4.2.1蛋白质 课件 -2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

第四章 生物大分子 4.2.1 蛋白质 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的酶 一些调节代谢的激素 发生免疫反应的抗体 从最简单的病毒、细菌等微生物至人类，生物体内的绝大多数生命过程都与蛋白质密切相关，可以说没有蛋白质就没有生命。 蚕吃的是桑叶，为什么却能吐丝呢？ 神奇生物——蚕宝宝 桑叶中只有10%~15%是植物蛋白 蚕丝中98%以上是动物蛋白 游离的氨基酸 蛋白酶 丝腺细胞 一、氨基酸 1.定义： -CH2-COOH H2N 甘氨酸(氨基乙酸) 丙氨酸(2-氨基丙酸) 谷氨酸(2-氨基戊二酸) CH2 CH NH2 COOH CH2 CH NH2 COOH HS 半胱氨酸(2-氨基-3-硫基丙酸) HOOC-(CH2)2-CH-COOH NH2 CH3-CH-COOH NH2 苯丙氨酸(2-氨基-3-苯基丙酸) 羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代得到的化合物。 2. 结构特点 ①氨基酸分子中含有氨基和羧基，属于取代羧酸。 R CH NH2 O C OH ②氨基和羧基连在同一个碳上，属于α-氨基酸。 α ③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 ④α-氨基酸除甘氨酸外，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。 α-碳为手性碳原子 人体内组成蛋白质的常见氨基酸有 21 种，其中有 8 种是人体不能合成的，需要从食物中摄取，这 8 种氨基酸称为必需氨基酸，肉、蛋、鱼、奶、豆类食物是人体必需氨基酸的主要来源。 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 8种必需氨基酸 3.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。 R CH NH2 O C OH 羧基 氨基 如何解释氨基酸能溶于水？ 亲水性 基团 疏水性 基团 很长的烃基以及苯基都会使其水溶性降低。 这些基团能够与水分子形成氢键，从而增加氨基酸的水溶性。 R CH NH2 O C OH 羧基 酸性 取代反应 氨基 碱性 氨基酸是两性化合物 那为什么天然氨基酸均为无色晶体，熔点较高呢？试从结构出发，进行分析。 内盐 中性条件 R CH +NH3 O C O－ 取代反应 还原性 4.化学性质 （1）氨基酸具有两性 R − CH−COOH NH2 + HCl R − CH−COOH NH3Cl ① 与酸反应 ② 与碱反应 R − CH−COOH NH2 + NaOH R − CH−COONa NH2 + H2O “味精大王” 吴韵初 味精的化学成分： 谷氨酸单钠盐 P117 思考在味精的生产过程中，谷氨酸的中和为什么要严格控制溶液的pH? HOOC-(CH2)2-CH-COOH NH2 谷氨酸 pH过低，中和不完全，产物含游离谷氨酸，影响纯度和风味。 pH过高，可能生成谷氨酸二钠 (2)成肽反应 两个氨基酸分子（可以相同，也可以不同）在一定条件下，通过氨基和羧基间缩合脱去水形成含有肽键的化合物。 + H2N− CH−C−OH R O H H−N− CH−C−OH R O ′ H2N− CH−C R O H −N− CH−C−OH R O ′ H2O + 二肽 二肽：由两个氨基酸分子缩合后形成的含有肽键的化合物，二肽中只有一个肽键。 酸脱羟基氨脱氢 (取代反应) 由于肽中仍含有-NH2和-COOH，肽也有两性。 肽键 练习1. 桑叶中的氨基酸（尤其是甘氨酸和丙氨酸）是合成丝蛋白的重要原料，若把这两种氨基酸放在同一容器内发生成肽反应，生成的二肽有几种？ 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。 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 生物大分子 主要含有C、H、O、N、S等元素，有些还含有 P、Fe、Zn、Cu 等元素。 人体含有的蛋白质 种类超过10万种 1.组成元素： 蛋白质含量的测定 由于生物组织中绝大部分氮元素来自蛋白质，而且各种来源不同的蛋白质的含氮量都比较接近，平均为16%。因此生物样品中的1g氮元素大致相当于6.25 g蛋白质，由此可以通过测定样品中氮元素的质量分数计算出其中蛋白质的含量。 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。 正常红细胞 镰刀状红细胞 血红蛋白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。 蚕丝蛋白的一级结构包含大量的氨基酸，主要是甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸，这些氨基酸的排列形成β-折叠结构，赋予了蚕丝的优异的强度和韧性。 