資源簡介

(共43張PPT)
專題六 生命活動的物質基礎——糖類、油脂、蛋白質
第二單元 蛋白質
6.2.2 蛋白質的結構與性質
核酸的結構及生物功能
核心素養目標
宏觀辨識與微觀探析：
能從宏觀層面認識蛋白質和核酸在生命活動中的重要作用。從微觀角度理解蛋白質的組成、結構以及核酸的組成和結構，建立結構與功能相聯系的觀念，解釋蛋白質和核酸性質與功能的關系。
證據推理與模型認知：
通過對蛋白質和核酸相關實驗現象的觀察和分析，進行證據推理，得出合理結論。科學態度與社會責任：
認識到蛋白質和核酸研究在生命科學領域的重要意義，關注蛋白質和核酸研究的前沿進展。了解蛋白質和核酸知識在生活中的應用，增強對化學學科的興趣和熱愛，培養運用化學知識解決實際問題、服務社會的責任感。
教學重難點
重點
蛋白質的組成、結構和主要性質；
酶的概念和催化特點；
核酸的分類、組成、結構（特別是 DNA 的雙螺旋結構）及生物功能；
蛋白質和核酸性質的檢驗方法及相關實驗現象。
難點
理解蛋白質鹽析和變性的本質區別，以及影響蛋白質變性的各種因素；
掌握蛋白質水解過程中肽鍵斷裂的原理和規律，能準確判斷水解產物；
深入理解核酸的結構，尤其是 DNA 雙螺旋結構中堿基互補配對原則的內涵和應用；從化學和生物學角度綜合理解蛋白質和核酸在生命活動中的作用機制
課前導入
蛋白質是構成生命的主要基礎物質,是有機高分子化合物,是構成細胞的基本有機物,是生命活動的主要承擔者。沒有蛋白質就沒有生命,它是與各種形式的生命活動緊密聯系在一起的物質,機體中的每一個細胞和所有重要組成部分都有蛋白質參與。核酸是決定蛋白質合成的物質,因此研究蛋白質、核酸這些基本的生命物質的結構和性質,有助于人類揭開生命現象的本質。
蛋白質的結構
PART 01
蛋白質的組成
◆蛋白質的概念：
蛋白質是由氨基酸通過肽鍵等相互連接而形成的一類具有特定結構和一定生物學功能的生物大分子。
◆蛋白質是典型的高分子化合物：
蛋白質的相對分子質量由幾萬到幾千萬，屬于高分子化合物
◆組成蛋白質的元素：
主要由C、O、H、N、S等元素組成，有些蛋白質還有P、Fe、Zn、Cu等元素
蛋白質的作用
◆蛋白質是人類必須的營養物質，是細胞和組織結構的最重要組成部分，它存在于一切生物體中。
◆在生物體內，蛋白質是實現各種生物學功能的載體，有些蛋白質負責輸送氧氣（色蛋白）;
◆有些在新陳代謝中起調節或催化作用（激素或酶）;
◆有些能預防疾病的發生（抗體）;
◆有些與遺傳相關（核蛋白）。
蛋白質的結構
◆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。蛋白質的結構順序不僅取決于多肽鏈的氨基酸種類、數目及排列順序，還與其特定的空間結構有關
◆蛋白質的一級結構：
氨基酸殘基在蛋白質肽鏈中的排列順序稱為蛋白質的一級結構，蛋白質的生物活性首先取決于蛋白質的一級結構。
每種蛋白質都有唯一且確切的氨基酸序列
蛋白質的結構
英國科學家桑格于1953年測定出牛胰島素的一級結構，并因此獲得1958年諾貝爾化學獎。由蛋白質分子的變異或某種蛋白質的缺乏所導致的疾病，稱為分子病，如鐮刀型貧血癥。此類疾病大多是蛋白質的氨基酸序列發生改變，分子結構發生變化，影響其正常功能的發揮。若人體內蛋白質的氨基酸序列發生改變，則可能會引起疾病。
牛胰島素的一級結構圖示
鐮刀型貧血癥
鐮刀型貧血癥是一種嚴重的致死性遺傳疾病，患者紅細胞的數目僅為正常人的一半，紅細胞外形呈現出長而薄的鐮刀狀異常形態。鐮刀型貧血癥是人類發現的第一種分子病，它是由于蛋白質分子中一個氨基酸的差異而引起的疾病。正常人的血紅蛋白（HbA）與鐮刀型貧血癥患者的血紅蛋白（HbS）相比較，其β鏈N-6位上的氨基酸不同，正常人是谷氨酸，患者是纈氨酸。
