蛋白质和核酸教学设计

蛋白质和核酸
学习目标
1、了解氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质，氨基酸与人体健康的关系；
2、了解肽键及多肽；了解蛋白质的组成、结构和性质（盐析、变性、水解、颜色反应等）；
3、认识蛋白质、酶、核酸等物质与人体健康的关系，体会化学学科在生命科学发展中所起的重要作用。

学习重点：
氨基酸、蛋白质的结构特点和性质；
学习难点：
蛋白质的组成；
【知识要点梳理】
一、氨基酸的结构与性质：
1、氨基酸的概念：
羧酸分子里烃基上的氢原子被氨基取代后的生成物。

2、氨基酸的结构：
α-氨基酸通式：
特点：既含有氨基(-NH2)，又含有羧基(-COOH)
注意：与同碳原子数的硝基化合物存在同分异构现象，如与CH3CH2NO2互为同分异构体。

3、氨基酸的物理性质：
氨基酸都是白色晶体，熔点高，易溶于水，难溶于有机溶剂。

4、氨基酸的性质：
（氨基酸结构中含有官能团-COOH和-NH2，既有酸性又有碱性）
①氨基酸的两性：既与酸反应，又与碱反应。

说明：
a、所学过的既能跟酸反应又能跟碱反应的物质：
Al、Al2O3、Al(OH)3、(NH4)2CO3、NH4HCO3、NaHCO3等。

b、分子内部中和，生成内盐：
由于该性质使氨基酸具有较高的熔沸点，易溶于水，难溶于非极性溶剂，具有类似离子晶体的某些性质。

②成肽反应：
一个氨基酸分子中的羧基可以跟另一个氨基酸分子中的氨基反应，按羧基脱羟基、氨基
脱氢的反应原理，脱去一个水分子而形成酰胺基（），即肽键，此反应称为成肽反应。

如：甘氨酸缩合成二肽：
a、两分子氨基酸缩水形成二肽
b、分子间或分子内缩水成环
说明：
二肽：由两个氨基酸分子缩合而成的化合物（由三个或三个以上氨基酸分子缩合而成的，含多个肽键的化合物称为多肽）。

多肽：
小结：氨基酸→多肽→蛋白质
二、蛋白质的结构与性质：
（蛋白质是由多种氨基酸结合而成的含氮生物高分子化合物）
1、存在：
动物的肌肉、皮肤、血液、乳汁及毛、发、蹄、角等，或存在于植物的种子里。

