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第四章 生物大分子
第二节 蛋白质
一、内容分析
必修教材已经介绍了氨基酸与蛋白质之间的关系，以及蛋白质的一些性质，选择性必修阶段的教材则在官能团性质.有机反应规律和物质结构等知识的基础上，使学生进一步认识氨基酸和蛋白质的组成、结构、性质、转化和用途。
教材通过蛋白质的生物功能引人课题后，首先介绍形成蛋白质的基础物质氨基酸，考虑到学生已经学习了羧酸、胺和酰胺，教材在分析氨基酸的分类和结构特征后，给出几种简单必需氨基酸的结构简式，让学生在上一节的基础上，分析和预测氨基酸可能的化学性质，进一步基于官能团来认识具有多个官能团的复杂有机化合物。氨基酸的两性体观羧基和氨基的
性质，学生不难理解。 成肽反应实际上是氨基酸之间的缩合反应，其反应形式可以用酯化反应进行类比。通过成肽以反应形成的形肤和蛋白质的级结构， 是蛋白质更高级结构及相关性质和功能的基础。
蛋白质的结构十分复杂，而这正是蛋白质具有丰富的物理和化学性质，能够实现多种生物功能的物质基础。教材对蛋白质的结构进行简单介绍，并辅以各级结构的示意图进行说明，目的是让学生对“结构决定性质”这一化学基本现念的认识， 从构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序这样的平面构造层面( 一级结构)，上升到空间结构和构象的层面(高级结构)。这样的内容安排，就为教材接下来介绍蛋白质的性质时，让学生从哪级结构发生变化的角度进行分析奠定了基础，便于学生更好地理解蛋白质的性质与用途。
二、核心素养
1.宏观辨识与与微观探析
知道氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质，能根据氨基酸、蛋白质的官能团及官能团的转化，认识不同氨基酸、蛋白质及性质上的差异，了解氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。
2.科学探究与创新意识
通过观察蛋白质溶液加热、与金属盐溶液、浓硝酸的反应实验培养学生观察和发现问题的能力，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作。
3.科学态度与社会责任
了解蛋白质的组成、结构和性质，认识人工合成多肽、蛋白质等的意义，体会化学学科在生命科学发展中所起的重要作用。
三、教学重难点
教学重点：蛋白质的性质。
教学难点：氨基酸、多肽和蛋白质之间的相互转化关系
四、教学方法
讲授法、对比法、分类法、归纳总结
五、教学过程
【新课引入】生活中的蛋白质
【教师活动】蛋白质是生物体内一类极为重要的功能高分子化合物，是生命活动的主要物质基础。氨基酸时组成蛋白质的基本结构单元，要认识蛋白质，必须首先认识氨基酸。
一、氨基酸
1.定义：羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代得到的化合物。
含有的官能团有羧基-COOH和氨基-NH2
组成蛋白质的氨基酸主要是α-氨基酸，其结构简式为
【注意】除甘氨酸外，一般α 氨基酸中含手性碳原子，是手性分子，具有对映异构体
【过渡】人体内组成蛋白质的常见氨基酸有 20 种，其中有 8 种是人体不能合成的，称为必需氨基酸，肉、蛋、鱼、奶、豆类食物是人体必需氨 基酸的主要来源。
3.常见的氨基酸
俗名 结构简式 系统命名
甘氨酸 氨基乙酸
丙氨酸 2 氨基丙酸
谷氨酸 2 氨基戊二酸
苯丙氨酸 2 氨基 3苯基丙酸
半胱氨酸 2 氨基 3 巯基丙酸
4.物理性质
天然氨基酸均为无色晶体，熔点较高，在200~3000C时熔化分解一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
【思考】结构决定性质，结合氨基酸结构中所含的官能团，氨基酸可能具有哪些化学性质？
【学生活动】结合前面所学的氨基和羧基的性质，氨基酸分子中含有酸性官能团—COOH和碱性官能团—NH2。氨基酸既能与酸反应生成盐，又能跟碱反应生成盐。
5.化学性质
①氨基酸的两性
②成肽反应(取代反应)
两个氨基酸分子在一定条件下，通过氨基和羧基间缩合脱去水形成含有肽键的化合物。
【注意】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-。
【课堂练习1】
1.下列关于氨基酸的叙述中,不正确的是(　　)
A.天然氨基酸都是晶体,一般能溶于水
B.氨基酸都不能发生水解反应
C.氨基酸是两性化合物,能与酸、碱反应生成盐
D.氨基酸的官能团有氨基和羟基
2.下列物质中既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是(　　)
①NaHCO3 ②(NH4)2S ③Al(OH)3 ④NH4Cl
⑤H2N-CH2-COOH ⑥CH3COOH
A.①②③ B.①②④⑤ C.⑤⑥ D.①②③⑤
【教师活动】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10000以上并具有一定空间结构的多肽称为蛋白质。
