6.2 生命活动的物质基础——蛋白质（教学设计）-【中职专用】高中化学同步精品课堂（高教版2023·加工制造类）

主题六 常见生物分子及合成高分子 第二节 生命活动的物质基础——蛋白质 （教学设计） 课程标准 1.认识氨基酸及蛋白质的组成、结构特点和主要性质； 2.知道氨基酸和蛋白质的关系； 3.了解氨基酸、蛋白质在人类健康与生命活动中所发挥的重要作用 教学目标 1.通过氨基酸及蛋白质主要性质，培养学生现象观察和规律认知、实验探究与创新意识等化学学科核心素养； 2. 通过氨基酸和蛋白质的关系，氨基酸、蛋白质在人类健康与生命活动中所发挥的重要作用，培养学生宏观辨识与微观探析、科学态度与社会责任等化学学科核心素养 教学过程 【创设情境，生成问题】 工业蛋白是皮革废料、动物毛发等中的胶原蛋白经水解生成的多肽、二肽及复合基酸物，主要用于各种动物饲料添加，以增加营养，提高蛋白质含量，也可用于电解电镀、消防材料添加等。你知道蛋白质是什么物质吗?它对生命活动的意义有哪些? 【新课讲授】 生命活动的物质基础——蛋白质 蛋白质是细胞和组织结构的重要组成部分，是生物体内实现各种生物学功能的载体，是生命活动的物质基础。它存在于一切生物体中，动物的肌肉、血液、乳汁、神经、毛、角、蹄，植物的根茎、种子和果实等都含有一定量的蛋白质。 生物界有1010 ~ 1012种蛋白质，它们结构复杂、功能各异，都是由氨基酸通过肽键等相互连接而成的具有特定结构和一定生物学功能的天然大分子，图6-2-1所示为生活中常见的富含蛋白质的物质。 图 6-2-1  生活中常见的富含蛋白质的食物 蛋白质是一种高分子化合物，它在酸、碱、酶的作用下可发生水解，尽管蛋白质水解的中间产物很多，可最终产物都是氨基酸。 氨基酸是组成蛋白质的基本单位。要想了解蛋白质，必须首先了解氨基酸。 【观察与认知】 由蛋白质水解得到的氨基酸最常见的约有20种，下面是其中几种的结构式观察这些氨基酸分子中氨基(-NH)与数基(COOH)的相对位置，你有什么发现? 【新课讲授】 一、氨基酸 1.定义：羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（—NH2）取代后的化合物，称为氨基酸。 2.人类在自然界发现的氨基酸有数百种。由蛋白质水解得到的氨基酸最常见的约有20种。 3.由蛋白质水解得到的氨基酸绝大多数是α-氨基酸，即羧酸分子中α-碳原子（指与羧基直接相连的碳原子）上的氢原子被氨基（—NH2）取代而生成的一类化合物。 4.由蛋白质水解得到的氨基酸绝大多数是α-氨基酸，即羧酸分子中α-碳原子（指与羧基直接相连的碳原子）上的氢原子被氨基（—NH2）取代而生成的一类化合物。 5. 氨基酸的命名和分类 (1)由于氨基酸的系统名称比较烦琐，实际中多按其来源或性质命名，例如，甘氨酸是因为有甜味而得名，天冬氨酸和谷氨酸最初是分别来源于天冬的幼苗和谷物而得名。 (2)组成蛋白质的氨基酸，按其结构不同，可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸三大类; (3)根据所含氨基和羧基的数目，又可分为一氨基一羧基酸、一氨基二羧基酸、二氨基一羧基酸。 (4)根据分子中氨基和羧基的相对数目不同，分为中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸 常见的20种氨基酸的分类、名称和结构见表6-2-1。 【观察与认知】 分析这些氨基酸有何异同？ [提示] 氨基和羧基连接在同一个碳原子（α-碳原子）上，通称为α-氨基酸。通式如下： 氨基酸分子中除氨基和羧基外，还有其他不同的取代基R，如烷基、芳基、杂环等。 6.氨基酸的物理性质：天然氨基酸均为无色晶体，熔点较高，在200~3000°C时熔化分解，一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 【实验探究】 ① 分别测定1%（质量分数）甘氨酸溶液、色氨酸溶液、赖氨酸溶液和谷氨酸溶液的pH，结合其所属氨基酸类型进行比较。 ② 取两支试管，分别加入2 mL 1%（质量分数）甘氨酸溶液和2 mL 1%（质量分数）谷氨酸溶液，并各滴入2 ~ 3滴甲基橙试液，观察溶液颜色；再向两支试管中分别逐滴加入0.1 mol/ L NaOH溶液，观察并比较溶液颜色变化 ③ 向②中的两支试管中分别逐滴加入0.1 mol/L盐酸，观察并比较现象。 ④ 取两支试管，分别加入1 mL 1%（质量分数）甘氨酸溶液和1 mL 1%（质量分数）色氨酸溶液，各滴入2 ~ 3滴水合茚三酮溶液，水浴加热，观察并比较现象。 [探究结果] 由于氨基酸分子中既含有碱性的氨基，又含有酸性的羧基，是典型的两性化合物，所以，氨基酸既能与酸反应生成盐，也能与碱反应生成盐。并且随着水溶液pH的不同，氨基酸在溶液中的存在形式也会不同，即在酸性条件下，氨基酸主要以阳离子形式存在；而在碱性条件下，氨基酸主要以阴离子形式存在。 