1.2 生物大分子以碳链为基本骨架（教学课件）生物浙科版必修1

该高中生物学课件聚焦“生物大分子以碳链为基本骨架”核心知识点，以中国人工合成淀粉成果为主情境导入，通过碳链构建流程引出碳原子成键特点和碳骨架类型，进而探究糖类、脂质、蛋白质、核酸四大有机物的结构与功能，形成从具体情境到抽象概念的学习支架。 其亮点在于融合生命观念、科学思维与探究实践，通过搭建碳链模型、检测糖类实验等任务提升动手与归纳能力，结合人工合成淀粉科研价值渗透社会责任，帮助学生建立结构与功能相统一的生命观念，为教师提供情境化、任务驱动的教学资源，提升教学效果。

生物大分子以碳链为基本骨架 浙科版高中生物必修1《分子与细胞》第1章第2节 探究实践 ● 通过搭建碳链分子 模型、检测生物组织 中的糖类实验，提 升动手操作、变量 控制与结果分析 能力。 社会责任 ● 了解人工合成淀粉 的科研价值，认同 生物科技在解决粮食 危机、实现碳中和 中的作用；运用知 识指导健康饮食。 科学思维 ● 分析碳原子成键特 点，归纳四类有机物 的结构与功能对应 关 系 ，提升归纳概 括、逻辑推理与模 型构建能力。 生命观念 ● 能说出碳链是生物大 分子的基本骨架， 认同“结构与功 能相统一”的观点， 形成“碳是生命 核心元素”的观念。 学习目标(基于核心素养) OH OH O O OH OH O OH OH OH o o OH HO HO 分情境二：碳链骨架构 成的有机物家族—— 淀粉所属的四大类分子 3 主情境： 人工合成淀粉的奇迹 ——从二氧化碳到生命大分子 分情境一：碳链骨架 碳链骨架的构建—— 人工合成淀粉的核心第 一步 2 分情境二： 碳链骨架构成的有 机物家族——淀粉所 属的四大类分子 迁移应用： 科技报国与“双碳”目标 —人工合成蛋白质的展望 情境探究目录 O O H o O OH O O OH 1 3 · 2021年9月，中科院天津工业生物所团队突破技术壁垒。 · 成果：以二氧化碳 (CO₂) 为原料，合成与天然淀粉结构完全一致的 淀粉分子。 · 荣誉：该原创性成果登上了国际顶级学术期刊《科学》( Science)。 ●意义：颠覆了传统的农业种植模式，为解决粮食危机和实现”碳中和” 提供了全新路径。 中国原创顶尖科研成果：人工合成淀粉 《Science》刊学 [本页完] CO₂ CO₂ C1化合物 C3化合物 C6葡萄糖 长链淀粉 CO₂ C1化合物 C3化合物 C6葡萄糖 长链淀粉 核心问题：人工合成淀粉需要先把单个碳的CO₂逐步连接成更长的碳链。 驱动思考：1.碳原子为什么能相互连接形成长链? 2.为什么碳能成为生物大分子的“骨架”? 3.生物体内的各类有机物如何以碳链为基础构建? 从无机到有机：人工合成淀粉的核心步骤 第二部分 分情境一：碳链骨架的构建—人工合成淀粉的核心第一步 原料活化 碳骨架构建 目标产物 授课人：[您的名字] 4 探秘碳原子：微观结构的奥秘 碳原子的原子结构：原子序数：6,电子排布：内层2个电子，最外层4个电子。 化学特性：最外层有4个电子，既不容易失去电子，也不容易得到电子，倾向于 与其他原子共享电子。 内层电子(2) 原子核 (6个质子，6个中子) 最外层电子(4)-倾向共享电子 ……1E…1… 共价键的形成：碳原子通过与其他原子(如H 、 O 、N或另一个C) 共享电子，形成稳定的共价 键。 成键数量：每个碳原子最多能形成4 个共价键。 连接方式： 碳原子的成键特点：灵活的“四只手” 意义：这种特性使得碳原子能够像积木一样， 灵活地连接成各种复杂的结构。 · 单键 (C- C) · 双 键 (C=C) · 三键 (C=C) 单键 (C-C) 双键 (C=C) 三键( C=C) 探究活动：搭建碳链分子模型 任务目标 利用碳原子、氢原子模型和共价键配 件，拼插2-6个碳原子构成的碳链。 操作指南 1. 确保每个碳原子连接4个共价键。 2.尝试拼出尽可能多不同的骨架形状。 思考问题 ·你拼出的碳骨架有哪些结构类型? ·碳原子的成键特点对碳链构建有什 么意义? 可选择页面文号(页选等) 第 1 0 页 千变万化：碳骨架的三种基本类型 碳原子之间不仅能相连，还能形成不同形状的骨架，这是有机物种类繁多的重要原因。 1.直链结构 2. 支链结构 3.环状结构 碳链首尾相连形成闭环 (如：葡萄糖的环状结构)。 HO OH OH 碳原子依次连接成一条直线 (如：部分脂肪酸)。 