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聚合酶链式反应(聚合酶链式反应(PCR)技术原理)

聚合酶链式反应(聚合酶链式反应(PCR)技术原理)

" 多聚酶链反应(PCR)的发展,大力地推动了现代医学由细胞水平向分子水平、基因水平的发展。由于PCR技术具有快速、简便、特异、敏感等优点,使该技术广泛应用于临床诊断、医学遗传学、微生物学等生命科学的各个领域。PCR技术作为一项临床实验诊断方法,为临床疾病的诊断提供更加准确的依据。本文介绍了PCR技术的基本原理,总结了目前国内外的PCR的主要技术发展和类别。 " PCR的定义 PCR(polymerase chain reaction),即聚合酶链式反应,这是一种用于在体外扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,通过高温变性、低温复性和延伸这三个阶段不断循环,将特异片段的基因进行大幅扩增,从而达到将微量的DNA大幅增加的目的,以此来检测是否有特定基因存在的目的。 PCR的基本工作原理 DNA在体外95℃的高温时会变性,从双链解旋变成单链,为下轮反应做准备:在低温(经常是60℃左右)时,引物与解开的两条单链按碱基互补配对的原则结合,再调温度至72℃,在DNA聚合酶的作用下,以dNTP为原料、靶序列为模版,按照碱基互补配对原则和半保留复制原理,沿着磷酸到五碳糖(5‘-3’)的方向合成一条新的与模版DNA链互补的半保留复制链。 Mg2+浓度对PCR 扩增的特异性和产量有显著的影响。Mg2+浓度过高,反应特异性降低,出现非特异扩增;而浓度过低会降低TaqDNA 聚合酶的活性,使反应产物减少。 缓冲液能够提供PCR 反应稳定环境,提高反应体系的抗干扰能力。引物和探针是扩增效率的关键。 内标控制系统,内标基因通常是选取与靶基因无相关性的序列设计引物探针,可在VIC/HEX 通道检测荧光。通过利用全自动荧光PCR 检测仪检测上述荧光信号,可以用来检测反应体系是否正常。 三代PCR技术 第一代PCR技术: 通常我们所说第一代PCR技术就是最初的PCR,采用普通PCR扩增仪来对靶基因进行扩增,然后采用琼脂糖凝胶电泳对产物进行分析,通过比对条带的位置做出判断,只能做定性分析。最初的PCR技术所采用的核酸染料,会对实验人员和环境造成伤害,而且检测耗费时间较长,操作麻烦,容易出错,而且最后的结果只能做出定性的判断。 其原理是DNA在碱性的溶液中带有负电荷,因此,在电场作用下朝正极移动。在琼脂凝胶中电泳时,由于琼脂糖凝胶具有一定孔径,长度不同的DNA分子由于所受凝胶的阻遏作用不同,因此导致长度不同的DNA分子的迁移的速度不同,从而可以按照分子量大小得到有效分离。 第二代PCR称为实时荧光定量PCR技术: 通过在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号累积来实现实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。 利用荧光信号的变化实时检测PCR扩增反应中每一个循环扩增产物量的变化,通过Ct值和标准曲线的分析对起始模板进行定量分析。 扩增曲线图: 横坐标:扩增循环数; 纵坐标:荧光强度 每个循环后都进行一次荧光信号的收集 可以看到PCR的扩增曲线呈现一个S形的曲线 目前qPCR常用荧光标记方法分为两种:一种是非特异性荧光标记:SYBR Green I,另外一种是特异性荧光标记:TaqMan SYBR Green I法的方法原理是:当扩增时,单链开始扩展延伸,延伸结束,形成双链DNA,SYBR Green将结合到双螺旋小沟中,当受到适合光源激发,发射出荧光,反映产物浓度。 TaqMan作用机理是: 每扩增一条DNA分子,释放一个荧光信号,可以在循环过程中任一点检测荧光。 当探针完整,5′端荧光物质R受3′端淬灭物质Q的制约,不能检出荧光,而当扩展延伸时,由于与目标序列互补与展开的单链结合,R与Q分开,荧光物质此时则游离出来,荧光信号可以被检出。 第三代PCR技术: 第三代PCR称为数字PCR,目前分为微阵列芯片式PCR、液滴数字PCR,数字PCR一般包括两部分内容,即PCR扩增和荧光信号分析。 在PCR扩增阶段,与传统技术不同,数字PCR一般需要将样品稀释到单分子水平,并平均分配到几十至几万个单元中进行反应。不同于qPCR对每个循环进行实时荧光测定的方法,数字PCR技术是在扩增结束后对每个反应单元的荧光信号进行采集。最后通过直接计数或者泊松分布公式计算得到样品的原始浓度或者含量。 微流控芯片数字PCR能够快速并准确地将样品流体分成若干个独立的单元,是进行多步平行反应、成本低、体积小和高通量,是理想的数字PCR平台。通过芯片设计将纳升液体封闭在高通量的微池或微量通道中进行后续的PCR扩增及扩增后结果的荧光显微镜进行直接判读。 液滴数字PCR则是将两种互不相溶的液体,以其中一种作为连续相(油项),另一种作为分散相(水项),在水/油两项表面张力和剪切力共同作用下分散相以微小体积单元的形式分散于连续相中,形成液滴,常用作微反应器,具有体积小、样品间无扩散,反应条件稳定等特点。 利用微滴发生器可以一次生成数万乃至数百万个纳升甚至皮升级别的单个油包水微滴,作为数字PCR的样品分散载体。液滴中包裹了单拷贝DNA模板和PCR反应液,将液滴收集在PCR反应管中进行扩增。PCR反应结束后检测每个微滴的荧光信号。 数字PCR通过稀释分离使每个反应室含一套扩增体系消除了本底信号的影响,因此检测结果具有很强特异性和灵敏性,并且通过稀释分离成几千至几百万个独立反应单元,再直接计数有扩增产物的个数,可以检测出极微量的核算模板量,理论上可以检测出单个拷贝的模板量。 PCR机器的基本构造 目前市面上宠物市场主流产品是第二代PCR,即荧光定量PCR,其基本的工作原理就是对扩增后的产物进行荧光物质的检测 荧光物质的发光的原理: 通过机器内部发射出短波长的激发光来激发荧光分子,荧光分子受到激发光的照射,会从下部的基态转变到上部的激发态,激发态的荧光分子就会向外辐射出波长较长的光,通过对荧光分子向外辐射的光进行检测,就能够对产物进行定量检测分析。 目前市面上主流的荧光定量PCR仪器主要构成分为三部分:扩增模块(温控系统),荧光检测模块(光学系统和检测系统)和数据分析模块(软件系统) 机器内部光源发出的光通过滤光片筛选出需要的激发波长,然后通过光斑整形照射到样本上,然后样本激发出荧光,然后再通过另外一块滤光片筛选出真正的荧光信号,入射到光电探测器上,通过光电探测器实现荧光信号的转换,转换出的电信号再进入到数据分析模块进行分析。 温控系统: 目前市面用的比较多的是半导体系统,还有一种是空气热循环 光学系统:光源:目前市面上主要的是四种,卤钨灯(发热量大寿命短),单色LED(窄光谱),白光LED(宽光谱),激光器(成本高) 探测系统:光电倍增管,光电二极管(逐点扫描),成像相机(同时扫描) 总结 PCR是一种用于在体外扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,通过高温变性、低温复性和延伸这三个阶段不断循环,从而达到将特异片段的基因进行大幅扩增的目的。 目前PCR技术已经发展到第三代数字PCR,第一代PCR为琼脂凝胶电泳法,第二代为荧光定量PCR,也是目前宠物市场上的主流PCR。 实时荧光定量PCR仪器是通过在PCR反应体系中加入荧光基团,通过利用荧光信号累积来实现实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线和CT值对未知模板进行定量分析的方法。 目前市面上主流的荧光定量PCR仪器主要构成分为三部分:扩增模块(温控系统),荧光检测模块(光学系统和检测系统)和数据分析模块(软件系统) 扩增模块通过精准控制温度的升高和降低,使核酸分子不断的循环高温变性、低温复性和延伸这三个阶段,从而使得特异的基因片段不断得进行半保留复制,荧光检测模块则是通过机器内部光源发出的光,通过滤光片发射出的激发波长照射到样本上,使荧光分子从基态变为激发态,从而激发出波长较长的光,激发的光入射到光电探测器上,通过光电控制器实现荧光信号到电信号的转换,转换出的电信号再进入到数据分析模块进行定量分析,通过软件分析出扩增曲线,CT值来进行最后结果的判断。
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氯化钠的相对分子质量(一定质量分数的氯化钠溶液的配制)

