4.1 生物大分子 第2课时（教学课件）化学沪科版选择性必修3

该高中化学课件聚焦氨基酸、蛋白质与核酸的结构、性质及功能，以冠状病毒实例导入，联系生活中蛋白质的多元功能，构建“氨基酸（零件）-蛋白质/核酸（生命机器）”的知识脉络，帮助学生建立生物大分子与生命活动的关联。 其亮点在于融合化学观念与科学思维，通过结构简式、反应方程式及表格对比（如氨基酸种类、核酸碱基组成），引导学生从微观辨析性质（如蛋白质盐析与变性的对比），结合我国核酸研究贡献渗透科学态度。学生能深化结构决定性质的认知，教师可借助“探·知识奥秘”“练·技能实战”模块提升教学互动性与效率。

4.1　 生物大分子 沪科版选择性必修3 第4章 生物大分子 与合成高分子 第2课时 氨基酸与蛋白质 核酸 知识导航 多肽与蛋白质 2 氨基酸 1 核酸 3 知识导航 明·学习目标 了解核酸 初步了解核酸的分类(DNA、RNA)、基本组成和在生命活动中的作用。 建立观念 认识蛋白质和核酸是生命活动的物质基础，理解化学与生命的紧密联系。 理解蛋白质 掌握蛋白质的组成(氨基酸)、结构层次和主要性质(两性、水解、变性等) 氨基酸 与蛋白质 核酸 认识氨基酸 了解氨基酸的结构特点（氨基和羧基），知道其分类和常见种类。 引·新课导入 病毒的基本结构有 核心(核酸)和衣壳(蛋白或脂蛋白)。 引·新课导入 新型冠状病毒 变异后的新型冠状病毒 新型肺炎的凶手--冠状病毒， 有自己的核酸和蛋白质。它进入人体后，借助人体内的原料合成病毒。当我们人体发病时，就是它的蛋白质对我们起了作用。 引·新课导入 生活中的“生命建筑材料”--蛋白质 蛋白质是生命活动的主要承担者，是构成细胞和生物体结构的重要物质，在我们的生长发育、组织修复和新陈代谢中扮演着不可替代的角色。 鸡蛋 · 天然优质蛋白 被誉为“理想的营养库”，氨基酸组成与人体需要最为接近，极易被人体吸收利用。 牛奶 · 日常蛋白补给 含有易吸收的乳清蛋白和酪蛋白，搭配均衡，是日常补充蛋白质和钙的优质饮品。 肉类 · 肌肉生长基石 牛肉等红肉含有丰富的完全蛋白质和铁质，是增强体力、维持肌肉量的重要食物来源。 💡 拓展视野：蛋白质的多元来源与功能 除了上述的动物蛋白外，大豆、花生等植物蛋白也是重要来源。蛋白质在体内还发挥着催化（酶）、运输（血红蛋白）、调节（激素）、免疫（抗体）等多种关键功能。 引·新课导入 从“零件”到“机器”--氨基酸、蛋白质与核酸 蛋白质的基本单位 蛋白质是由更小的分子--氨基酸通过肽键连接而成的。氨基酸是构成蛋白质的基本单位，决定了蛋白质的结构与功能。 生命的遗传密码 除了蛋白质，还有一类重要的生物大分子--核酸，它携带着生命的遗传信息，像一本精密的“生命说明书”，决定了我们是谁。 今天，我们就来重点学习氨基酸、蛋白质和核酸的结构与功能。 01 氨基酸 探·知识奥秘 氨基酸 ◌ 认识氨基酸 定义 羧酸分子烃基上的氢原子被氨基取代得到的化合物。 含有的官能团有羧基—COOH和氨基—NH2。 组成 组成蛋白质的氨基酸主要是α-氨基酸， 其结构简式为 。 R—CH—COOH NH2 — α 注意：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 探·知识奥秘 氨基酸 ◌ 常见的氨基酸 俗名 结构简式 系统命名 甘氨酸 H2N—CH2COOH 氨基乙酸 丙氨酸   2-氨基丙酸 谷氨酸   2-氨基戊二酸 半胱氨酸   2-氨基-3-巯基丙酸 苯丙氨酸 2-氨基-3-苯基丙酸 CH3—CH—COOH NH2 — HOOCCH2CH2CHCOOH NH2 — HS—CH2—CH—COOH NH2 — —CH2CHCOOH NH2 — 探·知识奥秘 氨基酸 思考：观察氨基酸的结构，请大家预测氨基酸的化学性质。 R—CH—COOH NH2 — 酯化 酸性 羧基 氨基 NH2 H NH2 碱性 还原性 -氨基酸 探·知识奥秘 氨基酸 ◌ 认识氨基酸 物理性质 天然氨基酸均为无色晶体，熔点较高，在200~300℃时熔化分解。一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚等有机溶剂 化学性质 氨基酸的两性 CH2COOH + HCl → CH2COOH NH2 — NH3Cl — CH2—COOH + NaOH → CH—COONa + H2O NH2 — NH2 — 练·技能实战 1.如图为氨基酸的结构通式，由n个氨基酸经过脱水缩合形成的物质为n肽。下列说法正确的是（ ） A．氨基酸一定是手性分子 B．氨基酸是有机物，所以易溶于乙醚 C．氨基酸在一定条件下既能和酸发生反应，也能和碱发生反应 D．甘氨酸、甲硫氨酸与谷氨酸之间发生脱水缩合形成三肽，最多会有18种三肽产生(不考虑环肽) C 练·技能实战 2．下列关于氨基酸的叙述不正确的是（ ） A．天然氨基酸在室温下都是晶体，一般都能溶于水 B．氨基酸都不能发生水解反应 C．氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐 D．两个氨基酸分子脱水后形成的二肽中含有两个肽键 D 02 多肽与蛋白质 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 成肽反应(取代反应) 两个氨基酸分子在一定条件下，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 + H—N—CH—COOH → H2N—CH—C—N—CH—COOH + H2O R — R’ — R — R’ — —— O —— O — H — H 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—。 