資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
4.2《蛋白質》教學設計
課題 《蛋白質》 單元 第四章第二節 學科 化學 年級 高二
教材分析 《蛋白質》 選自人教版選擇性必修3 第四章 第二節。根據《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》，對本節內容要求如下。內容要求認識氨基酸的組成、結構特點和主要化學性質，知道氨基酸和蛋白質的關系，了解氨基酸、蛋白質與人體健康的關系；認識人工合成蛋白質的意義，體會化學科學在生命科學發展中所起的重要作用。學業要求能辨識蛋白質結構中的肽鍵，能說明蛋白質的基本結構特點，能判斷氨基酸的縮合產物、多肽的水解產物；能分析說明氨基酸、蛋白質與人體健康的關系。本節內容首先基于宏觀視角認識氨基酸的組成結構，再基于化學鍵視角來認識肽鍵和多肽的形成過程，進而顯化蛋白質的水解以及形成過程，進一步深化研究復雜有機物大分子結構的學習方法，結合近現代我國在人工合成牛胰島素方面的相關研究，增強文化自信。教材通過新冠病毒的結構引入課題后，首先介紹形成蛋白質的基礎物質氨基酸。考慮到學生已經學習了羧酸、胺和酰胺，教材在分析氨基酸的分類和結構特征后，給出幾種簡單必需氨基酸的結構簡式，讓學生在上一節的基礎上，分析和預測氨基酸可能的化學性質，進一步基于官能團來認識具有多個官能團的復雜有機化合物。氨基酸的兩性體現的是羧酸和胺的性質，學生不難理解。成肽反應實際上是氨基酸之間的縮合反應，其反應形式可以用酯化反應進行類比。通過成肽反應形成的多肽和蛋白質的一級結構，是蛋白質更高級結構及相關性質和功能的基礎。蛋白質的結構十分復雜，教材對蛋白質的結構進行了介紹，并輔以各級結構的示意圖進行說明。這樣的內容安排，就為教材接下來介紹蛋白質的性質時，讓學生從哪一級結構發生變化的角度進行分析奠定了基礎，便于學生更好地理解蛋白質的性質與用途。教材中的科學史話“人工合成結晶牛胰島素”，介紹我國科學家在蛋白質研究領域取得的成就，對學生進行愛國主義和科學精神教育。教材圖4-14給出了真實的科研論文片段，讓學生直觀感受到科研成果的呈現形式，并通過其中的署名和單位讓學生了解科學研究中的團隊協作精神，拉近了學生與科技前沿之間的距離，有助于激發學生的學習熱情。
學習目標 1. 通過結構分析認識氨基酸的組成、結構特點和主要化學性質，知道氨基酸多肽和蛋白質之間的關系。能判斷氨基酸的縮合產物和多肽的水解產物，從分子水平上認識氨基酸的組成、結構和性質，進一步深化“結構決定性質”的學科觀念。2. 認識蛋白質的組成和性質特點，能辨識蛋白質結構中的肽鍵，能說明蛋白質的基本結構特點，能分析氨基酸、蛋白質與人體健康的關系，從微觀和宏觀相結合的視角認識蛋白質的結構與性質。3. 認識蛋白質空間結構的復雜性和種類的多樣性，了解酶催化反應的特點，認識人工合成多肽和蛋白質的意義，體會化學科學在生命科學發展中所起的重要作用。
重點 氨基酸和蛋白質的結構特點與主要性質
難點 氨基酸、多肽和蛋白質直接的相互轉化關系
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 【情景創設】新型肺炎的兇手——冠狀病毒， 有自己的核酸和蛋白質。它進入人體后，借助人體內的原料合成病毒。當我們人體發病時，就是它的蛋白質對我們起了作用。 閱讀教材，書寫氨基酸的結構簡式。 認識蛋白質，體會化學科學在生命科學發展中所起的重要作用。