氯化钠的相对分子质量(一定质量分数的氯化钠溶液的配制)

氯化钠的相对分子质量 氯化钠的相对分子质量为:58.5. 氯化钠的分子式为NaCl,钠原子的相对分子量为23,Cl原子的相对分子量为35.5,所以氯化钠的相对分子量计算为:23+35.5=58.5. 氯化钠(NaCl),外观是白色晶体状,其来源主要是在海水中,是食盐的主要成分. 一定质量分数的氯化钠溶液的配制 农民在喷施农药的时候浓度既不能太大,也不能太小,必须在合理的浓度范围内才能发挥最佳效果。 注射用的生理盐水浓度为0.9%,医用酒精的浓度为75%,这些需要定量的溶液怎样配制呢? 一、实验目的 1.初步学会配制一定质量分数的溶液。 2.加深对溶质的质量分数概念的理解。 3.探究导致实验结果偏大或偏小的原因。 二、实验仪器: 托盘天平、药匙、量筒、胶头滴管、烧杯、玻璃棒 三、实验步骤: 1、计算:按配制要求计算出所需要的溶质和溶剂的量(固体计算出质量,液体计算出体积)。 2、称量:用托盘天平或电子秤称取所需的氯化钠; 3、量取用量筒量取所需的水。 4、溶解:把溶质和溶剂混合,搅拌至充分溶解即可。 5、装瓶存放:把配好的溶液装入试剂瓶中,贴上标签。 实验1:配制质量分数为6%的氯化钠溶液 溶液配制及所配溶液中溶质质量分数的误差分析 【问题与交流】所配溶液中溶质质量分数的误差分析 (1)所配溶液中溶质质量分数偏小: ①计算时错误,溶质算少了,溶剂算多了; ②称量溶质时,砝码和物体放反了,且使用了游码(或其他操作导致溶质称少了); ③称量完毕,溶质有撒落,没有全部转移到烧杯中; ④量液时,视线偏下,即仰视量取溶剂; ⑤溶剂倒入烧杯时,烧杯不干燥或配制完溶液后用水洗烧杯,并将水倒入试剂瓶中; ⑥在烧杯中溶解溶质时,溶质还没有完全溶解,就将溶液转移到了试剂瓶中。 (2)所配溶液中溶质质量分数偏大: ①计算时错误,溶质算多了,溶剂算少了; ②称量溶质时,称量错误,溶质称多了; ③量液时,视线偏上,即俯视量取溶剂; ④量取液体在倒入烧杯时有洒落,没有全部倒入烧杯中; ⑤在配制溶液时,溶剂有洒落。 (3)所配溶液中溶质质量分数影响不大: 配好溶液后,向试剂瓶中转移时,溶液有洒落。该操作虽然溶液的质量减小,但由于溶液具有均一性,其溶液中溶质质量分数不变。 如果没有食盐,手边只有刚刚配好的6%的氯化钠溶液,而我们需要50g质量分数为3%的氯化钠溶液,那怎么办呢? (水的密度是1.0g/mL 、6%的氯化钠溶液的密度为1.04g/mL) 将6%的氯化钠溶液加水进行稀释 实验2:用配好的浓度为6%的氯化钠溶液配制50g浓度为3%的氯化钠溶液 实验步骤: (1)计算:所需6%的氯化钠溶液———g(体积——ml),需加水——g 知识链接: 计算的依据——稀释前后,溶质的质量不变 浓溶液的质量×6%==稀溶液的质量×3% 浓溶液的质量×6%=50g×3% 浓溶液的质量=25g 浓溶液的体积=溶液质量÷密度 =25g÷1.04g/cm3=24ml 需要加水的质量=50g-25g=25g (2)量取:用量筒量取所需的6%的氯化钠溶液(密度约为1.04g/cm3),量取水,倒入烧杯中。 (3)混匀:用玻璃棒搅拌使溶液混合均匀。 (4)装瓶:将配制好的溶液装入试剂瓶,并贴上标签。 小结:
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atp是什么(ATP为什么不叫高能磷酸键了)

atp是什么(ATP为什么不叫高能磷酸键了)

