第三节　生命的基础——蛋白质教学创新设计

第三节

生命的基础——蛋白质

【学习目标】

1、了解蛋白质的组成、结构和用途，掌握蛋白质的性质；

2、介绍几种氨基酸的结构和名称，了解氨基酸由于羧基和氨基的存在而具有两性的性质；

3、了解肽键及多肽的初步知识。

【要点梳理】

要点一、蛋白质的组成和结构

1．蛋白质的组成元素

蛋白质是一类结构非常复杂的化合物，含碳、氢、氧、氮及少量的硫，有的还含有微量磷、铁、锌、钼等元素。

2．蛋白质的物质属类

蛋白质的相对分子质量很大，通常从几万到几十万，属于天然有机高分子化合物。

3．氨基酸组成了蛋白质

要点诠释：

（1）羧酸分子里烃基上的氢原子被氨基取代后的生成物叫氨基酸。-NH2叫氨基，可以看成NH3失一个H原子后得到的，是个碱性基。氨基的电子式：

（-R表示烃基或氢原子）。由于氨（2）氨基酸至少包含一个氨基和一个羧基，其通式为：基具有碱性，羧基具有酸性，因此，氨基酸与酸或碱都能发生反应生成盐，具有两性。

（3）离羧基最近的碳原子上的氢原子叫α-氢原子，次近的碳原子上的氢原子叫β-氢原子。羧酸分子里的α-氢原子被氨基取代的生成物叫α-氨基酸。

（4）蛋白质的结构非常复杂，它在酶或酸、碱的作用下能发生水解反应，最终生成氨基酸。所以说氨基酸是蛋白质的基石。天然蛋白质大都是由α-氨基酸组成。常见的氨基酸及其结构简式如下表：

名称

氨基乙酸

俗称

甘氨酸

α-氨基丙酸

丙氨酸

结构简式

α-氨基戊二酸

谷氨酸

4．多肽

（1）肽和肽键

一个分子中的氨基跟另一个分子中的羧基之间消去水分子，经缩合反应而生成的产物叫做肽，其中的酰胺基结构（-CO-NH-）叫做肽键。

肽键的形成：

（2）二肽、多肽和肽链

由两个氨基酸分子消去水分子而形成含有一个肽键的化合物是二肽。由多个氨基酸分子消去水分子形成的含有多个肽键的化合物是多肽。多肽常呈链状，因此也叫肽链。

（3）多肽与蛋白质的关系

多肽与蛋白质之间没有严格的界限，一般常把相对分子质量小于10 000的叫做多肽。蛋白质水解得到多肽，多肽进一步水解，最后得到氨基酸。上述过程可用下式表示：

5．蛋白质结构的复杂性

氨基酸是蛋白质的基本结构单元，种类很多，组成蛋白质时种类、数量不同，排列的次序差异很大，所以，蛋白质的结构很复杂。

一个蛋白质分子可以含有一条或多条肽链，肽链中有很多肽键，一个肽键中的氧原子与另一个肽键中氨基的氢原子通过氢键连接，形成类似于螺旋状的结构，最后形成具有三维空间结构的蛋白质分子。

要点诠释：氢键是一种特殊的静电吸引作用。F、O、N等非金属原子的半径比较小，原子吸引电子的能力很强，能把与它结合的H原子的电子吸引，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小，带正电的H核，允许带负电的F、O、N等原子充分接近它，形成氢键。氢键通常用X-H…Y表示，其中X、Y分别代表F、O、N等原子。

6．蛋白质分子结构的多样性与功能的关系

蛋白质是生命的基础，没有蛋白质就没有生命。肌肉、血清、蛋白质、毛发、指甲、角、蹄、蚕丝、蛋白激素、酶等都是由不同的蛋白质组成的，一切重要的生命现象和生理机能都与蛋白质密切相关。

蛋白质分子结构的多样性，决定了蛋白质分子具有多种重要功能。如胰岛素调节功能、酶的催化功能、肌肉的运动功能等。

要点二、蛋白质的性质

1．溶解性：蛋白质在水中的溶解性不同，有的能溶于水，如鸡蛋白；有的难溶于水，如丝、毛等。

2．两性：蛋白质是由氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，其中存在氨基和羧基，因此，它也有两性。