講授新課 【總結歸納】一、氨基酸定義：羧酸分子里烴基上的氫原子被氨基取代后的生成物叫氨基酸。天然蛋白質的氨基酸主要是α-氨基酸，即氨基在羧基的α碳上。注意：除甘氨酸外，一般α 氨基酸中含手性碳原子，是手性分子，具有對映異構體。練習1. 請判斷下面氨基酸是否含有手性碳原子？如果有請用*標記出。物理性質天然氨基酸均為無色晶體、熔點較高，多在200-300℃熔化分解。一般能溶于水，難溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。3. 氨基酸的分類組成蛋白質的氨基酸有必需和非必需之分。必需氨基酸是人體生長發育和維持氮元素穩定所必需的，人體不能合成，只能從食物中補給，共有8種；非必需氨基酸可以在人體中利用氮元素合成，不需要由食物提供，有12種。【思考與談論】通過α-氨基酸的結構預測其化學性質。【重點突出】氨基酸的化學性質（1）氨基酸的兩性 堿性基團 —NH2 酸性基團 —COOH ①與鹽酸的反應②與氫氧化鈉反應（2）成肽反應(取代反應)兩個氨基酸分子在一定條件下，通過氨基和羧基間縮合脫去水形成含有肽鍵的化合物。注意：由于肽中仍含有-NH2和-COOH，肽也有兩性。多種氨基酸分子按不同的排列順序以肽鍵相互結合，可以形成千百萬種具有不同的理化性質和生理活性的多肽鏈。相對分子量在10000以上的，并具有一定空間結構的多肽，稱為蛋白質。【過渡】蛋白質和多肽有什么區別呢？究竟是什么樣的結構決定著蛋白質具有豐富的生理功能呢？【重點歸納】蛋白質1. 定義：蛋白質是由多種氨基酸通過肽鍵等相互連接形成的一類生物大分子，蛋白質屬于天然有機高分子化合物。2. 組成：蛋白質由C、H、O、N、S等元素組成，有些蛋白質含有P、Fe、Cu、Zn、Mn等。3. 存在：蛋白質主要存在于生物體內，如肌肉、毛發、皮膚、角、酶、抗體、病毒等；在植物中也很豐富，如大豆、花生、谷物。4.蛋白質的結構(1)蛋白質的一級結構蛋白質分子中氨基酸單體的排列順序稱為蛋白質的一級結構。一級結構是蛋白質高級結構的基礎，對蛋白質的性質和功能起著決定性作用。(2)二級結構肽鍵中的氧原子與氫原子之間存在氫鍵，會使肽鏈盤繞或折疊成特定的空間結構，形成蛋白質的二級結構。(3)蛋白質的三級結構 肽鏈在二級結構基礎上還會進一步盤曲折疊，形成更復雜的三級結構。(4)四級結構 多個具有特定三級結構的多肽鏈通過非共價鍵相互作用(如氫鍵等)排列組裝，形成蛋白質的四級結構。5. 蛋白質的性質（1）兩性 蛋白質是兩性分子，既能與酸反應，又能與堿反應。 蛋白質的多肽是由多個氨基酸縮合形成的，在多肽鏈的兩端必然存在著自由的氨基與羧基，同時側鏈中也往往存在酸性或堿性基團。蛋白質與氨基酸類似，也是兩性分子，既能與酸反應，又能與堿反應。 （2）水解 蛋白質在酸、堿或酶的作用下,水解生成相對分子質量較小的多肽化合物,最終水解得到氨基酸。天然蛋白質水解的最終產物都是α-氨基酸。鹽析 當向蛋白質溶液中加入的鹽溶液達到一定濃度時，反而使蛋白質的溶解度降低而從溶液中析出，這種作用稱為鹽析。蛋白質的鹽析是一個可逆過程，鹽析出的蛋白質稀釋后仍能溶解，且不影響蛋白質的活性。變性在某些物理或化學因素的影響下，蛋白質的性質和生理功能發生改變的現象。蛋白質變性是不可逆的！！！【交流與討論】 (1)因誤服鉛、汞等重金屬鹽中毒的患者在急救時為什么可口服牛奶、蛋清或豆漿？ (2)為什么紫外線可用于環境和物品消毒， 放射線可用于醫療器械滅菌？【歸納總結】蛋白質鹽析和變性的不同點顯色反應(6) 燃燒產生燒焦羽毛的氣味可用于鑒別羊毛制品和纖維制品【延伸拓展】松花蛋的腌制原理【介紹】三、酶一類由細胞產生的、對生物體內的化學反應具有催化作用的有機物，其中絕大多數是蛋白質。酶的催化作用具有的特點：(1) 條件溫和、不需加熱。(2) 具有高度的專一性。 (3) 具有高效的催化作用。 總結氨基酸結構的特點。聆聽，標注手性碳原子，結合氨基酸的官能團預測α-氨基酸可能擁有的化學性質。結合生物知識認識氨基酸的脫水縮合過程。