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第二節 蛋白質
第六章 生命活動的物質基礎
——糖類、油脂、蛋白質
學習目標
1.能根據氨基酸、蛋白質的官能團及官能團的轉化，認識不同氨基酸、蛋白質及性質上的差異。
2.認識蛋白質是生命活動的物質基礎，是人體的必需營養物質。
3.能辨識核糖核酸、脫氧核糖核酸中的磷酯鍵，能基于氫鍵分析堿基的配對原理。能說明核糖核酸、脫氧核糖核酸對于生命遺傳的意義。
4.了解脫氧核糖核酸、核糖核酸的結構特點和生物功能。認識核酸的意義，體會化學科學在生命科學發展中所起的重要作用。
一、氨基酸的組成和結構
蛋白質廣泛存在于生命體內，是組成細胞的基礎物質。動物的肌肉、毛皮、血液等中都含有蛋白質；
大多數酶都是蛋白質。
蛋白質是由多種不同的氨基酸構成的。
氨基酸可看作是羧酸分子中烴基上的一個或幾個氫原子被氨基取代后生成的化合物。
迄今為止，人類在自然界已發現了數百種氨基酸，但是從生物體內的蛋白質水解得到的氨基酸，最常見的有20種，被稱為蛋白質氨基酸。這20種常見氨基酸中，除甘氨酸外，其余都是手性分子，且都是L型。
一、氨基酸的組成和結構
結構
α C為手性碳原子
一、氨基酸的組成和結構
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
*
帶“*”的是人體內不能合成的8種α-氨基酸，它們又稱為必需氨基酸
一、氨基酸的組成和結構
一、氨基酸的組成和結構
固態氨基酸主要以內鹽形式存在，熔點較高，不易揮發，難溶于有機溶劑。常見的氨基酸均為無色結晶，熔點在200 ℃以上。
物理性質
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。
從結構的角度來解釋下氨基酸溶于水的原因？
R—CH—COOH
NH2
易溶于水的基團
為什么能溶于強酸或強堿溶液？
氨基酸分子中既含有氨基(顯堿性)，又含有羧基(顯酸性)，因此，氨基酸是兩性化合物，能與酸、堿反應生成鹽。
一、氨基酸的組成和結構
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
R—CH—COOH
NH2
兩性化合物
兩性
氨基酸分子中的氨基和羧基發生相互作用，使氨基酸成為帶有正電荷和負電荷的兩性離子（稱為內鹽）。
一、氨基酸的組成和結構
R—CH—COOH + HCl R—CH—COOH
NH2
R—CH—COOH + NaOH
NH2
NH2
成肽反應
一、氨基酸的組成和結構
一、氨基酸的組成和結構
+
酶或酸或堿
+ H2O
酸脫羥基，氨脫氫
兩個氨基酸分子（可以相同，也可以不同）在一定條件下，通過氨基和羧基間縮合脫去水形成含有肽鍵的化合物。
屬于酰胺鍵
一、氨基酸的組成和結構
(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—，組成蛋白質的氨基酸種類、數目和排列順序各不相同，所以蛋白質的結構復雜、種類多。
(3)多肽分子中肽鍵個數的判斷
由n個氨基酸分子發生成肽反應，生成一個肽鏈時，會生成(n－1)個水分子和(n－1)個肽鍵。
一、氨基酸的組成和結構
兩分子氨基酸
二肽
三肽
+氨基酸
+氨基酸
四肽
成肽反應：
+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
一、氨基酸的組成和結構
顯色反應
凡含有—NH2的α 氨基酸遇茚三酮均顯紫色反應。該反應非常靈敏，是鑒定氨基酸最簡便的方法。人的手汗中含有多種氨基酸，遇茚三酮可起顯色反應，在法醫學上曾通過該反應檢驗指紋。
一、氨基酸的組成和結構
典例解析
例1 榴蓮中的“乙硫氨酸”(
A．能與鹽酸反應B．在一定條件下能生成二肽C．乙硫氨酸的分子式為C6H12NSO2D．該物質遇茚三酮共熱會出現紫色
)是其散發出特殊氣味的原因。
下列有關該物質的敘述錯誤的是(　　)
C
二、蛋白質的結構與性質
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。
蛋白質和多肽都是由氨基酸構成的有機化合物，它們之間沒有嚴格的界限。
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。
蛋白質的性質
(1)兩性
二、蛋白質的結構與性質
(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
二、蛋白質的結構與性質
二、蛋白質的結構與性質
實驗操作 實驗現象 實驗結論 類型
① 加入飽和硫酸銨溶液
② 加入飽和硫酸鈉溶液
③ 加熱
④加入飽和硫酸鉛溶液
⑤加入濃硝酸并加熱
蛋白質溶液
有白色絮狀沉淀，加水溶解
濃的鹽溶液能使蛋白質溶解度變小析出
物理變化
過程可逆
有白色絮狀沉淀，加水溶解
鹽析
有白色絮狀沉淀，加水不溶解
有白色絮狀沉淀，加水不溶解
有白色絮狀沉淀，加熱后呈黃色
化學變化
過程不可逆
變性
加熱或重金屬鹽等使蛋白質發生性質上的改變而聚沉
顯色反應
蛋白質中含有苯環的氨基酸被硝酸硝化
鹽析應用：分離和提純蛋白質
變性應用：殺菌消毒
二、蛋白質的結構與性質
種類、數目及排列順序
特定的空間結構
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
空間結構