科普:ATP是什么? ATP又叫三磷酸腺苷,简称为ATP,其结构式是:A—P~P~P 它是一种含有高能磷酸键的有机化合物,它的大量化学能就储存在高能磷酸键中 ATP是生命活动能量的直接来源,但本身在体内含量并不高 人体预存的ATP能量只能维持15秒,跑完一百公尺后就全部用完 不足的继续通过呼吸作用等合成ATP 肌肉收缩产生的运动,神经细胞的活动,生物体内的其他一切活动利用的都是ATP水解时产生的能量 深度读:ATP为什么不叫高能磷酸键了? 今天读书内容:细胞的能量货币ATP。 1 问题探讨 教材用萤火虫发光为例引入,在本节结尾处小字部分又对萤火虫发光进行了具体解释,前后呼应。 一些课例导入时用剥离蛙的腓肠肌为材料,分别加入葡萄糖和ATP观察腓肠肌的反应,用以说明ATP是直接能源物质。这个实验成本不低,但是根据现有的研究结果来看,多数生物体中ATP不能运进细胞(参见“ATP能不能进出细胞”),即本实验中ATP不是作为细胞内的直接能源物质发挥作用的,本实验并不适合本节课的导入。 2 ATP是一种高能磷酸化合物 “高能磷酸键”这个术语长期被用来描述ATP水解反应时被断开的P~O键,这是不对的,这种表述错误地暗示键自身含有能量。事实上所有化学键的断开都需要能量的输入。磷酸化合物水解释放的能量(自由能)并不是来自于某个具体被断开的键,它来自于产物比反应物具有更少的能量(自由能)。 ATP中四个负电荷相距很近且相互排斥,这是ATP不稳定的重要原因。ATP水解时,释放末端的磷酸基团会消弱相邻负电荷之间的互斥作用,同时脱下来的磷酸基团也更加稳定。这样ATP水解后的产物中所含有的能量(自由能)就比ATP低,这部分能量差就被释放出来。由于1mol ATP水解释放的能量较高,所以ATP是高能磷酸化合物。 3 ATP与ADP可以相互转化 3.1ATP和ADP的相互转化 在有些酶(ATP酶)的参与下,ATP水解形成ADP和Pi,并释放出能量;在有些酶(如ATP合酶)的参与下,能量驱动ADP和Pi结合,重新形成ATP。ATP和ADP之间的相互转化时刻不停地发生,ATP通过水解释放能量供生命所需,生成的ADP又在一定条件下转化成ATP。ATP和ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物中都是一样的,这体现了生物的统一性。 细胞供能并不是依赖于ATP的绝对含量,而是依赖于ATP和ADP相互转化的速率。ATP和ADP之间相互转化的速率越快,单位时间所能提供的能量就越多。新教材不再明确提ATP在体内(细胞内)的含量极少(教师用书还保留了ATP含量少的表述),这可能是因为人们发现ATP能够与细胞中的蛋白质结合起来,其含量测定相对困难。 3.2ATP合酶与ATP酶 教辅喜欢在此处区分ATP的合成和水解是不是可逆反应,我的意见是不需要讲。下面主要从酶的角度谈一谈我的理由。 催化ATP分解的酶是ATP酶(注意不是教辅们讲的ATP水解酶)。通过氧化磷酸化催化ATP合成的酶称为ATP合酶(也可以像教辅们那样叫做ATP合成酶,在有氧呼吸第三阶段催化ATP的合成),另外还存在通过底物水平磷酸化催化ATP合成的酶(在有氧呼吸第一和第二阶段以及无氧呼吸时催化ATP的合成)。 教辅经常强调催化ATP合成和ATP分解使用不同的酶,这是不正确的。线粒体上的ATP合酶由F1和FO(注意是字母O不是数字0)两部分组成。上世纪60年代科学家就分离了F1,并发现其能够催化ATP的水解,故最初称其为F型ATP酶。但是当F1和FO组合在一起时,就具有了催化ATP合成的能力。 另一个有趣的例子是Na-K泵。Na-K泵在生理状态下通过消耗ATP将Na+泵出细胞同时将K+泵进细胞。但是如果利用红细胞膜创造一个膜内高K+、膜外高Na+(相应离子浓度均高于生理状态)的环境,Na-K泵就会反过来工作:K+运出细胞Na+运进细胞的同时生成ATP。这个例子充分表明同样的酶(此处为Na-K泵)在不同的环境下可以催化相反的反应。其实这也很容易理解,因为酶促反应只改变化学反应的速率;对于可逆反应而言,酶既能催化正反应的速率,也能催化逆反应的速率。在生理状态下,酶所处的环境大都是相对稳定的,通常这种相对稳定的环境利于酶催化的反应朝着一个方向进行,而不利于反应朝着相反的方向进行。 4 ATP的利用 4.1ATP水解供能常涉及基团的转移 为了说明ATP水解如何供能,教材用了P型Ca2+泵(参与Ca2+主动运输的载体)的例子。在这个例子中,非磷酸化的Ca2+泵含有ATP结合位点和Ca2+结合位点。当Ca2+与泵上的Ca2+结合位点结合后,泵的ATP水解酶活性被激活,ATP水解释放的磷酸基团与泵结合导致Ca2+泵的磷酸化,这导致泵构象的变化从而引起Ca2+的释放。Ca2+的释放最终引发泵的去磷酸化,去磷酸化的Ca2+泵又可以结合ATP和Ca2+,继续进行Ca2+的跨膜转运。在这个例子中,我们看到ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质分子磷酸化,通过蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化,使蛋白质的空间结构发生变化,活性也随之发生改变。 再来看一个谷氨酸生成谷氨酰胺的例子。谷氨酸和氨反应生成谷氨酰胺是一个吸能反应,需要ATP水解供能才能够进行。学生包括老师可能会认为:ATP直接水解释放能量推动该反应的进行,而实际反应并不是如此。如图所示,一个磷酸基团首先从ATP中转移到谷氨酸上生成谷氨酰磷酸,这导致谷氨酸被活化,活化的谷氨酸(谷氨酰磷酸)处于较高的能量水平,可以和氨反应生成谷氨酰胺。 (引自Lehninger Principles of Biochemistry 3th 中文版,p433,图14-8) 再回到萤火虫荧光的例子。荧光素和ATP反应时,ATP将腺苷酰磷酸基团转移给荧光素,这导致荧光素被激活,激活的荧光素在荧光素酶催化下和氧气发生化学反应,形成氧化荧光素并发出荧光。 (引自Lehninger Principles of Biochemistry 3th 中文版,p437。部分名词翻译和文中有差异) 最后再看一个ATP直接水解供能,而不涉及基团转移的例子。肌肉收缩时,ATP与肌球蛋白非共价结合(磷酸化是共价结合),使肌球蛋白维持这一构象;当肌球蛋白催化ATP水解时,ADP和Pi就从肌球蛋白上脱离下来,这使得肌球蛋白转变为另一种构象直到另一个ATP分子结合上去。ATP的(非共价)结合和随后的水解提供了肌球蛋白构象变化的能量。 4.2 ATP是流通的能量通货 一个吸能反应和一个放能反应相联系时,放能反应释放的能量能满足吸能反应的能量需求。细胞内的放能反应通常和ATP合成(吸能反应)相联系,将放能反应释放的能量暂时储存在ATP中;ATP的水解(放能反应)和细胞内的吸能反应相联系,将ATP水解释放的能量用于推动细胞内吸能反应的进行。也就是说能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此,可以形象地把ATP比喻为细胞内流通的能量“货币”。 4.3 其它高能磷酸化合物也可以直接供能 ATP是主要的高能磷酸化合物,此外,GTP、UTP、CTP(NTP)和dATP、dGTP、dTTP、dCTP(dNTP)也可以在特定反应中充当供能分子。因此,我们说ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,而不说ATP是唯一的直接能源物质。 5 建构概念,发展素养 本节需要建立的概念是:ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。服务于这一概念的建构,学生需要明确:ATP是一种高能磷酸化合物,在细胞中,ATP与ADP的相互转化实现储能和放能,从而保证细胞各项生命活动的能量供应。 所有生物的细胞内都以ATP作为能量“货币”,引导学生从细胞代谢的角度认识生物界的统一性,为深入认识生命有共同起源打下基础。
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点击化学在化学生物学中的应用