對比兩者的結構分析預測。記錄總結。分析相應物質的轉化。閱讀課本，認識蛋白質的四級結構。書寫相應的化學方程式。觀看演示實驗，交流討論。聆聽記錄、交流討論。類比遷移，認識酶。 辨識氨基酸的結構簡式，歸納氨基酸的結構特點。認識常見的氨基酸及相關概念。結合氨基酸的結構特點認識其主要性質，體現結構覺得性質的學科觀念。引導學生進一步認識多肽的形成過程，理解從氨基酸到多肽，再到蛋白質一級結構的逐步反應過程，知道氨基酸、多肽與蛋白質的關系。同時也幫助學生認識到多肽和蛋白質結構中仍然存在氨基和羧基，因此也具有兩性。 完善有機物轉化的系統認識，夯實有機化學學習基礎。結合圖片，深入認識蛋白質的結構。運用結構決定性質，學以致用。引導學生思考蛋白質的鹽析和變性相關內容，并結合介紹生活中可以做的科學小實驗，激發學生對化學實驗的興趣。。深入認識蛋白質的化學性質，能夠從分子結構的層面解釋醫療、生產和生活中一些與蛋白質性質相關的現象和做法。結合大多數酶是蛋白質的特點，讓學生理解酶催化反應條件溫和的特點。
課堂練習 【情境素材】中國人工合成結晶牛胰島素練習1. 我國科學家制得的結晶牛胰島素的結構及物理、化學性質與天然牛胰島素完全一致，生物活性也十分接近。下列關于我國科學家合成牛胰島素的猜測正確的是：A.可能使用了催化劑B.可利用核磁共振氫譜檢驗產物中的二硫鍵C.為加快反應速率，可在較高溫度下進行D.為增大氨基酸的溶解度，可利用乙醇作溶劑練習2. 結晶牛胰島素完全水解的產物中有酪氨酸和賴氨酸。請寫出下列反應的化學方程式： 回答問題 中國人工合成結晶牛胰島素為試題的情境素材，感受我國在人工合成結蛋白質方面的重大成就。檢測、鞏固課堂所學知識。
課堂小結
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第二節 蛋白質
人教版選擇性必修三 第四章 生物大分子
教學目標
1. 通過結構分析認識氨基酸的組成、結構特點和主要化學性質，知道氨基酸多肽和蛋白質之間的關系。能判斷氨基酸的縮合產物和多肽的水解產物，從分子水平上認識氨基酸的組成、結構和性質，進一步深化“結構決定性質”的學科觀念。
2. 認識蛋白質的組成和性質特點，能辨識蛋白質結構中的肽鍵，能說明蛋白質的基本結構特點，能分析氨基酸、蛋白質與人體健康的關系，從微觀和宏觀相結合的視角認識蛋白質的結構與性質。
3. 認識蛋白質空間結構的復雜性和種類的多樣性，了解酶催化反應的特點，認識人工合成多肽和蛋白質的意義，體會化學科學在生命科學發展中所起的重要作用。
新知導入
新型肺炎的兇手——冠狀病毒， 有自己的核酸和蛋白質。它進入人體后，借助人體內的原料合成病毒。當我們人體發病時，就是它的蛋白質對我們起了作用。
新型冠狀病毒
變異后的新型冠狀病毒
病毒的基本結構有
核心(核酸)和衣殼(蛋白或脂蛋白)。
新知講解
一、氨基酸
1. 定義
羧酸分子里烴基上的氫原子被氨基取代后的生成物叫氨基酸。
R—CH—COOH
NH2
羧基
氨基
R CH COOH
NH2
注意：除甘氨酸外，一般α 氨基酸中含手性碳原子，是手性分子，
具有對映異構體。
ɑ
天然蛋白質的氨基酸主要是α-氨基酸，即氨基在羧基的α碳上。
新知講解
俗名 結構簡式 系統命名
甘氨酸 H2N—CH2COOH 氨基乙酸
丙氨酸 2-氨基丙酸
谷氨酸 2-氨基戊二酸
苯丙氨酸 α-氨基苯丙酸
半胱氨酸 2-氨基-3-巰基丙酸
*
*
練習1. 請判斷下面氨基酸是否含有手性碳原子？如果有請用*標記出。
*
*
HS CH2 CH COOH
NH2
新知講解
2. 物理性質
天然氨基酸均為無色晶體、熔點較高，多在200-300℃熔化分解。一般能溶于水，難溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。
