資源簡介

4.2　蛋白質
【學習目標】
1.了解氨基酸的組成、結構特點和主要化學性質。
2.明確蛋白質的官能團(肽鍵)、氨基、羧基的性質。
3.掌握蛋白質的特征反應,如變性、顯色反應,燒焦的氣味。
4.了解蛋白質在生命活動中的重要應用。
【自主預習】
1.氨基酸的結構與性質
(1)組成和結構
氨基酸可看作是羧酸分子中烴基上的氫原子被　　　　取代后的產物,因此氨基酸分子中含有氨基和　　　　兩種官能團。組成蛋白質的氨基酸幾乎都是α-氨基酸,其通式可寫為RCH(NH2)COOH。
(2)性質
①物理性質
溶劑 水 強酸或強堿 乙醇、乙醚
溶解性 大多數　　　溶 　　　溶 　　　溶
②化學性質
2.蛋白質的組成和結構
(1)組成元素:蛋白質中主要含有　　　　　　　　等元素,屬于天然有機　　　　化合物。
(2)四級結構
3.蛋白質的性質
(1)兩性
在多肽鏈的兩端存在著　　　　和　　　　,因此蛋白質既能與堿反應又能與酸反應。
(2)水解
水解過程 蛋白質多肽　　　
斷鍵方式 肽鍵中的　　　　鍵斷裂
(3)鹽析
①概念:向蛋白質溶液中加入的鹽溶液[如Na2SO4、(NH4)2SO4、MgSO4等]達到一定濃度時,可以使蛋白質的溶解度　　　　而從溶液中　　　　的現象。
②結果:鹽析只改變了蛋白質的　　　　而沒有改變它們的　　　　　　,是　　　　　　的過程。
③應用:常用于　　　　　　蛋白質。
(4)變性
①概念:在某些物理因素或化學因素的影響下,蛋白質的　　　　　　和　　　　　　發生改變的現象。
②影響因素
物理因素 加熱、加壓、攪拌、振蕩、紫外線照射、X射線等
化學因素 強酸、強堿、　　　　、乙醇、丙酮、甲醛、苯酚、三氯乙酸等
③結果:變性會引起蛋白質結構上的改變,是　　　　　過程。
(5)顯色反應
分子中含有　　　　的蛋白質跟濃硝酸作用時呈　　　　色。一般天然蛋白質都含有　　　　,常用此性質來鑒別蛋白質。
(6)蛋白質灼燒有　　　　　　的氣味,也可以用此性質鑒別蛋白質。
4.酶
(1)概念:酶是一類由細胞產生的、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　　　　。
(2)酶的催化作用具有以下特點:①　　　　　　　;②具有　　　　　　　;③具有　　　　　　　　　。
【答案】
1.(1)氨基　羧基　(2)①能　能　難
②H2NCH2COOH+HCl
H2NCH2COOH+NaOH
+H2O
2.(1)C、H、N、O、S　高分子
3.(1)羧基　氨基　(2)氨基酸　C—N
(3)①降低　析出　②溶解度　生理活性　可逆
③分離提純　(4)①理化性質　生理功能　②重金屬鹽　③不可逆　(5)苯環　黃　苯環　(6)類似燒焦羽毛
4.(1)蛋白質　(2)①條件溫和,不需加熱
②高度的專一性　③高效的催化作用
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)氨基酸、淀粉都屬于高分子化合物。 (　　)
(2)天然的氨基酸都是晶體,一般能溶于水。 (　　)
(3)氨基酸都不能發生水解反應。 (　　)
(4)氨基酸是兩性化合物,能與酸、堿反應生成鹽。 (　　)
(5)蠶絲、羊毛的主要成分都是蛋白質。 (　　)
(6)糖類和蛋白質都是人體重要的營養物質。 (　　)
(7)氨基酸和蛋白質遇重金屬離子均會變性。 (　　)
(8)蛋白質水解的最終產物是氨基酸。 (　　)
(9)氨基酸和蛋白質分子中均含—COOH和—NH2。 (　　)
(10)重金屬鹽能使蛋白質凝結。 (　　)
(11)高溫或日常用的消毒劑可使病毒蛋白質變性。 (　　)
(12)棉花、羊毛、木材和草類的主要成分都是纖維素。(　　)
(13)誤食重金屬鹽引起人體中毒,可喝大量的食鹽水解毒。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√ (7)×　(8)√　(9)√　(10)√　(11)√　(12)×　(13)×
