不同教材中有關生物化學知識表述的差異性分析

吳宸旭

（安徽省六安市第一中學 安徽六安 237000）

教材是學生學習最重要的依據，可是相同的知識點在不同的教材中卻有著不同的描述，有時候會讓學生一頭霧水、無所適從。現行的人教版《生物學》與《化學》教材中有關生物化學知識的論述存在諸多差異，給教師備課帶來許多困惑。兩學科在生物化學原理上表述不一或側重點不同的現象，也給學生的學習帶來困擾。相同知識在兩版教材中描述的差異主要存在以下幾點。

1 糖的檢驗：斐林試劑與新制的Cu（OH）2懸濁液

1.1 《生物學》

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

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

對斐林試劑的作用原理，教材中未加說明。

1.2 《化學》

新制的Cu（OH）2的配制：2 mL質量分數為10%的NaOH溶液與4～6滴質量分數為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液混勻，直接在酒精燈上加熱至沸騰。作用對象為醛類。

1.3 綜合討論

斐林試劑的本質為酒石酸絡銅離子，而高中階段以氫氧化銅作為其等效成分。之所以生物學與化學教材的表述不同，或許是因為對于低級醛（如化學教材中提到的乙醛）必須加強熱才能使得弱氧化劑氫氧化銅轉化為氧化亞銅磚紅色沉淀，高級多羥基醛（如葡萄糖）對反應條件的要求較溫和，而對氫氧化鈉量的要求較高（事實上，傳統意義上的斐林試劑正如化學教材所述，生物教材中的配法無從考證）。

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

2 氨基酸的介紹：分子結構與成肽反應

2.1 《生物學》

氨基酸的結構通式如圖1所示。

圖1 氨基酸的結構通式示意圖

成肽反應：脫水縮合。

命名：俗名。

2.2 《化學》

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

物理性質：無色晶體，熔點較高，難溶于乙醇或乙醚，一般能溶于水，都能溶解在強酸或強堿溶液中。

成肽反應：酰基取代氫原子（胺基取代羧羥基）的取代反應。

命名：系統命名法。

2.3 綜合討論

生物化學研究的范疇是物質的生理意義，對于其理化性質沒有詳述；有機化學研究的層面是分子、原子及其在反應中的變化，故在物質分子描述上更為準確。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 蛋白質性質的研究及其變性

3.1 《生物學》

蛋白質的功能：運輸，催化，調節，免疫，組成結構等。

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

檢驗蛋白質：雙縮脲試劑（適用條件為含兩個及以上肽鍵，課本中未加描述）。

蛋白質變性：蛋白質在某些理化因素下特定的空間構象被破壞。從而導致其理化性質的改變與生物活性喪失的現象。

3.2 《化學》

多級結構的概念：詳見教材。

水解，鹽析，變性：蛋白質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；蛋白質在濃的鹽溶液中溶解度降低而析出的現象稱為鹽析；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；化學因子有強酸、強堿、重金屬鹽、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。

3.3 綜合討論

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

特別地，某些肽水解時，組成它的部分氨基酸會發生化學變化，故蛋白質徹底水解的終產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》

紙層析法的步驟：詳見教材。

實驗現象：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》

色譜法的步驟：詳見教材。

實驗構成：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。

實驗現象：分為3條色素帶，分別是葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素。

實驗活動：用粉筆與菠菜葉做相關課外實驗。

4.3 綜合討論

在裝置的簡潔性與結論的精確性上，生物學教材提供的紙層析方案更優，而對于色譜法的分類（紙上色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法、柱色譜法），化學教材則更為準確。對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為藍綠色；化學構成上，葉綠素a為C55H72O5N4Mg，葉綠素b為C55H70O6N4Mg，由分子結構可推斷出葉綠素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紫光，但紅區和藍紫區最大吸收峰不同；二者的存在也有區別，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分陰生植物和陽生植物。

