資源簡介

第四章 生物大分子
第二節(jié) 蛋白質(zhì)
一、內(nèi)容分析
必修教材已經(jīng)介紹了氨基酸與蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，以及蛋白質(zhì)的一些性質(zhì)，選擇性必修階段的教材則在官能團性質(zhì).有機反應(yīng)規(guī)律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)等知識的基礎(chǔ)上，使學(xué)生進一步認識氨基酸和蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化和用途。
教材通過蛋白質(zhì)的生物功能引人課題后，首先介紹形成蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)物質(zhì)氨基酸，考慮到學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了羧酸、胺和酰胺，教材在分析氨基酸的分類和結(jié)構(gòu)特征后，給出幾種簡單必需氨基酸的結(jié)構(gòu)簡式，讓學(xué)生在上一節(jié)的基礎(chǔ)上，分析和預(yù)測氨基酸可能的化學(xué)性質(zhì)，進一步基于官能團來認識具有多個官能團的復(fù)雜有機化合物。氨基酸的兩性體觀羧基和氨基的
性質(zhì)，學(xué)生不難理解。 成肽反應(yīng)實際上是氨基酸之間的縮合反應(yīng)，其反應(yīng)形式可以用酯化反應(yīng)進行類比。通過成肽以反應(yīng)形成的形膚和蛋白質(zhì)的級結(jié)構(gòu)， 是蛋白質(zhì)更高級結(jié)構(gòu)及相關(guān)性質(zhì)和功能的基礎(chǔ)。
蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而這正是蛋白質(zhì)具有豐富的物理和化學(xué)性質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種生物功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。教材對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行簡單介紹，并輔以各級結(jié)構(gòu)的示意圖進行說明，目的是讓學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一化學(xué)基本現(xiàn)念的認識， 從構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序這樣的平面構(gòu)造層面( 一級結(jié)構(gòu))，上升到空間結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的層面(高級結(jié)構(gòu))。這樣的內(nèi)容安排，就為教材接下來介紹蛋白質(zhì)的性質(zhì)時，讓學(xué)生從哪級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的角度進行分析奠定了基礎(chǔ)，便于學(xué)生更好地理解蛋白質(zhì)的性質(zhì)與用途。
二、核心素養(yǎng)
1.宏觀辨識與與微觀探析
知道氨基酸的組成、結(jié)構(gòu)特點和主要化學(xué)性質(zhì)，能根據(jù)氨基酸、蛋白質(zhì)的官能團及官能團的轉(zhuǎn)化，認識不同氨基酸、蛋白質(zhì)及性質(zhì)上的差異，了解氨基酸、蛋白質(zhì)與人體健康的關(guān)系。
2.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識
通過觀察蛋白質(zhì)溶液加熱、與金屬鹽溶液、濃硝酸的反應(yīng)實驗培養(yǎng)學(xué)生觀察和發(fā)現(xiàn)問題的能力，能依據(jù)探究目的設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作。
3.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任
了解蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，認識人工合成多肽、蛋白質(zhì)等的意義，體會化學(xué)學(xué)科在生命科學(xué)發(fā)展中所起的重要作用。
三、教學(xué)重難點
教學(xué)重點：蛋白質(zhì)的性質(zhì)。
教學(xué)難點：氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系
四、教學(xué)方法
講授法、對比法、分類法、歸納總結(jié)
五、教學(xué)過程
【新課引入】生活中的蛋白質(zhì)
【教師活動】蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)一類極為重要的功能高分子化合物，是生命活動的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。氨基酸時組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，要認識蛋白質(zhì)，必須首先認識氨基酸。