2、蛋白质的性质：
①蛋白质的胶体性质：蛋白质是大分子化合物，其分子大小一般在1-100 nm之间，其水溶液具有胶体溶液的一般特性。

例如具有丁达尔现象、布朗运动，不能透过半透膜以及较强的吸附作用等。

②两性：因为有-NH2和-COOH
形成蛋白质的多肽是由多个氨基酸脱水形成的，在多肽链的两端必然存在着自由的氨基与羧基。

而且，侧链中也有酸性或碱性基团。

因此，蛋白质与氨基酸一样也是两性分子，既能与酸又能与碱反应。

③水解：在酸、碱或酶作用下天然蛋白质水解产物为多种α-氨基酸。

分子中，叫酰胺键（肽键）。

当蛋白质水解时，多肽链的肽键中的C—N键处断裂。

这是识别蛋白质水解产物的关键。

④盐析：少量的某些盐能促进蛋白质溶解，大量的浓盐溶液使蛋白质的溶解度降低在溶液中使之凝聚而从溶液中析出，这种作用叫盐析。

盐析属物理过程，是可逆的，它只是使蛋白质暂时失去溶解性或降低蛋白质的溶解度，但并未改变蛋白质的性质。

利用盐析可分离和提纯蛋白质。

[实验] 取20mL鸡蛋白溶液放入试管；然后再向试管中加入饱和Na2SO4溶液。

结论：向蛋白质溶液中加(NH4)2SO4、Na2SO4等盐浓溶液时，会使蛋白质从溶液沉淀出来，此现象叫蛋白质的盐析。

盐析是可逆的。

蛋白质的盐析：
⑤变性：在加热、紫外线、X射线、强酸、强碱、重金属盐以及一些有机物如甲醛、酒精、苯甲酸等作用下，均能使蛋白质变性。

变性属化学过程，不可逆。

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。

利用变性可进行消毒，但也能引起中毒。

⑥颜色反应：具有苯环的蛋白质遇浓HNO3变性，产生黄色不溶物。

蛋白质的颜色反应是检验蛋白质的方法之一，反应的实质就是硝酸作用于含有苯环的蛋白质使它变成黄色的硝基化合物。

⑦灼烧气味：产生烧焦羽毛气味，常用此性质鉴别丝、毛织物等。

三、酶：
1、酶的定义：
酶是一种具有催化作用的蛋白质，是一种生物催化剂。

对于许多有机化学反应和生物体内进行的复杂的新陈代谢反应具有很强的催化作用。

2、酶的催化作用的特点：
①条件温和、不需加热：在接近体温和接近中性的条件下，酶就可以起作用。

在30℃～50℃之间酶的活性最强，超过适宜的温度时，酶将失去活性；
②具有高度专一性：如蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应；淀粉酶只对淀粉起催化作用；
③具有高效催化作用：酶催化的化学反应速率，比普通催化剂高107～1013倍。

四、核酸：
（核酸化学是分子生物学和分子遗传学的基础。

现在已知某些核酸也有酶的作用）
1、一类含磷的生物高分子化合物，相对分子量可达十几万至几百万。

2、核酸在生物体的生长、繁殖、遗传、变异等生命现象中起着决定性的作用。

3、分类：
①脱氧核糖核酸（DNA）：主要存在于细胞核中，决定生物体的繁殖、遗传及变异。

生物遗传信息的载体；还指挥着蛋白质的合成、细胞的分裂和制造新的细胞。

②核糖核酸（RNA）：主要存在于细胞质中，控制生物体内蛋白质的合成。

【规律方法指导】
一、蛋白质的盐析、变性与胶体的凝聚的比较
盐析变性胶体凝聚
概念蛋白质溶液中加浓无机盐溶
液，使蛋白质析出
蛋白质在某些条件作用下凝聚，
丧失生理活性
胶体中加入强电解质，不
同电荷的胶体或加热而使
之凝聚成大颗粒
对象高分子等(如蛋白质等) 高分子(如蛋白质) 带电的胶粒
变化条件浓无机盐溶液受热、紫外线、强酸、强碱、重
金属盐，某些有机物等
强电解质，不同电荷的胶
体，加热
变化实质物理变化(溶解度降低) 化学变化物理变化
变化过程可逆不可逆不可逆
用途分离，提纯杀菌，消毒等鉴别，分离等
二、蛋白质的鉴别方法：
鉴别蛋白质的依据主要有：
①有些蛋白质分子中有苯环存在，这样的蛋白质跟浓HNO3作用时呈黄色；
②蛋白质被灼烧时，有烧焦羽毛的气味（常以此来区别毛纺物和棉纺物）；
③一般多肽与蛋白质在分子量上有区别，当分子量小于10000时是多肽；当分子量大于
10000时是蛋白质。

【经典例题透析】
类型一：氨基酸的结构与性质
例题1、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结构简式为
D、可与NaOH溶液加热反应放出一种碱性气体
思路点拨：本题考查氨基酸的性质，氨基酸本身含有两种官能团，既能与碱反应又能与酸反应。

解析：由所给结构知，—NH2在—COOH的α位，A正确。

—NH2为碱性基团，而—COOH为酸性基团，B正确。

两分子半胱氨酸脱水的反应为
C不正确。

因
可电离产生NH4+，而+OH-NH3↑+H2O，故该分子与碱加热时会放出NH3。

【答案】C
总结升华：既能与强酸，又能与强碱反应的物质的总结：一般既能与稀H2SO4反应又能与氢氧化钠反应的有：
①单质：如Al，Zn；②两性氧化物：如A12O3，ZnO；③两性氢氧化物：如Al(OH)3，Zn(OH)2；
④弱酸的酸式盐：如NaHCO3，NaHSO3，NaHS；⑤弱酸的铵盐：如(NH4)2CO3，(NH4)2SO3，NH4HS；
⑥具有双官能团的有机物：如氨基酸，蛋白质，
例题2、下列说法不正确的是（）
A．麦芽糖及其水解产物均能发生银镜反应
B．用溴水即可鉴别苯酚溶液、2,4-已二烯和甲苯
C．在酸性条件下，CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH
D．用甘氨酸（H2N-CH2-COOH）和丙氨酸（）缩合最多可形成4种二肽
解析：麦芽糖属于还原性糖可发生银镜反应，麦芽糖的水解产物是葡萄糖，葡萄糖也属于还原性糖可发生银镜反应，A正确；苯酚和溴水反应生成白色沉淀，2,4-已二烯可以使溴水褪色，甲苯和溴水不反应，但甲苯可以萃取溴水中的溴，甲苯的密度比水的小，所以下层是水层，上层是橙红色的有机层，因此可以鉴别，B正确；酯类水解时，酯基中的碳氧单键断键，水中的羟基与碳氧双键结合形成羧基，所以CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3COOH 和C2H518OH，因此选项C不正确；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，成为成肽反应。

