生物化學(xué)視角下醫(yī)用有機(jī)化學(xué)教學(xué)探討

摘 要 醫(yī)用有機(jī)化學(xué)是醫(yī)學(xué)院校學(xué)生的必修基礎(chǔ)課，課程理論性強(qiáng)，知識(shí)體系龐大，知識(shí)點(diǎn)煩瑣。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，若教師的授課內(nèi)容與醫(yī)學(xué)知識(shí)相關(guān)性不高，則學(xué)生容易缺乏主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，甚至產(chǎn)生畏難情緒，導(dǎo)致教學(xué)效果不好。文章基于生物化學(xué)與有機(jī)化學(xué)的緊密聯(lián)系，探討在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)完善知識(shí)體系、引入案例、分析結(jié)構(gòu)、對(duì)比化學(xué)反應(yīng)等融入生物化學(xué)知識(shí)，使學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到有機(jī)化學(xué)與醫(yī)學(xué)的相關(guān)性，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有效提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 醫(yī)用有機(jī)化學(xué)；生物化學(xué)；化學(xué)反應(yīng)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.19.040

Discussion on Teaching of Medical Organic Chemistry from the

Perspective of Biochemistry

ZHANG Shurong， SUN Lili， HU Xueyuan

（School of Pharmacy， Chongqing Medical University， Chongqing 401331）

Abstract Medical organic chemistry is a compulsory basic course for students in medical colleges. The course has strong theory， huge knowledge system and tedious knowledge points. In the limited class hours， teachers' teaching content is not highly relevant to medical knowledge， and students are easy to lack initiative and interest in learning， and even fear of difficulties， resulting in poor teaching effect. Based on the close connection between biochemistry and organic chemistry， it is discussed how to integrate biochemical knowledge into the teaching process by improving the knowledge system， introducing cases， analyzing structures， comparing chemical reactions， etc.， so that students can gradually realize the correlation between organic chemistry knowledge and medicine. Thus， it stimulates the enthusiasm of students to study the course and effectively improves the teaching effect.

Keywords Medical Organic Chemistry; biochemistry; chemical reaction

有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)以及化合物之間相互轉(zhuǎn)化規(guī)律等的一門(mén)學(xué)科[1]。生物化學(xué)則是用化學(xué)的原理和語(yǔ)言從分子水平上解釋生命現(xiàn)象的一門(mén)學(xué)科，即主要研究生命體中的分子和化學(xué)反應(yīng)的學(xué)科[2]。其中有機(jī)化合物是生命物質(zhì)的基礎(chǔ)，如Lehninger等在生物化學(xué)原理開(kāi)篇中分別從化學(xué)細(xì)節(jié)及組成輪廓概括了生命，即生物體的化學(xué)組成、化學(xué)鍵與官能團(tuán)、化學(xué)反應(yīng)、核酸和蛋白質(zhì)等生物分子的結(jié)構(gòu)與功能等[3-4]。由此可見(jiàn)，生物化學(xué)與有機(jī)化學(xué)有著緊密聯(lián)系，醫(yī)學(xué)生掌握必要的有機(jī)化學(xué)知識(shí)至關(guān)重要[5]。

“醫(yī)用有機(jī)化學(xué)”是對(duì)重慶醫(yī)科大學(xué)針對(duì)臨床醫(yī)學(xué)等專業(yè)開(kāi)設(shè)的必修基礎(chǔ)課，課程涉及的化合物結(jié)構(gòu)多樣、種類繁多、理化性質(zhì)和反應(yīng)復(fù)雜，學(xué)習(xí)難度較大。而教師若只關(guān)注有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)等，忽略課程內(nèi)容與生物化學(xué)的聯(lián)系，容易導(dǎo)致學(xué)生感覺(jué)課程枯燥難學(xué)，比如：部分學(xué)生會(huì)產(chǎn)生“學(xué)這些沒(méi)什么用”的想法，最終可能放棄這門(mén)課的學(xué)習(xí)，期末成績(jī)也非常不理想；也有部分學(xué)生即便是高分通過(guò)，但往往困惑于“后續(xù)生物化學(xué)的學(xué)習(xí)究竟需要哪些化學(xué)知識(shí)”。由此可以看出，醫(yī)用有機(jī)化學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上需要體現(xiàn)“醫(yī)用”特色[6]。即便《有機(jī)化學(xué)》教材也在盡可能地融入生物化學(xué)知識(shí)，但筆者認(rèn)為這不足以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?；谟袡C(jī)化學(xué)與生物化學(xué)的緊密聯(lián)系，教師在教學(xué)過(guò)程中若注重二者相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的有機(jī)融合，使學(xué)生能夠深入理解有機(jī)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)，逐漸認(rèn)識(shí)到有機(jī)化學(xué)知識(shí)與醫(yī)學(xué)的相關(guān)性，則可激發(fā)醫(yī)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的熱情，并有效提升教學(xué)效果。為此，本文從生物化學(xué)的視角，對(duì)醫(yī)用有機(jī)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討，供教學(xué)或?qū)W習(xí)參考。

