第二单元 氨基酸 蛋白质 核酸教学设计实例

第二单元氨基酸

蛋白质

核酸

一、教学目标

知识目标：

1.了解氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质。

2.了解二肽、多肽的概念。

3.了解蛋白质的组成、结构和性质。

科学素养构建：

二、教学重难点：

重点：氨基酸、蛋白质的组成和结构。

难点：理解氨基酸、蛋白质的主要性质及其应用。

三、教学方法：

自主思考探究，小组合作交流，教师引发启导

四、教学过程

1、学生自主预习课本，填写课前学案

[知

识

梳

理] 一、氨基酸的结构与性质

1.氨基酸的结构

（1）写出下列氨基酸的结构简式

甘氨酸：；丙氨酸：；

苯丙氨酸：；

谷氨酸：。

①氨基酸分子中含有的官能团是氨基和羧基，属于取代羧酸。

②从结构上看，氨基酸可以看作是羧酸分子中烃基上的H被氨基取代的产物。

（2）天然氨基酸均为α－氨基酸，结构简式可表示为。

2.氨基酸的性质

（1）物理性质

固态氨基酸主要以内盐的形式存在，熔点较高（填“高”或“低”），不易（填“易”或“不易”）挥发，难溶于有机溶剂，常见的氨基酸均为无色晶体，熔点在200 ℃以上。

（2）化学性质

①两性

氨基酸分子中含有酸性官能团—COOH和碱性官能团—NH2，因此具有两性，可与碱、酸反应生成盐。

a.与盐酸的反应：

。

b.与氢氧化钠溶液的反应：

―→。

c.氨基酸分子中的氨基和羧基相互作用，使氨基酸成为带有正电荷和

负电荷的两性离子（称为内盐）。随着水溶液pH不同，氨基酸分子在溶液中存在的形态也不同，可以发生不同的解离。通常以两性离子形式存在。

。

②成肽反应

两个氨基酸分子，在酸或碱的存在下加热，通过一分子的—NH2和另一分子的—COOH间脱去一分子水，缩合成含有肽键（的化合物。例如：

）

。

脱水二肽或多肽――→脱水蛋白质。

氨基酸――→

③显色反应

氨基酸和茚三酮共热时，能产生紫色化合物，是检测和定量测定氨基酸的重要反应。

2、教师提出问题，学生根据预习内容进行思考（教师根据难度大小可适当进行提示）

【自主思考】

1．如何分离提纯氨基酸？

提示

当溶液中的氨基酸主要以两性离子的形态存在时，它在水中的溶解度最小，可以结晶析出。不同的氨基酸出现这种情况的pH各不相同，利用这一差异可以通过控制溶液的pH分离氨基酸。

2.甘氨酸与丙氨酸的混合物在一定条件下可发生反应生成链状二肽，能够生成二肽的种数是多少？

提示

甘氨酸与甘氨酸、丙氨酸与丙氨酸、甘氨酸与丙氨酸均可形成二肽，共4种。

3.把晶体丙氨酸溶于水，测得溶液呈碱性，则下列四种微粒中存在最多的是（

）

提示

氨基酸分子中含—NH2（使溶液显碱性），—COOH（使溶液显酸性），自身作用生成内盐，在pH不同时氨基酸存在形态不同，可表示为：

答案

C 二、蛋白质的结构与性质

1.蛋白质的组成

蛋白质是由氨基酸通过肽键等相互连接而形成的一类具有特定结构和一定生物学功能的生物大分子。蛋白质的相对分子质量从几万到几千万，它由C、H、O、N、S、P等元素组成。

2.蛋白质的结构

（1）蛋白质和多肽都是由氨基酸构成的有机化合物，它们之间没有严格的界限。一般认为多肽中包含4～50个氨基酸残基，蛋白质中包含50个以上的氨基酸残基。

（2）蛋白质数目众多，结构复杂，科学家们将蛋白质的结构层次分为四级进行研究。氨基酸残基在蛋白质肽链中的排列顺序称为蛋白质的一级结构。美国科学家鲍林和科里研究发现肽链中氨基酸残基亚氨基（—NH—）上的氢原子与羰基上的氧原子之间形成氢键而使肽链在空间上形成α－螺旋结构或β－折叠结构，称为二级结构。在二级结

