备课素材：蛋白质是生命活动的主要承担者讲稿-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

蛋白质是生命活动的主要承担者讲稿及答辩 同学们在日常生活中都有这样的常识，蛋白质是生物体重要的营养物质。我们日常摄入的鱼、肉、蛋、奶等也正是因为它的蛋白质含量很高，因此具有很高的营养价值。 那么，为什么在评价一个食物的时候我们会这么看重蛋白质的含量高低呢？我想应该是我们细胞的生命活动需要它，在本章的第一节我们就曾经学习过组成细胞的主要化合物，其中蛋白质是含量最高的有机物。 那么在同学们的生活经验中，你知道组成生物体的蛋白质有哪些吗？这些蛋白质承担着怎么样的功能呢？有些同学想到在初中我们曾经学习过红细胞中运输氧气的是血红蛋白，这就是一种蛋白质，还有些同学可能觉得寻找分子层面的蛋白质太为微观比较困难，但其实有些蛋白质正是构成生物体和细胞结构的重要物质，比如像我们的头发、指甲还有动物产生的一些蛛丝、蚕丝等都是由蛋白质构成的，同学们可能会觉得不可思议，那么来证明老师说的是否正确呢？同样是在本章的第一节中我们已经学习过细胞内化合物的鉴定的方法，蛋白质与双缩尿试剂发生反应，会产生紫色，所以，老师已经用双缩尿试剂对指甲的成分进行了验证，我们可以看到指甲在双缩尿试剂的作用下显紫色，可以证明指甲的成分的确是蛋白质，还有些同学想到，我们可以用燃烧的方法来验证头发是不是蛋白质，燃烧时会产生难闻的味道，这也正是由于蛋白质中存在硫元素造成的。所以后当我们在生活中面对于疑问的时候，也应该结合自己所学的知识，设计实验，寻找证据，得出结论。 为了更加系统的认识蛋白质的功能，下面请同学们暂停视频，结合教材第28页的这张图和相应的文字，梳理蛋白质在生物体内承担的功能。好的，首先我们看到的是有许多的蛋白质，它本身就是构成生物体和细胞的重要物质，我们把它们称为结构蛋白。比如像刚才我们提到的头发、指甲中的角蛋白，以及图片中所示的肌，细胞中的肌肉纤维也是由蛋白质构成的，这些蛋白质承担着组成生物体结构的重要功能。其次，在细胞中存在着很多很多的酶，这些酶的化学本质也是蛋白质，这体现了蛋白质的催化功能，同学们可以结合初中所学。在消化道中，我们知道口腔中存在唾液淀粉酶，胃和小肠中也存在着蛋白酶、脂肪酶等，它们起到催化作用，能够催化物质的分解。 第三，正如刚才同学们所说，血红蛋白是在血液中运输氧气的，这体现了蛋白质的物质运输功能。除此以外，在细胞膜的表面也存在着很多具有运输能力的蛋白质，辅助着细胞与外界进行物质交换。 还有一些蛋白质起到了调节机体生命活动的功能，比如我们经常听说的激素，其中有一部分就是蛋白质，像胰岛素，那么这些激素分子本质上是一些信号分子，通过信息交流实现机体的调节功能。最后当机体面对外界病原体的侵染的时候，免疫系统会发生响应，产生一种抗体，它也是一种蛋白质，此时蛋白质承担了免疫的功能。 那我们总结来看，蛋白质在细胞内承担着结构、催化、运输、调节和免疫的多种功能。可以说蛋白质的功能是非常多样化的，细胞中的每一种生命活动具体的功能都是由蛋白质来承担的，因此不会像我们的标题所说，蛋白质是生命活动的主要承担者。那么蛋白质这些复杂的功能是怎样精准实现的？让我们通过一些案例来具体分析。 首先我们来看结构蛋白的功能是如何实现的？我们以肌肉细胞中的肌纤维来举例。肌肉的收缩与舒张是我们进行各项生命活动的基础。我们将肌肉组织放大来看，实际上是由一个细长的肌细胞组成的，而在肌细胞内又有一束纤维状的肌纤维，我们继续放大。从分子水平上来看，图中蓝色的部分是肌纤维中的粗箕丝，它是由一束细长的基球蛋白构成的，而粉色的是细基丝，它是由球状的机动蛋白彼此聚合成细长的丝状纤维构成的。那么肌肉的收缩与舒张就是靠这两种细丝状的蛋白质为基础的肌丝间发生滑动实现的。接下来我们来看蛋白质的运输功能是如何实现的，我们以血红蛋白为例来进行分析。 在初中我们就学过红细胞的结构是两面微凹的圆饼状，而在红细胞内真正与氧气结合的是血红蛋白分子。血红蛋白分子既可与氧气结合，又可以释放氧气，实现了运输的功能。我们看到在这个过程中，血红蛋白的空间结构会发生改变，当氧浓度高时与氧分子结合，在氧浓度低时，通过空间结构的改变将氧分子释放出来，这就是它运输氧气的功能。 