HbA：H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys COOH
HbS：H2N Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys COOH
正常人的紅細胞
鐮刀型貧血癥患者的紅細胞
蛋白質的結構
◆蛋白質的二級結構：
蛋白質分子中肽鏈并非直鏈狀，而是按一定的規律卷曲（α-螺旋結構）或折疊（β-折疊結構）形成特定的空間結構，這是蛋白質的二級結構。蛋白質的二級結構主要依靠肽鏈中氨基酸殘基亞氨基（—NH—）上的氫原子與羰基上的氧原子之間形成的氫鍵而實現。
α-螺旋結構
β-折疊結構
蛋白質的二級結構模型
蛋白質的結構
◆蛋白質的三級結構：
在二級結構的基礎上，肽鏈還按照一定的空間結構進一步形成更復雜的三級結構肌紅蛋白、血紅蛋白等正是通過這種結構使其表面的空穴恰好容納一個血紅素分子
◆蛋白質的四級結構：
具有三級結構的多肽鏈按一定的空間排列方式結合在一起形成的聚集體結構稱為蛋白質的四級結構。血紅蛋白由四個具有三級結構的多肽鏈構成，其中兩個是α-鏈，另兩個是β-鏈，其四級結構近似橢球形狀
肌紅蛋白的三級結構模型
血紅蛋白的四級結構模型
運用現代儀器測定蛋白質結構
蛋白質的四級結構非常復雜，吸引了不少化學家、物理學家、生物學家從事這一領域的研究。自20世紀80年代以來，培養蛋白晶體的技術和測定效率越來越高，較小的蛋白質分子在溶液中的構象已可運用多維核磁共振（NMR）方法測定。探索一級結構和高級結構之間的內在關系，以及從一級結構出發結合同源蛋白的已知結構推斷、預測高級結構的工作也已有不少進展?？梢哉f，化學之所以能夠大步邁進生物學，成為分子生物學研究的重要基礎，很大程度上與核磁共振和晶體衍射儀在測定蛋白質結構和核酸序列上所發揮的重要作用是分不開的。
蛋白質的性質
PART 02
蛋白質的性質
◆蛋白質的物理性質：
①溶解性：
有的蛋白質難溶于水，如絲、毛等；有的蛋白質能溶于水，如雞蛋清等
②鹽析：
向蛋白質溶液中加入濃的無機鹽溶液（如飽和硫酸銨溶液、硫酸鈉溶液等），能夠破壞蛋白質溶解形成的膠體結構而降低蛋白質的溶解性，使蛋白質轉變為沉淀析出，這種作用稱為鹽析。
鹽析作用析出的蛋白質仍然具有原來的活性，加水后仍能溶解。因此，鹽析常用于分離、提純蛋白質。
蛋白質的鹽析
鹽溶液與蛋白質作用時，鹽溶液的濃度及所含的金屬陽離子對蛋白質性質的影響：
★稀的輕金屬鹽溶液不會降低蛋白質在水中的溶解度，反而會促進蛋白質的溶解。
★濃的輕金屬鹽溶液能使蛋白質發生鹽析。
★重金屬鹽溶液，不論是濃溶液還是稀溶液，均能使蛋白質變性，變性過程是化學過程，變性是不可逆的。
蛋白質的性質
◆蛋白質的化學性質：
①蛋白質的兩性：
蛋白質的基本組成單位是氨基酸，因此，和氨基酸一樣，蛋白質也是兩性化合物，與酸或堿作用都能生成鹽
②蛋白質的水解：
蛋白質
相對分子質量較小的多肽
氨基酸
酸、堿或酶
逐步水解
酸、堿或酶
逐步水解
蛋白質的變性
蛋白質遇到重金屬鹽、強酸、強堿、甲醛、酒精等物質也會生成沉淀，但與鹽析不同的是，析出的沉淀不能在水中重新溶解，蛋白質將失去原來的活性。蛋白質的這種變化叫做變性。
蛋白質的變性因素 物理因素 化學因素
加熱、加壓、振蕩、攪拌、超聲波、紫外線、X射線等 重金屬鹽、強酸、強堿、乙醇、乙醛等
蛋白質的檢驗——濃硝酸的顏色反應
【實驗步驟】
取蛋白質溶液2 mL于試管中，加入1 mL濃硝
酸，微熱，觀察現象。
蛋白質的檢驗——茚三酮反應
【實驗步驟】
取蛋白質溶液2 mL于試管中，加入0.1%的茚三酮溶液5滴，加熱至沸騰，觀察現象。