构的基础上，肽链还按照一定的空间结构进一步形成更复杂的三级结构和四级结构。

（3）蛋白质的性质不仅取决于多肽链氨基酸的种类、数目及排列顺序，还与其特定的空间结构有关。

3.性质

蛋白质与氨基酸一样，也是两性分子，既能与酸反应，也能与碱反应。除此以外，蛋白质还具有以下性质：

（1）水解：蛋白质在酸、碱或酶的作用下能水解，水解的最终产物是多种氨基酸，天然蛋白质水解的最终产物都是α－氨基酸，如下所示。

（2）溶解性：许多蛋白质在水中有一定的溶解性，溶于水形成胶体。

（3）两性：蛋白质中往往有氨基酸残基，所以有两性。

（4）盐析：向蛋白质溶液中加入浓的无机盐溶液，能够破坏蛋白质溶解形成的胶体结构而降低蛋白质的溶解性，使蛋白质转变为沉淀析出。盐析作用析出的蛋白质，仍然具有原来的活性，加水后仍能溶解。

（5）变性：蛋白质遇到重金属盐、强酸、强碱、甲醛、酒精等物质时会产生沉淀，且加水不能重新溶解，蛋白质失去原来的活性。其他条件有紫外线、X射线或加热也能使蛋白质变性。

（6）颜色反应：主要用于检验蛋白质的存在。

①含苯环的蛋白质遇浓硝酸显黄色；

②蛋白质遇双缩脲试剂加热至沸腾显紫玫瑰色；

③蛋白质遇茚三酮试剂加热至沸腾显蓝色。

【自主思考】

4.如何鉴别蛋白质？

提示

鉴别蛋白质的主要依据有：（1）有些蛋白质分子中有苯环存在，这样的蛋白质与浓硝酸反应时呈黄色。

（2）蛋白质灼烧时有烧焦羽毛的气味（常以此来区别毛纺物和棉纺物、合成纤维等）。

5.如何分离提纯蛋白质？

提示

常用盐析来分离提纯蛋白质。因为盐析是可逆的，在蛋白质溶液中加入浓的轻金属盐或铵盐溶液，蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，析出的蛋白质又能溶于水中，并不影响它原来的性质。

6.医用酒精、84消毒液、紫外线等能杀菌消毒所依据的原理是什么？

提示

依据是它们能使细菌、病毒等生物蛋白质变性。

7.在临床上急救Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋等重金属盐中毒的病人时，为

什么要求病人服用大量含蛋白质丰富的生鸡蛋、牛奶或豆浆等？

提示

生鸡蛋、牛奶、豆浆中含有丰富的蛋白质，重金属离子破坏这些食物中的蛋白质，而减少对病人本身蛋白质的损伤。

8.颜色反应与焰色反应有何区别？

提示

颜色反应：一般指在溶液中有明显颜色变化的化学反应，如苯酚与FeCl3溶液反应呈紫色；淀粉遇碘呈蓝色；分子中含有苯环的蛋白质遇浓硝酸呈黄色。

焰色反应：是指某些金属及其化合物在无色火焰上灼烧时能使火焰呈现出一定的颜色。碱金属以及钙、锶、钡、铜等都能发生焰色反应。焰色反应属于物理变化。颜色反应和焰色反应都可用于物质的检验。

