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第二节　蛋白质
第四章　生物大分子
1.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、蛋白质及其性质上的差异(重点)。
2.理解氨基酸、多肽和蛋白质之间的相互转化关系(难点)。
3.认识蛋白质是生命活动的物质基础，是人体的必需营养物质，但是蛋白质的摄入量过多或过少都不利于人体健康，要合理安排饮食，注意营养搭配。
[学习目标]
问题导入
蛋白质是什么？
什么叫氨基酸？它有什么官能团？氨基酸的结构有什么特点？氨基酸有没有空间异构现象？
一、氨基酸的结构和性质
交流思考
*
*
*
*
*
新知学习
1. 概念和结构
(1)概念：羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代的产物。
(2)结构：
官能团：
R—CH—COOH
NH2
α
当R不是H时，（即除甘氨酸外），α-碳为手性碳原子
α-氨基酸
氨基（—NH2）
羧基（—COOH）
★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-氨基酸除甘氨酸外，都有手性碳原子，具有对映异构体。
一、氨基酸的结构和性质
组成人体内蛋白质的氨基酸有21种，其中8种必须通过食物供给，称为必需氨基酸。
新知学习
赖氨酸 色氨酸
苯丙氨酸 蛋氨酸
苏氨酸 异亮氨酸
亮氨酸 缬氨酸
一、氨基酸的结构和性质
探究导学
2. 常见的氨基酸
俗名 结构简式 命名
甘氨酸
丙氨酸
谷氨酸
苯丙氨酸
半胱氨酸
H2N—CH2—COOH
氨基乙酸
2-氨基丙酸
2-氨基戊二酸
2-氨基-3-苯基丙酸
2-氨基-3-巯基丙酸
CH3—CH—COOH
NH2
HOOC—(CH2)2—CH—COOH
NH2
一、氨基酸的结构和性质
探究导学
天然氨基酸均为无色晶体，熔点较高，在200~300 0C时熔化分解，一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
3. 氨基酸的性质
(1)物理性质
一、氨基酸的结构和性质
探究导学
(2)化学性质
请思考：氨基酸的官能团决定了它具有什么样的化学性质？
酸性基团
碱性基团
R—CH—COOH
NH2
①氨基酸的两性：能与酸碱反应
甘氨酸与稀盐酸反应：
甘氨酸与氢氧化钠溶液反应：
CH2COOH+HCl CH2COOH
NH2
NH3Cl
CH2—COOH+NaOH→ CH2—COONa+H2O
NH2
NH2
一、氨基酸的结构和性质
新知学习
②成肽反应(取代反应)
氨基酸
氨基酸
二肽
肽键
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？
可简写为 —CONH—，不能写成“—CNHO—”
一、氨基酸的结构和性质
思考交流
1.正误判断
(1)氨基酸分子中的—COOH能电离出H＋显酸性，—NH2能结合H＋显碱性
(2)成肽反应的规律为—COOH脱—OH，—NH2脱—H，是分子间脱水反应，属于取代反应
(3)肽键易水解生成羧基与氨基
(4)氨基酸能发生酯化反应、成肽反应和水解反应
√
√
×
√
羧基能发生酯化反应，氨基和羧基能发生成肽反应
一、氨基酸的结构和性质
思考交流
2.两种氨基酸(可以是相同分子之间，也可以是不同分子之间)脱水可形成二肽，将甘氨酸( )与丙氨酸( )混合，
反应生成的二肽有几种？写出其结构简式。
4种
一、氨基酸的结构和性质
归纳小结
(1)氨基酸的缩合机理
氨基酸 二肽或多肽 蛋白质
一、氨基酸的结构和性质
归纳小结
②分子间或分子内缩合成环
①两分子间缩合
H2NCH2COOH＋H2NCH2COOH—→ ＋H2O
(2)缩合产物(以氨基乙酸为例)
H2NCH2COOH＋H2NCH2COOH—→ ＋2H2O
③缩聚成高分子(将在第五章中学到)
nH2NCH2COOH—→ ＋(n－1)H2O
一、氨基酸的结构和性质
(3)有关多肽结构的计算规律
归纳小结