按照蛋白質中多肽鏈本身及其之間的空間結構，將蛋白質的結構層次分為四級。
二、蛋白質的結構與性質
二、蛋白質的結構與性質
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
②二級結構：蛋白質分子中肽鏈并非直鏈狀，而是按一定的規律卷曲或折疊形成特定的空間結構。
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。
無論是α-螺旋結構還是β-折疊結構，空間形狀都有一定的規律。
二、蛋白質的結構與性質
二、蛋白質的結構與性質
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。
二、蛋白質的結構與性質
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。
酶
二、蛋白質的結構與性質
(1)定義：酶是一類由細胞產生的、對生物體內的化學反應具有催化作用的有機化合物，其中絕大多數是蛋白質。
(2)催化特點
具有高效催化作用
條件溫和
具有高度的專一性
一般是普通催化劑的107~1013倍
一般在接近體溫和中性的條件下進行
酶的催化作用
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。
酶分子中真正起催化作用的是酶的活性部位
二、蛋白質的結構與性質
典例解析
例2 下列有關蛋白質的敘述中不正確的是(　　)A．蛋白質溶液中加入飽和硫酸銨溶液，有蛋白質析出，如再加水也不溶解B．蛋白質溶液中的蛋白質分子能透過濾紙，但不能透過半透膜C．重金屬鹽能使蛋白質變性，但吞服“鋇餐”(BaSO4)不會引起中毒D．濃硝酸濺在皮膚上，能使皮膚呈黃色是因為蛋白質和濃硝酸發生顏色反應
A
三、核酸的結構及生物功能
絕大多數生物體的遺傳物質是DNA
DNA和RNA通過核酸序列編碼遺傳信息，從而指導蛋白質的合成，并進一步確定生命的形式。
核酸是遺傳物質的載體。
脫氧核糖核酸
(DNA)
核糖核酸
(RNA)
三、核酸的結構及生物功能
戊
糖
磷酸
堿基
基本組成單位：核苷酸
縮合聚合
核酸
生物大分子
核酸
酶
水解
核苷酸
酶
水解
磷酸
酶
水解
核苷
戊糖
堿基
HO
P
OH
OH
O
(2)戊糖
戊糖
脫氧核糖
核糖
三、核酸的結構及生物功能
三、核酸的結構及生物功能
核酸的合成與水解
三、核酸的結構及生物功能
(3)堿基
堿基是具有堿性的雜環有機化合物，主要有：
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
尿嘧啶（U）
脫氧核糖核酸(DNA)中的堿基
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
腺嘌呤（A）
鳥嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
三、核酸的結構及生物功能
DNA
①由兩條多聚核苷酸鏈組成，兩條鏈平行盤繞，形成雙螺旋結構。核苷酸之間通過磷酯鍵連接。
②每條鏈中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，堿基排列在內側。
③兩條鏈上的堿基遵循堿基互補配對原則，通過氫鍵結合成堿基對，腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)配對，鳥嘌呤(G)與胞嘧啶(C)配對。
氫鍵
三、核酸的結構及生物功能
RNA
①一般呈單鏈狀結構，比DNA分子小得多。
②與DNA對比，核糖替代脫氧核糖，尿嘧啶(U)替代胸腺嘧啶(T)。
三、核酸的結構及生物功能
核酸是生物體遺傳信息的載體
DNA
遺傳信息
RNA
傳遞、翻譯和表達DNA所攜帶的遺傳信息
控制
合成
蛋白質
核酸的生物功能
(1)基因：有一定堿基排列順序的DNA片段含有特定的遺傳信息。
(2)核酸的生物功能
復制
傳遞遺傳信息
影響生物體的性狀
典例解析
例3 下列關于如圖所示過程的敘述，錯誤的是(　　)
A．甲是磷酸，在不同的核苷酸中種類相同B．乙是戊糖，在DNA中是脫氧核糖，在RNA中是核糖C．丙是堿基，在人體細胞遺傳物質中有5種D．丁是核苷酸，在一個細胞中有8種
C
課堂小結
氨基酸的組成和結構
核酸的結構及生物功能
不良反應
組成、結構
物理性質
化學性質：
兩性、成肽
結構
DNA、RNA
生理功能
蛋白質的結構與性質
結構
性質：
兩性、水解、鹽析、變性
酶
隨堂練習
1、尿黑酸癥是由酪氨酸在人體內非正常代謝而產生的一種疾病。其轉化過程如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.1 mol酪氨酸能與含1mol HCl的鹽酸反應，又能與含2 molNaOH溶液反應B.酪氨酸能發生加成、取代、消去和縮聚反應C.1 mol對羥基苯丙酮酸最多可與5 mol H2加成D.1 mol尿黑酸最多可與含2 mol Br2的溶液反應
A
隨堂練習
2．核酸檢測和抗原檢測是抗擊新型冠狀疫情中的有力手段。下列說法正確的是(　　)A．部分抗原是蛋白質，因此是堿性物質B．DNA兩條鏈上的堿基通過共價鍵連接C．蛋白質抗原在高溫下仍然可以生效D．核酸分子水解可以得到磷酸
D

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