2021学年第二单元 蛋白质导学案

第二单元　蛋白质

基础课时18　蛋白质

一、氨基酸的组成、结构与性质

1．组成和结构

(1)组成

氨基酸可看作是羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原子被氨基取代后生成的化合物。

(2)结构

α­氨基酸的结构简式可表示为，α­C为手性碳原子。其官能团为—COOH和—NH2。

(3)常见的氨基酸

2.物理性质

固态氨基酸主要以内盐形式存在，熔点较高，不易挥发，难溶于有机溶剂，常见的氨基酸均为无色结晶。

3．化学性质

(1)两性

氨基酸分子中既含有氨基(显碱性)，又含有羧基(显酸性)，因此，氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐。

(2)成肽反应

两个氨基酸分子(可以相同，也可以不同)，在酸或碱的存在下加热，通过一分子的氨基与另一分子的羧基间脱去一分子水，缩合形成含有肽键()的化合物，称为成肽反应。

【特别提醒】　(1)—NH2是碱性基团，—COOH是酸性基团，故氨基酸既能与强酸反应，也能与强碱反应。

(2)分子式相同的氨基酸与硝基化合物互为同分异构体。

(3)二肽是指两分子氨基酸缩去1分子水形成含有肽键的化合物，n肽则是n分子氨基酸缩去n－1分子水形成的含有n－1个肽键的化合物。

(3)显色反应

凡含有—NH2的α­氨基酸遇茚三酮均显紫色反应。该反应非常灵敏，是鉴定氨基酸最简便的方法。人的手汗中含有多种氨基酸，遇茚三酮可起显色反应，在法医学上曾通过该反应检验指纹。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)氨基酸分子中的—COOH能电离出H＋显酸性，—NH2能结合H＋显碱性。               (√)

(2)成肽反应的规律为—COOH脱—OH，—NH2脱—H。 (√)

(3)氨基酸分子、烃分子中的氢原子数均为偶数。 (×)

(4)氨基酸能发生酯化反应、成肽反应和水解反应。 (×)

二、蛋白质的结构与性质

1．结构

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。

2．性质

(1)两性

在多肽链的两端存在着自由的氨基和羧基，因此蛋白质既能与酸反应，又能与碱反应。

(2)水解

①水解原理：

②水解过程：

蛋白质多肽氨基酸。

(3)盐析

①过程：

向蛋白质溶液中加入浓的无机盐溶液[如Na2SO4溶液、饱和(NH4)2SO4溶液等]，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。

②特点：

只改变了蛋白质的溶解度，而没有改变它们的化学性质，是可逆的过程。

③应用：

多次盐析和溶解可以分离、提纯蛋白质。

(4)变性

①影响因素：

物理因素：加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、X射线等。

化学因素：强酸、强碱、重金属盐、乙醇、甲醛(福尔马林)等。

②特点：

变性会使蛋白质发生结构上的改变，也会使其失去原来的活性，是不可逆过程。

③应用：

利用蛋白质的变性原理可以对环境进行杀菌、消毒，还可以将动物的皮加工成皮革等。

(5)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显紫玫瑰色。

③蛋白质遇茚三酮试剂显紫蓝色。

3．存在和作用

(1)存在：蛋白质是细胞和组织结构的重要组成部分，存在于一切生物体中。

(2)作用：蛋白质负责输送氧气，激素或酶在新陈代谢中起调节或催化作用，抗体能预防疾病的发生，核蛋白与遗传相关。

4．空间结构

(1)分类：按照蛋白质中多肽链本身及其之间的空间结构，将蛋白质的结构层次分为四级。

(2)四级结构

①一级结构：氨基酸残基在蛋白质肽链中的排列顺序，其决定了蛋白质的生物活性。

②二级结构：蛋白质分子中肽链并非直链状，而是按一定的规律卷曲或折叠形成特定的空间结构。

③三级结构：在二级结构的基础上，肽链按照一定的空间结构进一步形成更复杂的三级结构。

④四级结构：具有三级结构的多肽链按一定的空间排列方式结合在一起形成的聚集体结构。

5．酶的催化特点

绝大多数的酶是蛋白质，具有催化作用，其催化反应具有条件温和、效率高、高度专一等特点。

【特别提醒】　可利用蛋白质的颜色反应及灼烧法鉴别蛋白质。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)向两份蛋白质溶液中分别加入饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，均有固体析出，且两者的原理相同。                            (×)

(2)蛋白质遇浓硝酸都会显黄色。  (×)

(3)医疗器械的高温消毒的实质是蛋白质的变性。 (√)