点击化学在化学生物学中的应用

美中药源原创 新闻事件 今天Derek Lowe的博客提到点击化学在化学生物学的应用,并用七月份发表在《科学》杂志上的一篇文章为例说明这个技术现在的威力。这篇文章把两个已知的BRD4抑制剂接上点击片段后跟踪药物在体内、体外试验与BRD4的结合,解释了为什么这些药物只影响部分BRD4调控基因的表达、在AML肿瘤模型中骨髓肿瘤细胞比脾脏、外周肿瘤细胞更难被清除等实验现象。这些细节对理解新药的机理非常重要、但用以前的技术很难得到这些信息。 药源解析 点击化学是2001年炸药奖获得者Barry Sharpless提出的一个概念。90年代以前合成化学追求目标化合物(多数是天然产物)的合成难度,但是效率通常很低。Sharpless认为与其投入大量人力物力合成0.1毫克复杂天然产物,不如把资源用在开发高效合成方法上面。他说化学家不应该合成碳碳键,这种高难的技术活应该由生物体系去做。化学家应该专注建造碳杂原子键。还不是所有碳杂原子键,而是那种释放高自由能的化学键合成,即点击化学(Click chemistry)。 Click翻译成点击不完全准确,这个词英文也有一见钟情、相见恨晚的意思。点击化学的两个反应物是为彼此而生,见面如烈火遇干柴,不需任何帮助在室温、水溶液里就高效率反应。他当时举的例子是叠氮与炔生成三氮唑这个老反应。到现在这也还是应用最多的点击化学反应,有时化学家的创造力也确实令人捉急。《科学》这篇文章还用了一个四氮嗪与反式环烯的Diels-Alder成环反应,这个反应用的也比较多,虽然生成的是碳碳键。 点击化学在有机合成中应用主要是化合物库的建造,影响十分有限。这个思想也未能改变合成化学追求高难天然产物的行业文化。但这个技术对化学生物学的发展的确起了重要作用。以前研究小分子药物的蛋白靶点一般把药物分子接上生物素、利用与抗生物素蛋白的强结合力找到靶点蛋白。但是一是这种结合不是共价结合、稳定性还是略差,二是因为生物素加上链接经常改变药物活性、更重要的是降低过膜性,无法用于整体未打碎细胞的研究。另一个依靠共价形成的ABPP技术我们也讲过几次。 点击化学只要在药物分子上接上分子量很小的炔基加上一个链接片段,不怎么影响药物性质。这两个BRD4配体接上侧链后生物活性、对基因表达影响与原药几乎一样。叠氮底物可以接上荧光物质,在细胞内与已经打入靶点内部的炔基标记药物反应后可以很容易跟踪药物在组织、细胞内的分布。炔基标记药物还可以再用环重氮丙烷双重标记,这个基团光照后能与结合蛋白反应生成共价结合物。这个双重间谍进入细胞与靶点结合,光照后与蛋白形成共价键。然后用点击化学把这些蛋白/药物反应产物捞出,该药物分子在细胞内干过什么事可以说是人赃俱在。 有人问如果药物能治病你管它在细胞内与谁接触呢?药物上市后当然这个问题不重要了,但在漫长的研发过程中知道疗效和副作用来自与哪些蛋白的相互作用对于成功率是非常重要的。如果药物的疗效来自非目标蛋白(脱靶活性),那么开发路径中需要修路搭桥的路段要多出很多,不确定性大大增加。当然也有Zetia这样的成功特例。反过来如果毒性来自目标蛋白,那么你继续优化也前景黯淡。 新药研发是个庞大的系统工程。每天我们报道临床试验成功与失败、新药批准还是拒绝这些最终结果,但药物要到这一步需要无数人的辛苦工作。化学生物学只是冰山的一角,希望大家可以管中窥豹、从中看出寻找挽救病人生命新药幕后的艰苦。
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【嘉锦.教研动态】高中化学组原创题命制大赛