同学们可能觉得这个血红蛋白的空间结构改变是非常微弱的，只有15度角的转动，但是如果我们能够运用微观的视角，把视线聚焦到直径仅有7微米的红细胞内，再以纳米为单位来观察血红蛋白的结构变化，那这种空间结构的改变就十分震撼了，蛋白质能够通过改变其空间结构来实现功能的转变，可以说它的功能调控是非常精准的。 接下来我们再来看酶的功能是如何实现的。同学们在初中时候学过，口腔中的唾液淀粉酶只能催化淀粉的水解，而胃和肠中的蛋白酶和脂肪酶等也都只能专一的催化特定底物的水解，这是为什么呢？其实酶的催化过程需要与被催化的物质发生特异性的结合，是一种空间结构上的吻合。因此酶的催化是具有专一性的，只有空间结构能够吻合的底物才能被催化发生反应。 同样，细胞间传递信息的调节蛋白也是如此，细胞与细胞之间通过特定的分子发生识别和信息传递，实现对机体生命活动的精准调节。这些信息和接收信息的分子的化学本质也多是蛋白质，通过蛋白质空间结构的特异性结合来实现信息的精准传递。那么抗体的免疫功能又是如何实现的？大家可以看到，结构像字母y一样的抗体的前端，正是由于与病原体表面的蛋白质特异性的结合，才能够特异性的防御病原体侵入危害机体。那大家猜一猜，在右图中的三种抗体分别是针对病原体上的哪一个特殊部位？是的，依据空间结构的吻合，我们很快能够把它们一一对应起来，那蛋白质更多的功能我们还会在后续的学习中不断的深入和展开，但是通过刚才的5个案例分析，我们已经发现了蛋白质发挥作用的共同点，那就是每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特的空间结构。 你看，肌肉的收缩与舒张是以基蛋白纤长的结构为基础的，运输氧气的功能需要血红蛋白空间结构的变化来实现，酶的催化、信息的传递、免疫防御的实现都依靠蛋白质特定的空间结构间的特异性结合。由此可知，要想理解蛋白质为何能够承担多样的功能，必须从蛋白质的空间结构入手来寻找答案。 那关于蛋白质的结构与功能之间的关系，老师还找到了一个非常典型的案例，那就是我们教材上问题探讨中谈到的一根手术缝合线的故事。为了让手术缝合的伤口更细，疤痕更小，免去拆线的苦恼，医学工作者们不断的在寻找适合做手术缝合线的优秀材料。同学们可以想一想，作为一根优秀的手术缝合线，应该具有哪些特性？首先从形态上说，它肯定得是纤细的，那作为手术缝合线，为了能够把生物组织牵拉在一起，它就需要非常的强韧，同时为了能够满足免去拆线的需求，最好这种手术缝合线可以被机体自然吸收。的确，医学工作者们真的找到了这样一种天然的材料，胶原蛋白，我们可以看到胶原蛋白线要比传统的手术缝合线细很多，那它是否能够被机体自然的吸收？待会老师会给大家演示一个实验，老师在上课前将一根胶原蛋白线放在了一蛋白酶中处理，下课时我们再来看这根线是否被分解了。 那么胶原蛋白具有怎样的结构，使其能够实现手术缝合线所需求的以上3种特性，我们可以类比生活中常见的像麻绳、棉线等等，这种细长又强韧的特性往往是由多股细肠的纤维拧成螺旋状实现的。那么我们体内的胶原蛋白分子会不会也为自己设计了如此巧妙的空间结构？那接下来我们就要对胶原蛋白的结构进行探究。在初中的学习中，我们知道蛋白质的基本组成单位是氨基酸，那么在高中阶段，我们要进一步认识氨基酸的具体结构。下面请大家看教材第29页或者是老师PPT上的4个氨基酸结构示意图，尝试着去找一找它们在结构上有哪些共同点，并尝试着归纳出氨基酸分子的结构通式，同学们可以尝试着在图上圈一圈，画一画。好了，请同学们跟我一起来梳理一下。当我们观察一个分子结构图时，我们要做到有序观察。请同学们先跟我一起找到氨基酸分子中左侧的碳原子，我们会把它看作是氨基酸分子的中心，待会儿在描述其他结构的位置时，都是针对这个中心碳原子而言的。那么接下来我们会发现，在每一个氨基酸的中心碳原子的左侧都有一个氨基，所谓氨基是一个氮原子，连接了两个氢原子，也可以把它简化的写成这种形式，那么氨基与中心碳原子之间通过碳氮键相连，以此为例，你还有其他的发现吗？很好，在这个中心碳原子的右侧也是它们的共有结构。与中心碳原子相连的碳原子上有一个双键连接的氧原子，右侧还有一个抢基，这是有机化学中的缩籍，也可以被简写为这样。 好，在中心碳原子上还有其他的共有结构吗？