高中生物浙科版 (2019)必修1《分子与细胞》第二节 生物大分子以碳链为骨架第2课时教学设计及反思

第二课时　蛋白质与核酸

一、蛋白质是生命活动的主要承载者

1．蛋白质的功能

蛋白质不是能量供给的主要来源，却在其他方面发挥着不可替代的作用。如肌肉中的收缩蛋白、头发中的角蛋白、红细胞中的运输蛋白、种子中的储备蛋白等，都具有特殊的生物学功能。

2．蛋白质的元素

主要由C、H、O、N四种元素组成，有些蛋白质还含有S元素。

3．氨基酸是蛋白质的基本单位

(1)种类

绝大多数蛋白质是由约20种不同的氨基酸组成的。

(2)生物体内绝大多数氨基酸的生物通式：

 (3)特点

一个中央碳原子上通过共价键连接着四个基团，即一个氨基(—NH2)、一个羧基(—COOH)、一个H和一个R基团。不同氨基酸的R基团不同。

4．蛋白质的形成

(1)二肽、多肽的形成

由两个氨基酸分子发生脱水缩合(如下图)，形成二肽，其间的化学键称为肽键。

由许多个氨基酸以肽键连成一长串的肽链，称为多肽。

(2)多肽的多样性

不同种多肽的差别在于其中氨基酸的种类、数目和排列顺序各不相同。假定20种氨基酸任意组成一个含100个氨基酸分子的蛋白质，那么，将有20100种蛋白质。

(3)蛋白质空间结构的多样性

蛋白质分子可由一条或几条多肽链组成。每一种蛋白质都有其独特的空间结构，即三维立体结构。蛋白质分子的空间结构多种多样。例如，组成毛发和指甲的蛋白质是纤维状的，血液中的血红蛋白则是球形的。

(4)蛋白质正确的空间结构的意义及影响因素

蛋白质正确的空间结构是蛋白质表现其特有的生物学活性所必需的。蛋白质的空间结构并不稳定，会随着温度的升高而发生改变。蛋白质的生物学活性也会随着温度的升高而降低，在温度超过40～50 ℃时就可能丧失活性。

二、检测生物组织中的糖类和蛋白质

1．检测原理

用双缩脲试剂检测蛋白质，用本尼迪特试剂检测还原糖(如葡萄糖、果糖)，用碘­碘化钾溶液检测淀粉。

2．方法步骤

(1)观察教师用指示剂分别检测蛋白质溶液、淀粉溶液和葡萄糖溶液的显色结果。

(2)预测稀释蛋清液、马铃薯匀浆、梨汁是否含有淀粉、蛋白质、葡萄糖，并填入下表：

(3)将需要匀浆的生物组织材料剪碎，置于研钵中，加少量清水研磨，并将研磨液过滤或静置使其中的固形物沉淀。

(4)检测

①检测淀粉：取2 mL样本上清液，加入5滴碘­碘化钾溶液，与样本上清液比较，观察颜色变化并记录在上表的相应位置(“＋”表示有，“－”表示无)。

②检测蛋白质：取2 mL样本上清液，加入2_mL双缩脲试剂A，振荡试管，使样本与试剂A混合均匀，再加入5滴双缩脲试剂B，与样本上清液比较，观察颜色变化并记录在上表的相应位置。

③检测还原糖：取2 mL样本上清液，加入2_mL本尼迪特试剂，振荡试管，使样本与本尼迪特试剂混合均匀，然后将试管置于热水浴中加热2～3 min，与样本上清液比较，观察颜色变化并记录在上表的相应位置。

三、核酸储存与传递遗传信息

1．元素组成

核酸由C、H、O、N、P五种元素组成。

2．核酸的构成

每个核酸分子由很多核苷酸通过共价键连接形成长链，其核苷酸数量可以从几十个到上亿个，相对分子质量可从几十万至几百万。

3．核苷酸的组成

每个核苷酸由三个小分子物质通过共价键连接形成。组成核苷酸的小分子物质包括五碳糖、磷酸基团和含氮碱基。其中，五碳糖有两种，即脱氧核糖和核糖；含氮碱基有五种，即腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)。

4．核酸的分类

核酸包括两大类：核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。RNA的基本单位称为核糖核苷酸，其五碳糖为核糖，含氮碱基为腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)；DNA的基本单位称为脱氧核糖核苷酸，其五碳糖为脱氧核糖，含氮碱基为腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。

5．核酸的功能

核酸是细胞中控制其生命活动的生物大分子。组成生物体的亿万个细胞中都有DNA和RNA。DNA中储藏的信息控制着细胞的所有活动，并且决定着细胞和整个生物体的遗传特性。RNA是合成蛋白质所必需的。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．必需氨基酸是指生物体需要的，但不能在生物体内合成的氨基酸。