【嘉锦.教研动态】高中化学组原创题命制大赛

文/郑莎莎 力命题质量,成就美好教育。教务处的带领下,高中化学教研组积极开展了原创题命题比赛活动。活动中,三个备课组团结协作,刘远信专家倾力指导,高质量按时完成任务。经过前期的充分筹备与研讨,由高三化学备课组承担说题以及答辩任务,并在2018年5月15日在学校展示。 说题以及答辩评委有:陈明华教授、易忠兰老师、锦江区化学教研员严海林老师,教务处胡祖芬主任、罗祎宏副主任。高中化学组全体成员参与了此次活动,其中参与答辩的高三化学组,教研组长曾定军老师进行说题、曾定军和备课组长张冉老师进行答辩、许维群老师担任主持人。 首先是说题环节。曾定军老师就试题的命制目的、方法、试题的结构进行了分析,明确指出本套试题的特点:突出双基、注重能力;密切联系STSE;注重实验操作与实验探究;注重化学图像的分析与应用;注重化学计算;注重学科素养在试题中的体现。同时,曾定军老师还举例说明了如何进行原创,以及试题中的亮点,并就整个命题过程进行总结反思。 其次是提问答辩环节。严海林专家对试题的命制目的、内容体现、试题实施、评价等方面进行了提问。易忠兰老师提到化学应与科学、生产、生活相结合,连非洲的小朋友都可以思考利用尿素来进行发电,在我们的实际教学中是否同样可以多给学生一点启迪,让学生也有机会创造出更大的可能性。陈明华教授提到数形结合的方式较好,图像图表以及流程将是今年高考的重点考查方向。胡祖芬主任提到如何让学生突破难题,易错题,这需要教师深入思考。罗祎宏副主任再次强调了命制试题的初衷与重要性。曾定军与张冉老师结合命题过程中的经历与体会,顺利作答,让专家们很满意。 最后是专家点评。严海林专家提到:“作为教师,要有两会,会做题与会命题。”并充分肯定了嘉祥举办原创题命题大赛的四大益处,充分肯定了化学组试题命制的针对性、创新性、基础性、导向性与时代性,并对如何进一步完善命题对试题的规范表达与评价提出了建议。 短短一小时的说题与答辩,凝结整个化学组的集体努力与智慧,我们化学组将勇往直前,直面挑战,将今天的所学所悟用于实践。 主编:嘉祥锦江中学微信编辑部 本期责编:雷雅洁 本期审稿:吴昌文 蒲静雯 蒋昕宇
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化学知识点又多又碎,怎么掌握化学学习的技巧呢?(上)

化学知识点又多又碎,怎么掌握化学学习的技巧呢?(上)

化学知识点又多又碎,要记要背的概念还有方程式也很多,怎样学好化学?化学学习是否有什么技巧呢?为了帮助大家解决这个问题,学方君邀请了2位来自清华的学子给大家分享一下如何学好化学的一些方法。今天首先由GH师兄为大家做分享,下期将由Allen Fu师兄为大家做分享。 学方志愿者简介 GH师兄:清华大学机械学院2014级本科生,全国高中生生物竞赛一等奖、化学一等奖。 学友提问 自从上了初三接触化学以后,总感觉化学好难。等到上了高中以后,感觉化学更难了,自己已经很努力。把大部分的学习时间都放在了化学的学习上,但总是提高不了化学成绩。我特别想知道,学习化学有什么技巧吗?是不是我的学习不对呢?学霸们,你们学习化学有什么自己的技巧和心得吗? 志愿者回答 GH 师兄 虽然我现在不学化学了, 但是当年学得还可以,和你分享一些经验吧。首先任何一门学科都是需要花很多时间的,可能有的人对化学的领悟力强一些有的人弱一些,但是绝对没有人不努力就可以学好化学的。你说自己学习化学时间很长,不知道你用了什么方法,我先说一些常规的方法: 1、化学基础知识非常重要,各部分知识之间也经常关联出题,所以要经常回顾之前学过的知识,主动联想前后学的东西之间的联系,形成自己的知识体系; 2、要养成多看课本的好习惯,因为课本上的话都是经过很多专家斟酌的,更专业一些,多看课本可以加深自己的印象; 3、化学的知识点多而且杂乱,自己一定要搞清楚各部分之间的联系,就要多看课本的目录,从书的整体来看一本书的安排,就能知道书这样安排内容的道理,也就知道了知识点之间的串联关系; 4、化学需要理解的地方还是挺多的,高中化学比较难的地方个人感觉是化学反应中的能量、原子分子,这些内容就需要多思考,不能简单记住课本上的结论,最好能明白结论的推理过程,和老师多交流,多了解一些稍微高深一点的理论,即使不能完全理解这些理论,对你理解低级的理论会有帮助; 5、大部分化学知识都是靠记的,但是像背单词背课文那样背化学没有意义,最好是自己准备一个笔记本,把老师每天讲的东西记录下来,晚上睡觉之前浏览浏览形成习惯,而不要等到一段时间突击背诵; 6、再准备一个小本每天把自己做错题的原因和相关的知识点记录下来,每晚睡觉之前浏览一下,长期坚持下去就会发现自己的漏洞越来越少了。 7、化学考试多是选择填空,尤其是填空题一定要回答得足够专业,答案不能似是而非,对于自己知道的答案一定要把课本上的话答出来,不用或尽量少用自己的话来答题。
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用“化学反应”点亮学生的心

