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第四章 生物大分子
第二节 蛋白质
课时一 蛋白质
学习目标
01.知道氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质，了解氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。
02.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。
03.知道酶催化的特点
说起蛋白质，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
食物中的蛋白质
生活中的蛋白质
美容冻龄
蛋白质到底是什么呢？
蛋白质是生物体内一类极为重要的生物大分子，是生命活动的主要物质基础。它不仅是细胞的重要成分，而且具有多种生物学功能。人体内起催化作用的大多数酶 、一些调节代谢的激素和发生免疫反应的抗体等均为蛋白质。
氨基酸是蛋白质的基本单位，它与蛋白质有什么关系呢？
氨基酸
1. 氨基酸的组成和结构
(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称为氨基酸。
(2)结构
官能团：羧基-COOH和氨基-NH2。
α-氨基酸的结构：
R—CH—COOH
NH2
α-碳原子
*
特别提醒
①R可以是烃基，也可以是氢原子。
*
②天然氨基酸大多数是α-氨基酸，组成蛋白质的氨基酸主要是α-氨基酸。
α-氨基酸除甘氨酸（H2N—CH2COOH）
外，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。
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。
③自然界中存在的氨基酸
组成生物体内
人体内不能合成
一般只有21种
8种氨基酸
几百种
必需氨基酸
(3)常见的氨基酸
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)
丙氨酸(α-氨基丙酸)
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。
H2N—CH2—COOH
甘氨酸(氨基乙酸)
CH3—CH—COOH
NH2
HOOC—(CH2)2CH—COOH
NH2
CH2—CH—COOH
NH2
—
HS—CH2—CH—COOH
NH2
天然的氨基酸均为无色晶体，熔点较高，多在200~300℃熔化时分解。能溶于强酸或强碱溶液中，一般能溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
R—CH—COOH
NH2
3. 氨基酸的物理性质
根据以上氨基酸结构简式中所含有的宫能团，推测氨基酸可能具有哪些化学性质。
谷氨酸单钠盐
味精
酸性基团，提供H＋具有酸性能与碱反应
碱性基团，接受H＋具有碱性能与酸反应
4. 氨基酸的化学性质
R—CH—COOH
NH2
(1)氨基酸的两性
R—CH—COOH + HCl R—CH—COOH
NH2
NH3Cl
R—CH—COOH + NaOH
NH2
R—CH—COONa + H2O
NH2
两性化合物
（2）成肽反应(取代反应)
氨基酸
氨基酸
二肽
肽键
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-。
两个氨基酸分子(可以相同，也可以不同)在一定条件下，通过氨基与羧基间缩合脱去水，形成含有肽键 的化合物，发生成肽反应。
断键特点：酸脱羟基，氨脱氢
成肽反应是分子间脱水反应，属于取代反应。
联系学过的酯化反应，大家思考一下，成肽反应的机理与反应类型是什么？
两分子氨基酸
脱水缩合
二肽
三肽
缩合
+氨基酸
缩合
+氨基酸
四肽
成肽反应：
缩合
+氨基酸
多肽或肽链
· · · ·
相互结合形成
盘曲、折叠
蛋白质
Mr>10 000，具有一定的空间结构的多肽称为蛋白质
多肽链
蛋白质
1. 蛋白质的组成和结构
(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。
(2)组成
蛋白质主要含有C、O、H、N、S等元素，属于天然有机高分子，其溶液具有胶体的某些性质。
各个品牌奶粉中蛋白质含量为15-20%，蛋白质中含氮量平均为16%。以某合格牛奶蛋白质含量为2.8%计算，含氮量为0.44%，某合格奶粉蛋白质含量为18%计算，含氮量为2.88%。而三聚氰胺含氮量为66.7%，是牛奶的151倍，是奶粉的23倍。每100g牛奶中添加0.1克三聚氰胺，就能提高0.4%蛋白质!