二、蛋白质
1.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，蛋白质属于天然有机高分子化合物。
2.组成：蛋白质由C、H、O、N、S等元素组成，有些蛋白质含有P、Fe、 Cu、Zn、Mn等。
3.存在：蛋白质主要存在于生物体内，如肌肉、毛发、皮肤、角、酶、 抗体、病毒等；在植物中也很丰富，如大豆、花生、谷物。
【教师活动】各种蛋白质在生物体内所具有的不同功能与蛋白质的结构密切相关。蛋白质的结构不仅取决于多肽链的氨基酸种类、数目及排列顺序，还与其特定的空间结构有关。
4.蛋白质的结构
(1)蛋白质的一级结构
蛋白质分子中氨基酸单体的排列顺序称为蛋白质的一级结构。一级结构是蛋白质高级结构的基础，对蛋白质的性质和功能起着决定性作用。
(2)二级结构
肽键中的氧原子与氢原子之间存在氢键，会使肽链盘绕或折叠成特定的空间结构，形成蛋白质的二级结构
(3)蛋白质的三级结构
肽链在二级结构基础上还会进一步盘曲折叠，形成更复杂的三级结构
(4)四级结构
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，形成蛋白质的四级结构。
【思考】结构决定性质，结合蛋白质分子结构，蛋白质可能具有哪些化学性质？
【教师讲解】蛋白质的多肽由多个氨基酸缩合形成，在多肽链的两端必然存在着自由的氨基与羧基，同时侧链中也往往存在酸性或碱性基团。因此，蛋白质既能与酸反应又能与碱反应。
三、蛋白质的性质
1.蛋白质的两性
蛋白质由氨基酸缩合而成，两端必然存在着自由的氨基和羧基，所以蛋白质与氨基酸一样具有两性，能与酸、碱反应。
2.水解
蛋白质在酸、碱或酶的作用下,水解生成相对分子质量较小的多肽化合物,最终水解得到氨基酸。天然蛋白质水解的最终产物都是α-氨基酸
【实验4-3】
3.盐析
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。
【注意】①盐析是一个可逆的过程，属于物理变化过程。不影响蛋白质的性质。
②应用：利用多次盐析的方法分离、提纯蛋白质。
4.蛋白质的变性
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。
物理因素：加热、加压、搅拌、振荡、超声波、紫外线和放射线等。
化学因素：强酸、强碱、重金属盐、乙醇、甲醛等。
【注意】①蛋白质的变性是化学变化，不可逆过程（析出的蛋白质加水不能溶解）
②应用：杀菌、消毒
【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
(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
显色反应
含有苯环的蛋白质遇浓硝酸会有白色沉淀产生,加热后沉淀变黄色。
6.燃烧产生烧焦羽毛的气味
可用于鉴别羊毛制品和纤维制品
【课堂练习2】
1.下列关于蛋白质的叙述中不正确的是(　　)
A.蚕丝的主要成分是蛋白质
B.蛋白质溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液，蛋白质会析出，再加水重新溶解
C.重金属盐会使蛋白质变性，所以吞服“钡餐”会使人中毒
D.浓硝酸溅在皮肤上使皮肤呈黄色，这是由于蛋白质和浓硝酸发生了显色反应
2.下列物质中可以使蛋白质变性的是(　　)
①福尔马林　 ②酒精　 ③高锰酸钾溶液　④硫酸铵溶液　
⑤硫酸铜溶液　⑥双氧水　⑦硝酸
A.除④⑦外 B.除③⑥外 C.①②⑤ D.除④外
3. 区别棉花和羊毛的简单的方法是(　　)
A.加入稀硫酸后加热使之水解，检验水解产物能否发生银镜反应
B.浸入浓硝酸中，观察其颜色是否变黄色
C.在火中灼烧，闻其是否有烧焦羽毛的气味
D.通过化学方法测其组成中是否含有硫、氮等元素
【过渡】生物体是一个复杂的“化工厂”，在这个“化工厂里同时进行着许多相互协调配合的化学反应。这些反应必须在适合生物体生存的温和条件下进行，还要求有较高的速率，而且需要随着环境和身体情况的变化随时进行精密调节。实现如此苛刻的要求，需要依靠生物催化剂—酶的作用来完成。
四、酶
1.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， 其中大多数是蛋白质。
2.酶的催化特点
①具有高效催化作用
②条件温和
③具有高度的专一性
【课堂练习3】
1.下列有关酶的说法中错误的是(　　)
A.大多数酶是具有催化作用的蛋白质
B.酶的催化作用具有高效性和专一性
C.高温或重金属盐能使大多数酶失去活性
D.酶只有在强酸、强碱条件下才能发挥作用
2.市场上有一种加酶洗衣粉，即在洗衣粉中加入少量的碱性蛋白酶，它 的催化活性很强，衣服上的汗渍、血迹及人体排出的蛋白质、油渍遇到它，皆能水解而除去。下列衣料不能用加酶洗衣粉洗涤的是(　　)
①棉织品　 ②羊毛织品　 ③腈纶织品　
④蚕丝织品　 ⑤涤纶织品　 ⑥锦纶织品
A.①②③ 　　　B.②④ 　　　C.③④⑤ 　　　D.③⑤⑥
【课堂小结】

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