2.在臨床上如何解救誤服重金屬鹽的病人
【答案】可讓患者服用大量的生雞蛋、牛奶或豆漿,這是因為生雞蛋、牛奶和豆漿中含有的豐富蛋白質可與重金屬鹽反應,起到解毒作用。
3.兩種不同的氨基酸形成的二肽最多有幾種
【答案】4種。
4.如何鑒別蛋白質 如何分離提純蛋白質
【答案】鑒別蛋白質的主要依據:含苯環的蛋白質與濃硝酸作用時呈現黃色;蛋白質灼燒時有類似燒焦羽毛的氣味(常以此來區別毛紡物、棉紡物和合成纖維等)。常用鹽析來分離提純蛋白質。
【合作探究】
任務1　氨基酸
情境導入　味精是調味料的一種,其主要作用是增加食品的鮮味。味精是以糧食為原料經發酵提純的谷氨酸鈉晶體。我國自1965年以來已全部采用糖質或淀粉原料生產谷氨酸,然后經等電點結晶沉淀、離子交換或鋅鹽法精制等方法提取谷氨酸,再經脫色、脫鐵、蒸發、結晶等工序制成谷氨酸鈉晶體。
問題生成
1.氨基酸()中含有什么官能團 具有什么性質
【答案】氨基(—NH2)、羧基(—COOH),具有堿性和酸性。
2.氨基酸的成肽反應有什么斷鍵規律
【答案】羧基脫去羥基,氨基脫去氫原子。
3.二肽是由幾個氨基酸分子形成的 多肽分子和其所含的肽鍵數目有什么關系
【答案】二肽是由2個氨基酸分子形成的。n個氨基酸分子脫去(n-1)個水分子,形成n肽,其中含有(n-1)個肽鍵。
【核心歸納】
1.常見的氨基酸
俗名 結構簡式 系統命名
甘氨酸 H2N—CH2—COOH 氨基乙酸
丙氨酸 2-氨基丙酸
苯丙氨酸 2-氨基-3-苯基丙酸
谷氨酸 2-氨基戊二酸
半胱氨酸 2-氨基-3-巰基丙酸
2.氨基酸的化學性質
(1)兩性
氨基酸分子中含有的羧基是酸性基團,含有的氨基是堿性基團,因此氨基酸是兩性化合物,能與堿、酸反應生成鹽。
①與鹽酸的反應
+HCl;
②與氫氧化鈉的反應
+NaOH+H2O。
(2)成肽反應
兩個氨基酸分子(可以相同,也可以不同)在一定條件下,通過氨基與羧基間縮合脫去水,形成含有肽鍵()的化合物,發生成肽反應。
例如:
OH+H
氨基酸縮合的反應規律:
a.兩分子間縮合
++H2O。
b.分子間或分子內縮合成環
+2H2O,
+H2O。
【典型例題】
【例1】根據雜志報道,美國的科學家發現半胱氨酸能增強艾滋病病毒感染者的免疫力,對控制艾滋病病毒的蔓延有奇效。已知半胱氨酸的結構簡式為,則下列說法錯誤的是(　　)。
A.半胱氨酸屬于α-氨基酸
B.半胱氨酸既能跟強酸反應又能跟強堿反應
C.半胱氨酸不能與NaOH溶液反應放出堿性氣體
D.兩分子半胱氨酸脫水形成的二肽結構簡式為
【答案】D
【解析】A項,半胱氨酸可以看作是HSCH2CH2COOH中α位的碳原子上的氫原子被氨基取代的產物,是α-氨基酸,正確;B項,半胱氨酸既含有羧基又含有氨基,既能跟強堿反應又能跟強酸反應,正確;C項,半胱氨酸與NaOH溶液反應只能生成半胱氨酸鈉,不能生成氨氣,正確;D項,兩分子半胱氨酸脫水形成的二肽的結構簡式應為,錯誤。
【例2】某種甜味劑A的甜度是蔗糖的200倍,由于它熱值低、口感好、副作用小,在許多國家已被廣泛使用。A的結構簡式為
已知:①在一定條件下,羧酸酯或羧酸與含—NH2的化合物反應可以生成酰胺。
+R″—NH2+R'—OH
+R″—NH2+H2O
②酯比酰胺更容易水解。
請回答下列問題:
(1)在稀酸條件下加熱,化合物A首先生成的水解產物是　　　　　　　　　　　　　。
(2)在較濃酸和長時間加熱的條件下,化合物A最終水解的產物是　。
(3)化合物A分子內的官能團之間也可以發生反應,再生成一個酰胺鍵,產物是甲醇和　　　　　　　　　　　　　　(填結構簡式)。
【答案】(1)CH3OH、
(2)、、CH3OH
(3)