1 完善知識(shí)體系，了解有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)的聯(lián)系

醫(yī)學(xué)院校的化學(xué)教師通常都是來(lái)自師范類化學(xué)專業(yè)，對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)相對(duì)欠缺一些，至于如何從生物化學(xué)的角度聯(lián)系醫(yī)學(xué)知識(shí)更顯得力不從心，而簡(jiǎn)單告知學(xué)生某些知識(shí)點(diǎn)“會(huì)在后續(xù)課程中用到”的做法，往往不足以激發(fā)學(xué)生的興趣。因此，教師要自覺(jué)完善知識(shí)體系，熟知有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)的在相關(guān)知識(shí)方面的聯(lián)系（如表1），并對(duì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)和新進(jìn)展有所了解，這樣才能避免照本宣科。

2 巧妙引入案例，突出有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)的聯(lián)系

在有機(jī)化學(xué)緒論部分涉及的尿素是蛋白質(zhì)的代謝產(chǎn)物，它也是因維勒不盲從老師而潛心研究后被確認(rèn)的，至此“生命力”學(xué)說(shuō)就被否定了。該案例可引導(dǎo)學(xué)生勇于追求真理，對(duì)待科研要鍥而不舍[7]。此時(shí)可以聯(lián)系生物化學(xué)知識(shí)，簡(jiǎn)單介紹尿素在體內(nèi)的生成過(guò)程——鳥(niǎo)氨酸循環(huán)。再如化學(xué)家鮑林既是雜化軌道理論的提出者，也是蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)的提出者[8]，德國(guó)著名化學(xué)家埃米爾·費(fèi)歇爾在有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域也先后作出了卓越貢獻(xiàn)，成功合成了大量的嘌呤及糖類化合物，使全球人類生活質(zhì)量的提高成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)他還研究合成了一系列的氨基酸、提出了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)假說(shuō)、用“鎖―鑰匙”模型解釋了生物催化劑——酶的特性[9]。類似地，也可在有機(jī)化學(xué)發(fā)展史中引入我國(guó)化學(xué)工作者于1965年人工合成結(jié)晶牛胰島素以及1981年人工合成酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸的案例，初步讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的必要性。再比如：針對(duì)“醛酮”一章的教學(xué)，其中涉及的結(jié)構(gòu)類型和相關(guān)化學(xué)性質(zhì)較多，學(xué)生更易產(chǎn)生畏難情緒，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考尤為重要。課前，老師可以使用學(xué)生非常熟悉的案例導(dǎo)入新課，如天然藥物的有效成分、天然香料的主要成分以及實(shí)驗(yàn)室保存生物標(biāo)本使用的甲醛等，接著再拋出“甲醛為什么可以用來(lái)保存生物標(biāo)本，即可以使蛋白質(zhì)發(fā)生變性”等與生物化學(xué)有關(guān)的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考，講解“醛酮的親核加成反應(yīng)”時(shí)再解釋甲醛與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氨基也可發(fā)生親核加成反應(yīng)，即是蛋白質(zhì)變性的主要原因（圖1）。眾所周知，消毒劑曾在抗疫時(shí)被大量使用，其中用于皮膚及手部消毒的醇類可殺滅細(xì)菌繁殖體，破壞親脂性病毒，而物體表面及織物的消毒可選擇酚類，環(huán)境和醫(yī)療器械的消毒則用醛類等，若將這些富含有機(jī)化學(xué)知識(shí)的消毒劑作為相關(guān)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的課前導(dǎo)入，便能激發(fā)學(xué)生興趣。再如當(dāng)下流行的“美拉德色”，可將其與糖代謝，糖類化學(xué)聯(lián)系起來(lái)，“美拉德”源于法國(guó)化學(xué)家 Maillard于1912年報(bào)道的甘氨酸和葡萄糖混合加熱時(shí)生成的褐色物質(zhì)，該反應(yīng)后來(lái)被命名為“美拉德反應(yīng)”[10]。這種聯(lián)系醫(yī)學(xué)知識(shí)的講解方式有助于學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的理解和記憶，可使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)醫(yī)用有機(jī)化學(xué)是一個(gè)享受的過(guò)程，教學(xué)效果也隨之得到提高。