三鹿毒奶粉事件
(3)结构
种类、数目及排列顺序
特定的空间结构
多肽链的氨基酸
蛋白质的结构
各种蛋白质都有其特殊功能和活性
一级结构
二级结构
三级结构
四级结构
任何一种蛋白质分子在天然状态下均具有独特而稳定的结构，这是蛋白质分子结构中最显著的特征，蛋白质分子中含有未缩合的羧基和氨基；天然蛋白质的结构分为：一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。
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。
①蛋白质的一级结构
肽键是蛋白质一级结构的主键
谷氨酸
甘氨酸
丙氨酸
赖氨酸
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，蛋白质的生物活性首先取决于蛋白质的一级结构。
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。
②蛋白质的二级结构
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蛋白质的四级结构
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。
(1)蛋白质的两性
蛋白质的多肽是由多个氨基酸缩合形成的，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。
蛋白质与氨基酸类似，也是两性分子，既能与酸反应，又能与碱反应。
2、蛋白质的性质
(2)水解
HO
H
结构中含有肽键
蛋白质
酶、酸或碱
逐步水解
多肽
酶、酸或碱
水解
氨基酸
振荡
白色沉淀
加水
沉淀溶解
饱和(NH4)2SO4溶液
—鸡蛋清溶液
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。
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。
应用：
采用多次盐析和溶解，可以分离提纯蛋白质。
（3）盐析
(4)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：
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）
在日常生活中的蛋白质变性应用
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。
高温、紫外线可用于杀菌消毒。
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。
误食重金属离子可用豆浆或牛奶临时急救。
化学与生活
【思考与讨论 】
鸡、鱼、肉、蛋等蛋白质食品做熟食用的原理是什么？
高温使蛋白质的空间结构变得伸展、松散，易于水解，便于吸收
振荡
白色沉淀
加热
沉淀变黄色
浓硝酸
—鸡蛋清溶液
蛋白质变性
含有苯环的蛋白质均能发生这个反应
固体蛋白质如皮肤、指甲遇浓硝酸变______色。
黄
其他一些试剂也可以与蛋白质作用，呈现特定颜色
可用于蛋白质的分析检测
(5)显色反应
其他鉴别方法：
燃烧产生烧焦羽毛的气味。
人体内不同功能的蛋白质
结构蛋白
调节蛋白
运输蛋白
催化蛋白
免疫蛋白
肌球蛋白
胰岛素
抗体
血红蛋白
酶
酶
酶是一种高效的生物催化剂，生物体新陈代谢过程中的许多化学反应都是在酶的催化作用下进行的。大多数酶属于蛋白质。
酶催化的主要特点：
需要比较温和的条件（体温约为37℃，血液pH约为7）
具有高度的专一性
效率非常高(相当于无机催化剂的107~1013倍)
阅读P117-118科学史话和资料卡片,思考与交流
1、烫发的原理是什么？
头发主要由角蛋白组成，二硫键(-S-S-)是维持头发弹性和形状的一个重要结构。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 )。定型后再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。
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。
蛋白质社会价值：
从2020年2月初疫苗项目立项，到当年12月30日，国药集团中国生物的新冠病毒灭活疫苗成为我国首个获批附条件上市的新冠疫苗，98天研发出新冠灭活疫苗，335天实现上市——正是无数相关工作人员不舍昼夜，与时间赛跑，才得以创造出疫苗研发的“中国速度”。
导练
1. 生命中无时无刻不进行着许许多多的化学反应，这些反应要根据环境的变化和身体的需要而灵活控制、自动调节，以维持生命活动，所有这一切都离不开酶。下列有关酶的叙述错误的是（ ）
A. 酶是具有催化功能的有机化合物，绝大多数是蛋白质
B. 酶的催化作用具有选择性和专一性
C. 高温或紫外线的照射会使酶失去生理活性
D. 酶通常在强酸或强碱的条件下发挥作用
D
随堂练习
2. 下列有关蛋白质的叙述不正确的是（ ）
A. 向蛋白质溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液，蛋白质析出，再加水也不溶解
B. 1965年我国科学家首先合成结晶牛胰岛素
C. 重金属盐能使蛋白质变性，所以误食重金属盐会中毒
D. 浓硝酸溅在皮肤上，皮肤呈黄色，是由于浓硝酸和蛋白质发生显色反应
向蛋白质溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液，蛋白质发生盐析，盐析是可逆的，再加水后蛋白质可以溶解。
A
随堂练习
感谢观看
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