因此甘氨酸和丙氨酸混合缩合是既可以是自身缩合
（共有2种），也可是甘氨酸提供氨基，丙氨酸提供羧基，或者甘氨酸提供羧基，丙氨酸提供氨基，所以一共有4种二肽，即选项D正确。

【答案】C
举一反三：
【变式1】下列化合物中，既能跟稀硫酸反应，又能跟氢氧化钠反应的是
A、氨基乙酸
B、碳酸氢钠
C、氯化铝
D、苯酚钠
【答案】AB
解析：A1Cl3只能与碱反应而苯酚钠只能与酸反应。

【变式2】某期刊封面上有如右图所示的一个分子的球棍模
型图，图中“棍”代表单键或双键或三键。

不同颜色的球代表不
同元素的原子。

该模型图可代表一种（）
A、卤代羧酸
B、酯
C、氨基酸
D、醇钠
解析：球棍模型是中学应该熟悉的分子空间结构。

不同颜色的球代表不同元素的原子，而“棍”表示连接，可能是单键、双键或三键，根据不同原子所连价键数目不同确定原子。

观察模型可知，绿球和绿球相连，而且绿球还连接了其他球，可以初步推断，绿球代表碳原
子或氮原子。

再由5个白球都处于末端，它们分别都只跟一个球相连，可以推断，白球代表氢原子。

红球既可只连绿球，又可一端连绿球一端连白球（氢原子），可以推断为氧原子。

蓝球连了两个氢原子后再连在绿球上，而这个绿球已经连了3个球（至少4价），由此排除绿球是氮原子，确定是碳原子，可得蓝球是氮原子。

该模型代表甘氨酸（氨基乙酸）
【答案】C
类型二：蛋白质的结构与性质
例题3、下列叙述错误的是（）
A．乙烯和苯都能使溴水褪色，褪色的原因相同
B．淀粉、油脂、蛋白质都能水解，但水解产物不同
C．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
D．乙醇、乙酸、乙酸乙酯都能发生取代反应，乙酸乙酯中的少量乙酸可用饱和Na2CO3溶液除去
思路点拨:本题考查有机化学的相关知识，既有对烃及其衍生物性质的考查，又有对生活中常见营养物质糖类、油脂、蛋白质性质的考查。

解析：A项，乙烯与溴水发生加成反应，使溴水褪色，而苯不与溴水反应；B项，淀粉水解生成葡萄糖，油脂在酸性条件下水解生成高级脂肪酸和甘油，蛋白质水解生成氨基酸；C项，石油分馏可以得到石油气、汽油、柴油、煤油、重油等，其中石油气、汽油、柴油和煤油常用作燃料，钠与煤油不反应，且密度比煤油大，把钠保存在煤油中以隔绝空气；D项，乙醇和乙酸的酯化反应和乙酸乙酯的水解反应都是取代反应，乙酸乙酯不溶于水，与饱和Na2CO3溶液分层，乙酸与Na2CO3反应生成乙酸钠、水和二氧化碳。

【答案】A
总结升华：蛋白质是由α-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，在蛋白质分子中存在着氨基和羧基，因此跟氨基酸相似，蛋白质也是两性物质。

另外蛋白质本身还有一些独特的性质，如可发生水解反应、具有胶体的性质、加入电解质可产生盐析作用、蛋白质的变性、颜色反应、灼烧时可以产生烧焦羽毛的气味。

举一反三：
【变式3】欲将蛋白质从水中析出而又不改变它的性质应加入（）
A、甲醛溶液
B、饱和Na2SO4溶液
C、CuSO4溶液
D、浓硫酸
【答案】B。