调节溶液的pH使氨基酸主要以两性离子形式存在时，它在水中的溶解度最小，可以形成晶体析出。 α-氨基酸与水合茚三酮反应，可生成蓝紫色的溶液。可用水合茚三酮作试剂检验α-氨基酸的存在。 7.氨基酸的化学性质 (1) 既具有酸性又具有碱性的两性物质 α-氨基酸分子中的氨基具有碱性，羧基具有酸性，它们可以相互作用，使α-氨基酸成为既带正电荷又带负电荷的两性离子（称为内盐）。 图6-2-2所示为蛋白质各级结构，观察这些结构，你认为蛋白质的特殊功能和活性主 要取决于什么? (2) 与茚三酮发生显色反应 8.氨基酸的分类 （1） 按其结构不同：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸三大类； （2） 根据所含氨基和羧基的数目：中性氨基酸（一氨基一羧基）、酸性氨基酸（一氨基二羧基）、碱性氨基酸（二氨基一羧基）。 【新课讲授】 二、蛋白质 1.蛋白质的元素组成： 蛋白质是生物高分子，其化学结构极其复杂。通过对蛋白质进行元素组成分析，发现碳、氢、氧、氮是组成蛋白质的主要元素。 此外，大多数蛋白质含有硫，少数含有磷、铜、锰、锌，个别的蛋白质含有碘。 【观察与认知】 图6-2-2所示为蛋白质各级结构，观察这些结构，你认为蛋白质的特殊功能和活性主要取决于什么? 【新课讲授】 二、蛋白质 2.蛋白质的结构 (1)一级结构：蛋白质中各种氨基酸的连接方式和排列顺序，肽键是一级结构的主键。 (2)二级结构：多肽链卷曲盘旋和折叠的空间结构 (3)三级结构：二级结构的肽链进一步盘曲折叠形成的三维结构。每一个具有三级结构的多肽链称为亚基。 (4)四级结构：亚基的立体排布、亚基间的相互作用与布局 3.蛋白质的分类 (1)根据分子形状，蛋白质可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质; (2)根据分子组成，蛋白质可分为单纯蛋白质和结合蛋白质; (3)根据蛋白质功能，蛋白质还可分为活性蛋白质和非活性蛋白质。 (4)只由氨基酸组成的蛋白质称为单纯蛋白质，如清蛋白、球蛋白、组蛋白等;由单纯蛋白质和非蛋白质分子(辅基)结合而成的蛋白质称为结合蛋白质 4.蛋白质的性质 (1)盐析：在蛋白质水溶液中加入足量的盐类，可析出沉淀。盐析作用是可逆的，盐析出的蛋白质稀释后能溶解并仍保持原来的性质，不影响蛋白质的活性。 (2)变性： 1　 蛋白质受到物理或化学因素的影响，而引起蛋白质某些理化性质改变和生物学功能丧失的现象称为蛋白质的变性。 2　 蛋白质的变性是一个不可逆过程，变性后的蛋白质在水中不能重新溶解，同时也失去了原有的生理活性。 (3)显色反应： 1　 含有苯环的蛋白质与浓硝酸作用会生成黄色固态物质，称为黄蛋白反应； 2　 蛋白质与双缩脲试剂（NaOH溶液-CuSO4溶液）作用呈现紫玫瑰色； 3　 蛋白质与水合茚三酮反应可以生成蓝紫色化合物。 5.蛋白质的功能： (1)蛋白质的种类繁多，结构复杂，生理功能各不相同。其中最重要的还是与生命现象有关的功能，包括催化功能、调节功能、运输功能、运动功能、免疫功能、思维功能等。 (2)酶是蛋白质，机体内的新陈代谢绝大多数是借助于酶的催化作用进行的，且催化效率极高；绝大多数激素是蛋白质，对机体的繁殖、生长、发育和适应内外环境及调节体内代谢起着重要的作用；血红蛋白和肌红蛋白对氧的运输、肌肉收缩起着作用；起着免疫作用的抗体也是蛋白质等。此外，体内酸碱平衡的维持、水分的正常分布及许多重要物质的转运等都与蛋白质有关，由此可见，蛋白质是生命的物质基础。 【资料拓展】 人工合成牛胰岛素 从1958年开始，中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学三个单位通力合作、联合攻关，经过六年多的艰苦工作，在1965年9月17日完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定，它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完全一样。这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步。这项成果获1982年中国自然科学一等奖。 牛胰岛素是一种蛋白质分子，它的化学结构于1955年由英国的科学家桑格测定，牛胰岛素分子是一条由21个氨基酸组成的A链和另一条由30个氨基酸组成的B链，通过两条二硫键连接而成的一个双链分子，而且A链本身还有一条二硫键。面是两种常见的氨基酸的结构，分析它们的异同点。 【练一练】 1、阿斯巴甜的结构简式如图，其具有清爽的甜味，甜度约为蔗糖的200倍。下列有关说法不正确的是（ ） A.阿斯巴甜在一定条件下既能与酸反应、又能与碱反应 B.阿斯巴甜分子中有2个手性碳原子 C.分子式为C14H16N2O5 D.阿斯巴甜的水解产物中有两种氨基酸 【答案】 C 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$