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条链状多肽或m条链状多肽：
形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数 多肽相对分子质量
1 n－1 n－1 na－18(n－1)
m n－m n－m na－18(n－m)
一、氨基酸的结构和性质
视频导学
二 、蛋白质和酶
归纳整理
二 、蛋白质和酶
缩合
两分子氨基酸
二肽
+氨基酸
缩合
三肽
+氨基酸
缩合
多肽
蛋白质
肽链
链状
盘曲、折叠
相互结合
Mr >10000
O
O
O
H2N—CH—C
R
—N—CH—C
R1
H
—N—CH—C—
R2
H
—N—CH—C—OH
Rn
H
…
O
多肽的性质：① 因肽键的存在， 多肽能进行水解。
②因端基存在氨基和羧基，多肽具有两性。
二 、蛋白质和酶
新知学习
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，是一般细胞中含量最多的有机分子。
(2)组成
蛋白质中主要含有C、H、O、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。
(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。
交流思考
二 、蛋白质和酶
人体内所具有的蛋白质种类达到了10万种以上。那它们具有什么样的空间结构呢？
多肽链的氨基酸
种类、数目及排列顺序
特定的空间结构
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
(4)结构
新知学习
二 、蛋白质和酶
一级结构：氨基酸单体的排列顺序
①一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决定性作用。
新知学习
二 、蛋白质和酶
血红蛋白分子
镰状细胞贫血
新知学习
二 、蛋白质和酶
一级结构
②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。
二级结构
三级结构
四级结构
新知学习
二 、蛋白质和酶
2. 蛋白质的性质
(1)两性
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，蛋白质与氨基酸一样具有两性，既能与酸反应，又能与碱反应。
新知学习
二 、蛋白质和酶
(2)水解
蛋白质
酶、酸或碱
逐步水解
多肽
酶、酸或碱
水解
氨基酸
(3)盐析
实验探究
二 、蛋白质和酶
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。
【结论】
加入饱和(NH4)2SO4溶液，试管内产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀溶解。
【实验现象】
【实验操作】
蛋白质的盐析是一个可逆过程，不影响蛋白质的活性。
【应用】
利用多次盐析和溶解，可分离提纯蛋白质。
实验探究
二 、蛋白质和酶
三支试管内均产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀不溶解。
蛋白质的结构发生变化，使其失去原有的生理活性，在水中不能重新溶解，是不可逆过程。
【结论】
【实验现象】
【实验操作】
如果加热或将硫酸铵换成硝酸银、乙醇滴入蛋白质溶液，现象相同吗？
应用：在日常生活中有时需要利用蛋白质变性，如食物加热、消毒等，有时防止蛋白质变性，如疫苗等生物制剂需低温保存等。
(4)变性
二 、蛋白质和酶
新知学习
概念
影响 因素 物理因素
化学因素
特点
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
加热、加压、搅拌、振荡、紫外线和放射线、超声波等
强酸、强碱、重金属盐、乙醇、甲醛、丙酮等
变性会使蛋白质的结构发生变化，使其失去原有的生理活性，在水中不能重新溶解，是不可逆过程
二 、蛋白质和酶
归纳总结
盐析 变性
变化条件 浓的轻金属盐溶液 受热、紫外线、强酸、强碱、重金属盐、某些有机化合物
变化实质 物理变化(溶解度降低) 化学变化(蛋白质性质改变)
变化过程 可逆 不可逆
用途 分离提纯蛋白质 杀菌消毒
蛋白质盐析和变性的不同点
实验探究
二 、蛋白质和酶
(5)显色
如何检验蛋白质？
【结论】
【实验现象】
【实验操作】
加入浓硝酸后产生白色沉淀，加热后沉淀变黄色
含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸呈黄色，可用于蛋白质的分析检测。
天然蛋白质都含苯环，如皮肤、指甲遇浓硝酸变黄色。
新知学习
二 、蛋白质和酶
3. 酶
(1)定义
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，其中绝大多数是蛋白质。
(2)酶催化作用具有的特点
①条件温和，不需加热——在接近体温和接近中性的条件下
②具有高度的专一性——每种酶只催化一种或一类化合物的化学反应
③具有高效催化作用——相当于无机催化剂的107~1013倍
【注意】使用酶作催化剂时，反应温度不能过高，原因是高温下蛋白质变性，
酶失去催化活性。
新知学习
二 、蛋白质和酶
(3)应用
应用广泛，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。
新冠病毒主要蛋白酶结构
1.正误判断
(1)向两份蛋白质溶液中分别加入饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，均有固体析出，且两者的原理相同
(2)蛋白质遇浓硝酸都会显黄色
(3)蛋白质水解的最终产物主要是α-氨基酸
(4)通常用酒精消毒，其原理是酒精使细菌中的蛋白质盐析而失去生理活性
(5)烫发时，主要破坏头发中的二硫键(—S—S—)
(6)蛋白质被灼烧时会产生烧焦羽毛的气味，可用于鉴别合成纤维与蛋白质
思考交流
二 、蛋白质和酶
盐析
变性
×
×
×
√
√
√
不同
含苯环的蛋白质会变黄
变性
思考交流
二 、蛋白质和酶
2.做胃部透视时服用“钡餐”为何不会中毒？能否改服BaCO3
胃酸里含有大量盐酸，钡餐的成分是BaSO4，BaSO4不溶于水，也不会和盐酸反应。而BaCO3会和盐酸反应：BaCO3＋2H＋===Ba2＋＋CO2↑＋H2O，钡离子是重金属离子，会让蛋白质发生变性，对人体造成伤害。
3.在临床上如何初步解救误服重金属盐的病人？原理是什么？
服用大量生鸡蛋、牛奶或豆浆。这是因为它们含有的丰富蛋白质可与重金属盐反应，起到解毒作用。
课堂小结
水解
缩聚
蛋
白
质
氨基酸
蛋白质
酶
官能团
结构
性质
两性
水解
盐析
变性
显色反应
高效生物催化剂
高效性、专一性、适宜条件
羧基
氨基
能与碱反应
能与酸反应
成肽反应
自我测试
1.α-丙氨酸是组成人体蛋白的氨基酸之一，如图是α-丙氨酸的分子结构模型图，下列对α-丙氨酸的叙述不正确的是
A.α-丙氨酸分子由碳、氢、氧、氮四种元素构成
B.α-丙氨酸中氧元素的质量分数最大
C.α-丙氨酸的分子式为C3H7O2N
D.α-丙氨酸与CH3CH2CH2NO2以及 互为同分异构体
√
α-丙氨酸分子式为C3H7NO2；相对原子质量之和：碳原子12×3=36，氢原子1×7=7，氧原子16×2=32，氮原子为14，碳元素的质量分数最高。
碳元素
自我测试
2.诺贝尔化学奖授予将“化学生物学提升为现代最大科学”的三位化学家，利用三人的研究成果，可以迅速地辨识蛋白质，制造出溶液中蛋白质分子的三维空间影像。下列关于蛋白质的说法不正确的是
A.蛋白质在酶的作用下最终水解成氨基酸
B.蚕丝的主要成分是纤维素
C.向蛋白质溶液中加入饱和硫酸钠溶液，析出蛋白质固体，此过程发生
了物理变化
D.每种蛋白质分子都有特定的四级结构
√
蛋白质
盐析
自我测试
3.(2023·重庆高二检测)2018年诺贝尔化学奖的一半奖金授予美国科学家弗朗西斯·阿诺德(Frances H.Arnold)，奖励她的工作实现了酶的定向进化。弗朗西斯·阿诺德开发酶的应用包括发展更加环保的化学物质生产方式，如制药工业、生物工程，造福更加绿色的交通出行。下列有关说法错误的是
