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蛋白質
第四章 生物大分子
1.能根據氨基酸、蛋白質的官能團及官能團的轉化，認識不同氨基酸、蛋白質及其性質上的差異。
2.理解氨基酸、多肽和蛋白質之間的相互轉化關系。
3.認識蛋白質是生命活動的物質基礎，是人體的必需營養物質，但是蛋白質的攝入量過多或過少都不利于人體健康，要合理安排飲食，注意營養搭配。
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。氨基酸是組成蛋白質的基本結構單位，要認識蛋白質，必須首先認識氨基酸。
-CH2-COOH
H2N
觀察常見的氨基酸的結構，思考并總結其結構特點？
甘氨酸(氨基乙酸)
CH3-CH-COOH
NH2
丙氨酸(2-氨基丙酸)
HOOC—(CH2)2—CH—COOH
NH2
谷氨酸(2-氨基戊二酸)
一、氨基酸
結構特點
官能團
從結構上看，氨基酸可看作是羧酸分子中烴基上的氫原子被氨基取代的化合物
R
CH
NH2
O
C
OH
分子中既含有—COOH(羧基)又含有—NH2(氨基)
1.氨基酸的分子結構
一、氨基酸
1.氨基酸的分子結構
結構：
官能團：
R—CH—COOH
NH2
α
當R不是H時，（即除甘氨酸外），α-碳為手性碳原子
α-氨基酸
氨基（—NH2）
羧基（—COOH）
天然氨基酸大多數是α-氨基酸，組成蛋白質的氨基酸主要是α-氨基酸。
α-氨基酸除甘氨酸外，都有手性碳原子，具有對映異構體。
一、氨基酸
組成人體內蛋白質的氨基酸有21種，其中8種必須通過食物供給，稱為必需氨基酸。
賴氨酸 色氨酸
苯丙氨酸 蛋氨酸
蘇氨酸 異亮氨酸
亮氨酸 纈氨酸
一、氨基酸
親水性
基團
天然氨基酸均為無色晶體，熔點較高，多在 200~300 ℃ 熔化時分解。一般能溶于水，而難溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。
NH2
R
C
O
C
OH
H
這些基團能夠與水分子形成氫鍵，從而增加氨基酸的水溶性
疏水性
基團
親油
基團
親脂
基團
很長的烴基以及苯基都會使其水溶性降低的
2.氨基酸的物理性質
① 氨基酸的兩性：能與酸堿反應
3.氨基酸的化學性質
CH2-COOH + NaOH
NH2
CH2-COONa + H2O
NH2
CH2COOH+HCl CH2COOH
NH2
NH3Cl
CH2—COOH + H＋
NH2
CH2—COOH
NH3＋
CH2—COOH + OH
NH2
CH2—COO + H2O
NH2
【思考】氨基酸有兩性，自身會不會發生反應？
酸性
堿性
下列物質中既能與鹽酸反應，又能與NaOH溶液反應的是 ( )
①NaHCO3 ; ②(NH4)2S ; ③Al(OH)3 ;
④NH4Cl； ⑤H2N-CH2-COOH ; ⑥CH3COOH
A.①②③ B.①②④⑤ C.⑤⑥ D.①②③⑤
小結：既能與酸反應又能與堿反應的物質
(1)多元弱酸的酸式鹽； (2)弱酸的銨鹽；
(3)具兩性的物質； (4)氨基酸和蛋白質；
D
② 成肽反應
3.氨基酸的化學性質
+ H2O
二肽
+
氨基酸
氨基酸
肽鍵或酰胺鍵
三肽
氨基酸分子（可以相同，也可以不同）之間在一定條件下，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
3.氨基酸的化學性質
多肽
多肽常呈鏈狀，因此也叫肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊，還可以相互結合，形成蛋白質。一般把相對分子質量在10000以上，并具有一定空間結構的多肽稱為蛋白質。
二肽有一個肽鍵
三肽有兩個肽鍵
四肽有三個肽鍵
n肽有(n-1)個肽鍵
注意：①由于肽中仍含有-NH2和-COOH，肽也有兩性。
②肽鍵可簡寫為 -CONH-，不能寫成 -CNHO-。
多肽的性質： 因肽鍵的存在， 多肽能進行水解
拓展：縮聚反應
