高中化学人教版 (2019)选择性必修3第二节 蛋白质教案

第四章  生物大分子

第二节  蛋白质

学习目标：

1.通过结构分析认识氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质，知道氨基酸、多肽和蛋白质之间的关系。能判断氨基酸的缩合产物和多肽的水解产物。

2.认识蛋白质的组成和性质特点。

3.认识蛋白质空间结构的复杂性和种类的多样性，了解酶催化反应的特点。

素养目标：

1.证据推理与模型认知：通过从分子水平上认识氨基酸的组成、结构和性质，进一步深化“结构决定性质”学科认知模型。

2.宏观辨识与微观探析：能辨识蛋白质结构中的肽键，能说明蛋白质的基本结构特点，能分析氨基酸、蛋白质与人体健康的关系，从微观和宏观相结合的视角认识蛋白质的结构与性质。

3.科学态度与社会责任：认识人工合成多肽和蛋白质的意义，体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。

教学重、难点：氨基酸和蛋白质的结构特点和主要性质

教学过程：

概述：蛋白质是生物体内一类极为重要的_________，是________的主要物质基础。它不仅是_____的重要成分，而且具有多种___________。例如，动植物体内起催化作用的大多数____、一些调节代谢的______和发生免疫反应的_____等均为蛋白质。从最简单的病毒、细菌等微生物直至人类，生物体内的绝大多数生命过程都与蛋白质密切相关，可以说没有蛋白质就___________。______是组成蛋白质的基本结构单位，要认识蛋白质，必须首先认识_______。

学习任务一：氨基酸

1.什么是氨基酸     羧酸分子里烃基上的氢原子被氨基取代所得到的化合物。双官能团：羧基(-COOH) 和氨基(-NH2),属于取代羧酸。

2.存在 ：自然界中存在的氨基酸有____种，但组成生物体内蛋白质的氨基酸一般只有____种。其中有___种氨基酸在人体内不能合成，必须通过食物供给，这些氨基酸称为__________。因此，为了人体的健康，应注意合理膳食、科学营养，保证人体必需氨基酸的摄取。

2.分子结构是怎样的

组成蛋白质的氨基酸几乎都是________ ，氨基连接在与_________的α位的碳原子上，结构简式:

  α-氨基酸除甘氨酸外，一般均含有连接四个不同原子或原子团的_____，具有_______。

味精——谷氨酸单钠盐                   

3.物理性质

天然的氨基酸均为_____色晶体,熔点较     ,在200℃-300℃熔化时_____。 一般都___溶于水,而难溶于____________等有机溶剂。

思考与讨论  根据以上氨基酸结构简式中所含有的官能团，推测氨基酸可能具有哪些化学性质。

     具有两性(酸性和碱性)，发生成肽反应。

4.化学性质

(1)两性：

(2)成肽反应(取代反应）:两个氨基酸分子(可以相同也可以不同)，在一定条件下，通过氨基和羧基缩合脱去水，形成含有肽键的化合物的反应。

由两个氨基酸分子缩合后形成的含有肽键的化合物称为二肽。二肽还可以继续与其他氨基酸分子缩合生成三肽、四肽、五肽，以至生成长链的多肽。

多肽常呈链状，因此也叫肽链。肽链能盘曲、折叠，还可以相互结合，形成蛋白质。一般把相对分子质量在1万以上，并具有一定空间结构的多肽称为蛋白质。

学习任务二：蛋白质

(一)组成：蛋白质主要由 _______________等元素组成，有些蛋白质还含有________________等元素。人体含有的蛋白质种类超过______种。

(二)结构：蛋白质是由多种氨基酸通过_____等相互连接形成的一类____________，是一般细胞中含量_____的有机分子，约占细胞干重的______以上。

蛋白质的结构不仅取决于多肽链的氨基酸____、____及_________，还与其特定的__________有关。蛋白质分子中氨基酸单体的排列顺序称为蛋白质的_____结构，它是蛋白质高级结构的_____，对蛋白质的性质和功能起着决定性作用。例如，血红蛋白分子中的谷氨酸会因遗传因素变成缬氨酸，这一微小差别会导致红细胞的形态由正常的圆饼状变为异常的镰刀状，使人患镰状细胞贫血。

肽键中的氧原子与氢原子之间存在_____，会使肽链_____或_____成特定的空间结构，形成蛋白质的________。肽链在二级结构基础上还会进一步_________，形成更复杂的_________。多个具有特定三级结构的多肽链通过非共价键相互作用（如氢键等）排列组装，形成蛋白质的_________。

资料卡片

蛋白质含量的测定由于生物组织中绝大部分氮元素都来自蛋白质，而且各种来源不同的蛋白质的含氮量都比较接近，平均为16%。因此生物样品中的1g氮元素大致相当于6.25 g 蛋白质，由此可以通过测定样品中氮元素的质量分数计算出其中蛋白质的含量。

(三) 性质：

1. 有胶体的性质：有些蛋白质能溶于水，由于蛋白质分子直径相对很大。已达到胶体微粒的大小，故蛋白质溶液(如鸡蛋清溶液)能发生______效应.