組成蛋白質的氨基酸有必需和非必需之分。必需氨基酸是人體生長發育和維持氮元素穩定所必需的，人體不能合成，只能從食物中補給，共有8種；非必需氨基酸可以在人體中利用氮元素合成，不需要由食物提供，有12種。
3. 氨基酸的分類
通過α-氨基酸的結構預測其化學性質。
R CH COOH
NH2
新知講解
4. 氨基酸的化學性質
（1）氨基酸的兩性
堿性基團 —NH2 酸性基團 —COOH
②與氫氧化鈉反應
①與鹽酸的反應
R CH COOH
NH2
+ HCl
R CH COOH
NH3Cl
R CH COOH
NH2
+ NaOH
R CH COONa + H2O
NH2
新知講解
兩個氨基酸分子在一定條件下，通過氨基和羧基間縮合脫去水形成含有肽鍵的化合物。
（2）成肽反應(取代反應)
氨基酸
氨基酸
二肽
肽鍵
注意：由于肽中仍含有-NH2和-COOH，肽也有兩性。
H2N－CH－C－N－ CH－C－N－ CHCOOH
R
R′
O
H
O
R″
H
三肽
新知講解
多種氨基酸分子按不同的排列順序以肽鍵相互結合，可以形成千百萬種具有不同的理化性質和生理活性的多肽鏈。相對分子量在10000以上的，并具有一定空間結構的多肽，稱為蛋白質。
蛋白質和多肽有什么區別呢？
究竟是什么樣的結構決定著蛋白質具有豐富的生理功能呢？
新知講解
二、蛋白質
1. 定義：蛋白質是由多種氨基酸通過肽鍵等相互連接形成的一類生物大分子，蛋白質屬于天然有機高分子化合物。
2. 組成：蛋白質由C、H、O、N、S等元素組成，有些蛋白質含有P、Fe、 Cu、Zn、Mn等。
3. 存在：蛋白質主要存在于生物體內，如肌肉、毛發、皮膚、角、酶、
抗體、病毒等；在植物中也很豐富，如大豆、花生、谷物。
新知講解
氨基酸
肽鏈
脫水縮合
蛋白質
多條
肽鏈
空間結構肽鏈
盤曲折疊
一級結構
二級結構
三級結構
四級結構
結構多樣性
功能多樣性
蛋白質的生物活性首先取決于蛋白質的一級結構。
肽鍵中的氧原子與氫原子之間存在氫鍵
新知講解
4. 蛋白質的結構
種類、數目及排列順序
特定的空間結構
多肽鏈的氨基酸
蛋白質的結構
各種蛋白質都有其特殊功能和活性
一級結構
二級結構
三級結構
四級結構
新知講解
(1)蛋白質的一級結構
蛋白質分子中氨基酸單體的排列順序稱為蛋白質的一級結構。一級結
構是蛋白質高級結構的基礎，對蛋白質的性質和功能起著決定性作用。
新知講解
(2)二級結構
肽鍵中的氧原子與氫原子之間存在氫鍵，會使肽鏈盤繞或折疊成特定的空間結構，形成蛋白質的二級結構。
新知講解
(3)蛋白質的三級結構
肽鏈在二級結構基礎上還會進一步盤曲折疊，形成更復雜的三級結構。
新知講解
(4)四級結構
多個具有特定三級結構的多肽鏈通過非共價鍵相互作用(如氫鍵等)排列組裝，形成蛋白質的四級結構。
新知講解
5. 蛋白質的性質
（1）兩性 蛋白質是兩性分子，既能與酸反應，又能與堿反應。
蛋白質的多肽是由多個氨基酸縮合形成的，在多肽鏈的兩端必然存在著自由的氨基與羧基，同時側鏈中也往往存在酸性或堿性基團。
蛋白質與氨基酸類似，也是兩性分子，既能與酸反應，又能與堿反應。
新知講解
(2) 水解
蛋白質在酸、堿或酶的作用下,水解生成相對分子質量較小的多肽化合物,最終水解得到氨基酸。天然蛋白質水解的最終產物都是α-氨基酸。
O
H
H—N—CH2—C—
O
H
—N—CH2—C—OH
結構中含有肽鍵
新知講解
新知講解
（3）鹽析
當向蛋白質溶液中加入的鹽溶液達到一定濃度時，反而使蛋白質的溶解度降低而從溶液中析出，這種作用稱為鹽析。
操作 現象 結論
在試管中加入2mL飽和(NH4)2SO4溶液，向其中加入幾滴雞蛋清溶液，振蕩，觀察現象。再繼續加入蒸餾水振蕩，觀察現象。