三、酶与核酸

1.酶

（1）概念：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物，其中绝大多数是蛋白质。

（2）催化特点：①条件温和、不需加热。②具有高度的专一性。③具有高效催化作用。

2.核酸

核酸存在于一切生物体中，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。

DNA大量存在于细胞核中，是遗传信息的储存和携带者，DNA的结构决定了生物合成蛋白质的特定结构，并保证把这种特性遗传给下一代。

RNA主要存在于细胞质中，它们以DNA为模板而形成，将DNA的遗传信息翻译并表达成具有特定功能的蛋白质。

【自主思考】

9.核酸在遗传学上有哪些重要作用？

提示

DNA是核酸的一种，它不是蛋白质，但对遗传信息的储存、蛋白质的生物合成起决定性作用。分子中的两条单链沿同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构，碱基位于螺旋内侧，磷酸和脱氧核糖位于螺旋外侧，两条单链上的碱基之间严格遵循碱基互补配对规律。RNA以DNA为模板而形成，将DNA的遗传信息翻译并表达形成具有特定功能的蛋白质。

课堂小结自测，评价学生学习成果

[效

果

自

测] 1.关于生物体内氨基酸的叙述错误的是（

）

A.构成蛋白质的α－氨基酸的结构通式是

B.人体内所有氨基酸均可以互相转化

C.两个氨基酸通过脱水缩合形成二肽

D.人体内氨基酸分解代谢的最终产物是水、二氧化碳和尿素

解析

生物体内的蛋白质的基本组成单位是各种α－氨基酸，α－氨基酸的通式为；人体内氨基酸分解代谢的最终产物是水、二氧化碳和尿素；两个氨基酸脱水缩合可形成二肽；在人体内能够通过转氨基作用形成的只有12种非必需氨基酸，还有8种必需氨基酸必须从食物中摄取，因此“人体内所有氨基酸均可以相互转化”的说法是错误的。

答案

B 2.判断下列说法的正误

（1）所有蛋白质遇浓HNO3均变黄（

）

（2）核酸是具有遗传信息的蛋白质（

）

（3）DNA是生物体遗传信息的载体，蛋白质合成的模板（

）

（4）RNA可以根据DNA提供的信息，控制蛋白质合成（

）

答案

（1）×

（2）×

（3）√

（4）√

3、学生合作探究解决问题并展示，教师点评总结

探究一、氨基酸的成肽反应

【合作交流】

多肽分子的名称与其所含肽键个数有什么关系？与形成它的氨基酸分子个数又有什么关系？

提示

二肽是由两个氨基酸分子脱去一分子水形成的含有肽键的化合物，分子中有一个肽键；三肽是由三个氨基酸分子脱去两分子水形成的，有两个肽键；n肽是由n个氨基酸分子脱去（n－1）个水分子形成的，其中含有（n－1）个肽键。

【点拨提升】

1.两分子间缩合

2.分子间或分子内缩合成环

3.缩聚成多肽或蛋白质

H2O 【典题例证1】

根据最近的美国《农业研究》杂志报道，美国科学家发现半胱氨酸能增强艾滋病病毒感染者的免疫力，对控制艾滋病病毒的蔓延有奇效。已知半胱氨酸的结构简式为，则下列说法不正确的是（

）

A.半胱氨酸属于α－氨基酸

B.半胱氨酸是一种两性化合物

C.两分子半胱氨酸脱水形成的二肽的结构简式为

D.

与NaOH溶液加热时可放出一种碱性气体

解析

由题目给出的半胱氨酸的结构简式可知，氨基在羧基邻位碳原子上，所以属于α－氨基酸；因为氨基为碱性基团，羧基为酸性基团，

所以半胱氨酸是一种两性化合物；两分子半胱氨酸脱水形成二肽应是氨基与羧基反应的结果，其结构简式为

因为是氨基酸的铵盐，电离生成的铵根离子与氢氧根离子反应，加热会放出氨气。

答案

C 【学以致用1】

由下列结构片段组成的蛋白质在胃液中水解，不可能产生的氨基酸是（

）

解析

蛋白质水解，肽键断裂，生成对应的—NH2和—COOH，则该片段水解断键位置如图：

生成的氨基酸分别为：

答案

D 探究二、蛋白质的鉴别与分离提纯

【合作交流】

如何鉴别和分离提纯蛋白质？

提示

（1）鉴别蛋白质的主要依据有：①有些蛋白质分子中有苯环存在，这样的蛋白质与浓硝酸反应时呈黄色。

②蛋白质灼烧时有烧焦的羽毛味（常以此来区别毛纺物和棉纺物、合成纤维等）。

（2）常用盐析来分离提纯蛋白质。因为盐析是可逆的，在蛋白质溶液中加入浓的轻金属盐或铵盐溶液，蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，析出的蛋白质又能溶于水中，并不影响它原来的性质。