【解析】(1)酯比酰胺容易水解,故化合物A在稀酸條件下加熱水解時,酯基中C—O斷裂,與—OH結合形成,CH3O—與—H結合形成CH3OH,故水解產物為CH3OH和。(2)在較濃酸和長時間加熱條件下,化合物A水解時,肽鍵中C—N斷裂,與—OH結合形成,—NH—與—H結合形成—NH2;酯基中C—O斷裂,與—OH結合形成,CH3O—與—H結合形成CH3OH,故水解產物為、和CH3OH。(3)根據信息①,化合物A分子內的酯基和氨基可以形成一個酰胺鍵,最終形成六元環。
任務2　蛋白質
情境導入　從最簡單的病毒、細菌等微生物直至人類,生物體內的絕大多數生命過程都與蛋白質密切相關,可以說沒有蛋白質就沒有生命。
問題生成
1.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
【答案】原理都是利用紫外線或放射線使蛋白質變性,從而使細菌死亡。
2.蛋白質為什么既能與酸反應,又能與堿反應
【答案】蛋白質的多肽由氨基酸脫水形成,在多肽鏈的兩端存在著自由的氨基和羧基,側鏈中也有酸性或堿性基團。
3.能否用BaCO3作為鋇餐試劑 解釋原因。
【答案】不能。BaCO3+2HClBaCl2+CO2↑+H2O,BaCl2為可溶于胃酸的重金屬鹽,易使蛋白質變性。
4.使用酶作催化劑時,反應溫度能不能過高 原因是什么
【答案】不能。原因是高溫下蛋白質變性,酶失去催化活性。
【實驗探究】
1.蛋白質的鹽析實驗
實驗操作 實驗現象 實驗結論
實驗現象:加入幾滴雞蛋清溶液,試管內　　　　,加蒸餾水后沉淀　　　　 結論:少量的鹽[如(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl等]能　　　蛋白質溶解,但當鹽溶液濃度較大時,則會使蛋白質的溶解度　　　　而從溶液中　　　　,這種作用稱為　　　　。 蛋白質的鹽析是一個　　　　過程,采用　　　　　和　　　　　可分離提純蛋白質
　　【答案】產生沉淀　溶解　促進　降低　析出　鹽析　可逆　多次鹽析　溶解
2.蛋白質的變性實驗
實驗操作 實驗現象 實驗結論
三支試管內均　　　;加入蒸餾水后沉淀　　　　 蛋白質的變性是一個　　　過程,變性后的蛋白質在水中不溶解,同時也會失去原有的生理活性
　　【答案】產生沉淀　不溶解　不可逆
3.蛋白質的顯色反應實驗
實驗操作 實驗現象 應用
加入濃硝酸后產生　　　　,加熱后　　　　 檢驗含　　　的蛋白質
　　【答案】白色沉淀　沉淀變黃　苯環
【核心歸納】
1.蛋白質的六大性質
兩性,水解,鹽析,變性,顯色,灼燒時有類似燒焦羽毛氣味。
2.蛋白質的水解
在酸、堿或酶的作用下,肽鍵斷裂,碳原子連接羥基,氮原子連接氫原子。
肽鍵水解原理示意圖如下:
3.滲析、鹽析和變性的比較
滲析 鹽析 變性
含義 利用半透膜分離膠體粒子與小分子和離子 加入無機鹽溶液使蛋白質的溶解度降低而析出 一定條件下,使蛋白質凝聚而失去原有的生理活性
條件 半透膜、水 較濃的輕金屬鹽或銨鹽溶液,如(NH4)2SO4、Na2SO4溶液等 加熱、紫外線、放射線、重金屬鹽、強酸、強堿、甲醛、乙醇等
實質 物理變化 物理變化 化學變化
特點 可逆,需多次換水 可逆,蛋白質仍保持原有的生理活性 不可逆,蛋白質失去原有的生理活性
用途 除雜,如除去蛋白質溶液(屬于膠體)中的雜質離子等 分離、提純蛋白質 消毒、滅菌,如給果樹使用波爾多液、保存動物標本等
微點撥
(1)常用鹽析法來分離和提純蛋白質,因為鹽析是可逆的。在蛋白質溶液中加入某些鹽,當鹽達到一定濃度時,蛋白質的溶解度降低而從溶液中析出,析出的蛋白質又能溶于水中,并不影響它的活性。
(2)對于蛋白質溶液(屬于膠體),可用滲析法除去其中的雜質離子,因為蛋白質屬于高分子化合物,不能通過半透膜,而離子可以通過。將蛋白質溶液裝入半透膜袋內,置于流動的蒸餾水中即可。
【典型例題】
【例3】由下列結構片段組成的蛋白質在胃液中水解,能夠產生的氨基酸是(　　)。
A.
B.H2N—CH2—CH2—COOH
C.
D.