  (　　)

2．组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合。 (　　)

3．脱水缩合形成的蛋白质中含有几个肽键就称为几肽。 (　　)

4．蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能一定发生变化。

  (　　)

5．DNA和RNA的碱基组成相同，五碳糖不同。 (　　)

6．分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。  (　　)

提示：1.×　必需氨基酸是指人体需要的，但不能在人体内合成，必须由食物供给的氨基酸。

2．×　氨基酸之间脱水缩合的方式一样。

3．×　含有几个氨基酸就称为几肽。

4．√

5．×　DNA和RNA的碱基组成不完全相同，DNA特有T，RNA特有U。

6．×　遗传信息与碱基排列顺序有关。

　蛋白质的结构与功能

1．组成蛋白质的氨基酸的结构特点归纳

(1)—NH2和—COOH的数目：每种氨基酸都至少含有一个—NH2和一个—COOH，R基团也可以是较长的链，或是环状结构。R基团中也可能含有氨基(—NH2)或羧基(—COOH)，有时还含有硫原子。

(2)连接位点：构成蛋白质的氨基酸都有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上。此特点为判断某化合物是否是构成蛋白质的氨基酸的依据。

2．利用类比法理解氨基酸的脱水缩合

(1)类比：三个同学手牵手连在一起，牵在一起的手代表“肽键”。两端同学的没牵在一起的手分别代表肽链两端游离的氨基和羧基。

(2)图示：

3．蛋白质的结构层次

C、H、O、N等元素―→氨基酸―→二肽―→三肽―→多肽蛋白质

4．氨基酸脱水缩合的相关计算规律

假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链，有以下数量关系：

合作探究：1.试判断下列有机酸，哪些属于组成蛋白质的氨基酸？并说明判断理由。

提示：(1)是　—NH2和—COOH连在同一个碳原子上

(2)不是　—NH2和—COOH没连在同一个碳原子上

(3)不是　没有—NH2

2．下面为“氨基酸脱水缩合的过程”示意图，据图讨论下列问题：

(1)参与“脱水”的结构是什么？R基中的氨基或羧基是否参与脱水缩合？

提示：相邻氨基酸的氨基和羧基。不参与。

(2)产物中H2O中的H、O分别来源于哪里？

提示：氨基和羧基。羧基。

(3)该多肽中至少含有氨基和羧基的数量是多少？这些氨基和羧基分布于肽链的什么位置？

提示：各1个。分别分布于肽链的两端。

3．组成绝大多数蛋白质的氨基酸大约有20种，讨论肽链结构的多样性：

(1)若每种氨基酸数目都足够多，由10个氨基酸可以组成多少种互不相同的肽链？

提示：2010种。

(2)若每种氨基酸只有一个，由10个氨基酸可以组成多少种互不相同的肽链？

提示：20×19×18×17×……×11种。

1．下列有关氨基酸的描述正确的是(　　)

A．氨基酸是构成蛋白质的基本单位

B．每种氨基酸必须具有一个氨基和一个羧基

C．人体内的氨基酸必须从食物中获取

D．每个氨基酸分子至少含有一个肽键

A　[氨基酸是构成蛋白质的基本单位，约有20种，其中有8种(婴儿9种)是人体细胞不能合成的，必须从外界环境中获取。每种氨基酸至少具有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸分子不含肽键，只有氨基酸脱水缩合后才会产生肽键。]

2．生物体内的蛋白质千差万别，其原因不包括(　　)

A．蛋白质的空间结构不同

B．组成蛋白质的氨基酸排列顺序不同

C．组成肽键的化学元素不同

D．组成蛋白质的氨基酸种类和数量不同

C　[蛋白质的空间结构不同是蛋白质多样性的原因，A不符合题意；组成蛋白质的氨基酸排列顺序不同是蛋白质多样性的原因，B不符合题意；组成肽键的化学元素都是C、H、O、N，C符合题意；组成蛋白质的氨基酸种类和数量不同是蛋白质多样性的原因，D不符合题意。]

3．下面为牛胰岛素结构模式图，该物质中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的，下列说法正确的是(　　)

A．牛胰岛素为51肽，其中含有50个肽键

B．牛胰岛素中至少有2个—NH2和2个—COOH

C．牛胰岛素水解产物含有20种不同的氨基酸

D．牛胰岛素形成时，减少的相对分子质量为882

B　[牛胰岛素含51个氨基酸，由两条肽链组成，含有的肽键数为51－2＝49(个)；牛胰岛素中至少含2个游离的—NH2和2个游离的—COOH；牛胰岛素水解可得到51个氨基酸，最多有20种氨基酸，但并非一定是20种；牛胰岛素形成时，51个氨基酸脱水缩合的同时还减少了6个H，故减少的相对分子质量为49×18＋6＝888。]