3 深入分析結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)的聯(lián)系

掌握有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)尤其是關(guān)鍵的化學(xué)鍵和基團(tuán)，有助于學(xué)生對(duì)生物分子如糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸等化學(xué)結(jié)構(gòu)的理解。比如酯鍵是指含氧酸與醇或酚羥基酯化形成的化學(xué)鍵（圖2），教師可由酯鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)過(guò)渡到生物體內(nèi)的分子，如甘油三酯、核苷酸（圖3）等，提示學(xué)生查找或辨認(rèn)結(jié)構(gòu)中所包含的酯鍵，使學(xué)生領(lǐng)會(huì)到在生物體內(nèi)存在大量羧酸酯鍵和磷酸酯鍵，在此基礎(chǔ)上再引出兩個(gè)重要的遺傳物質(zhì)DNA和RNA，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是通過(guò)磷酸二酯鍵將核苷酸依次連接而成。

類似地，酰基也是一個(gè)非常重要的結(jié)構(gòu)，掌握酰基的性質(zhì)有利于學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)。比如，糖類、脂肪酸和蛋白質(zhì)代謝的中間產(chǎn)物乙酰輔酶A含有?；▓D4），脂肪酸的分解代謝涉及?；龋挥甚；苌孽０芬彩且活愔匾幕衔铮芏嗌锘钚苑肿佣紝儆邗０?，比如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的肽鍵就是酰胺鍵，掌握了酰胺鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就能理解肽鍵的特點(diǎn)（圖5）。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中注重學(xué)以致用，學(xué)生就不再感覺(jué)困惑和迷茫，因產(chǎn)生了學(xué)習(xí)的動(dòng)力而主動(dòng)去學(xué)。

另外，無(wú)論是有機(jī)化學(xué)還是生物化學(xué)，二者都必須重視對(duì)化合物立體結(jié)構(gòu)的理解。有機(jī)化學(xué)課程中的立體結(jié)構(gòu)主要涉及構(gòu)象和構(gòu)型異構(gòu)。教學(xué)過(guò)程中教師可將構(gòu)象異構(gòu)與生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸）的空間結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，提示空間構(gòu)象發(fā)生改變導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。類似地，不同的手性異構(gòu)體其生理活性往往存在差別，生命體類的化學(xué)反應(yīng)也是手性識(shí)別的過(guò)程，比如因生物酶具有特異識(shí)別的能力而導(dǎo)致人類只能消化淀粉不能消化纖維素；具有光學(xué)活性的肉堿，其左旋體因可參與脂肪的分解代謝而有減肥的功效，但其對(duì)映體（右旋肉堿）則沒(méi)有此功效。這種跨越課程的聯(lián)系既有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，大大激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，又能使其感受到學(xué)科研究進(jìn)展及成果在實(shí)際中的應(yīng)用。

4 適當(dāng)對(duì)比反應(yīng)，體會(huì)有機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)的聯(lián)系

生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝或生物轉(zhuǎn)化均離不開(kāi)化學(xué)反應(yīng)，比如在針對(duì)羧酸及取代羧酸的教學(xué)設(shè)計(jì)中，可展示“三羧酸循環(huán)的總圖”，并告訴學(xué)生這是生物化學(xué)中最重要的代謝途徑，也是體內(nèi)糖類、脂類、蛋白質(zhì)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的共同代謝樞紐，此時(shí)學(xué)生會(huì)感到好奇，再伴隨著教師對(duì)羧酸及取代羧酸的結(jié)構(gòu)、名稱及化學(xué)性質(zhì)的逐一分析，并適當(dāng)與三羧酸循環(huán)中的反應(yīng)對(duì)比，學(xué)生會(huì)逐漸明白這些羧酸的名稱（如檸檬酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸等）及其反應(yīng)（如脫羧反應(yīng)、脫水反應(yīng)、氧化反應(yīng)等）。類似地，生物化學(xué)中“脂肪酸的 ―氧化”“酮體的生成”等過(guò)程中也包含氧化脫氫、雙鍵與水的加成、酮酸的脫酸等常見(jiàn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。這種將有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與物質(zhì)代謝加以對(duì)比的方法，使學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)課與專業(yè)課是渾然一體的。

5 結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)?shù)貙⒂袡C(jī)化學(xué)與生物化學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，能吸引學(xué)生的注意力并激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)還能加深學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的記憶，對(duì)有機(jī)化學(xué)教學(xué)具有良好的輔助作用。在多年教學(xué)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)通過(guò)在有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)中融入生物化學(xué)知識(shí)，將有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與生物體內(nèi)的分子建立聯(lián)系，將有機(jī)化學(xué)中出現(xiàn)的重要化學(xué)鍵與生物分子中的主要化學(xué)鍵加以比較和分析，能加深學(xué)生對(duì)有機(jī)結(jié)構(gòu)的理解，建立有機(jī)化學(xué)反應(yīng)與體內(nèi)物質(zhì)代謝反應(yīng)的聯(lián)系，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，進(jìn)而增強(qiáng)教學(xué)效果。

*通信作者：胡雪原

基金項(xiàng)目：重慶醫(yī)科大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JY160219）；重慶醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院教育教學(xué)研究項(xiàng)目（YXJY2201和YXJY2203）。

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