用“化学反应”点亮学生的心

从教三十一年来,她不仅让学生认识到化学是一个五彩缤纷的世界,有物质变化美,有质量守恒美,有色彩转换美,而且还通过化学教学和化学实验引导学生认识到世界的变化,让学生们喜欢上化学课。二十几年的教书育人生涯中,她始终用化学之美填充着自己的职业人生和教育内涵,让教育这一“化学反应”绽放最美丽的光彩。她就是扬州工业职业技术学院教师张文英。 匠艺与匠心并重的好老师 在工作中,张文英最大的梦想就是要成为学生心目中的好老师一个匠人,她对工作的要求苛刻到了极致。她说,只有自己有了过硬的专业技能才有资格去教授学生。多年来,她一直坚持根据每个班级学生的不同特点,精心设计教案,在课堂上以知识的传授为根本,注意与学生的沟通与交流,达到良好的教学效果。由她领衔的教师指导团队带领学生在全国石油与化工职业院校学生化学检验工技能大赛中屡创佳绩,但是每次她都将来之不易的“大赛优秀指导教师”的荣誉让给团队中的青年教师;编写的教材《定量化学分析实验》获第八届中国石油和化学工业优秀教材奖一等奖,被国内多所高职院校采用;2012年全国职业院校技能大赛工业分析检验赛项裁判组副组长;多次被评为学校优秀教师、校五一巾帼标兵等荣誉称号。 “匠心”是一种坚持的倔强,是一种要把事情越做越好的心境和决心。张文英所教的学生大多数是工业分析与检验专业,走上工作岗位后是做质量监控工作的,因此细心、严谨、洞察力强是他们必备的职业素质。在教学设计中她通过对操作的细化、细节的规范、结果的精准、现象的观察等手段来强化这方面的训练。但她知道,要想获得精准的结果,没有扎实的基本功是不行的,仅靠课堂上的训练是达不到这一要求的。于是,她经常利用休息时间建立起了第二课堂的训练,早早地来到学校,很迟才回家。有一次由于工作太辛苦,再加上感冒,咽喉炎发得非常严重,话都讲不出来了,但她在失声的情况下,硬是用气流形成的微弱的声音坚持讲完分析天平的使用,这次课实验室特别的安静,学生听得特别的认真,学生觉得那气流就是一串串坚强的音符,震憾着他们,激励着他们,他们觉得要像老师一样尽自己的全力来完成好学业,有再大的困难也要克服。 她曾经遇到一个学生,他什么也不想学,什么也不想做,在实验室里他根本不动手,更谈不上能跟上其他人的步伐,张文英主动关心他,他说他学不会,从小学到高中毕业他都没好好学,老师对他的要求都是只要不影响他人学习就行了,所以他不可能学会。对于这样的学生她没有放弃,在教会其他同学后,她对他进行了一对一教学,手把手地教,一个一个动作地教,反复地教,当他失败的时候鼓励他继续尝试,在她的不懈努力下他学会了课程中所有的操作,其他同学也对她伸出了大拇指。从此班上所有同学都尽心尽力做好每一件事。她用实际行动诠释了什么是化学分析与检验人的工匠精神,她对工匠精神的追求得到了各级部门的认可,2001年被评为江苏省优秀工作者、当选扬州市维扬区人大代表(2002-2006);2005年被聘为中国职业技术教育学会教学工作委员会化学教学研究会(高职)委员。 化学之美与职业教育同行 团结互助是现代人必备的良好品质,对于这方面素质的培养,张文英没有跟学生讲大道理,也没有对他们进行说教,而且是通过合作完成项目来进行。比如要完成从醋中测定醋酸这一项目,她将班级学生分成若干小组,组内每位学生都必须要进行方案设计、标准溶液标定、醋酸含量测定,并对各项进行打分,每位同学的成绩都将影响小组成绩,同时小组成绩也会影响个人成绩。所以学生除了要自己得分外,还要帮助组内其他同学提高成绩,在这过程中学生会共同讨论、共同试验,相互交流经验,这过程中增进了学生的友谊,提高了学生理论联系实际、运用所学知识的能力,提高了学生的操作技能,团队合作意识明显增强。 在教学中她经常通过一些事情让学生学会学习、让学生学会做人,如仪器摆放整齐、用后及时归位,让他们养成爱整洁、做事有条理的好习惯。又比如,她提倡男生去给蒸馏水水桶装水,教育男生要有担当,鼓励女生给蒸馏水水桶装水,教育女生当自强等等。多做一些这样的事后大家都心情舒畅,做事效率更高。她利用化学教学中的一切美育因素进行职业教育,收获了学生全面发展的成果。 用爱成就“教师”这一光荣称号 2004年,0001分仪班的顾安庆同学被查出患有白血病,她积极组织大家参加募捐活动,并利用星期六、日的时间去看望他,鼓励他战胜病魔,早日康复;97届学生王志斌家庭十分困难,他母亲患肝硬化、肝腹水,常年服药,父亲为了照顾母亲只能在家种少量的田来维持一家人的生活,他和他的哥哥都在读书。这位学生多次想退学回家打工挣钱来帮母亲看病、支持哥哥读书,她了解到这些情况后,毅然从并不宽裕的家庭生活费中每月挤出80元支持这位学生完成学业。 她喜欢与年轻教师打成一片。总是主要关心他们、帮助他们,因为她知道新教师绝大多数都是从校门进校门,没有上课的经验,因此她总是详细地指导他们如何上好课,总是手把手地教给他们专业技能,让他们的操作熟练规范,很快适应教学的需要,不断提高自己的业务水平。在她的带领下,学校工业分析与检验专业教学团队被评为校级优秀教学团队,部分教材被评为全国优秀教材。不少同志利用业余时间搞科研,发表科技论文数量在全院名列前矛,培养的学生在全国化学检验工技能大赛中多次获一等奖和二等奖,很多学生已经成长为单位的业务骨干。 记得那是90年的春天,她的母亲被查出患有胃癌,按理说,她应该放下手中的工作去照顾她的母亲。因为在她很小的时候她的父亲就去世了,是她的母亲含辛茹苦把她拉扯大,倾其家中所有供她读大学。但她不想给单位和领导添麻烦,一直坚持上课,她觉得不能耽误学生的前途,她离不开学生。直到她母亲病危,也就是她母亲去世的前一天她才回到了家。后来她才听说她母亲一直盼她回来,想让她帮她洗个澡干干净净地离开人世间,就这样一个简简单单的要求都没能满足。每当想起这件事,她都觉得愧对她的母亲,但她并不后悔,她觉得她的母亲能理解她。虽然,她的休息时间少了,对亲人的关心少了,但学生收获了过硬的操作技术,收获了吃苦耐劳的精神,她也收获了学生快速成长的快乐。 张文英以自己的爱心、热心为基调,用理想和坚持为笔,让教育这一“化学反应”绽放出了最美丽的光彩!
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无所不在的表面化学与表面催化