多肽是按一 定顺序排列 的链状结构 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 由几条多肽链通过非共价键相互作用排列组装形成蛋白质的四级结构 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。 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二级空间结构 2.化学性质： 形成蛋白质的多肽是由多个氨基酸缩合形成的，在多肽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。 （1）两性：既能与酸反应，又能与碱反应。 （2）水解： 蛋白质 多肽 氨基酸 酶或酸或碱水解 酶或酸或碱水解 洗涤丝织品不能用含酶洗衣液 大鹿 化学 +水 浑浊消失 +盐 出现浑浊 【实验4-3】在试管中加入2mL饱和(NH4)2SO4溶液，向其中加入几滴鸡蛋清溶液，振荡，观察现象。再继续加入蒸馏水，振荡，观察现象。 现象： 试管内产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀溶解 （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，反而会使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出的现象称为蛋白质的盐析。 （3）盐析： 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。 注意： 【实验4-4】在三支试管中加入2mL鸡蛋清溶液，将一支试管加热，向两支试管中分别加入硝酸银溶液和乙醇，观察现象。再向试管中加入蒸馏水，观察产生的沉淀能否溶解。 现象： 三支试管内均产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀不溶解。 （4）变性： （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。是不可逆的。 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、高锰酸钾、双氧水等。 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 蛋白质变性在日常生活中的应用 加热后的蛋白质发生变性，有利于人体消化吸收 乙醇、苯酚和碘等消毒使微生物蛋白质变性，导致其死亡 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 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？ 讨论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？ （5）显色反应： 【实验4-5】向盛有2mL鸡蛋清的试管中加入5滴浓硝酸，加热，观察实验现象。 现象： 加入浓硝酸有白色沉淀，加热后沉淀变黄色 （5）显色反应： 含苯环的蛋白质遇到浓硝酸均会有白色沉淀产生，加热后沉淀变黄色。这一特征反应，可用于检验含苯环的蛋白质。 （6）燃烧： 有烧焦羽毛的气味 应用：真假羊毛衫、蚕丝被的鉴别 人们对蛋白质结构、性质、功能的研究，为蛋白质的合成和应用奠定了基础。 胰岛素是由胰腺分泌的一种激素，具有调节体内糖类、蛋白质和脂肪代谢等功能。胰岛素是最先被确定氨基酸序列的蛋白质，其结构由桑格①等于1955年测定。它由两条肽链组成，分别是由21个氨基酸形成的 A 链和30个氨基酸形成的 B 链，两条链通过二硫键（- S - S -）连接。 科学史话：人工合成结晶牛胰岛素 人工合成结晶年胰岛素有力地推动了生命科学的发展，是人类在探索生命奥秘征途中迈出的重要一步。 头发主要由角蛋白组成，其中的含硫氨基酸形成的二硫键(-S-S-)是维持头发弹性和形状的一个重要结构。一般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 )。再用一定的工具将头发卷曲或拉直成需要的形状。然后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。 资料卡片 烫发的原理 还原剂 氧化剂 练习2. 化学烫发巧妙利用了头发中蛋白质发生化学反应实现对头发的“定型”，其变化过程示意图如下。下列说法不正确的是（ ） A. 药剂A具有还原性 B. ①→②过程若有2molS-S键断裂，则转移电子4mol C. ②→③过程若药剂B是H2O2，其还原产物为O2 D. 化学烫发通过改变头发中某些蛋白质中S-S键位置来实现头发的定型 C 三、酶 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化合物，其中绝大多数是蛋白质。 特点 高效催化作用： 条件温和： 高度的专一性 一般是普通催化剂的107倍 一般在接近体温和中性的条件，酶的活性最高。超过适宜的温度时，酶将失去活性 酶分子中真正起催化作用的是酶的活性部位。催化机理：反应物与酶结合形成配合物，反应物变成激活状态，产物在酶表面形成，产物从酶的表面释放。 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $$