高中化学人教版 (2019)选择性必修3第二节 蛋白质精品导学案
展开【学习目标】
1.通过认识氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质,了解氨基酸、多肽、蛋白质之间的关系,能判断氨基酸的缩合产物和多肽、蛋白质的水解产物,从分子水平认识氨基酸的组成、结构和性质,进一步发“结构决定性质”的学科观念。
2.通过认识蛋白质的组成、典型性质特征,能辨识蛋白质分子中的肽键,能理解蛋白质与人体健康以及生命活动的关系,能从宏观和微观相结合的视角认识蛋白质的结构与性质。
3.通过学习蛋白质空间结构的复杂性和种类的多样性,以及酶催化反应的特点,认识人工合成多肽和蛋白质的意义,体会化学在生命科学发展和创造美好生活中所起的作用,感受科学家们的科学精神和社会责任感。
4.通过实验探究学习蛋白质的盐析、变性和显色反应,发展实验探究水平和用化学语言表达的能力。
【学习重点】氨基酸、蛋白质的结构特点与主要性质
【学习难点】从官能团的角度掌握氨基酸、多肽、蛋白质的相互转化。
【课前预习】
1.氨基酸的结构与性质
(1)组成和结构
氨基酸可看作是羧酸分子中烃基上的H原子被 取代后的产物,因此氨基酸分子中含有氨基和 两种官能团。组成蛋白质的氨基酸几乎都是α-氨基酸,其通式可写为RCH(NH2)COOH。
(2)性质
①物理性质
②化学性质
2.蛋白质的组成结构
(1)组成元素:蛋白质中主要含有 等元素,属于天然有机 化合物。
(2)四级结构
3.蛋白质的性质
(1)两性
在多肽链的两端存在着 和 ,因此蛋白质既能与碱反应又能与酸反应。
(2)水解
(3)盐析
①概念:向蛋白质溶液中加入的盐溶液[如Na2SO4、(NH4)2SO4、MgSO4等]达到一定浓度时,可以使蛋白质的溶解度 而从溶液中 的现象。
②结果:盐析只改变了蛋白质的 而没有改变它们的 ,是 的过程。
③应用:常用于 蛋白质。
(4)变性
①概念:在某些物理因素或化学因素的影响下,蛋白质的 和 发生改变的现象。
②影响因素
③结果:变性会引起蛋白质结构上的改变,是 过程。
(5)显色反应
分子中含有 的蛋白质跟浓硝酸作用时呈 色。一般天然蛋白质都含有 ,常用此性质来鉴别蛋白质。
(6)蛋白质灼烧有 的气味,也可以用此性质鉴别蛋白质。
4.酶
(1)概念: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,其中绝大多数是 。
(2)酶的催化作用具有以下特点:① ;②具有 ;③具有 。
1.(1)氨基 羧基 (2)①能 能 难
②H2NCH2COOH+HCl
H2NCH2COOH+NaOH
+H2O
2.(1)C、H、N、O、S 高分子
3.(1)羧基 氨基 (2)氨基酸 C—N
(3)①降低 析出 ②溶解度 生理活性 可逆 ③分离提纯 (4)①理化性质 生理功能 ②重金属盐 ③不可逆 (5)苯环 黄 苯环 (6)类似烧焦羽毛
4.(1)蛋白质 (2)①条件温和,不需加热
②高度的专一性 ③高效催化作用
【课中探究】
情景导入:蛋白质,相信大家都不陌生,它广泛存在于我们生活当中的各个角落,以蛋白质的科普小视频引入新课,引法学生的学习兴趣。(PPT视频展示)
任务一、氨基酸的结构和性质
【学生活动1】阅读教材P112,总结氨基酸的基本概念?
【总结】
1.定义:从结构上看,氨基酸可看作羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代的化合物。
2.官能团:—COOH(羧基)、—NH2(氨基)
3.结构:氨基连接在与羧基相邻的 α 位的碳原子上---α-氨基酸
(1)天然氨基酸主要是α-氨基酸;组成蛋白质的氨基酸主要是α-氨基酸
(2)当R不是H时(即除甘氨酸外),ɑ-碳为手性碳原子;一般均含有连接4个不同原子或原子团的手性碳原子,具有对映异构体。
4.种类:自然界中存在的氨基酸有上百种,组成人体内蛋白质的氨基酸有 21 种。其中有8种氨基酸在人体内不能合成,必须通过食物供给,这些氨基酸称为必需氨基酸。
5.物理性质;天然氨基酸均为无色晶体,熔点较高,多在200~300℃熔化时分解。氨基酸一般能溶于水,而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂(氨基,羧基能够与水分子形成氢键,从而增加氨基酸的水溶性)。
【学生活动2】根据氨基酸的结构,推测氨基酸的化学性质?
【总结】
1.氨基酸的两性
2.成肽反应---两个氨基酸分子(可以相同,也可以不同)在一定条件下,通过氨基和羧基间缩合脱去水形成含有肽键的化合物。
①由于肽中仍含有-NH2和-COOH,肽也有两性。
②肽键可简写为 -CONH-,不能写成 -CNHO-。
3.氨基酸缩合的反应规律:
【学生活动3】思考与讨论,氨基酸形成蛋白质的过程?
【总结】
【学生活动4】根据上述反应,如何判断多肽分子中肽键的个数呢?
【总结】
1.缩聚反应:由n个氨基酸分子发生成肽反应,生成一个肽链时,会生成(n-1)个水分子和(n-1)个肽键。
2. 由一种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为n-1;
由两种单体进行缩聚反应,生成的小分子物质的量一般为2n-1。
任务二、蛋白质
【学生活动1】阅读教材P114,总结蛋白质的基本概念?