在直链的基础上产生分支 (如：支链淀粉)。 CH₃ (CH₃)₃C-CH₂- CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ --- f * 为什么不是硅(Si)? 硅虽然最外层也有4个电子，但硅原子 半径较大，Si-Si 键不如C-C键稳定，难以 在常温常压下形成稳定的长链大分子。 碳原子的成键能力 为什么不是氢(H)或氧(O)? 它们能形成的共价键太少 ( H为 1 , 0 为 2),无法形成长链。 深度思考：为什么碳是生命的核心元素? 对比分析 核心优势 结论 碳原子大小适中，成键能力强且稳定，是 构建复杂生命分子的完美“骨架”材料。 完美的“骨架” 碳(C) 优点 缺点 缺点 > 单体与多聚体： >许多生物大分子是由众多基本结构 单位(单体)连接而成的多聚体。 >每一个单体都以若干个相连的碳 原子构成的碳链为基本骨架。 “碳是生命的核心元素” 没有碳，就没有生命。所有生物有机物都以碳骨架为基本结构基础。 核心概念：生物大分子以碳链为基本骨架 > 生命观念升华： 碳链骨架 多聚体 H OH OH 单体 H H 第13页 第三部分 分情境二：碳链骨架构成的有机物家族 ——淀粉所属的四大类分子 从淀粉出发：认识有机物家族 天然植物提取淀粉微观结构 实验室人工合成淀粉微观结构 ● 淀粉属于糖类，除了糖类，细胞内还有哪些以碳链为骨架的有机物?它们的组成和功能 分别是什么? 聚合而成的长链多聚体。 驱动问题： 共同的基本单位 C6环状碳链结构 探究任务：四大类有机物解码 细胞内的四大类有机物：糖类、脂质、蛋白质、核酸。 分组探究任务单(结合教材完成): 糖类 脂质 · 维度1:组成元素与基本单位 · 维度2:主要分类 · 维度3:核心功能 维度4:检测方法与原理 要求：分为4组，每组认领一个模块， 完成成探究后派代表上台展示。 蛋白质 核酸 糖类：生命的主要能源物质(组成与分类) 组成元素：主要由C、H、O组成。 单 糖 ：不能水解的糖 (如：葡萄糖、果糖、核糖、脱氧核糖) 二糖 ：由两分子单糖脱水缩合而成 (如：蔗糖、麦芽糖、乳糖) 20 多 糖 ：由许多单糖聚合而成的大分子 浙科版高中生物必修1 第17页：糖类(1/2) (按水解分类) 糖类 纤维素 澱 粉 糖原 >核心功能： 1. 主要能源物质：葡萄糖是细胞生命活动的主要能源；淀粉是植 物能物质；糖原是动物储能物质。 2. 结构物质：纤维素是构成植物细胞壁的主要成分；核糖/脱氧 核糖是核酸的组成成分。 >深度思考： 所有糖类都是能源物质吗? *解答*:不是。例如植物细胞壁的纤维素 属于多糖，但它主要起支撑保护作用， 不能作为能源物质供能。 糖类：生命的主要能源物质(功能辨析) 18 微型实验：糖类的检测 CH₃₂OH OH HO OH OH 加碘液后 (变蓝色) CH₂OM O OH HO OH O H 水浴加热后 (红黄色沉淀) 二 实验目的：验证糖类检测原理。 检测淀粉： · 试剂：碘液 · 现象：淀粉遇碘液变蓝色。 · 现象：产生红黄色沉淀 (或砖红色沉淀)。 *注：蔗糖是非还原糖，不产生此现象。* 检测还原糖 (如葡萄糖、果糖、麦芽糖): · 试剂：本尼迪特试剂(或斐林试剂) · 条件：热水浴加热 淀粉检测 热水浴加热 加试剂未加热 微创实验室 2024 加碘液前 脂质：细胞内多功能的碳链分子(组成与分类) ※组成元素：主要由C、H、O 组成(部分含 N、P) 。与糖类相比，脂质中氧的含 量较少，氢的含量较多。 ※分类： 易混辨析：脂质属于生物大分子吗? *解答：不属于。 脂质分子量相对较小，不是由 单体聚合而成的多聚体。 ● 磷脂：含有磷酸基团，具 · 固醇：包括胆固醇、性激 有亲水头和疏水尾。 素、维生素D等。 ● 油脂 (脂肪):由甘油和 脂肪酸结合而成。 C C C 亲水头 疏水尾 *核心功能： 油脂： 固醇： 热水水细胞膜膜 健康饮食 图标 皮下脂肪 细胞膜双分子层 脂质：细胞内多功能的碳链分子(功能与辨析) *解答*:不能，胆固醇是 细胞膜重要成分；性激素 化学本质是固醇(脂质), 不是蛋白质。 胆固醇构成动物细胞膜， 参与脂质运输；性激素 促进生殖器官发育；维 生素D 促进钙磷吸收。 减脂期能不能完全不吃 含胆固醇的食物? 细胞内良好的储能物 质，兼具保温、缓冲 减压作用。 构成细胞膜及多种细 胞器膜的重要成分。 