A.酶的定向进化可以为有机化学领域提供有用的生物催化剂
B.温度越高，越有利于加强酶的催化效果
C.绝大多数的酶是具有高效催化功能的蛋白质
D.在人的消化液中，蛋白酶只能催化蛋白质的水解，脂肪酶只能催化脂肪
的水解
√
高温下会变性失活
本节内容结束
目标一 答案
1.概念和结构
—NH2
—COOH
目标一 答案
2.常见的氨基酸
俗称 结构简式 系统命名
甘氨酸 H2N—CH2COOH __________
丙氨酸 _____________
谷氨酸 _____________
苯丙氨酸 _________________ 2-氨基-3-苯基丙酸
氨基乙酸
2-氨基戊二酸
2-氨基丙酸
目标一 答案
半胱氨酸 2-氨基-3-巯基丙酸
3.氨基酸的性质
(1)物理性质
天然氨基酸均为 色晶体，熔点较 ，多在200～300 ℃熔化时分解。一般能溶于 ，而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
无
高
水
目标一 答案
(2)化学性质
HOOC—CH2NH3Cl
H2N—CH2—COONa+H2O
二肽
目标二 答案
1.蛋白质的组成和结构
(1)定义
蛋白质是由多种 通过 等相互连接形成的一类生物大分子。
(2)组成
蛋白质中主要含有 等元素，属于 ，其溶液具有 的某些性质。
氨基酸
肽键
C、H、O、N、S
天然有机高分子
胶体
目标二 答案
(3)结构
蛋白质的结构不仅取决于 、
及 ，还与其 有关。
多肽链的氨基酸种类
数目
排列顺序
特定的空间结构
非共价键
蛋白质分子中氨基酸单体的排列顺序　
决定性
氢键
空间
肽链
目标二 答案
2.蛋白质的性质
(1)两性
形成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 与 ，侧链中也往往存在 或 基团，所以蛋白质与氨基酸一样具有 ，能与酸、碱反应。
氨基
羧基
酸性
碱性
两性
目标二 答案
(2)水解
肽键水解原理示意图如下：
目标二 答案
(3)盐析
①概念：少量的某些可溶性盐(如 、 、 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 时，反而使蛋白质的溶解度 而使其从溶液中析出，这种作用称为盐析。
硫酸铵
硫酸钠
氯化钠
浓度
降低
目标二 答案
②实验探究
实验操作如图。
实验现象：加入饱和(NH4)2SO4溶液，产生 ，加入H2O之后，
。
结论：蛋白质的盐析是一个 过程，盐析出的蛋白质在水中仍能溶解，并不影响其 。
用途：采用多次 和 ，可以分离提纯蛋白质。
白色沉淀
沉淀溶解
可逆
活性
盐析
溶解
目标二 答案
(4)变性
①定义
在某些物理因素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
②变性因素
物理因素： 、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、 、乙醇、甲醛等。
加热
重金属盐
目标二 答案
③实验探究
实验操作：
实验现象：三支试管内均 ；加入蒸馏水后 。
实验结论：蛋白质的变性是一个 过程，变性后的蛋白质在水中不能重新溶解，同时也会失去原有的生理活性。
产生沉淀
沉淀均不溶解
不可逆
目标二 答案
(5)显色反应
实验操作：
实验现象：加入浓硝酸生成 ，加热后沉淀变 。
结论：含有苯环的蛋白质遇浓硝酸会出现 ，可用于检验蛋白质。
白色沉淀
黄色
黄色
目标二 答案
3.酶
(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 作用的有机化合物，其中绝大多数是 。
(2)特点
① 的催化作用。②反应条件 ，一般在接近体温和中性的条件下反应。③高度的 性。
催化
蛋白质
高效
温和
专一
(3)应用
应用广泛，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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