2.两性：蛋白质的结构含有—NH2和—COOH，故有两性，它能与酸、碱反应，生成盐。

3.水解：

[实验4－3]   现象:滴入饱和的(NH4)2SO4溶液有沉淀生成,加入蒸馏水，沉淀又溶解。

4.盐析：轻金属盐(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等)在蛋白质溶液中达到一定浓度时，使蛋白质的溶解度降低而使其从溶液中析出。

盐析是一个可逆的过程,属于物理变化,可分离提纯蛋白质。

[实验4－4]  现象:加热、加入醋酸银溶液或乙醇均生成白色沉淀，加水后沉淀不溶解。

5.变性：在某些物理因素和化学因素的影响下，蛋白质的性质和生理功能发生了改变，称为蛋白质的变性。变性是不可逆的，蛋白质失去生理活性，属于化学变化。

物理因素：加热、加压、搅拌、振荡、超声波、紫外线和放射线。

化学因素：强酸、强碱、重金属盐、乙醇、甲醛等。

应用：杀菌、消毒

①食物加热后，其中的蛋白质发生了变性，有利于人体消化吸收；

②乙醇、苯酚和碘等作为消毒防腐药可以使微生物的蛋白质变性，导致其死亡，达到消毒的目的；

③紫外线可用于杀菌消毒。有时也要注意防止蛋白质变性。例如，疫苗等生物制剂需要在低温下保存；攀登高山时为防止强紫外线引起皮肤和眼睛的蛋白质变性灼伤，需要防晒护目。

思考与讨论

(1)因误服铅、汞等重金属盐中毒的患者在急救时，为什么可口服牛奶、蛋清或豆浆？

牛奶、蛋清、豆浆中含大量的蛋白质，让铅、汞等重金属盐使他们变性，减少对人体伤害。

(2)为什么紫外线可用于环境和物品消毒，放射线可用于医疗器械灭菌？

紫外线、放射线能使病毒、细菌蛋白蛋变性而灭活。

[实验4－5 ] 现象：加入浓硝酸生成白色沉淀，加热沉淀变黄色。

6.颜色反应：含有苯环的蛋白质和浓HNO3作用生成白色沉淀，加热后沉淀变黄色。

应用：用于鉴别蛋白质的存在

除了硝酸，其他一些试剂也可以与蛋白质作用，呈现特定的颜色，可用于蛋白质的分析检测。

7.灼烧反应：燃烧蛋白质有烧焦羽毛的气味

应用：用于鉴别蛋白质的存在。如鉴别羊毛、蚕丝等布料。

(四) 社会价值：人们对蛋白质结构、性质和功能的研究，为蛋白质的合成与应用奠定了基础。蛋白质的人工合成，不仅为生命起源的化学途径提供了有力的证据，而且可以为人们提供性能优异的药物和生物催化剂，对探索生命活动规律、促进人类健康具有重要意义。

资料卡片                               烫发的原理

头发主要由角蛋白组成，其中的含硫氨基酸形成的二硫键(-S-S-)是维持头发弹性和形状的一个重要结构。一般烫发时使用的还原剂可以使头发中的二硫键断裂，产生游离的巯基（-SH )。再用一定的工具将头发卷曲或拉直成需要的形状。然后用氧化剂使巯基之间发生反应，生成新的二硫键，使头发的形状得以固定。频繁烫发会对头发造成一定程度的损害。

科学史话                        人工合成结晶牛胰岛素

胰岛素是由胰腺分泌的一种激素，具有调节体内糖类、蛋白质和脂肪代谢等功能。胰岛素是最先被确定氨基酸序列的蛋白质，其结构由桑格①等于1955年测定。它由两条肽链组成，分别是由21个氨基酸形成的A链和30个氨基酸形成的B链，两条链通过二硫键（- S - S -）连接。

中国科学院生物化学研究所、有机化学研究所和北京大学化学系等单位的多位科学家经过长期不懈努力，在1965年首先合成了结晶牛胰岛素。他们根据胰岛素的一级结构，将氨基酸按照一定顺序，通过缩合反应分别合成了A链和B链，然后再使两条链结合在一起，完成了复杂而艰巨的化学全合成工作。所得产物的结构和物理、化学性质与天然牛胰岛素完全一致，生物活性也十分接近。这项工作有力地推动了生命科学的发展，是人类在探索生命奥秘征途中迈出的重要一步。

学习任务三：酶

1.什么是酶  酶是一类由细胞产生的对生物体内的化学反应具有催化作用的有机物，其中绝大数是蛋白质。

2.酶有什么功能   在酶的作用下，生物才能进行新陈代谢，完成消化、呼吸、运动、生长、发育、繁殖等生命活动。

3.酶催化作用有什么特点

(1)具有高效性，一般是普通催化剂的107倍。

(2)具有温和性，一般在接近体温和中性的条件下进行。

(3)具有高度专一性，每种酶只催化一种或一类化合物的化学反应。

4.酶有哪些应用  目前，酶已经得到了广泛的应用，如蛋白酶用于医药、制革等工业，淀粉酶用于食品、发酵、纺织等工业，有的酶还可用于疾病的诊断。

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