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第四章 生物大分子
第二節 蛋白質
課時一 蛋白質
學習目標
01.知道氨基酸的組成、結構特點和主要化學性質，了解氨基酸、蛋白質與人體健康的關系。
02.了解蛋白質的組成、結構和性質，認識人工合成多肽、蛋白質等的意義。
03.知道酶催化的特點
說起蛋白質，相信大家都不陌生，它廣泛存在于我們生活當中的各個角落
食物中的蛋白質
生活中的蛋白質
美容凍齡
蛋白質到底是什么呢？
蛋白質是生物體內一類極為重要的生物大分子，是生命活動的主要物質基礎。它不僅是細胞的重要成分，而且具有多種生物學功能。人體內起催化作用的大多數酶 、一些調節代謝的激素和發生免疫反應的抗體等均為蛋白質。
氨基酸是蛋白質的基本單位，它與蛋白質有什么關系呢？
氨基酸
1. 氨基酸的組成和結構
(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稱為氨基酸。
(2)結構
官能團：羧基-COOH和氨基-NH2。
α-氨基酸的結構：
R—CH—COOH
NH2
α-碳原子
*
特別提醒
①R可以是烴基，也可以是氫原子。
*
②天然氨基酸大多數是α-氨基酸，組成蛋白質的氨基酸主要是α-氨基酸。
α-氨基酸除甘氨酸（H2N—CH2COOH）
外，一般均含有連接4個不同原子或原子團的手性碳原子，具有對映異構體。
為了人體的健康，應注意合理膳食、科學營養，保證人體必需氨基酸的攝取。
③自然界中存在的氨基酸
組成生物體內
人體內不能合成
一般只有21種
8種氨基酸
幾百種
必需氨基酸
(3)常見的氨基酸
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)
丙氨酸(α-氨基丙酸)
除甘氨酸外，一般α 氨基酸中含手性碳原子，是手性分子，具有對映異構體。
H2N—CH2—COOH
甘氨酸(氨基乙酸)
CH3—CH—COOH
NH2
HOOC—(CH2)2CH—COOH
NH2
CH2—CH—COOH
NH2
—
HS—CH2—CH—COOH
NH2
天然的氨基酸均為無色晶體，熔點較高，多在200~300℃熔化時分解。能溶于強酸或強堿溶液中，一般能溶于水，難溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。
R—CH—COOH
NH2
3. 氨基酸的物理性質
根據以上氨基酸結構簡式中所含有的宮能團，推測氨基酸可能具有哪些化學性質。
谷氨酸單鈉鹽
味精
酸性基團，提供H＋具有酸性能與堿反應
堿性基團，接受H＋具有堿性能與酸反應
4. 氨基酸的化學性質
R—CH—COOH
NH2
(1)氨基酸的兩性
R—CH—COOH + HCl R—CH—COOH
NH2
NH3Cl
R—CH—COOH + NaOH
NH2
R—CH—COONa + H2O
NH2
兩性化合物
（2）成肽反應(取代反應)
氨基酸
氨基酸
二肽
肽鍵
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-。
兩個氨基酸分子(可以相同，也可以不同)在一定條件下，通過氨基與羧基間縮合脫去水，形成含有肽鍵 的化合物，發生成肽反應。
斷鍵特點：酸脫羥基，氨脫氫
成肽反應是分子間脫水反應，屬于取代反應。
聯系學過的酯化反應，大家思考一下，成肽反應的機理與反應類型是什么？
兩分子氨基酸
脫水縮合
二肽
三肽
縮合
+氨基酸
縮合
+氨基酸
四肽
成肽反應：
縮合
+氨基酸
多肽或肽鏈
· · · ·
相互結合形成
盤曲、折疊
蛋白質
Mr>10 000，具有一定的空間結構的多肽稱為蛋白質
多肽鏈
蛋白質
1. 蛋白質的組成和結構
(1)定義
蛋白質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。
(2)組成
蛋白質主要含有C、O、H、N、S等元素，屬于天然有機高分子，其溶液具有膠體的某些性質。
各個品牌奶粉中蛋白質含量為15-20%，蛋白質中含氮量平均為16%。以某合格牛奶蛋白質含量為2.8%計算，含氮量為0.44%，某合格奶粉蛋白質含量為18%計算，含氮量為2.88%。而三聚氰胺含氮量為66.7%，是牛奶的151倍，是奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白質!