同学们关注到了，在中心碳原子的上方都有一个氢原子，那除去这3个部位以外，剩下的是每一个氨基酸长都不太相同的地方，这就是氨基酸上的可变集团，我们把它称为R基。好，这是我们在氨基酸分子结构中发现的共同之处。那我们这样是用不完全归纳法得到的氨基酸的共有结构，实际上还需要在此基础上去对比生物体内的20种常见的氨基酸是否都符合这样的结构特点。我们可以看到，在20种氨基酸中都有刚才总结的氨基缩基、氢原子和不同的R基，因此我们刚才得到的氨基酸结构通式是正确的。 值得一提的是，在不断的深入研究中，我们发现了第21种氨基酸c代半光氨酸，它的结构也符合我们得出的氨基酸结构通式，只是在半光氨酸的基础上将R基中的硫换成了烯。我们发现这种氨基酸发现的比较晚，是因为膝盖半光氨酸仅出现在少数的一些酶中，是较为少见的。 好，那接下来我们就从分子结构的角度来解读氨基酸的结构通式。借助我们曾经在水分子中学到的共价键的知识，我们看到碳原子的最外层是4个电子，处于不满电子状态，为了达到稳定，它需要与4个原子共用电子对形成共架键。那么如果4个氢原子与碳原子形成了共价键，就会得到最简单的有机物甲烷。甲烷的空间结构是以碳原子为中心的正四面体，碳与四个氢原子之间的四个共价键是完全相同的。那么如果我们把甲烷的四个氢逐一进行替换，其中一个替换成氨基，一个替换成缩基，一个保留氢原子，还有一个就替换为氨基酸中的R基，那它就形成了我们看到的氨基酸的结构通式。 在书写的时候，我们可以将四个键写成以碳原子为中心的十字结构，要注意的是，每一个集团都是与这个中心碳原子直接相连的。那这样来看，氨基酸其实就是带有氨基的酸的一种成分，那这个结构通式和名词是否就变得更好理解了？好，那么接下来我有一个任务想让大家开始动手来做了。请大家在学习任务单上找到老师为大家提供的4种化学物质的结构图，请同学们对比氨基酸的结构通式，在其中辨别出一个不是组成蛋白质的氨基酸，并将其他3个正确的氨基酸减下来。下节课我们将继续应用它们来学习蛋白质结构的相关知识，同学们可以暂停视频作出判断。 好，我们一起来看第一个图，它是氨基酸吗？我们看到在中心碳原子的左侧有氨基，右侧是缩极，上面有氢原子，那下面的R基在这个氨基酸中是氢原子，它的确是一个氨基酸，它是我们熟悉的叫甘氨酸。同样的方法来判断第二个左侧氨基，右侧缩机，上方的氢原子以及下方的R基，这个R基是甲基，这是我们的丙氨酸。第三张图，中心态原子的左侧氨基，右侧缩及上方氢原子都没有问题，下方的R基相对特殊，这里面含有了一种元素瘤，这是我们熟悉的半光氨酸，那硫元素的出现使得有些蛋白质中它的元素组成是含有瘤的。我们还记得刚才提到的羊毛、头发等在燃烧时闻到的难闻的气味，正是由于蛋白质中含有这种氨基酸，而硫燃烧的产物是带有臭味的。 好，最后我们来看第四个是否是氨基酸，左边的氨基没问题，右边也有缩肌。但是大家有没有注意到一个问题，这里的缩基并没有与中心碳原子直接相连，而是在其中又加了一个亚钾基。那这还符合我们的氨基酸结构通式吗？ 是的，刚才我们强调氨基缩基，氢原子和R基都应该与中锌碳原子直接相连，因此我们要把这个图排除掉，它并不是组成蛋白质的氨基酸。 最后我们来总结一下这节课。本节课我们列举了蛋白质在细胞的生命活动中承担着的重要功能。通过案例分析，我们了解到这些功能的实现都与其特定的空间结构密切相关，因此我们转向了研究蛋白质的结构。由于时间限制，本节课只认识了组成蛋白质的基本单位氨基酸。下节课我们将进一步探索蛋白质的结构。同学们，这节课就学习到这里，再见。 答辩 1、变性以后的蛋白质还能与双缩脉试剂发生紫色反应吗？ 蛋白质变性的原因是外界环境条件使蛋白质的空间结构发生改变，蛋白质的一级结构即氨基酸的种类数目、排列顺序未发生变化。而双缩脉试剂和蛋白质发生颜色反应的原理是在碱性条件下，Cu2+和肽键形成紫色络合物，所以变性以后的蛋白质依然可以与双缩脉试剂发生紫色反应。 2、结构决定功能，请举例说说蛋白质都有什么功能？ 有些蛋白质是构成细胞和生物体的结构成分，如结构蛋白：有些蛋白质能够调节生命活动，如胰岛素有些蛋白质有催化作用，如绝大多数酶都是蛋白质：有些蛋白质具有运输载体的功能，如红细胞中的血红蛋白有些蛋白质有免疫功能，如人体内的抗体。 学科网（北京）股份有限公司 $$