【答案】D
【解析】該結構片段產生的氨基酸有CH3CH(NH2)COOH、H2NCH2COOH、HSCH2CH(NH2)COOH,故D項符合題意。
【例4】某人工合成的多肽具有如下結構:
試回答下列問題:
(1)若n=3,則該化合物為　　　　(填漢字)肽。
(2)若n=200,則該化合物的一個分子水解時所需水分子的數目為　　　　。
(3)該化合物水解可以得到的單體有　　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　(寫結構簡式)。
【答案】(1)九
(2)599
(3)H2N—CH2—COOH　　
【效果檢測】
【靈犀一點】　有關蛋白質的計算規律
假設氨基酸的平均相對分子質量為a,由n個氨基酸分別形成1條鏈狀多肽或m條鏈狀多肽:
形成 肽鏈數 形成 肽鍵數 脫去 水分子數 蛋白質相對 分子質量
1 n-1 n-1 na-18(n-1)
m n-m n-m na-18(n-m)
【隨堂檢測】
1.市場上有一種加酶洗衣粉,即在洗衣粉中加入少量的堿性蛋白酶,其催化活性很強,衣服上的汗漬、油漬、血跡及人體排出的蛋白質遇到這種堿性蛋白酶,皆能水解而除去。下列衣料不能用加酶洗衣粉洗滌的是(　　)。
①棉織品　②羊毛織品　③腈綸織品　④蠶絲織品　⑤滌綸織品　⑥錦綸織品
A.①②③ B.②④
C.③④⑤ D.③⑤⑥
【答案】B
【解析】堿性蛋白酶能使蛋白質水解,而羊毛織品和蠶絲織品的主要成分均屬于蛋白質,因此不能用加酶洗衣粉洗滌。
2.下列對氨基酸和蛋白質的描述正確的是(　　)。
A.蛋白質水解的最終產物是氨基酸
B.氨基酸和蛋白質遇重金屬離子均會變性
C.α-氨基丙酸與α-氨基苯丙酸混合物脫水成肽,只生成2種二肽
D.氨基酸溶于過量氫氧化鈉溶液中生成的離子,在電場作用下向負極移動
【答案】A
【解析】蛋白質遇重金屬離子會變性,氨基酸則不會,B項錯誤;α-氨基丙酸和α-氨基苯丙酸均自身脫水生成二肽,有2種,二者兩兩脫水生成二肽有2種,共4種二肽,C項錯誤;氨基酸中—COOH和NaOH反應生成羧酸根離子,帶負電荷,陰離子在電場作用下向正極移動,D項錯誤。
3.(1)蛋白質溶液中含有氯離子,有人用滴加AgNO3溶液再過濾的方法除去氯離子,這種做法是錯誤的。理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)某有機高分子化合物的結構簡式可表示為。寫出其完全水解后所得產物的結構簡式:
　　　　　　　　　。
【答案】(1)Ag+能使蛋白質變性凝結而無法與AgCl沉淀分離,且變性是不可逆過程
(2)、
　　【解析】(1)AgNO3為可溶性重金屬鹽,會使蛋白質變性而成為沉淀,很難與AgCl沉淀分離,且變性是不可逆過程。
(2)將中的C—N斷開,加—OH,—NH—加—H,即可得到相應的氨基酸。
4.(1)從雞蛋白的溶液中提取蛋白質的方法有　　　　和　　　　　　　　。
(2)雞蛋腐敗時,常聞到刺激性氣味,該有刺激性氣味的氣體主要是　　　　,說明雞蛋中的蛋白質含有　　　　元素。
(3)濃硝酸濺到皮膚上,使皮膚呈　　　　色,這是由于濃硝酸和蛋白質發生了　　　　反應。
(4)現有淀粉和蛋白質膠體的混合液,要把蛋白質和淀粉分離開,可進行的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;要檢驗其中蛋白質的存在,可取混合液少許,向其中加入1 mL　　　　,加熱至沸騰,溶液中生成　　　　,說明有蛋白質存在。
【答案】(1)鹽析　滲析
(2)H2S　硫
(3)黃　顯色
(4)向溶液中加入適量飽和(NH4)2SO4或Na2SO4溶液,使蛋白質鹽析變成沉淀,過濾,分離出蛋白質　濃硝酸　黃色沉淀
【解析】(1)鹽析和滲析的方法都可以提純蛋白質。
(2)蛋白質中含有硫元素,腐敗時會產生H2S氣體。
(3)含苯環的蛋白質分子遇到濃硝酸會變黃色。
5.(2022·浙江卷)下列說法不正確的是(　　)。
A.油脂屬于高分子化合物,可用于制造肥皂和油漆
B.福爾馬林能使蛋白質變性,可用于浸制動物標本
C.天然氣的主要成分是甲烷,是常用的燃料
D.中國科學家在世界上首次人工合成具有生物活性的蛋白質——結晶牛胰島素
【答案】A
【解析】油脂是高級脂肪酸的甘油酯,其相對分子質量不是很大,不是高分子化合物,A項錯誤。
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