蛋白質的檢驗——灼燒
【實驗步驟】
取小片毛料和棉布分別在酒精燈上灼燒，會產生特殊的氣味，可以運用此原理鑒別真絲和人造絲
歸納總結—蛋白質的檢驗
◆顏色反應：
★蛋白質遇雙縮脲試劑時會呈現玫瑰紫色
[在過量的NaOH溶液中加入CuSO4溶液，可制得雙縮脲試劑。含有兩個及兩個以上肽鍵的化合物遇到該試劑時均會呈現玫瑰色]
★含有苯環的蛋白質與濃HNO3作用時會產生黃色固態物質
★蛋白質與茚三酮反應產生有顏色的產物
◆蛋白質的灼燒：
因含N、S等元素，蛋白質被灼燒時，會產生類似燒焦羽毛的特殊氣味。
酶
PART 03
酶的概述
在生命活動中，幾乎所有的化學變化都是在酶的催化作用下完成的。酶是活細胞產生的一類具有催化功能的生物分子，絕大多數的酶是蛋白質。酶催化反應具有條件溫和、效率高、高度專一等特點。在人的消化液中，蛋白酶只能催化蛋白質水解，脂肪酶只能催化脂肪水解。假如人的消化液中沒有酶，完全消化一頓飯竟需要漫長的50年！
碳酸酐酶的結構模型
酶的催化作用特點
◆催化條件溫和：
一般在接近體溫中性的條件下進行，此時酶的活性最高。酶在較高溫度下會失去催化活性；此外溶液的pH太高或太低 ，以及重金屬離子的存在都會降低酶的催化活性。
◆高度專一：
如蛋白酶只能催化蛋白質水解，脂肪酶只能催化脂肪水解。
◆效率高：
一般是普通催化劑的107倍
酶的催化作用
酶是生物新陳代謝的催化劑，它的催化作用非常復雜?？茖W家研究發現，酶的催化機理經歷下列四個步驟：反應物與酶結合形成配合物，反應物變成激活狀態，產物在酶表面形成，產物從酶的表面釋放。科學家認為，酶分子中真正起催化作用的是酶的活性部位。不同的酶除了具有不同的一級結構外，還具有特殊的空間結構。酶分子中肽鏈通過折疊、螺旋或纏繞形成了活性空間，即酶的活性部位。反應過程中，反應物就結合在活性部位上?；钚圆课坏男螤钍翘貏e為有關反應物而設計的，酶的這種特性，可以用“鎖鑰理論”來解釋。只有反應物與酶的活性部位吻合，就像鎖和它的鑰匙那樣，酶才有催化作用
核酸的結構和生物功能
PART 04
核酸的概念和分類
◆概念：
不同的核苷酸按一定的順序通過磷酯鍵連接成一條很長的鏈，稱為核酸。
◆分類：
核酸
脫氧核糖核酸（DNA）
核糖核酸(RNA)
雙螺旋結構
主要存在于細胞核中，是遺傳信息的儲存和攜帶者
一般呈單鏈狀結構
主要存在細胞質，以DNA為目標形成，將DNA的遺傳信息翻譯并表達成具有特定功能的蛋白質
核酸的形成和水解
在生物體內，核酸主要以與蛋白質結合成核蛋白的形式存在于細胞中。核蛋白水解后能得到核酸，核酸是核蛋白的非蛋白部分。核酸可以進一步水解，得到核苷酸，核苷酸則由堿基、戊糖及磷酸組成。核酸中的戊糖可以為核糖或脫氧核糖，對應的核酸分別為RNA和DNA。核酸水解得到的堿基有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）五種，RNA只能得到腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶，DNA只能得到腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。
與蛋白質結合在一起的RNA
核酸的結構
核酸的一級結構是指組成核酸的核苷酸排列順序，核酸的二級結構和三級結構是指核酸的空間結構。
例如，DNA的雙螺旋結構就是核酸的二級結構，在DNA的雙螺旋結構中，不同的堿基通過氫鍵兩兩配對。
磷酸、堿基和戊糖結合成的DNA單鏈片段
DNA的雙螺旋結構示意圖
堿基互補配對原則
堿基配對存在著嚴格的關系，即一條鏈上的堿基A與另一條鏈上的堿基T通過兩個氫鍵配對；同樣，G和C之間通過三個氫鍵配對，這一規律稱為堿基互補配對原則。
