微生物的营养、代谢和生长 教学过程

第二课时

    1．由新陈代谢的定义引导学生总结微生物代谢的概念，导入本课题。
    2．由工业生产广泛应用微生物的重要原因之一是微生物代谢旺盛，利用“乒乓球与篮球在相同体积下表面积比较”的比喻，引导学生分析微生物代谢旺盛的原因（微生物的表面积与体积比大，利于外界物质交换；对物质的转化利用快），并由此引申到真核生物进化的一种趋势：细胞呈现体积减小的进化过程。
    3．微生物的代谢产物。
    （1）学生阅读教材第89页“微生物代谢产物”部分内容，依据知识点自行设计表格，比较初级代谢产物和次级代谢产物的异同点。
    （2）同学展示自学成果，并通过交流相互补充、完善知识结构。
    （3）教师适时点拨、归纳知识结构。
    4．微生物代谢的调节。
    （1）复习“人和高等动物，植物生命活动调节的基本形式”，运用结构与功能相适应的生物学观点，引出微生物代谢的调节方式。
    （2）结合如下实例，分析微生物代谢调节的方式。
    实例：
    1.大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。
    2.亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。
    分析：
    ①由两实例的共同点得出：微生物完成代谢调控主要是通过调节酶实现的。
    ②由两实例区别得出：
    实例1，通过调节酶的活性，控制代谢过程；
    实例2，通过调节酶的合成，控制代谢过程。
    小结：
    微生物代谢调节的主要方式：酶合成的调节和酶活性的调节。    
    （3）结合学习目标，自学阅读“微生物代谢调节”部分内容。
    学习目标：
    ①酶合成的调节
    a.组成酶和诱导酶的区别
    b.酶合成调节的对象、结果
    c.酶合成调节的机制（本质）
    d.酶合成调节的意义
    ②酶活性的调节
    a.酶活性调节的对象。结果
    b.酶活性调节的机制
    c.酶活性调节的特点
    d.酶活性调节的意义
    ③两种调节方式的区别与联系
    （4）教师组织、参与学生学习成果交流，适时提出以下问题引导学生分析，完善和深化知识结构。
    ①微生物是否在所有场合。所有时间内都合成它们所能合成的全部酶类？这有何意义？
    ②组成酶、诱导酶合成的条件是什么？
    ③大肠杆菌乳糖代谢有何特点？大肠杆菌乳糖代谢基因的表达调控过程有何特点？
    ④根据原核生物基因表达调控过程，酶合成的调节属于哪种水平的调节方式？若诱导酶在没有诱导物的情况下也能合成，有哪些方法？
    ⑤诱导酶是否接受酶活性调节？
    ⑥ 通过书中酶话性调节实例分析，它与高等动物激素调节的哪种方式有相似之处？
    ⑦为什么酶活性调节比酶合成调节快速、精确？
    （5）教师在学生讨论基础上，归纳知识结构。
    ①酶合成的调节
    a.组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控；诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成、存在，它的合成受基因与诱导物共同控制；
    b.酶合成调节的对象是诱导酶；调节的结果是使细胞内酶的种类增多；
    c.酶合成调节的机制（本质）——原核生物基因表达的调控，如大肠杆菌乳糖操纵子学说；
    d.酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。
    ②酶活性的调节
    a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶）的催化能力，调节的结果是酶量发生变化；
    b.酶活性调节的机制——通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节；
    c.酶活性调节的特点：快速、精确；
    d.酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。
    ③两种调节方式的区别与联系
    区别：
    a.从调节对象看：酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率，而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及酶量变化；
    b.从调节效果看：酶活性调节直接而迅速，酶合成调节间接而缓慢；
    c.从调节机制看：酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成；酶活性调节是代谢调节，它调节酶活性。
    联系：
    细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。
    5．微生物代谢的人工控制：
    （1）首先指出人工控制微生物代谢的目的——最大限度积累对人类有用的代谢产物。
    （2）以黄色短杆菌生产赖氨酸，谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸为例，说明人工控制微生物代谢的方法。
    ①人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸。
    a.学习黄色短杆茵合成赖氨酸的途径及代谢调节过程；
    b.由苏氨酸、赖氨酸共同积累过量会抑制天冬氨酸激酶的活性，而赖氨酸单独过量不会出现抑制的代谢特点引导学生逐步推理，最后落脚点是：通过诱变育种选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种作为工业微生物，达到大量生产赖氨酸的目的。
    ②人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。
    a.复习谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径及调节方式
    b.由谷氨酸积累过量会抑制谷氨酸脱氢酶活性的特点，引导学生推理：如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶恬性？（细胞内谷氨酸浓度下降）如何使细胞内谷氨酸浓度下降？（将细胞内谷氨酸透出细胞）如何使谷氨酸通过细胞膜由细胞内到达细胞外？（改变细胞膜透性），由此可大量生产谷氨酸。
    （3）总结人工控制微生物代谢的措施
    6．结合教材91页相关内容，阅读归纳发酵概念和种类。