堿基之間的氫鍵作為維系雙螺旋結(jié)構(gòu)的紐帶。

DNA分子重組技術(shù)（基因工程）的基本操作程序，人類基因庫等：詳見教材。

DNA的生理過程：復(fù)制，遺傳變異，表達(dá)等。

7.2 《化學(xué)》

核酸的種類：DNA，RNA。

核酸的分子結(jié)構(gòu)：同上，詳細(xì)介紹了腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶、核糖、脫氧核糖、焦磷酸等的組成。

7.3 綜合討論

鑒于核酸的研究對(duì)于遺傳學(xué)和基因工程的重大意義，生物學(xué)教材使用了宏偉的篇幅，不吝筆墨地介紹了有關(guān)核酸的豐富知識(shí)；作為生命科學(xué)的重要物質(zhì)，化學(xué)教材則在結(jié)構(gòu)與性質(zhì)上給予了討論。有關(guān)核酸的介紹盡其善矣。

8 小結(jié)

總體上，教材并未出現(xiàn)原則性科學(xué)知識(shí)錯(cuò)誤和矛盾沖突，編者實(shí)現(xiàn)了教材應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)性。細(xì)節(jié)上，兩學(xué)科在生物化學(xué)原理上表述不一或側(cè)重不同的現(xiàn)象，已簡(jiǎn)要列舉如上?？紤]到普通高中學(xué)生的總體接受能力，教材中出現(xiàn)了一些或與實(shí)際不符或過于淺顯的解釋方法，如糖酵解、三羧酸循環(huán)、卡爾文循環(huán)的簡(jiǎn)略處理與大π鍵（離域π鍵）的概要介紹，這雖然有一定的意義，但或許有損科學(xué)性。上述涉及高等知識(shí)的問題或可通過課后拓展閱讀等模塊來介紹。