无所不在的表面化学与表面催化

两种不同状态物质之间紧密接触的过渡区称为界面,若其中一边为气体,这种界面通常也称为表面。在界面上所发生的物理化学现象统称为界面现象或表面现象,而研究各种表面上化学和反应过程的科学称为表面化学和表面催化。我们设想当一个分子与固体表面相互作用时,它可能被弹起或者被表面吸附,而后者将带来许多有趣的结果。一种情况是分子直接在表面上解离;还有一种可能是分子和表面原子发生反应从而改变表面的化学性质;第三种可能是被吸附的分子遇见了另一个被吸附的分子,于是在表面发生化学反应。这些与表面相关的化学现象在我们生活中无处不在而又异乎寻常的重要。 你在身边能看到诸多的腐蚀现象正是由于表面的化学反应所致,据统计每年由于腐蚀造成的损失占国民经济的4%;腐蚀所带来的损害能够通过改进固体表面的成分加以改进,一层在空气中形成的氧化膜就可以有效地保护它们。在微电子产业中,大多数薄层半导体是通过化学气相沉积法生产的;这种方法将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后相互之间发生化学反应,形成一种新的功能薄膜材料。表面化学最为重要的应用是在多相催化,气体分子在固体表面上进行高效催化循环,实现快速高选择性反应;该过程贡献了世界上 GDP 总量的20%左右。汽车尾气的消除、合成氨反应、石油化工、煤化工等在我们身边发生的重要反应都是依赖于表面催化作用。 合成氨过程是最重要的多相催化反应之一,其关键是熔铁催化剂表面上 N2 和 H2 分子的活化,以及生成 NH3 分子的过程。上世纪初, Fritz Haber 发现合成氨催化剂,后来 Carl Bosch 等人利用高压化学法实现工业化过程。合成氨催化剂的发现不仅启动了现代化学工业,也宣告了现代农业的到来。两人也因此分别获得1918年和1931年诺贝尔化学奖。但是像许多多相催化过程一样,那时人们对于催化剂表面反应过程的理解非常有限,催化过程基本上被认为是一个黑箱过程,而催化剂的合成更多是采用经验式的炒菜模式。从上个世纪六七十年代开始,得益于真空技术的发展以及现代表面研究方法的出现,人们可以构建模型表面进行表面催化研究,实现在原子和分子层次上对表面反应进行微观理解。特别是以 Gerhard Ertl 教授为代表的一批科学家在这个领域中作出了开创性的成果,使得人们能够对合成氨过程中铁催化剂上表面催化反应的原子和分子过程有了清晰的认识。 Ertl 教授也由于他在表面化学研究领域作出开拓性贡献获得2007年的诺贝尔化学奖。我们看到在一个催化反应中历经了近百年的努力,从催化剂的发现、催化过程的工业化、到催化机理的认识,这个过程中催生了三位诺贝尔奖得主,这也说明了多相催化和表面化学存在的巨大机遇和长期挑战。 经过几代科学家的不懈努力,表面催化已经形成了系统的理论和成熟的研究方法,为帮助人们在实际催化体系中更深入地认识表面催化的本质起到了重要作用。人们可以将这些理论和方法运用到不同的催化体系中,从而产生出更惊人的科学新发现。但是基于规整的模型表面和超高空的环境下所开展的表面催化也存在一些局限性:所研究的模型催化材料与实际催化剂相差甚远;所要求的超高真空测试环境与实际反应下的常压甚至高压条件有很大差别。当前表面催化研究正在拓展到纳米甚至生物领域,表面科学研究技术更多地在接近常压条件下进行原位表征,这方面的研究近年来日新月异。 中国也是较早开始表面化学和表面催化研究的国家之一。1933年,张大煜先生在获得德国德累斯顿工业大学博士学位后,回国在中科院大连化物所开创和发展表面催化的研究;提出了表面键理论的设想,并以此为指导,研制成功了合成氨新流程3个催化剂,在当时达到了国际先进水平。大连化物所郭燮贤院士先后提出了表面“空位”对吸附和催化反应作用的概念,以及氢和一氧化碳活化吸附方面的“易位吸附”和“协同机理”的新概念。复旦大学的邓景发院士在国内较早建成了从分子水平研究表面吸附和催化过程的表面催化实验室。当前针对表面催化研究的新形势,一批中青年科学家正在进一步推动表面催化研究向新的领域发展,此方面的研究方兴未艾,人们有理由期待新的成果和发现将不断出现。 作者系中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员
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初高中化学学习的衔接——答题篇