(1)若通过图示或其他形式告知蛋白质分子中含有二硫键时，要考虑脱去氢的质量，每形成一个二硫键，脱去2个H。

(2)若形成的多肽链是环状：氨基酸数＝肽键数＝失去水分子数。

　检测生物组织中的糖类和蛋白质

1．厘清实验原理

(1)本尼迪特试剂可用于鉴定还原糖，在水浴加热的条件下，溶液的颜色变化为红黄色，本尼迪特试剂只能检验生物组织中的还原糖(如葡萄糖、麦芽糖、果糖)存在与否，而不能鉴定非还原糖(如淀粉)。(2)蛋白质可与双缩脲试剂产生紫色反应。(3)淀粉遇碘­碘化钾溶液变蓝。

2．依据实验目的，选择适宜的实验材料

实验材料的选择，要把握两个原则，一是含有待测物量的多少，量多呈现的颜色深，实验现象明显；二是实验材料本身是否为无色或接近白色，以防止实验材料本身具有的颜色对实验现象的观察产生干扰。

合作探究：洋葱在欧美被誉为“蔬菜皇后”，其肥大的鳞茎中含糖类8.5%，每100 g含维生素A 5 mg、维生素C 9.3 mg、钙(Ca)45 mg、磷(P)50 mg、铁(Fe)8 mg，以及18种氨基酸，是不可多得的保健食品。那么，洋葱肥大的鳞茎中所含有糖类是淀粉还是可溶性还原糖？生物学兴趣小组的同学以此作为研究课题。请你帮助他们完成下面的实验研究报告。

(1)确定该实验的目的。

提示：探究洋葱肥大的鳞茎中所含的糖是淀粉还是可溶性还原糖。

(2)说出实验原理。

提示：淀粉可用碘­碘化钾溶液来检测，可溶性还原糖可用本尼迪特试剂来检测。

(3)淀粉的检测与可溶性还原糖的检测在实验操作上有什么不同？

提示：还原糖的鉴定用本尼迪特试剂，需要水浴加热，出现红黄色沉淀；淀粉用碘­碘化钾溶液检测，出现蓝色，无需加热。

1．下列关于生物组织中还原糖、油脂、蛋白质鉴定实验的叙述中，正确的是(　　)

A．用碘­碘化钾溶液检测淀粉时需水浴加热

B．油脂的鉴定需要用显微镜才能看到被染成橙黄色的油脂颗粒

C．鉴定可溶性还原糖时，加入本尼迪特试剂即可

D．用于鉴定蛋白质的双缩脲试剂A与B要混合均匀后，再加入含样品的试管中

B　[用碘­碘化钾溶液检测淀粉时不需水浴加热，A项错误；观察被染成橙黄色的油脂颗粒需要用显微镜，B项正确；本尼迪特试剂使用时需要水浴加热，C项错误；使用双缩脲试剂时，应先加入双缩脲试剂A，后加入双缩脲试剂B，D项错误。]

2．下列关于蛋白质、还原糖、油脂和淀粉的鉴定实验的叙述，正确的是(　　)

A．用于鉴定蛋白质的本尼迪特试剂A与B要混合均匀后，再加入含样品的试管中

B．甘蔗茎含有较多的糖且近于白色，因此可以用于进行还原糖鉴定的实验

C．用苏丹Ⅲ染液染色花生子叶，需要使用显微镜观察，结果呈橙黄色

D．为检测某奶粉中是否添加淀粉，样液中添加碘­碘化钾溶液，结果呈现蓝色，可知该奶粉含有淀粉，不含有蛋白质

C　[蛋白质鉴定所用试剂为双缩脲试剂，应先加双缩脲试剂A，后加双缩脲试剂B，A错误；甘蔗茎中含有蔗糖，蔗糖不属于还原糖，B错误；油脂需要使用苏丹Ⅲ染液染色，使用酒精洗去浮色以后在显微镜下观察，可以看到橙黄色的脂肪颗粒，C正确；淀粉遇碘­碘化钾溶液变蓝，某奶粉用碘­碘化钾溶液检测后出现蓝色，说明该奶粉中含有淀粉，但不能说明该奶粉中不含蛋白质，D错误。]

　核酸的构成与功能

1．DNA与RNA的比较

2.DNA与RNA初步水解与彻底水解产物的比较

合作探究：1.观察下图中核酸的组成，讨论下列问题：

(1)脱氧核苷酸和核糖核苷酸的种类各有多少种？

提示：各4种。

(2)核酸的碱基种类有多少种？

提示：5种。

(3)做亲子鉴定时，为什么要用DNA而不用RNA?