一、氨基酸
1.定義：羧酸分子烴基上的氫原子被氨基取代得到的化合物。
含有的官能團有羧基-COOH和氨基-NH2
組成蛋白質(zhì)的氨基酸主要是α-氨基酸，其結(jié)構(gòu)簡式為
【注意】除甘氨酸外，一般α 氨基酸中含手性碳原子，是手性分子，具有對映異構(gòu)體
【過渡】人體內(nèi)組成蛋白質(zhì)的常見氨基酸有 20 種，其中有 8 種是人體不能合成的，稱為必需氨基酸，肉、蛋、魚、奶、豆類食物是人體必需氨 基酸的主要來源。
3.常見的氨基酸
俗名 結(jié)構(gòu)簡式 系統(tǒng)命名
甘氨酸 氨基乙酸
丙氨酸 2 氨基丙酸
谷氨酸 2 氨基戊二酸
苯丙氨酸 2 氨基 3苯基丙酸
半胱氨酸 2 氨基 3 巰基丙酸
4.物理性質(zhì)
天然氨基酸均為無色晶體，熔點較高，在200~3000C時熔化分解一般能溶于水而難溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。
【思考】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，結(jié)合氨基酸結(jié)構(gòu)中所含的官能團，氨基酸可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？
【學(xué)生活動】結(jié)合前面所學(xué)的氨基和羧基的性質(zhì)，氨基酸分子中含有酸性官能團—COOH和堿性官能團—NH2。氨基酸既能與酸反應(yīng)生成鹽，又能跟堿反應(yīng)生成鹽。
5.化學(xué)性質(zhì)
①氨基酸的兩性
②成肽反應(yīng)(取代反應(yīng))
兩個氨基酸分子在一定條件下，通過氨基和羧基間縮合脫去水形成含有肽鍵的化合物。
【注意】①由于肽中仍含有-NH2和-COOH，肽也有兩性。
②肽鍵可簡寫為 -CONH-，不能寫成 -CNHO-。
【課堂練習(xí)1】
1.下列關(guān)于氨基酸的敘述中,不正確的是(　　)
A.天然氨基酸都是晶體,一般能溶于水
B.氨基酸都不能發(fā)生水解反應(yīng)
C.氨基酸是兩性化合物,能與酸、堿反應(yīng)生成鹽
D.氨基酸的官能團有氨基和羥基
2.下列物質(zhì)中既能與鹽酸反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)的是(　　)
①NaHCO3 ②(NH4)2S ③Al(OH)3 ④NH4Cl
⑤H2N-CH2-COOH ⑥CH3COOH
A.①②③ B.①②④⑤ C.⑤⑥ D.①②③⑤
【教師活動】二肽還可以繼續(xù)與其他氨基酸分子縮合生成三肽四肽、五肽，以至生成長鏈的多肽。多肽常呈鏈狀，因此也叫肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊還可以相互結(jié)合，形成蛋白質(zhì)。一般把相對分子質(zhì)量在10000以上并具有一定空間結(jié)構(gòu)的多肽稱為蛋白質(zhì)。
二、蛋白質(zhì)
1.定義：蛋白質(zhì)是由多種氨基酸通過肽鍵等相互連接形成的一類生物大分子，蛋白質(zhì)屬于天然有機高分子化合物。
2.組成：蛋白質(zhì)由C、H、O、N、S等元素組成，有些蛋白質(zhì)含有P、Fe、 Cu、Zn、Mn等。
3.存在：蛋白質(zhì)主要存在于生物體內(nèi)，如肌肉、毛發(fā)、皮膚、角、酶、 抗體、病毒等；在植物中也很豐富，如大豆、花生、谷物。
【教師活動】各種蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)所具有的不同功能與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不僅取決于多肽鏈的氨基酸種類、數(shù)目及排列順序，還與其特定的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。
4.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)
(1)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)分子中氨基酸單體的排列順序稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，對蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能起著決定性作用。
(2)二級結(jié)構(gòu)
肽鍵中的氧原子與氫原子之間存在氫鍵，會使肽鏈盤繞或折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)，形成蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)
(3)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)
肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還會進一步盤曲折疊，形成更復(fù)雜的三級結(jié)構(gòu)
(4)四級結(jié)構(gòu)
多個具有特定三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價鍵相互作用(如氫鍵等)排列組裝，形成蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。