3．盐析：向蛋白质溶液中加入轻金属盐的浓溶液，可以使蛋白质的溶解度变小而从溶液中析出，这种作用叫做盐析。

要点诠释：

（1）析出的蛋白质仍然具有原来的生理活性，所以说这是一个物理变化。

（2）盐析是可逆的，当加水时，析出的蛋白质又会溶解。因此，可以采用多次盐析的方法来分离和提纯蛋白质。

（3）使蛋白质盐析成功的关键有两点：一是盐的类型为轻金属盐或铵盐，切不可用重金属盐（重金属盐能使蛋白质变性）；二是盐溶液为饱和溶液，且用量要较大。

（4）盐析是物理变化，这一性质体现了蛋白质溶液是胶体。

4．变性：当向蛋白质溶液中加入重金属盐、强酸、强碱、有机物溶液（如甲醛、酒精、苯甲酸等），或者紫外线照射、X射线照射均能使蛋白质发生不可逆的凝固，凝固后不能在水中溶解，这种变化叫做变性。

要点诠释：

（1）蛋白质变性后，不仅丧失了原有的可溶性，同时也失去了生理活性。

（2）高温杀菌消毒就是利用加热使蛋白质凝固从而使细菌死亡。重金属盐（如铜盐、铅盐、汞盐等）能使蛋白质凝固，所以使人中毒。万一误食了重金属离子，应立即喝大量牛奶等来缓解毒性，以减小人体蛋白质中毒的程度。

（3）前生命科学工作者积极展开如何防治衰老保持青春活力，也就是防止蛋白质变性过程的研究。

（4）蛋白质的变性属于化学变化。

5．水解反应：蛋白质在酸、碱或酶等的作用下最终水解生成氨基酸。天然蛋白质水解的最终产物为α-氨基酸。

6．颜色反应：蛋白质可以跟许多试剂发生特殊的颜色反应，如某些蛋白质跟浓硝酸作用会变成黄色。

要点诠释：

（1）在使用浓硝酸时，如不慎溅到皮肤上，皮肤会显黄色，就是蛋白质发生颜色反应的缘故。但并不是所有的蛋白质都能与浓硝酸发生颜色反应。

（2）可利用蛋白质的反应来鉴别蛋白质。

7．灼烧：蛋白质易燃烧，燃烧时产生烧焦羽毛的气味。

要点三、人体必需的氨基酸

1．蛋白质在人体内消化的过程

进入人体的蛋白质在胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用下，水解生成氨基酸。一部分氨基酸被人体吸收后，重新结合成人体所需的各种蛋白质，构成和修补人体的各种组织；另一部分氨基酸则发生氧化反应放出热量，供给人体

活动的需要。人体内各种组织的蛋白质也在不断地分解，最后生成尿素，排出体外。

2．食物中蛋白质的来源

食物中的蛋白质来源可分为两种：一种是动物性蛋白质，如鸡、鸭、鱼、肉等；另一种是植物性蛋白质，如谷类、豆类、蔬菜、水果、菌类等。谷类中的蛋白质虽然含量较少，但对于以谷类为主食的家庭，仍然是人体所需蛋白质的主要来源。

3．人体必需氨基酸

人体中共有二十多种氨基酸，其中有几种是人体自身不能合成的，必须由食物获得，称为必需氨基酸。

赖氨酸

蛋氨酸

亮氨酸

异亮氨酸

缬氨酸

苏氨酸

苯丙氨酸

色氨酸

人体必需氨基酸的种类与结构简式

4．合理搭配食物的意义

不同的食物中含有的蛋白质的数量及成分不同，即营养价值不同。合理搭配各种食物，可以使氨基酸相互补充，提高膳食中蛋白质的吸收与利用。

要点诠释：

（1）食物种类越多越好；

（2）植物蛋白与动物蛋白搭配；

（3）食物的种属越远越好。如鸡、鱼、肉搭配比鸡、鸭搭配好；

（4）搭配食物要同时食用。

要点四、蛋白质的用途

蛋白质不仅是人体必需的营养物质，在工业上也有广泛的用途，用于纺织工业、制革等。白明胶用于照相业，阿胶是一种药材。酪素是从牛奶中凝结出来的蛋白质，除用作食品外，还能跟甲醛合成酪素塑料，制生活用品。由蛋白质组成的酶也有广泛的用途。

蛋白质的用途

【典型例题】

类型一：蛋白质的组成和结构

例1、下列说法正确的是（

）

A．蛋白质燃烧的产物只有CO2和H2O

B．蛋白质属于天然高分子化合物，故没有固定的熔、沸点

C．天然蛋白质水解的产物只有一种α-氨基酸

D．毛发和棉花的主要成分都是蛋白质

【思路点拨】A项考查的是蛋白质的组成元素；B项考查天然高分子化合物都是混合物这一属性；C项是对蛋白质水解产物的考查；D项考查常见物质的主要成分。对以上要点有所了解后，就能做对该题。

【答案】B 【解析】A项，蛋白质的组成元素除C、O、H外还有N、S等，故燃烧产物不可能只有CO2和H2O；天然高分子化合物都是混合物，混合物都没有固定熔、沸点，B项正确；C项，蛋白质是由多种氨基酸组成的，故水解产物不可能只有一种；D项中棉花的主要成分是纤维素。