【总结】
定义:蛋白质是由多种氨基酸通过肽键等相互连接形成的一类生物大分子,是一般细胞中含量最多的有机分子,占细胞干重的一半。
2.官能团:肽键 -CONH-、—COOH(羧基)、—NH2(氨基)
3.组成:组成主要元素:C、H、O、N、S 等;有些蛋白质还含有:P、Fe、Zn、Cu等
蛋白质属于:天然高分子化合物
4.种类:人体内所具有的蛋白质种类达到了10万种以上。
【学生活动2】阅读教材P114,总结蛋白质的结构?
【总结】
【医学扩展】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。
【学生活动3】阅读教材P115,总结蛋白质的性质?
【总结】
1.两性分子------蛋白质是两性分子,既能与酸反应,又能与碱反应。
2.水解反应:
【学生活动4】阅读教材P115【实验4-3】并观看实验视频,总结蛋白质盐析反应的原理、特点、用途?
【总结】
1.原理:少量的某些可溶性盐(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等)能促进蛋白质的溶解。但当这些盐在蛋白质溶液中达到一定浓度时,反而使蛋白质的溶解度降低而使其从溶液中析出,这种作用称为盐析。
2.特点:蛋白质的盐析是一个可逆过程,盐析出的蛋白质在水中仍能溶解,并不影响其活性。属于物理变化过程。
3.用途:采用多次盐析和溶解,可以分离提纯蛋白质。
【学生活动5】阅读教材P116【实验4-4】并观看实验视频,总结蛋白质变性反应的原理、引起蛋白质变性的因素、用途?
【总结】
1.原理:在某些物理或化学因素的影响下,蛋白质的性质和生理功能发生改变的现象称为蛋白质的变性。
燃料乙醇、白酒、食醋、味精, 以及氨基酸、抗生素等药物
2.引起蛋白质变性的因素:
物理因素:加热、加压、搅拌、振荡、紫外线和放射线、超声波等
化学因素:强酸、强碱、重金属盐、强氧化剂、乙醇、甲醛、丙酮等
3.特点:蛋白质在变性的过程中结构发生了改变,属于化学变化。
4.用途:食物加热、消毒杀菌、紫外线杀菌、疫苗低温保存、护目镜
【学生活动6】思考与讨论,下面两个问题:
(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?
(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?
【总结】
1.牛奶、蛋清或豆浆中含蛋白质,与铅、汞发生变性反应,这样就减小了铅、汞的浓度;
2.利用蛋白质变性原理;
【学生活动7】阅读教材P117【实验4-5】并观看实验视频,总结蛋白质显色反应的原理、本质?
【总结】
1.原理:含有苯环的蛋白质与浓硝酸发生显色反应,使蛋白质变黄
2.本质:也属于蛋白质的变性
【学生活动8】除了上述化学性质以外,蛋白质还具有什么化学性质?
【总结】
燃烧反应:蛋白质可以燃烧,一般生成CO2、H2O、N2、SO2、P2O5等物质,灼烧蛋白质有烧焦羽毛的气味,可用于鉴别羊毛衫、蚕丝被的真假。
常见纤维灼烧的气味:
烧焦羽毛的气味------动物纤维
烧纸的气味------植物纤维
烧塑料的气味------化学纤维
【知识扩展】阅读教材科学史话《人工合成结晶牛胰岛素》与资料卡片《烫发的原理》。
任务三、酶
【学生活动1】阅读教材P119,总结酶的相关知识点?
【总结】
1.定义: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化合物,其中绝大多数是蛋白质。
2.作用: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.特点:①高效催化作用 ②条件温和---接近体温和中性 ③高度的专一性
4.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,酒化酶用于酿酒等。
【典型例题】
例1.关于有机物的酸碱性,下列说法正确的是( )。
A.既有酸性,也有碱性 B.只有酸性
C.只有碱性D.既无酸性也无碱性
【答案要点】A
例2.下列关于蛋白质的说法不正确的是( )。
A.蛋白质是由多种α-氨基酸加聚而成的天然高分子化合物
B.通常用酒精消毒,其原理是酒精使细菌中的蛋白质变性而失去生理活性
C.浓的Na2SO4溶液能使溶液中的蛋白质析出,加水后析出的蛋白质又溶解
D.鉴别织物成分是蚕丝还是“人造丝”可采用灼烧闻气味的方法
【答案要点】A
例3.(1)从鸡蛋白的溶液中提取蛋白质的方法有_______和_______。
(2)鸡蛋腐败时,常闻到刺激性气味,该有刺激性气味的气体主要是_______,说明鸡蛋中的蛋白质含有_______元素。
(3)浓硝酸溅到皮肤上,使皮肤呈_______色,这是由于浓硝酸和蛋白质发生了_______ 反应。
(4)现有淀粉和蛋白质胶体的混合液,要把蛋白质和淀粉分离开,可进行的操作是_______ ;要检验其中蛋白质的存在,可取混合液少许,向其中加入1 mL_______,加热至沸腾,溶液中生成_______,说明有蛋白质存在。
【答案要点】
(1)盐析 渗析
(2)H2S 硫
(3)黄 显色
(4)向溶液中加入适量饱和(NH4)2SO4或Na2SO4溶液,使蛋白质盐析变成沉淀,过滤,分离出蛋白质
浓硝酸 黄色沉淀
溶剂
水
强酸或强碱
乙醇、乙醚
溶解性
大多数 溶
溶
溶
水解过程
蛋白质多肽
断键方式
肽键中的 键断裂
物理因素
加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、X射线等
化学因素
强酸、强碱、 、乙醇、丙酮、甲醛、苯酚、三氯乙酸等
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