DNA的雙螺旋結構
1953年，科學家提出了DNA的雙螺旋結構，從而使遺傳學研究從宏觀的觀察進入到微觀的分子水平。他們認為DNA分子由兩條DNA單鏈組成，DNA的雙螺旋結構是DNA中兩條單鏈之間相互識別的結果。DNA分子中兩條單鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結構，堿基位于螺旋內側，磷酸和脫氧核糖位于螺旋外側。形成DNA雙螺旋結構的原因是兩條DNA單鏈上的堿基之間嚴格遵循堿基互補配對規律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結合。
基因工程
DNA在細胞核中與蛋白質結合構成染色體，在染色體上常以基因為遺傳單位記錄該生物體內所有的遺傳信息?；虻幕瘜W本質是代表某一遺傳性狀的核苷酸序列。基因工程是通過類似工程設計的方法，將來源不同的“目的基因”在體外重新組合，并將其導入宿主細胞的DNA分子中，通過細胞增殖，使DNA重組得到擴大，并大量表達該基因的產物（蛋白質）的技術?；蚬こ桃褟V泛應用于農業、畜牧業、醫學、生物制藥等領域。如基因工程制造的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環境的物質，基因工程還培育了具有特殊用途的動植物，基因工程中的基因療法為一些疑難雜癥的治療提供了新的途徑。
DNA與RNA的區別與聯系
DNA RNA
區別 戊糖 脫氧核糖 核糖
堿基 含胸腺嘧啶 含尿嘧啶
相同 堿基 均含有：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶 磷酸 均含有磷酸 生理功能 生物體遺傳信息的載體，還指揮著蛋白質的合成、細胞的分裂和制造新的細胞 根據DNA提供的信息控制體內蛋白質的合成
從DNA到蛋白質的全過程
課堂小結
PART 05
蛋白質
1
蛋白質和核酸
2
核酸
組成元素及結構
蛋白質的性質
結構
生物功能
核苷酸脫水縮合
DNA雙螺旋結構
課堂練習
PART 06
1.下列關于蛋白質的敘述中不正確的是( )
A.蛋白質溶液里加入飽和(NH4)2SO4 溶液,蛋白質析出,向析出的蛋白質中加水,蛋白質不溶解
B.蛋白質的鹽析與變性有著本質的區別
C.重金屬鹽能使蛋白質凝聚,故誤食重金屬鹽會中毒,可服用生雞蛋清或牛奶解毒
D.蛋白質和氨基酸可以相互轉化
A
2.病毒(如圖)由蛋白質和核酸組成,核酸由核苷酸組成。核苷酸的單體由戊糖( C5H10O5)、磷酸和含氮堿基構成。下列說法正確的是( )
A.蛋白質、核酸和糖類均屬于高分子化合物
B.蛋白質和戊糖中含有的元素種類相同
C.戊糖與葡萄糖互為同系物
D.NaClO 等含氯消毒劑可用于殺死病毒是因為它們能使病毒蛋白質變性
D
3.下列有關核酸的說法中,不正確的是( )
A.核酸是一類含磷的生物高分子化合物
B.根據組成,核酸分為 DNA 和 RNA
C.DNA 大量存在于細胞質中
D.1981 年,我國用人工方法合成了酵母丙氨酸轉移核糖核酸
C
4.將淀粉漿和淀粉酶(含苯環)的混合物放入半透膜(允許葡萄糖分子通過)袋中,扎好后浸入流動的溫水中,經過足夠長的時間后,取出袋內的液體,分別與①碘水、②新制 Cu(OH)2(加熱)、③濃硝酸(微熱)作用,其現象依次是( )
A.顯藍色;無磚紅色沉淀;顯黃色
B.不顯藍色;無磚紅色沉淀;顯黃色
C.顯藍色;有磚紅色沉淀;不顯黃色
D.不顯藍色;有磚紅色沉淀;不顯黃色
B
Thanks
好好學習天天向上

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