單體通過分子間的相互縮合而生成成高分子化合物,同時有小分子(如H2O、NH3等)生成的反應叫縮合聚合反應。
小結:縮聚反應：由同種單體進行縮聚反應，生成的小分子物質的量一般為n-1;由兩種不同單體進行縮聚反應，生成的小分子物質的量一般為2n-1。
[ ]n
R O R′ O
－HN－CH－C－NH－CH－C－
＝
＝
　 R O R′ O
H－HN－CH－C－OH + H－NH－CH－C－OH
＝
＝
H
OH
多肽
兩個不同的氨基酸共聚：
n
n
+ (2n-1)H2O
H2N－CH2－COOH
甘氨酸
NH2
CH3－CH－COOH
丙氨酸
同種氨基酸間脫水成肽：
CH2
CO
H2N
CH2
COOH
NH
CH
NH2
CO
CH3
CH
CH3
COOH
NH
不同氨基酸間脫水成肽：
CH2
CO
H2N
CH
CH3
COOH
NH
CH
NH2
CO
CH3
CH2
COOH
NH
4種
甘氨酸與丙氨酸混合物脫水成肽，可以生成幾種二肽？
氨基酸遇茚三酮試劑，溶液變為紫色
-----反應靈敏，常用于氨基酸的檢測。
③顯色反應
生活中常見的蛋白質
蠶絲
雞蛋
羊排
豆漿
烤魚
牛奶
二、蛋白質
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，是一般細胞中含量最多的有機分子。蛋白質中主要含有C、H、O、N、S等元素，有些蛋白質還含有 P、Fe、Zn、Cu 等元素。人體含有的蛋白質種類超過 10 萬種,屬于天然有機高分子化合物，其溶液具有膠體的某些性質
蛋白質含量的測定
由于生物組織中絕大部分氮元素來自蛋白質，而且各種來源不同的蛋白質的含氮量都比較接近，平均為16%。因此生物樣品中的1g氮元素大致相當于6.25 g蛋白質，由此可以通過測定樣品中氮元素的質量分數計算出其中蛋白質的含量。
二、蛋白質
1.蛋白質的結構
蛋白質分子中氨基酸單體的排列順序對蛋白質的性質和功能起著決定性作用
一級結構
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
二級結構
二、蛋白質
1.蛋白質的結構
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
三級
結構
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
二、蛋白質
2.蛋白質的化學性質
①兩性
形成蛋白質的多肽是由多個氨基酸縮合形成的，在多肽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。故蛋白質與氨基酸一樣也是兩性分子
含有羧基或氨基
二、蛋白質
2.蛋白質的化學性質
②水解
HO
H
O
H
H—N—CH2—C—
O
H
—N—CH2—C—OH
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。
醬油的鮮味就是蛋白質分解產生的氨基酸的味道。其中谷氨酸的鮮味最大。
蛋白質
二氧化碳、水和尿素等
氧化
多肽
氨基酸
重新組合
肌肉、皮膚、毛發、血液和激素等
酶、酸或堿
水解
酶、酸或堿
逐步水解
蛋白質在人體中的消化過程
③鹽析
大鹿
化學
少量的某些可溶性鹽(如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等)能促進蛋白質的溶解。但當這些鹽在蛋白質溶液中達到一定濃度時，反而會使蛋白質的溶解度降低而從溶液中析出的現象稱為蛋白質的鹽析
+水
渾濁消失
+鹽
出現渾濁
注意：鹽析是物理變化，是可逆過程，可用于分離提純蛋白質
輕金屬
④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，稱為蛋白質的變性。
雞蛋清溶液
滴加AgNO3溶液
振蕩
類似加熱
滴加蒸餾水
振蕩
產生白色沉淀
沉淀不溶解
蛋白質的變性是一個化學過程，變性后的蛋白質在水中溶解度下降，同時也會失去生理活性。蛋白質變性是不可逆的。