(4)可以用灼烧法鉴别棉线和羊毛线。 (√)

(5)蛋白质是由多种α­氨基酸加聚而生成的天然高分子化合物。

  (×)

(6)通常用酒精消毒，其原理是酒精使细菌中的蛋白质盐析而失去生理活性。                            (×)

(7)浓的硫酸钠溶液能使溶液中的蛋白质析出，加水后析出的蛋白质又溶解。               (√)

三、核酸的结构及生物功能

1．核酸的组成

(1)分类：核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，绝大多数生物体的遗传物质是DNA。

(2)组成

①核酸是一种生物大分子，是由许多核苷酸单体形成的聚合物。

②核苷酸水解得到磷酸和核苷，核苷水解得到戊糖和碱基，其中戊糖有脱氧核糖和核糖，在核酸中以环状结构的形式存在。

(3)定义：碱基与戊糖通过脱水缩合形成核苷，核苷分子中戊糖上的羟基与磷酸脱水，通过磷酯键结合形成核苷酸，不同的核苷酸按一定的顺序通过磷酯键连接成一条很长的链，称为核酸。

(4)两种核酸中的碱基(具有碱性的杂环有机化合物)

①RNA中的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)四种。

②DNA中的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四种。

(5)核酸的合成与水解

2．核酸的结构

(1)DNA的双螺旋结构特点

①DNA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。

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。

(2)RNA的结构

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)。RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。

3．核酸的生物功能

(1)DNA的生物功能

DNA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。

(2)RNA的生物功能

RNA将DNA的遗传信息翻译并表达成具有特定功能的蛋白质。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)核酸是一种无机酸。  (×)

(2)核酸的性质与蛋白质相似，不会变性。 (×)

(3)组成核酸的元素有C、H、O、N、P等。 (√)

(4)核酸是生物小分子化合物。  (×)

(5)根据组成，核酸分为DNA和RNA。 (√)

(6)DNA大量存在于细胞质中。  (×)

(7)核酸一般由几千到几十万个原子组成，相对分子质量可达十几万至几百万。               (√)

(8)DNA是生物体遗传信息的载体、蛋白质合成的模板。 (√)

(9)RNA主要存在于细胞核中，它根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成。                            (×)

(10)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。               (√)

(11)DNA分子每条链中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在内侧，碱基排列在外侧。                            (×)

(12)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，脱氧核糖替代了核糖，尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。               (×)

(13)RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。 (√)

两个氨基酸分子(可以相同，也可以不同)在一定条件下，通过氨基与羧基间缩合脱去水，形成含有肽键(CONH)的化合物，发生成肽反应。

由两个氨基酸分子缩合后形成的含有肽键的化合物称为二肽。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。

1．α­氨基酸的成肽反应与酯化反应有何相同之处？

[提示]　①都是—COOH脱去—OH；②都属于取代反应；③都有H2O生成。

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．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。

1．两分子间缩合成二肽

2．分子间或分子内缩合成环

3．缩聚成多肽或蛋白质

4．两种不同分子脱水成肽

发生缩合反应生成的二肽有四种，自身结合有两种，两两互相结合有两种。

5．氨基酸的缩合机理——羧脱羟基氨脱氢

，脱去一分子水后形成肽键()。肽键可简写为“—CONH—”，但不能写成“—CNHO—”，两者的连接方式不同。

1．由下列结构片段组成的蛋白质在胃液中水解，能产生的氨基酸是(　　)

A　[两个氨基酸分子，在酸或碱的存在下加热，通过一分子的氨基和另一分子的羧基间脱去一分子水缩合形成含有肽键的化合物，称为成肽反应，蛋白质水解断裂的是肽键，断碳氧双键和碳氮单键之间，生成相应的氨基酸，故该化合物生成的氨基酸的结构简式为。]

2．某蛋白质充分水解后能分离出有机物R，R可与等物质的量的KOH或盐酸完全反应。3.75 g R与50 mL 1 mol·L－1的NaOH溶液完全中和，则R的结构简式为(　　)

A　[有机物R与KOH或HCl反应时为等物质的量完全反应，说明R分子中有一个氨基(—NH2式量为16)和一个羧基(—COOH式量为45)，此有机物相对分子的质量Mr＝＝75，通过式量分析：75－16－45＝14，说明含有1个CH2，结合是天然蛋白质，水解生成α­氨基酸，则选A。 ]

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。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。物理因素包括：加热、加压、搅拌、振荡、超声波、紫外线和放射线等；化学因素包括：强酸、强碱、重金属盐、乙醇、甲醛等。