三鹿毒奶粉事件
(3)結構
種類、數目及排列順序
特定的空間結構
多肽鏈的氨基酸
蛋白質的結構
各種蛋白質都有其特殊功能和活性
一級結構
二級結構
三級結構
四級結構
任何一種蛋白質分子在天然狀態下均具有獨特而穩定的結構，這是蛋白質分子結構中最顯著的特征，蛋白質分子中含有未縮合的羧基和氨基；天然蛋白質的結構分為：一級結構、二級結構、三級結構、四級結構。
蛋白質分子中氨基酸單體的排列順序稱為蛋白質的一級結構。一級結
構是蛋白質高級結構的基礎，對蛋白質的性質和功能起著決定性作用。
①蛋白質的一級結構
肽鍵是蛋白質一級結構的主鍵
谷氨酸
甘氨酸
丙氨酸
賴氨酸
一級結構是蛋白質高級結構的基礎，對蛋白質的性質和功能起著決定性作用，蛋白質的生物活性首先取決于蛋白質的一級結構。
例如，血紅蛋白分子中的谷氨酸會因遺傳因素變成纈氨酸，這一微小差別會導致紅細胞的形態由正常的圓餅狀變為異常的鐮刀狀，使人患鐮狀細胞貧血。
②蛋白質的二級結構
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構，形成蛋白質的二級結構
③蛋白質的三級結構
肽鏈在二級結構基礎上還會進一步盤曲折疊，形成更復雜的三級結構。
④蛋白質的四級結構
多個具有特定三級結構的多肽鏈通過非共價鍵相互作用(如氫鍵等)排列組裝，形成蛋白質的四級結構。
(1)蛋白質的兩性
蛋白質的多肽是由多個氨基酸縮合形成的，在多肽鏈的兩端必然存在著自由的氨基與羧基，同時側鏈中也往往存在酸性或堿性基團。
蛋白質與氨基酸類似，也是兩性分子，既能與酸反應，又能與堿反應。
2、蛋白質的性質
(2)水解
HO
H
結構中含有肽鍵
蛋白質
酶、酸或堿
逐步水解
多肽
酶、酸或堿
水解
氨基酸
振蕩
白色沉淀
加水
沉淀溶解
飽和(NH4)2SO4溶液
—雞蛋清溶液
原理：
少量的某些可溶性鹽（如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等）能促進蛋白質的溶解。但當這些鹽在蛋白質溶液中達到一定濃度時，反而使蛋白質的溶解度降低而使其從溶液中析出，這種作用稱為鹽析。
特點：
蛋白質的鹽析是一個可逆過程，鹽析出的蛋白質在水中仍能溶解，并不影響其活性。屬于物理變化過程。
應用：
采用多次鹽析和溶解，可以分離提純蛋白質。
（3）鹽析
(4)變性
在某些物理或化學因素的影響下，蛋白質的性質和生理功能發生改變的現象稱為蛋白質的變性。
物理因素：加熱、加壓、攪拌、振蕩、超聲波、紫外線和放射線等。
化學因素：強酸、強堿、重金屬鹽、乙醇、甲醛等。
注意：
蛋白質的變性是化學變化，不可逆過程（析出的蛋白質加水不能溶解）
在日常生活中的蛋白質變性應用
乙醇、苯酚和碘等作為消毒防腐藥可以使微生物的蛋白質變性，導致其死亡，達到消毒的目的。
高溫、紫外線可用于殺菌消毒。
疫苗等生物制劑需要在低溫下保存。
攀登高山時為防止強紫外線引起皮膚和眼睛的蛋白質變性灼傷，需要防曬護目。
誤食重金屬離子可用豆漿或牛奶臨時急救。