④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，稱為蛋白質的變性。
物理因素：加熱、加壓、振蕩、超聲波、紫外線和放射線等；
化學因素：強酸、強堿、重金屬鹽、乙醇、甲醛等；
甲醛水溶液(福爾馬林)浸泡動物標本
酒精消毒
注意：蛋白質變性是化學變化，是不可逆過程，可用于殺菌消毒
鹽析 變性
變化條件 濃的輕金屬鹽溶液 受熱、紫外線、強酸、強堿、重金屬鹽、某些有機化合物
變化實質 物理變化(溶解度降低) 化學變化(蛋白質性質改變)
變化過程 可逆 不可逆
用途 分離提純蛋白質 殺菌消毒
蛋白質鹽析和變性的不同點
思考與討論
在日常生活中有時需要利用蛋白質變性，如食物加熱、消毒等，有時要防止蛋白質變性，如疫苗等生物制劑需低溫保存等。
3. 做胃透視時，要服“鋇餐”硫酸鋇，為何不會中毒？能否改服碳酸鋇？
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？
誤服重金屬鹽，可口服牛奶、蛋清或豆漿，其目的是使重金屬鹽與牛奶等發生變性作用，從而減少人體蛋白質變性。
紫外線用于環境和物品消毒，放射線用于醫療器械消毒，都是利用紫外線或放射線使細菌和病毒中的蛋白發生變性而使其死亡。
⑤顯色反應
——可用于蛋白質的分析檢測
⑥燃燒產生燒焦羽毛的氣味
用于區別合成纖維與蛋白質(如真絲、蠶絲、純毛、毛線等)
向蛋白質溶液加入濃硝酸會有白色沉淀產生，加熱后沉淀變黃色。
含有苯環
雞蛋清溶液
滴加HNO3溶液
振蕩
加熱
產生白色沉淀
加熱后沉淀變黃色
科學史話：人工合成結晶牛胰島素
胰島素是由胰腺分泌的一種激素，具有調節體內糖類、蛋白質和脂肪代謝等功能。胰島素是最先被確定氨基酸序列的蛋白質，其結構由桑格①等于1955年測定。它由兩條肽鏈組成，分別是由21個氨基酸形成的 A 鏈和30個氨基酸形成的 B 鏈，兩條鏈通過二硫鍵（- S - S -）連接。
燙發的原理
頭發主要由角蛋白組成，其中的含硫氨基酸形成的二硫鍵(-S-S-)是維持頭發彈性和形狀的一個重要結構。一般燙發時使用的還原劑可以使頭發中的二硫鍵斷裂，產生游離的巰基（-SH )。再用一定的工具將頭發卷曲或拉直成需要的形狀。然后用氧化劑使巰基之間發生反應，生成新的二硫鍵，使頭發的形狀得以固定。頻繁燙發會對頭發造成一定程度的損害。
資料卡片
三、酶
在酶的作用下，生物才能進行新陳代謝，完成消化、呼吸、運動、生長、發育、繁殖等生命活動。
特點
具有高效催化作用
條件溫和
具有高度的專一性
一般是普通催化劑的107倍
一般在接近體溫和中性的條件下進行，此時酶的活性最高。超過適宜的溫度時，酶將失去活性
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，其中大多數是蛋白質。
應用:蛋白酶用于醫藥、制革等工業;淀粉酶用于食品、發酵、紡織等工業;有的酶還可用于疾病的診斷。
(1)蛋白質都是高分子化合物，組成元素只有C、H、O、N(　　)
(2)蛋白質在酶的作用下，可直接水解生成各種氨基酸(　　)
(3)生物體內的酶都是蛋白質(　　)
(4)蛋白質溶液遇到鹽就會變性(　　)
(5)蛋白質變性屬于化學變化(　　)
(6)向雞蛋白溶液中加入醋酸鉛溶液，生成白色沉淀，加水可重新溶解(　　)
(7)可以通過灼燒的方法鑒別真蠶絲和人造絲(　　)
×
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2.諾貝爾化學獎授予將“化學生物學提升為現代最大科學”的三位化學家，利用三人的研究成果，可以迅速地辨識蛋白質，制造出溶液中蛋白質分子的三維空間影像。下列關于蛋白質的說法不正確的是
A.蛋白質在酶的作用下最終水解成氨基酸
B.蠶絲的主要成分是纖維素
C.向蛋白質溶液中加入飽和硫酸鈉溶液，析出蛋白質固體，此過程發生
了物理變化
D.每種蛋白質分子都有特定的四級結構
B

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