初高中化学学习的衔接——答题篇

初高中化学学习衔接是由来已久的话题,对于基础化学教育者来说不算新,但是对于每一位初中毕业生和家长来说却是一个陌生的问题。 虽然开学上课只有短短两节,在答题中却出现了许多问题。今天,我们看看高一新生在化学作业完成中出现的问题,及其解决方法。 1、读题审题能力不过关 当题目中有两个及其以上的限制条件时,容易混淆或者落下某一限制条件。 例题1:氯化钠中含有硫酸根杂质,应该如何除去? 分析:此问题中有几个要求?①明显的条件:除去硫酸根②隐藏的要求:不能引入新杂质③有利于后续分离操作。只有这几个要求都充分考虑到了,题目才能回答正确。 2、缺乏思维的完整性 例题2:过滤和蒸发,哪种操作利用物质的溶解度进行除杂和提纯? 分析:两者虽然都与溶解度有联系,但是蒸发是利用溶剂沸点低于固体溶质,将溶剂气化而得到固体的方法,并不是利用溶解度进行的除杂和提纯。所以,在分析问题时要有完整的思考过程,不能只看到表面而不去分析实质。 3、没有细致认真的书写 有些学生的理科作业字迹潦草,书写混乱,没有养成认真书写的习惯,导致卷面丢分。 4、没有反思检查的习惯 化学选择题会有三个选项符合题意?计算题数据古怪、离谱,填空题特别直白容易......这些都应该引起注意,很有可能你的答案正好掉进了陷井里。所以做题时务必养成反思检查的好习惯。 5、基础知识厚度不够 一些学生对物质性质、方程式、简单化学原理没有熟练掌握,导致做题犹豫不决,漏洞百出。致使做题的准确率和速度都很低,甚至无法完成学习任务。
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有机化学知识卡片(1)

有机化学知识卡片(1)

资料卡片1:有机物的结构与有机反应 1.能使溴水褪色的有机物:不饱和烃(烯烃、炔烃、二烯烃、苯乙烯等);不饱和烃的衍生物(烯醇、烯醛、油酸、油酸盐、油酸某酯、油等)石油产品(裂化气、裂解气、裂化汽油等);苯酚及其同系物(因为能与溴水取代而生成三溴酚类沉淀);含醛基的化合物;天然橡胶(聚异戊二烯)。 2.能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有机物:不饱和烃(烯烃、炔烃、二烯烃、苯乙烯等);苯的同系物;不饱和烃的衍生物(烯醇、烯醛、烯酸、卤代烃、油酸、油酸盐、油酸酯等);含醛基的有机物(醛、甲酸、甲酸盐、甲酸某酯等);石油产品(裂解气、裂化气、裂化汽油等);煤产品(煤焦油);天然橡胶(聚异戊二烯)。 3. 与钠及其化合物反应的有机物: (1)与Na反应的有机物:含有—OH、—COOH的有机物。 (2)与NaOH反应的有机物:常温下,易与含有酚羟基、—COOH的有机物反应;加热时,能与卤代烃、酯反应(取代反应)。 (3)与Na2CO3反应的有机物:含有酚羟基的有机物反应生成酚钠和NaHCO3;含有—COOH的有机物反应生成羧酸钠,并放出CO2气体;含有—SO3H的有机物反应生成磺酸钠并放出CO2气体。 (4)与NaHCO3反应的有机物:含有—COOH、—SO3H的有机物反应生成羧酸钠、磺酸钠并放出等物质的量的CO2气体。 4. 与银氨溶液和新制氢氧化铜发生氧化反应的有机物:凡是分子中有醛基(-CHO)的物质,如醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、还原性糖(葡萄糖、麦芽糖等)。 5. 能发生水解反应的有机物是:卤代烃、酯、糖类(单糖除外)、肽类(包括蛋白质)。 6.能跟FeCl3溶液发生显色反应的是:酚类化合物。 7.能跟I2发生显色反应的是:淀粉。 8.能跟浓硝酸发生颜色反应的是:含苯环的天然蛋白质。 资料卡片2:官能团 1. 烃的代表物的结构、特性: 类别 烷烃 烯烃 炔烃 苯及同系物 通式 CnH2n+2(n≥1) CnH2n(n≥2) CnH2n-2(n≥2) CnH2n-6(n≥6) 代表物结构式     H—C≡C—H   分子形状 正四面体 6个原子 共平面型 4个原子 同一直线型 12个原子共平面(正六边形) 主要化学性质 光照下的卤代;裂化;不使酸性KMnO4溶液褪色 跟X2、H2、HX、H2O、HCN加成,易被氧化;可加聚 跟X2、H2、HX、HCN加成;易被氧化;能加聚得导电塑料 跟H2加成;FeX3催化下卤代;硝化、磺化反应 2. 烃的衍生物结构与化学性质: 类别 通式 官能团 结构结点 主要化学性质 卤代烃 R—X   卤原子 —X 卤素原子直接与烃基结合β-碳上要有氢原子才能发生消去反应 与NaOH水溶液共热发生取代反应生成醇;与NaOH醇溶液共热发生消去反应生成烯 醇 R—OH   羟基 —OH 羟基直接与链烃基结合,O—H及C—O均有极性 跟活泼金属反应产生H2;跟卤化氢或浓氢卤酸反应生成卤代烃;脱水反应;催化氧化为醛或酮;一般断O—H键与羧酸及无机含氧酸反应生成酯 醚 R—O—R′ 醚键 C—O键有极性 性质稳定,一般不与酸、碱、氧化剂反应 酚   酚羟基 —OH —OH直接与苯环上的碳相连,受苯环影响能微弱电离。 弱酸性;与浓溴水发生取代反应生成沉淀;遇FeCl3呈紫色;易被氧化 醛  ...
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