高中生物北师大版 (2019)必修1《分子与细胞》第三节 蛋白质教学设计

3.3蛋白质

一、教学目标：

学习目标：

1.理解蛋白质是生命活动的主要承担者。

2.说明细胞中蛋白质种类多种多样的原因。

3.概述氨基酸的结构特点，以及氨基酸形成蛋白质的过程。

核心素养：

生命观念：认知蛋白质是生命活动的主要承担者。

科学思维：通过推导氨基酸的结构、脱水缩合过程，培养归纳与推理的能力。

二、教学过程：

【导入】

提出问题，激发学生兴趣：

从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作手术缝合线:手术后过一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。
讨论：1. 为什么这种缝合线可以被人体组织吸收?

2. 这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收?这对你认识蛋白质的化学组成有什么启示?

提问学生能够说出多少种富含蛋白质的食品？富含蛋白质的食品有大豆制品，如豆浆、豆腐、腐竹；奶类制品，如奶粉、酸奶、纯牛奶；还有肉、蛋类食品，如烤肉、肉肠、鸡蛋等。

蛋白质是目前已知的结构最复杂、功能最强大的分子。细胞核中的遗传信息，往往要表达成蛋白质才能起作用。

【新课】

一、蛋白质的功能

结合课本P28图2-8引导学生归纳蛋白质的功能：

酶、激素与蛋白质的关系

(1)并非所有酶的本质都是蛋白质，只是大多数酶的本质是蛋白质。

(2)并非所有激素的本质都是蛋白质，如性激素的本质不是蛋白质，而是固醇。

蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、防御等重要功能；人体内有数万种不同的蛋白质，能够承担多种多样的功能，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。所以说说蛋白质是生命活动的主要承担者。

蛋白质能够承担如此多的功能，与它的多样性有关。生物界的蛋白质种类多达1010～1012种，这与它的组成和结构有关。

二、蛋白质的基本单位——氨基酸

1.氨基酸的种类

组成蛋白质的氨基酸有21种，其中8种是人体细胞不能合成的，称为必需氨基酸，这些氨基酸必须从外界环境中获取；另外，13种氨基酸是人体细胞能够合成的，称为非必需氨基酸。

通过顺口溜记8种必需氨基酸：甲(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)一(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)书(苏氨酸)。

通过对课本P29甘氨酸、缬氨酸、丙氨酸和亮氨酸的结构特点进行分析，引导学生归纳出氨基酸的元素组成及结构特点：

(1)组成氨基酸的共有元素是C、H、O、N，有的氨基酸含有S等元素。

(2)氨基酸的结构特点：

①每种氨基酸分子至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)。

②每种氨基酸分子中都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，该碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团，这个侧链基团用R表示。各种氨基酸的区别在于R基的不同。

③氨基酸的结构通式：。

把氨基酸分子比喻成人帮助学生理解氨基酸的结构通式，两只手分别代表氨基和羧基，两条腿代表氢，头代表R基，躯干代表中心碳原子。如图所示：

(2)强调氨基、羧基、R基的书写中要注意的问题：

(1)正确的格式：—NH2、—COOH、—R(千万不要忘记在原子团前面加“—”)。

(2)避免两种错误格式①写成NH2、COOH、R。②写成NH3、—NH3、HCOOH等。

(3)结构通式及氨基和羧基不同表达形式的辨别

(3)通过练习分辨氨基酸分子，进一步巩固理解氨基酸的结构。

尽管氨基酸的种类有限，但却构成了种类繁多、功能多样的蛋白质。

三、蛋白质的结构及其多样性

利用PPT展示氨基酸脱水缩合过程，解释相关名词，理解每一种蛋白质承担的功能与它独特的空间结构有关。

1.脱水缩合

一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子的水。

(1)这种结合方式称为脱水缩合，两个氨基酸分子经该过程形成的产物是二肽和水。

(2)产物中连接两个氨基酸的化学键名称是肽键。

(3)H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基；H2O中O来源于羧基。

2.蛋白质的结构层次

(1)蛋白质的形成过程：氨基酸→二肽→三肽→…→多肽→多肽链盘曲、折叠→具有一定空间结构的蛋白质。

(2)许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键如二硫键相互结合在一起，同时，由于氨基酸之间能够形成氢键，使得肽链能盘曲折叠，因此，肽链不呈直线，也不在同一平面上，而是形成更为复杂的空间结构。

3.蛋白质种类多样性的原因

在细胞中，氨基酸的数目成千上万，氨基酸形成肽链时，其排列顺序千变万化，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，因此，蛋白质分子的结构极其多样。

举例说明蛋白质结构改变会引起蛋白质功能的变化。如果氨基酸的序列改变或蛋白质的空间结构改变，就会影响其功能，如：人正常血红蛋白的空间结构呈球状，正常红细胞呈两面凹的圆盘状，如果血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸取代，就可能形成异常的血红蛋白，呈纤维状，由它参与组成的红细胞就会扭曲成镰刀状；运输氧气的能力降低。再如：鸡蛋、肉类经煮熟后再吃容易被消化，原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。

4.补充说明什么是蛋白质盐析、变性和水解：

①盐析：是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构没有发生变化。

②变性：是由于高温、过酸、过碱、重金属盐等因素导致的蛋白质的空间结构发生了不可逆的变化，肽链变得松散，蛋白质丧失了生物活性，但是肽键一般不会断裂。

③水解：在蛋白酶作用下，肽键断裂，蛋白质分解为短肽和氨基酸。水解和脱水缩合的过程是相反的。

5.拓展延伸有关蛋白质的一些计算：

(1)假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条链状多肽或m条链状多肽时：

①计算多肽的相对分子质量时，除了考虑水分子的减少外，还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现一个二硫键(—S—S—)时，要再减去2(两个氢原子)，若无特殊说明，不考虑二硫键。

②若为环状多肽，则可将相对分子质量计算公式na－18(n－m)中的肽链数(m)视为零，再进行相关计算。

(2)利用原子守恒法计算肽链中的原子数：在一个氨基酸中，若不考虑R基，则含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。在脱水缩合形成多肽时，要失去部分氢、氧原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。其相关数量关系如下：

①碳原子数＝氨基酸的分子数×2＋R基上的碳原子数。

②氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去的水分子数×2。

③氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。

④氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。

⑤由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。

2．多肽种类的计算题

以20种氨基酸构成四肽的种类为例：

(1)若每种氨基酸数目不限，可形成四肽的种类有：204种。

(2)若每种氨基酸只有一个，可形成四肽的种类有(20×19×18×17)种。