試管內先產生白色沉淀，加入蒸餾水后沉淀溶解。
蛋白質
溶液
飽和（NH4)2SO4 、Na2SO4
NaCl 等無機鹽
水
沉淀
蛋白質的鹽析是一個可逆過程，鹽析出的蛋白質稀釋后仍能溶解，且不影響蛋白質的活性。
新知講解
（4）變性
操作 現象 結論
在三支試管中各加入2mL雞蛋清溶液，將一支試管加熱，向另兩攴試管中分別加入硝酸銀溶液和乙醇，觀察現象。再向試管中加入蒸餾水，觀察產生的沉淀能否溶解。
三支試管內均產生白色沉淀，加入蒸餾水后沉淀不溶解
加熱 、外加硝酸銀和乙醇都可以使蛋白質變性。
蛋白質變性是不可逆的！！！
在某些物理或化學因素的影響下，蛋白質的性質和生理功能發生改變的現象。
高溫使蛋白質的空間結構變得伸展、松散
新知講解
利用紫外線為病房和圖書消毒
(2)為什么紫外線可用于環境和物品消毒，
放射線可用于醫療器械滅菌？
課本113頁 思考與交流：
(1)因誤服鉛、汞等重金屬鹽中毒的患者在急救時為什么可口服牛奶、蛋清或豆漿？
重金屬鹽與牛奶 蛋清或豆漿中的蛋白質發生變性作用從而減輕重金屬對人體的危害。
紫外線和放射線可以使細菌和病毒中的蛋白質發生變性而使其死亡。
新知講解
課堂總結
鹽析 變性
變化條件
變化實質
變化過程
用途
蛋白質鹽析和變性的不同點
濃的鈉 鉀 銨鹽等輕金屬鹽。
銅 鉛 汞 銀 鋇等重金屬鹽、 受熱、紫外線、強酸、強堿、某些有機物
物理變化(溶解度降低)
化學變化(蛋白質性質改變)
可逆
不可逆
分離、提純蛋白質
殺菌、消毒
新知講解
（5）顯色反應
可用于鑒別羊毛制品和纖維制品
(6) 燃燒產生燒焦羽毛的氣味
可用于蛋白質的分析檢測
濃硝酸
—雞蛋清溶液
振蕩
白色沉淀
加熱
沉淀變黃色
蛋白質變性
蛋白質苯環上硝化反應
延伸拓展
松花蛋的腌制原理
松花蛋
灰料成分：純堿、氯化鈉、生石灰、草木灰
生石灰：CaO + H2O = Ca(OH)2
碳酸鈉：Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3
草木灰： K2CO3 + Ca(OH)2 = 2KOH + CaCO3
新知講解
三、酶
一類由細胞產生的、對生物體內的化學反應具有催化作用的有機物，其中絕大多數是蛋白質。
用途：
淀粉酶：用于食品、發酵、紡織、制藥等工業；
蛋白酶：用于醫藥、制革等工業。
脂肪酶：用于脂肪水解、羊毛脫脂等；
(1) 條件溫和、不需加熱。
(2) 具有高度的專一性。
(3) 具有高效的催化作用。
酶的催化作用具有的特點：
課堂練習
為紀念人工全合成結晶牛胰島素50周年，中國郵政2015年9月17日發行紀念郵票。
1966年12月24日《人民日報》
頭版頭條
人工合成結晶牛胰島素
課堂練習
練習1. 我國科學家制得的結晶牛胰島素的結構及物理、化學性質與天然牛胰島素完全一致，生物活性也十分接近。下列關于我國科學家合成牛胰島素的猜測正確的是：
A.可能使用了催化劑
B.可利用核磁共振氫譜檢驗產物中的二硫鍵
C.為加快反應速率，可在較高溫度下進行
D.為增大氨基酸的溶解度，可利用乙醇作溶劑
A
【解析】人體內氨基酸和蛋白質的互相轉化都需要催化劑的參與。核磁共振氫譜可以檢測分子中有幾種不同類型的氫原子，而不是二硫鍵，B選項錯誤。
結晶牛胰島素是蛋白質，溫度過高會發生變性，C選項錯誤。
氨基酸不溶于酒精，D選項錯誤。
課堂練習
練習2. 結晶牛胰島素完全水解的產物中有酪氨酸和賴氨酸。請寫出下列反應的化學方程式：
（1）酪氨酸( )與足量NaOH溶液反應
（2）賴氨酸( ) 與足量鹽酸反應
課堂總結
氨基酸
肽
蛋白質
縮合
水解
縮合
水解
氨基
羧基
兩性
變性
鹽析
顯色反應
謝謝
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