Q&A *生活应用辨析： 提问与解答 微型实验：油脂的检测 实验原理： 油脂可以被特定的脂溶性染料染色 凸 检测试剂：苏丹Ⅲ染液 实验现象： 油脂+苏丹Ⅲ染液 呈现 橙黄色 操作要点： 通常需要制作花生子叶切片，染色后用体 积分数为50%的酒精洗去浮色，在显微 镜下观察 种类：组成人体蛋白质的 R 基 酸。约有21种，由R基 “四只手” : 子 的 决定 架概念氨基 原 骨 碳 碳 中心 呼应 组成元素：主要由C、○H、O、 N 组成(部分含S等 ) 。 大分子属性：蛋白质是高 分子化合物，属于生物大 分子。 基本单位：氨基酸 蛋白质：生命活动的主要承载者(组成与单体) 蛋白质：生命活动的主要承载者(1/3) 结构通式：中心一个碳原 子，连接一个氨基 (-NH₂ )、 一个羧基(-COOH)、 一个氢原子(-H) 和一个 侧链基团(-R基 ) 。 NH₂ 核心观念 极其多样的结构造就了蛋 白质极其丰富的功能。 结构多样性的原因 氨基酸的种类 氨基酸的排列顺序 Side Chain 氨基酸的数目 蛋白质：生命活动的主要承载者(结构多样性) 蛋白质：生命活动的主要承载者 (结构多样性) 多肽的形成 氨基酸(珠子) 脱水缩合 肽键 串珠 多肽链 基瘊特结构 肽链盘曲、 折叠形成的空间结构 主挺结匈 二次结构 三押结构 四多结构 多分结构 蛋白质：生命活动的主要承载者(核心功能) 怎么理解“蛋白质是生命活动的主要承载者”? 运输作用 如血红蛋白运输氧气， 载体蛋白运输物质。 红细胞 盾牌 调节作用 如胰岛素调节血糖。 免疫作用 如抗体抵御病菌侵害。 蛋白质 功能 酶 齿 轮 ■功能举例： 结构蛋白 构成细胞和生物体(如 肌肉、头发、羽毛)。 催化作用 绝大多数酶是蛋白质 加速化学反应。 [您的名字] 核酸：遗传信息的携带者(组成与单体) 组成元素：C、H、O、N、P。 大分子属性：核酸是生物大分子。 基本单位：核苷酸 组成：一分子含氮碱基+一分子五碳糖 4一分子磷酸。 碳骨架体现：五碳糖本身就是一个环 状的碳骨架结构。 ●核心功能：细胞内携带遗传信息的物质。在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中 具有极其重要的作用。 ■ 结构与功能相适应：核苷酸的排列顺序储存着海量的遗传信息。 核 酸 ：遗传信息的携带者 DNA (脱氧核糖核酸):主要分布在 细胞核，双螺旋结构 页 核酸：遗传信息的携带者(分类与功能) ■ RNA ( 核糖核酸):主要分布在细胞质， 通常为单链 ATAGTTCGQTCATCTGTCCGTCAAGAAAACGAATCC TAGATTCTCT(TCCAATATCT GCAGAAAGCRT TCAAATCTCtAATGAACGGATCAAGATTCTG TAAATTCGTCUGrU TTGAGATCAA AAUCCUCGCGCCUCCG AUCUCGUCGAUCUCCG AUCAUCGUUCCUUccC AAUCUGUCC ATGCAnST TAAATCCGTCGCTCeGT TCCAGTTTGGTAT UUAUC 第 四 部 分 迁移应用与课堂总结 C 迁移应用：科技报国与“双碳”目标 情境拓展：继人工合成淀粉后，科研团队正研发以CO₂为原料人工 合成蛋白质技术(用于生产人造肉),以缓解畜牧业的碳排放压 力。 驱动问题：如果要人工合成蛋白质，核心要解决什么 N 问题?需要以哪些物质为原料? 学以致用： ·原料：除了CO₂提供碳骨架；还需 要氮源(提供N元素合成氨基酸)。 ·核心：将碳原子组装成氨基酸的碳 骨架，再通过脱水缩合形成特定空 间结构的多肽链。 社会责任：生物科技是保障国家粮食 安全、实现碳中和战略的关键力量! CO CO 课后作业(2选1) 1. 查阅资料，了解人工 合成淀粉目前的工业化 瓶颈是什么,下节课分 享。 2.结合本节课所学的有 机物功能，为自己设计 一份营养均衡的一日三 餐食谱。 主要能源物质 (淀粉遇碘变蓝，还原糖+本 尼迪特试剂→红黄色沉淀) 储能、构成膜、调节 (油脂+苏丹Ⅲ→橙黄色) 基本单位氨基酸 生命活动主要承载者 基本单位核苷酸 储存传递遗传信息 最外层4个电子，可形成4个共价键 直链 支链 环状 课堂总结与作业布置 糖类 C,H,O 脂质 C,H,O 蛋白质 C,H,O,N 核酸 C,H,O,N,P 碳的成键特点 碳骨架类型 生物大分子以 碳链为基本骨架 四类有机物 $