【思考】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，結(jié)合蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？
【教師講解】蛋白質(zhì)的多肽由多個氨基酸縮合形成，在多肽鏈的兩端必然存在著自由的氨基與羧基，同時側(cè)鏈中也往往存在酸性或堿性基團。因此，蛋白質(zhì)既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)。
三、蛋白質(zhì)的性質(zhì)
1.蛋白質(zhì)的兩性
蛋白質(zhì)由氨基酸縮合而成，兩端必然存在著自由的氨基和羧基，所以蛋白質(zhì)與氨基酸一樣具有兩性，能與酸、堿反應(yīng)。
2.水解
蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的作用下,水解生成相對分子質(zhì)量較小的多肽化合物,最終水解得到氨基酸。天然蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物都是α-氨基酸
【實驗4-3】
3.鹽析
少量的某些可溶性鹽(如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等)能促進蛋白質(zhì)的溶解。但當(dāng)這些鹽在蛋白質(zhì)溶液中達到一定濃度時，反而使蛋白質(zhì)的溶解度降低而使其從溶液中析出，這種作用稱為鹽析。
【注意】①鹽析是一個可逆的過程，屬于物理變化過程。不影響蛋白質(zhì)的性質(zhì)。
②應(yīng)用：利用多次鹽析的方法分離、提純蛋白質(zhì)。
4.蛋白質(zhì)的變性
在某些物理或化學(xué)因素的影響下，蛋白質(zhì)的性質(zhì)和生理功能發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。
物理因素：加熱、加壓、攪拌、振蕩、超聲波、紫外線和放射線等。
化學(xué)因素：強酸、強堿、重金屬鹽、乙醇、甲醛等。
【注意】①蛋白質(zhì)的變性是化學(xué)變化，不可逆過程（析出的蛋白質(zhì)加水不能溶解）
②應(yīng)用：殺菌、消毒
【思考與討論】
(1)因誤服鉛、汞等重金屬鹽中毒的患者在急救時，為什么可口服牛奶、蛋清或豆?jié){
(2)為什么紫外線可用于環(huán)境和物品消毒，放射線可用于醫(yī)療器械滅菌
顯色反應(yīng)
含有苯環(huán)的蛋白質(zhì)遇濃硝酸會有白色沉淀產(chǎn)生,加熱后沉淀變黃色。
6.燃燒產(chǎn)生燒焦羽毛的氣味
可用于鑒別羊毛制品和纖維制品
【課堂練習(xí)2】
1.下列關(guān)于蛋白質(zhì)的敘述中不正確的是(　　)
A.蠶絲的主要成分是蛋白質(zhì)
B.蛋白質(zhì)溶液中加入飽和(NH4)2SO4溶液，蛋白質(zhì)會析出，再加水重新溶解
C.重金屬鹽會使蛋白質(zhì)變性，所以吞服“鋇餐”會使人中毒
D.濃硝酸濺在皮膚上使皮膚呈黃色，這是由于蛋白質(zhì)和濃硝酸發(fā)生了顯色反應(yīng)
2.下列物質(zhì)中可以使蛋白質(zhì)變性的是(　　)
①福爾馬林　 ②酒精　 ③高錳酸鉀溶液　④硫酸銨溶液　
⑤硫酸銅溶液　⑥雙氧水　⑦硝酸
A.除④⑦外 B.除③⑥外 C.①②⑤ D.除④外
3. 區(qū)別棉花和羊毛的簡單的方法是(　　)
A.加入稀硫酸后加熱使之水解，檢驗水解產(chǎn)物能否發(fā)生銀鏡反應(yīng)
B.浸入濃硝酸中，觀察其顏色是否變黃色
C.在火中灼燒，聞其是否有燒焦羽毛的氣味
D.通過化學(xué)方法測其組成中是否含有硫、氮等元素
【過渡】生物體是一個復(fù)雜的“化工廠”，在這個“化工廠里同時進行著許多相互協(xié)調(diào)配合的化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)必須在適合生物體生存的溫和條件下進行，還要求有較高的速率，而且需要隨著環(huán)境和身體情況的變化隨時進行精密調(diào)節(jié)。實現(xiàn)如此苛刻的要求，需要依靠生物催化劑—酶的作用來完成。
四、酶
1.酶是一類由細胞產(chǎn)生的、對生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)具有催化作用的有機物， 其中大多數(shù)是蛋白質(zhì)。
2.酶的催化特點
①具有高效催化作用
②條件溫和
③具有高度的專一性
【課堂練習(xí)3】
1.下列有關(guān)酶的說法中錯誤的是(　　)
A.大多數(shù)酶是具有催化作用的蛋白質(zhì)
B.酶的催化作用具有高效性和專一性
C.高溫或重金屬鹽能使大多數(shù)酶失去活性
D.酶只有在強酸、強堿條件下才能發(fā)揮作用
2.市場上有一種加酶洗衣粉，即在洗衣粉中加入少量的堿性蛋白酶，它 的催化活性很強，衣服上的汗?jié)n、血跡及人體排出的蛋白質(zhì)、油漬遇到它，皆能水解而除去。下列衣料不能用加酶洗衣粉洗滌的是(　　)
①棉織品　 ②羊毛織品　 ③腈綸織品　
④蠶絲織品　 ⑤滌綸織品　 ⑥錦綸織品
A.①②③ 　　　B.②④ 　　　C.③④⑤ 　　　D.③⑤⑥
【課堂小結(jié)】

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