【点拨提升】

盐析和变性的比较

盐析

变性

根据盐溶液对蛋白质溶解度的一定条件下，使蛋白质凝聚失原理

影响，加入无机盐，使蛋白质去原有的生理活性

从溶液中析出

加热、紫外线、X射线、重金浓的盐溶液（NH4）2SO4、

条件

属盐、强酸、强碱、乙酸、乙Na2SO4、NaCl等溶液

醇、苯酚、丙酮等

变化

物理变化

化学变化

特点

可逆，蛋白质仍保持原有活性

不可逆，蛋白质失去原有活性

消毒、灭菌，如给果树除虫使用途

分离提纯蛋白质

用波尔多液，保存动物标本

特别提醒

1.蛋白质的分离与提纯

（1）常用盐析法分离提纯蛋白质，因为盐析是可逆的。

（2）可用渗析法除去蛋白质溶液（属于胶体）中的杂质离子，因为蛋白质属于高分子化合物，不能透过半透膜，而离子可以通过。

2.蛋白质的颜色反应

不是所有的蛋白质都能发生颜色反应，只有结构中含有苯环的才能遇

浓HNO3呈黄色。

3.蛋白质的检验

加浓HNO3溶液显黄色或灼烧有烧焦羽毛气味。

【典题例证2】

（1）从鸡蛋白的溶液中提取蛋白质的方法有

和

。

（2）鸡蛋变质时，常闻到有刺激性气味的气体，该气体主要是 ，说明蛋白质中含有 元素。

（3）蛋白质溶液中含Cl－，有人用滴加AgNO3溶液的方法除Cl－，这样操作错误的原因是_______________________________________________________。除去Cl－的方法是_____________________________________________________。

（4）浓HNO3溅到皮肤上，使皮肤呈 色，这是由于浓HNO3和蛋白质发生了 反应的缘故。

（5）鉴定一种物质的成分是真丝还是人造丝，可取一小块进行 ，这是因为______________________________________________________________________________________________________________________。

解析

（1）提取蛋白质的方法有两种：盐析和渗析。（2）蛋白质变质分解放出H2S气体，H2S有臭鸡蛋气味。（3）Ag＋能使蛋白质变性凝结，且Ag＋与Cl－结合成AgCl沉淀，二者无法分离；蛋白质溶液是胶体，其中的Cl－可用渗析的方法除去。（4）蛋白质与浓HNO3发生颜色反应。（5）人造丝属于人造纤维，采用灼烧区别真丝和人造丝。

答案

（1）盐析

渗析

（2）H2S 硫

（3）Ag＋能使蛋白质变性凝结，无法与AgCl沉淀分离

渗析

（4）黄

颜色

（5）灼烧

真丝的主要成分是蛋白质，有烧焦羽毛的气味

【学以致用2】

在下列物质中：①K2SO4

②HCHO ③MgSO4

④Hg（NO3）2

⑤NH4Cl

⑥KOH，能使蛋白质变性的是 ，能使蛋白质发生盐析的是

。

解析

HCHO属于有机物，Hg（NO3）2是重金属盐，KOH为强碱，②④⑥都会使蛋白质变性。K2SO4、MgSO4是轻金属盐，NH4Cl是铵盐，①③⑤不会使蛋白质变性，但可以降低蛋白质的溶解度，使蛋白质发生盐析。

答案

②④⑥

①③⑤

五、布置作业