【总结升华】高分子化合物都是混合物，混合物没有固定的熔、沸点。天然蛋白质属于高分子化合物，其水解产物为α-氨基酸，α-氨基酸的通式为举一反三：

【变式1】生物体内的蛋白质千差万别，其原因不可能是（

）

A．组成肽键的化学元素不同

B．组成蛋白质的氨基酸种类和数量不同

C．氨基酸排列顺序不同

D．蛋白质的空间结构不同

【答案】A 【解析】氨基酸在组成蛋白质时，由于种类、数量、排列次序不同以及蛋白质的空间结构不同，而使生物体内的蛋白质千差万别。组成肽键的化学元素均为C、H、O、N。

类型二：蛋白质的性质

（-R表示烃基或氢原子）。

例2、要使蛋白质从水溶液中析出而又不改变蛋白质的主要性质，最好加入（

）

A．饱和(NH4)2SO4溶液

B．稀NaOH溶液

C．饱和CuSO4溶液

D．稀氯化钡溶液

【思路点拨】根据题目要求，使蛋白质从水溶液中析出而又不改变蛋白质的主要性质，这一变化应该是物理变化。盐析是物理变化，使蛋白质盐析的是轻金属盐或铵盐。

【答案】A

【解析】稀NaOH溶液、CuSO4溶液、氯化钡溶液均会使蛋白质发生变性，失去其生理活性。

【总结升华】盐析是一个可逆的过程，可以采用多次盐析的方法来分离、提纯蛋白质。

举一反三：

【变式1】下列关于蛋白质的叙述中不正确的是（

）。

A．蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，蛋白质析出，若再加水析出的蛋白质又溶解了

B．蛋白质溶液中的蛋白质分子能透过滤纸，但不能透过半透膜

C．重金属盐使蛋白质变性，所以吞服“钡餐”会引起中毒

D．浓硝酸溅在皮肤上，能使皮肤呈黄色是因为蛋白质和浓硝酸发生了颜色反应

【答案】C 【解析】往蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，使蛋白质发生盐析，盐析是一个可逆的过程，所以蛋白质析出后，加水会再溶解，则A项正确；蛋白质溶液是胶体，胶体能透过滤纸而不能透过半透膜，则B项正确；蛋白质遇可溶性的重金属盐会变性，而钡餐中的BaSO4是不溶于胃酸的，故不会引起中毒，即C项错误；某些蛋白质遇浓硝酸会发生颜色反应而呈黄色，则D项正确。

例3、为了鉴别某白色纺织品的成分是蚕丝还是“人造丝”，通常选用的方法是（

）

A．滴加浓硝酸

B．滴加浓硫酸

C．滴加酒精

D．抽丝在火焰上灼烧

【思路点拨】蚕丝的主要成分是蛋白质，人造丝的主要成分是纤维素。利用蛋白质的特性就可以鉴别二者，比如滴加浓硝酸、灼烧等。

【答案】D 【解析】该题要求选择各方法中相比较更为常用的方法，其实就是要求大家选择操作步骤少、操作简单、条件易于实现、现象更为明显的方法。因此，灼烧更容易实现，故选D。

【总结升华】做此题时一定要留意题中的要求，要求选择通常选用的方法，有些题目也以要求选择最好的方法的说法出现。

举一反三：

【变式1】区别棉花和羊毛的最简单的方法是（

）

A．加入稀硫酸后加热使之水解，检验水解产物能否发生银镜反应

B．浸入浓硝酸中，观察其颜色是否变为黄色

C．在火中灼烧，闻其是否有烧焦羽毛的气味

D．通过化学方法测其组成中是否含有硫、氮等元素

【答案】C 【解析】棉花是纤维素，羊毛是蛋白质，区别二者的最简单的方法是灼烧法。

类型三：人体必需的氨基酸

例4、下列哪种氨基酸不属于必需氨基酸（

）

A．蛋氨酸

B．谷氨酸

C．亮氨酸

D．赖氨酸

【思路点拨】本题属于识记类题目，记住8种必需氨基酸就可作答。

【答案】B 【解析】只有谷氨酸不属于必需氨基酸，故选B。

【总结升华】8种人体必需氨基酸的简单记忆方法：“但是来写一两本书”，就是蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸。

举一反三：

【变式1】下列关于蛋白质和氨基酸的说法中不正确的是（

）

A．蛋白质水解的最终产物是氨基酸

B．人体中共有二十多种氨基酸，这些都是必需氨基酸

C．蛋白质是有机高分子化合物，而氨基酸不是

D．食物中的蛋白质来源可分为动物性蛋白和植物性蛋白

【答案】B