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 按要求书写下列氨基酸的成肽反应 （1）两分子间缩合成二肽 H2N—CH2COOH （2）分子内缩合成环 H2N—CH2—CH2—CH2—COOH （3）多个分子缩合成多肽或蛋白质 —CH2CHCOOH NH2 — 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 联想 • 质疑 蛋白质是生命物质的基础，多肽也是一种在生命过程中有着重要作用的物质。 蛋白质和多肽都由氨基酸组成。 思考：蛋白质和多肽有什么区别呢？ 究竟是什么样的结构决定着蛋白质具有丰富的生理功能呢？ H—N—CH—C—N—CH—C—N—CH—C—···—N—CH—C—OH R — R’ — R’’ — R’’’ — —— O —— O — H — H — H —— O — H —— O 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 认识蛋白质 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， 蛋白质属于天然有机高分子化合物。 组成 蛋白质由C、H、O、N、S等元素组成，有些蛋白质含有P、Fe、 Cu、Zn、Mn等。 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。 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的结构 多肽链的氨基酸 种类、数目及排列顺序特定的空间结构 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 蛋白质的结构 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的一级结构 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 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 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 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 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 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 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。 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的性质 (1)水解 蛋白质在酸、碱或酶的作用下,水解生成相对分子质量较小的多肽化合物,最终水解得到氨基酸。天然蛋白质水解的最终产物都是α-氨基酸 H—N—CH2—C—N—CH2—C—OH H — H — —— O —— O 结构中含有肽键 HO—H 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的性质 (2)蛋白质的两性 H2N—CH—C—N—CH—C—N—CH—C—N—CH—C—···—N—CH—C—OH —— O —— O — H — H — R —— O — H — R — R —— O — R — H —— O — R 肽键 两端的氨基和羧基 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。 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的性质 (3)盐析 蛋白质溶液 无机盐 蛋白质沉淀 加水 沉淀溶解 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. 注意：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。 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的性质 (4)蛋白质的变性 酒精 —鸡蛋清溶液 振荡 白色沉淀 加水 沉淀不溶解 概 念 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 影响因素 物理 加热、加压、搅拌、振荡、紫外线和放射线、超声波等 化学 强酸、强碱、重金属盐、乙醇、甲醛、丙酮等 特 点 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 应 用 杀菌、消毒、防中毒 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的性质 (5)显色反应 含有苯环的蛋白质遇浓硝酸会有白色沉淀产生,加热后沉淀变黄色。 浓硫酸 —鸡蛋清溶液 振荡 白色沉淀 加热 沉淀变黄色 可用于蛋白质的分析检测 蛋白质变性 蛋白质苯环上硝化反应 探·知识奥秘 多肽与蛋白质 ◌ 蛋白质的性质 (6)燃烧 燃烧产生烧焦羽毛的气味 可用于鉴别羊毛制品和纤维制品 练·技能实战 3．下列说法正确的是（ ） A．蛋白质属于天然高分子化合物，组成元素只有C、H、O、N B．蛋白质在浓硝酸的作用下可发生水解反应 C．蛋白酶是蛋白质，它不仅可以催化蛋白质的水解反应，还可以催化淀粉的水解反应 D．蛋白质在酶等催化剂作用下可以水解，生成氨基酸 D 练·技能实战 4．下列物质可以使蛋白质变性的是（ ） ①福尔马林 ②酒精 ③高锰酸钾溶液 ④硫酸铵溶液 ⑤硫酸铜 ⑥双氧水 ⑦硝酸 A．除④⑦外 B．除③⑥外 C．①②⑤ D．