化學與生活
【思考與討論 】
雞、魚、肉、蛋等蛋白質食品做熟食用的原理是什么？
高溫使蛋白質的空間結構變得伸展、松散，易于水解，便于吸收
振蕩
白色沉淀
加熱
沉淀變黃色
濃硝酸
—雞蛋清溶液
蛋白質變性
含有苯環的蛋白質均能發生這個反應
固體蛋白質如皮膚、指甲遇濃硝酸變______色。
黃
其他一些試劑也可以與蛋白質作用，呈現特定顏色
可用于蛋白質的分析檢測
(5)顯色反應
其他鑒別方法：
燃燒產生燒焦羽毛的氣味。
人體內不同功能的蛋白質
結構蛋白
調節蛋白
運輸蛋白
催化蛋白
免疫蛋白
肌球蛋白
胰島素
抗體
血紅蛋白
酶
酶
酶是一種高效的生物催化劑，生物體新陳代謝過程中的許多化學反應都是在酶的催化作用下進行的。大多數酶屬于蛋白質。
酶催化的主要特點：
需要比較溫和的條件（體溫約為37℃，血液pH約為7）
具有高度的專一性
效率非常高(相當于無機催化劑的107~1013倍)
閱讀P117-118科學史話和資料卡片,思考與交流
1、燙發的原理是什么？
頭發主要由角蛋白組成，二硫鍵(-S-S-)是維持頭發彈性和形狀的一個重要結構。燙發時使用的還原劑可以使頭發中的二硫鍵斷裂，產生游離的巰基（-SH )。定型后再用氧化劑使巰基之間發生反應，生成新的二硫鍵，使頭發的形狀得以固定。頻繁燙發會對頭發造成一定程度的損害。
人們對蛋白質結構、性質和功能的研究，為蛋白質的合成與應用奠定了基礎。蛋白質
的人工合成，不僅為生命起源的化學途徑提供了有力的證據，而且可以為人們提供性能
優異的藥物和生物催化劑，對探索生命活動規律、促進人類健康具有重要意義。
蛋白質社會價值：
從2020年2月初疫苗項目立項，到當年12月30日，國藥集團中國生物的新冠病毒滅活疫苗成為我國首個獲批附條件上市的新冠疫苗，98天研發出新冠滅活疫苗，335天實現上市——正是無數相關工作人員不舍晝夜，與時間賽跑，才得以創造出疫苗研發的“中國速度”。
導練
1. 生命中無時無刻不進行著許許多多的化學反應，這些反應要根據環境的變化和身體的需要而靈活控制、自動調節，以維持生命活動，所有這一切都離不開酶。下列有關酶的敘述錯誤的是（ ）
A. 酶是具有催化功能的有機化合物，絕大多數是蛋白質
B. 酶的催化作用具有選擇性和專一性
C. 高溫或紫外線的照射會使酶失去生理活性
D. 酶通常在強酸或強堿的條件下發揮作用
D
隨堂練習
2. 下列有關蛋白質的敘述不正確的是（ ）
A. 向蛋白質溶液中加入飽和(NH4)2SO4溶液，蛋白質析出，再加水也不溶解
B. 1965年我國科學家首先合成結晶牛胰島素
C. 重金屬鹽能使蛋白質變性，所以誤食重金屬鹽會中毒
D. 濃硝酸濺在皮膚上，皮膚呈黃色，是由于濃硝酸和蛋白質發生顯色反應
向蛋白質溶液中加入飽和(NH4)2SO4溶液，蛋白質發生鹽析，鹽析是可逆的，再加水后蛋白質可以溶解。
A
隨堂練習
感謝觀看
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