5 原子及原子團標記

5.1 《生物學》

同位素標記法：使用物理性質特殊的同位素來標記化學反應中原子的去向，就是同位素標記法。這種方法可用于示蹤物質的運行和變化規律。如果使用的同位素具有放射性，如14C、32P、35S、3H等，需要檢測樣本的放射性位點。如果使用的同位素不具有放射性，如15N、18O等，可以通過相對分子質量的不同進行比較。教材中運用同位素標記法的實驗有：監測分泌蛋白合成與運輸的途徑，魯賓與卡門證明光合作用中氧氣來自水的光解，卡爾文對碳元素的追蹤，赫爾希與蔡斯標記T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗證明DNA是遺傳物質，米希爾森和斯塔爾標記DNA證明其復制方式為半保留復制。

熒光標記法：用熒光染劑標記特定分子來研究某些物質的性質的方法稱為熒光標記法。教材中涉及該方法的實驗有：小鼠細胞與人的細胞融合實驗證明細胞膜的流動性，標記基因證明其在染色體上線性排列。

5.2 《化學》

同位素標記法的運用：在反應CH3COOH+CH3CH218OH→CH3CO18OC2H5+H2O中，用18O標記乙醇中的氧原子，證明了在酯化反應中，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。

熒光標記法的運用：未見使用。

5.3 綜合討論

同位素標記法是運用現代科學技術示蹤物質的最常用方法之一，熒光標記法在研究大分子物質的宏觀性質時也十分常用。兩本教材之所以運用范圍不同，是因為學科本身研究范疇有差異。

6 對糖類的專題討論

6.1 《生物學》

葡萄糖與果糖：統一用C6H12O6表示，未體現其分子結構與反應機理，提到了斐林試劑對其的顯色作用。

核糖與脫氧核糖：在ATP一節的框圖中提到了核糖的五元環結構，分子式與性質未見討論；脫氧核糖僅給出Kekulé式，分子式與性質未見討論。

多糖：插圖中提到淀粉、纖維素等的碳骨架不同。幾丁質（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代背景（碳水化合物認知）與特例（如雙糖、多糖、含氮糖、脫氧核糖等）。

6.2 《化學》

葡萄糖與果糖：將其表示為結構簡式形式，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。

多糖：課后拓展內容中提到了甲殼質的單體為乙酰氨基葡萄糖，并給出了其與葡萄糖結構式的對比.對于淀粉等，提到了葡萄糖的聚合反應（即脫水縮合）。

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

6.3 綜合討論

在糖類的結構與性質方面，化學教材的陳敘顯然更為科學合理；生理功能和酵解代謝方面，生物學教材則更為詳盡。這符合各學科研究范圍特點。

7 核酸

7.1 《生物學》

核酸的種類、分布、檢驗：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生物的遺傳物質。細胞中，DNA主要分布于細胞核（原核生物為擬核與質粒），RNA主要分布于細胞質，可利用二者對甲基綠和吡羅紅的親和性不同進行染色。

DNA的分子結構：以核苷酸為單體，核苷酸由磷酸基團、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構的紐帶。

DNA分子重組技術（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：復制，遺傳變異，表達等。

7.2 《化學》

核酸的種類：DNA，RNA。

核酸的分子結構：同上，詳細介紹了腺嘌呤、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

鑒于核酸的研究對于遺傳學和基因工程的重大意義，生物學教材使用了宏偉的篇幅，不吝筆墨地介紹了有關核酸的豐富知識；作為生命科學的重要物質，化學教材則在結構與性質上給予了討論。有關核酸的介紹盡其善矣。

8 小結

總體上，教材并未出現原則性科學知識錯誤和矛盾沖突，編者實現了教材應有的嚴謹性。細節上，兩學科在生物化學原理上表述不一或側重不同的現象，已簡要列舉如上。考慮到普通高中學生的總體接受能力，教材中出現了一些或與實際不符或過于淺顯的解釋方法，如糖酵解、三羧酸循環、卡爾文循環的簡略處理與大π鍵（離域π鍵）的概要介紹，這雖然有一定的意義，但或許有損科學性。上述涉及高等知識的問題或可通過課后拓展閱讀等模塊來介紹。