除④外 D 03 核酸 探·知识奥秘 核酸 ◌ 认识核酸的组成 核酸的概念 核酸是一类含磷的高分子化合物，是由其结构单体核苷酸通过3′,5′- 磷酸二酯键聚合而成的长链，继而形成具有复杂三维结构的大分子化合物。 探·知识奥秘 核酸 ◌ 核酸的分类 核酸是生物体遗传信息的携带者，在生物体的生长、繁殖、遗传和变异等生命现象中起着重要的作用。 天然的核酸根据其组成中所含戊糖的不同，分为两类： 天然的核酸 脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA) 绝大多数生物体的遗传物质 少数生物体的遗传物质 主要分布在细胞核中 主要分布在细胞核中 探·知识奥秘 核酸 ◌ 核酸的分类 核糖和脱氧核糖是生命遗传物质--核酸的重要组成部分 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 探·知识奥秘 核酸 ◌ 核酸的分类 环式核糖与碱基、磷酸基团共同组成核糖核苷酸 碱 基 磷酸 核糖 A：腺嘌呤 G：鸟嘌呤 U：尿嘧啶 C：胞嘧啶 核糖核苷酸 探·知识奥秘 核酸 ◌ 核酸的分类 脱氧核糖与碱基、磷酸基团共同组成脱氧核糖核苷酸 碱 基 磷酸 脱氧 核糖 A：腺嘌呤 G：鸟嘌呤 T：胸腺嘧啶 C：胞嘧啶 脱氧核糖核苷酸 探·知识奥秘 核酸 ◌ 核酸的分类 两种核酸中的碱基(具有碱性的杂环有机化合物) 脱氧核糖 核糖 DNA RNA 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 探·知识奥秘 核酸 思考：腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸是生产核酸类药物的中间体，请在以下结构简式中找出戊糖、碱基和磷酸所对应的部分。 碱基 戊糖 碱基 戊糖 磷酸 探·知识奥秘 核酸 ◌ 核酸的组成 (1)核酸的元素组成：C、H、O、N、P (2)核酸的基本组成单位--核苷酸 核酸 水解 缩聚 核苷酸 水解 缩合 磷酸 核苷 水解 缩合 戊糖 碱基 核糖核酸 （RNA） 脱氧核糖核酸 （DNA） A G C U A G C T 是核酸的基本单元，核苷酸一个接一个形成的聚核苷酸链就是核酸 HO—P—OH —— O OH — 核糖 脱氧核糖 鸟嘌呤(G) 腺嘌呤(A) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) 探·知识奥秘 核酸 ◌ 认识核酸的结构 DNA的结构十分复杂。直到1953年，科学家在深入研究DNA晶体X射线衍射数据的基础上，提出了DNA分子的双螺旋结构模型。 DNA分子的扫描隧道显微镜照片 (不同的颜色代表相对高度，暖色较高，冷色较低) 脱氧核糖核酸(DNA) 的结构示意图 探·知识奥秘 核酸 ◌ DNA的双螺旋结构特点 (1)DNA分子由两条多聚核苷酸链组成，两条链平行盘绕，形成双螺旋结构。 (2)每条链中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，碱基排列在内侧。 探·知识奥秘 核酸 ◌ DNA的双螺旋结构特点 (3)两条链上的碱基通过氢键作用，腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对，结合成碱基对，遵循碱基互补配对原则。如下图所示是碱基互补配对时形成氢键的示意图，图中的虚线表示氢键。 探·知识奥秘 核酸 核酸是生物体遗传信息的载体 基因：有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息 DNA 遗传信息 RNA 转移氨基酸 传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息 遗传信息传递 影响生物体的性状 指导 控制 合成 蛋白质 探·知识奥秘 核酸 ◌ 我国在核酸的研究中的贡献 1981年，人工合成了具有生物活性的核酸分子--酵母丙氨酸转移核糖核酸 1999年，我国参与了人类基因组计划,成为参与该项计划的唯一发展中国家 2002年，我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制 探·知识奥秘 核酸 ◌ 我国在核酸的研究中的贡献 人体 新冠病毒 核酸检测原理 获取 病毒的RNA 全基因组序列 找出 病毒的RNA 特异序列 有助于提高疾病诊断和治疗水平，促进医学、农业等的发展。 使人们深入认识生命活动规律，更好地利用生物资源 识别 ？ 对比 其他物种 探·知识奥秘 核酸 两条DNA长链通过氢键作用结合成双链结构 探·知识奥秘 核酸 G与C配对能形成三个氢键，A与T配对能形成两个氢键，这样形成的氢键数目最多、结构最稳定。 探·知识奥秘 核酸 ◌ RNA的结构特点 (1)RNA也是以核苷酸为基本构成单位，其中的戊糖和碱基与DNA中的不同：核糖替代了脱氧核糖，尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。 (2)RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。 练·技能实战 5．DNA与RNA完全水解后产物的特点是（ ） A．部分碱基相同，戊糖相同 B．部分碱基不同，戊糖不同 C．碱基相同，戊糖不同 D．碱基不同，戊糖相同 B 练·技能实战 6．下列缩合产物或水解产物不正确的是（ ） A．核苷酸的缩合聚合产物为核酸 B．戊糖与碱基的缩合产物为核苷酸 C．核苷酸的水解产物为核苷与磷酸 D．核酸的最终水解产物为戊糖、碱基和磷酸 B 感谢 您的聆听 沪科版选择性必修3 Thank You + H2O + Lavf57.82.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) FormatFactory : www.pcfreetime.com $