1．向两份蛋白质溶液中分别加入饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，均有固体析出，两者原理相同吗？

[提示]　原理不同，前者是盐析，后者是变性。

2．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？在临床上解救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]　依据的原理是它们能使细菌、病毒等生物蛋白质变性。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。

3．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。

　盐析和变性的比较

【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硝酸呈黄色。

(3)蛋白质的检验

加浓硝酸溶液显黄色或灼烧有烧焦羽毛气味。

1．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

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)蛋白质溶液中含杂质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)浓硝酸溅到皮肤上，使皮肤呈________色，这是由于浓硝酸和蛋白质发生了________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)蛋白质与浓硝酸发生颜色反应。(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

1．(2021·河北省盐山中学高二月考)青霉素是医学上一种常用的抗生素，在体内经酸性水解后，得到青霉氨基酸，其结构简式如图所示(分子中的—SH与—OH具有类似的性质)。

下列关于青霉氨基酸的推断合理的是(　　)

A．青霉氨基酸分子中所有碳原子均在同一条直线上

B．青霉氨基酸只有酸性，没有碱性

C．青霉氨基酸分子间能形成多肽

D．1 mol青霉氨基酸与足量的金属钠反应生成0.5 mol H2

C　[青霉氨基酸分子中含有—NH2，所以有碱性；除了—COOH外，还有—SH可以与Na反应，所以1 mol青霉氨基酸与足量的金属钠反应生成的H2为1 mol。]

2．下列关于蛋白质叙述中不正确的是(　　)

A．天然蛋白质水解的最终产物是α­氨基酸

B．蛋白质溶于水后，若加入饱和Na2SO4溶液，会使蛋白质溶解度降低而析出

C．2 mL蛋白质溶液中，加入0.1%的茚三酮溶液5滴，加热至沸腾，会显玫瑰色

D．蛋白质分子中含有肽键()

C　[A项，天然蛋白质都是α­氨基酸脱水缩合形成的高分子化合物，所以水解的最终产物是α­氨基酸，正确；B项，蛋白质溶于水后，若加入饱和Na2SO4溶液，会使蛋白质溶解度降低而析出，产生盐析现象，正确；C项，2 mL蛋白质溶液中，加入0.1%的茚三酮溶液5滴，加热至沸腾，会显紫色，错误；D项，蛋白质分子中含有羧基与氨基形成的肽键，正确。]

3．(2021·江苏省宿迁高二质检)核酸检测为确认病毒感染提供了关键的支持性证据。某核糖核酸(RNA)的结构片段示意图如下，它在酶的催化作用下能完全水解生成戊糖、碱基和某酸。下列说法不正确的是(　　)

A．核酸也可能通过人工合成的方法得到

B．酶是有机化合物，催化活性与温度有关

C．该核酸水解生成的碱基中含有氮元素

D．该核酸完全水解生成的酸是H3PO3

D　[采用有机合成反应或酶促合成反应可进行核酸大分子的合成，A正确；酶的本质是有机物，绝大多数是蛋白质，极少数是RNA，RNA也是有机物，酶催化活性与温度有关，B正确；碱基是形成核苷的含氮化合物，所以该核酸水解生成的碱基中含有氮元素，C正确；从图中可分析，该核酸完全水解生成的酸是H3PO4，D错误。]

4．做以下实验可证明氨基乙酸晶体中同时存在羧基和氨基，请填空：

(1)在一支试管中加入2 mL蒸馏水，再加入1滴极稀的烧碱溶液，在此溶液中加入两滴酚酞试液，此时溶液稍显粉红色，然后加入一小粒氨基乙酸晶体，溶液的粉红色褪去。说明氨基乙酸分子中有____________基，显示出了__________性，反应的离子方程式为____________________________________

___________________________________________________________________，

此时生成的盐仍含有游离的__________基，而具有__________性。

(2)同样在盛有蒸馏水的试管中加入紫色石蕊试液及一滴稀盐酸，使溶液稍显红色，然后加入一小粒氨基乙酸晶体，溶液由红色转变为紫色，说明了氨基乙酸分子中有__________基，显示出了__________性，反应的离子方程式为_______________________________________________________，

此时生成的盐因仍含有游离的____________基，而具有__________性。

[解析]　氨基乙酸具有—NH2和—COOH，当滴入含酚酞的NaOH溶液时红色褪去，说明碱被中和了，即—COOH反应，—NH2存在；当滴加有石蕊的盐酸时，红色变为紫色，说明酸被中和，即—NH2参与了反应，保留有—COOH。