提示：因为DNA是人体的遗传物质，而RNA不是。

2．下图为DNA分子结构的一条脱氧核苷酸长链，讨论下列问题：

(1)图中①、②、③结合在一起的结构叫什么？

提示：脱氧核苷酸。

(2)DNA彻底分解后，能产生哪几种小分子物质？

提示：产生磷酸、脱氧核糖和四种碱基共6种小分子物质。

1．存在于DNA中而不存在于RNA中的含氮碱基是(　　)

A．鸟嘌呤　　 B．腺嘌呤

C．尿嘧啶 D．胸腺嘧啶

D　[RNA特有的碱基是U，DNA特有的碱基是T，因此，存在于DNA而不存在于RNA中的含氮碱基是T(胸腺嘧啶)。]

2．DNA分子具有多样性的原因是(　　)

A．脱氧核苷酸的排列顺序是多样的

B．脱氧核苷酸的碱基含有多种

C．磷酸、五碳糖和碱基的连接方式是多样的

D．磷酸和脱氧核糖的排列顺序是多样的

A　[DNA分子具有多样性是因为DNA中脱氧核苷酸的排列顺序是多样的，A正确；不同DNA中都有4种碱基，B错误；磷酸、五碳糖和碱基的连接方式都是一样的，C错误；DNA的外侧都是磷酸和脱氧核糖的交替排列，D错误。]

[课堂小结]

1．生命活动的主要承担者是(　　)

A．无机盐　　　 B．水

C．蛋白质 D．核酸

C　[食物所含的营养物质中，能为人体提供能量的是糖类、油脂和蛋白质；其中蛋白质是构成人体细胞的基本物质，对于人体的生长发育以及细胞代谢活动有重要意义，在生物体的基本组成物质中，蛋白质是生命活动的主要承担者，故选C。]

2．如图表示有关蛋白质分子的简要概念图，下列对图示分析正确的是(　　)

A．一个蛋白质分子只含一条多肽链

B．①过程有水产生

C．多肽中B的数目等于C的数目

D．蛋白质功能的多样性导致蛋白质结构的多样性

B　[一个蛋白质分子中可能含有多条多肽链；①过程表示氨基酸的脱水缩合，会产生水；链状多肽中B(氨基酸)的数目为C(肽键)的数目加上链数；蛋白质的结构决定蛋白质的功能。]

3．下列物质中，不能作为遗传物质的是(　　)

A．核酸 B．脱氧核糖核酸

C．核糖核酸 D．核苷酸

D　[核酸是一切生物的遗传物质，A正确；脱氧核糖核酸即DNA，是绝大多数生物的遗传物质，B正确；核糖核酸即RNA，是少数病毒的遗传物质，C正确；核苷酸是核酸的基本组成单位，属于小分子物质，不能作为遗传物质，D错误。]

4．核酸是细胞中控制其生命活动的大分子，下列关于核酸的叙述错误的是(　　)

A．核酸共分两类即RNA和DNA

B．DNA主要存在于生物的细胞质中

C．DNA中贮藏的遗传信息控制着细胞的遗传和代谢

D．RNA在合成蛋白质时是必需的

B　[核酸包括核糖核酸、脱氧核糖核酸，A正确；DNA主要分布于细胞核中，少量分布于线粒体和叶绿体中，B错误；DNA中贮藏的遗传信息控制着细胞的遗传和代谢，C正确；合成蛋白质时是以mRNA为模板，以tRNA为转运工具，D正确。]

5．下图为某化合物分子结构式，据图回答下列问题：

 (1)该化合物的名称是__________，它的基本单位是_________。

(2)该化合物的水解产物有____________种，其水解产物的分子量之和比该物质的分子量多了____________。

(3)鉴定该物质常用的化学试剂是____________。

解析：(1)由该化合物含有4个肽键可知，该化合物是由5个氨基酸脱水缩合而成，所以该化合物的名称是五肽，基本单位是氨基酸。(2)结构式中有5个R基，其中有两个相同(—CH3)，氨基酸的种类由R基决定，故水解产物中有4种氨基酸，水解该化合物需要4分子的水，故分子质量多了72。(3)鉴定该化合物常用的试剂是双缩脲试剂。

答案：(1)五肽　氨基酸　(2)4　72　(3)双缩脲试剂