新教材适用2023-2024学年高中化学第4章生物大分子第2节蛋白质学案新人教版选择性必修3

第二节蛋白质学习目标1．认识蛋白质的组成和性质特点。2．认识氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质。3．知道氨基酸和蛋白质的关系。4．了解氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。核心素养1．科学探究与创新意识：通过实验探究蛋白质的性质，并得出蛋白质检验的简单实验方案。2．宏观辨识与微观探析：从官能团的角度认识氨基酸、蛋白质的结构和性质，形成“结构决定性质的观念”。3．科学态度与社会责任：通过了解人工合成多肽、蛋白质等在生命科学发展中所起的重要作用，认识化学在生产、生活中的重大贡献。大豆资源的开发和利用一、大豆的营养价值1．大豆中蛋白质的含量比猪肉高2倍，是鸡蛋含量的2.5倍。蛋白质的含量不仅高，而且质量好。大豆蛋白质的氨基酸组成和动物蛋白质近似，其中氨基酸比较接近人体需要的比值，所以容易被消化吸收。2．大豆脂肪也具有很高的营养价值，这种脂肪里含有很多不饱和脂肪酸，容易被人体消化吸收。3．豆渣中的膳食纤维对促进良好的消化和排泄固体废物有着举足轻重的作用。二、豆油由大豆加工生产的豆油是重要的食用油之一，属半干性油，是一种良好的植物油。大豆油经过精炼形成的精炼大豆油主要供食用。豆油经过深加工，可生产以下产品或为其提供重要原料。①大豆卵磷脂，②起酥油和人造奶油，③硬脂酸，④甘油，⑤油漆，⑥汽车喷漆，⑦氧化豆油，可供飞机用。三、大豆的利用现状目前国内的大豆工厂基本上是从原料中提取1/3的蛋白质，还有1/3的碳水化合物变成废渣被低价处理，1/3的乳清蛋白和可溶性碳水化合物的混合物被视为废水白白排放掉，其资源利用率极低，综合效益很差，而且还造成严重的环境污染。四、利用膜分离处理大豆加工废水的方法一种利用膜分离处理大豆加工废水的方法，属于食品废水处理技术领域。该方法主要应用于大豆及大豆制品废水的资源化处理。该方法的流程如图：其中超滤处理为将预处理后的大豆加工废水在0.5～1MPa操作压力下通过超滤膜系统，实现蛋白与糖、盐的分离，以提取大豆蛋白浓缩液，并得到超滤膜透过液。新知预习一、氨基酸1．结构2．常见的氨基酸俗名结构简式系统命名甘氨酸H2N—CH2—COOH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2-氨基-3-苯基丙酸半胱氨酸2-氨基-3-巯基丙酸3.性质(1)物理性质(2)化学性质书写有关化学方程式(以甘氨酸为例)：4．肽和成肽反应(1)成肽反应：两个氨基酸分子(可以相同，也可不同)在一定条件下，通过氨基和羧基间缩合脱去水形成含有肽键的化合物的反应。(2)二肽：由两个氨基酸分子缩合形成的含有肽键的化合物。(3)多肽：二肽继续与其他氨基酸分子缩合生成长链的多肽。多肽常呈链状，也叫肽链；一般把相对分子质量在10000以上，并具有一定空间结构的多肽称为蛋白质。二、蛋白质1．蛋白质的组成结构(1)组成元素：蛋白质中主要含有C、H、O、N、S等元素，有些蛋白质还含有P、Fe、Cu、Zn等元素，属于天然高分子化合物。(2)四级结构2．蛋白质的主要性质(1)两性蛋白质的多肽由氨基酸脱水形成，在多肽链的两端存在着自由的氨基和羧基，侧链中也往往存在酸性或碱性基团，因此，蛋白质既能与酸反应，又能与碱反应。(2)水解①水解过程蛋白质eq\o(→,\s\up7(水解),\s\do5(酸、碱或酶))多肽氨基酸②人体内变化蛋白质eq\o(→,\s\up7(水解),\s\do5(蛋白酶))多肽氨基酸eq\o(→,\s\up7(吸收进入血液),\s\do5(重新合成))人体需要的蛋白质(3)盐析①实验探究实验操作实验现象试管①中出现白色沉淀；试管②中白色沉淀消失②实验结论(4)变性①实验探究实验操作实验现象加热后产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀不溶解加入硝酸银溶液后产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀不溶解加入乙醇后产生白色沉淀，加入蒸馏水后沉淀不溶解②实验结论(5)显色反应①实验探究实验操作实验现象加入浓硝酸后产生白色沉淀，加热后沉淀变黄色②实验结论显色反应：含有苯环的蛋白质遇到浓硝酸加热后呈黄色。除了浓硝酸，其他一些试剂也可以与蛋白质作用，呈现特定的颜色，可用于蛋白质的分析检测。(6)蛋白质灼烧有烧焦羽毛的气味。三、酶应用体验1．下列说法正确的是(不考虑立体异构)(C)A．若两种二肽互为同分异构体，则二者的水解产物一定不同B．蛋白质不能发生水解反应C．用甘氨酸()和丙氨酸()缩合最多可形成4种二肽D．氨基酸、淀粉均属于高分子化合物解析：一分子H2N—CH2—COOH和一分子H2N—CH2CH2—COOH可以形成2种二肽，这2种二肽互为同分异构体：H2NCH2CONHCH2CH2COOH和HOOCCH2NHOCCH2CH2NH2，但是它们的水解产物相同，A项错误；蛋白质可以发生水解反应生成氨基酸，B项错误；甘氨酸()和丙氨酸()分别自身缩合可形成2种二肽，交叉缩合可形成2种二肽，C项正确；氨基酸不属于高分子化合物，D项错误。2．下列叙述错误的是(C)A．烫发时，一般先用还原剂使头发中的二硫键断裂B．蛋白质溶液中加入大量Na2SO4会使蛋白质因溶解度降低而析出C．蛋白质溶液中加入乙醇可以使蛋白质从溶液中析出，再加水蛋白质又能溶解D．含有苯环的蛋白质遇浓硝酸能发生显色反应解析：蛋白质溶液中加入乙醇可以使蛋白质从溶液中析出，此过程为蛋白质的变性，不可逆，再加水蛋白质不能溶解，C项错误。3．下列有关酶的说法正确的是(D)A．酶是生物体内产生的一种糖类B．蛋白酶是蛋白质，它不仅可以催化蛋白质的水解反应，还可以催化淀粉的水解反应C．高温、重金属盐不能使酶失去活性D．酶具有高效催化作用解析：大多数酶是一种具有催化作用的蛋白质，而不是糖类，A项错误；酶的催化作用具有高度的专一性，蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应，不能催化其他反应，B项错误；高温、重金属盐都会使酶失去活性，C项错误。要点归纳知识点1氨基酸的两大性质问题探究：(1)氨基酸脱水形成二肽的反应，属于取代反应吗？(2)3个甘氨酸分子发生缩合反应最多可以生成几个水分子？探究提示：(1)属于。因为从反应过程看，氨基酸脱水形成二肽，可以看成氨基上的H被取代，也可以看成羧基上的羟基被取代。(2)3个。氨基酸分子缩合既可形成链状也可以形成环状，其中形成环状时可以产生更多的水分子。知识归纳总结：1．两性2．成肽反应(1)二肽①两分子氨基酸发生脱水缩合时，一个分子中的羧基脱去羟基，一个分子中的氨基脱去氢原子，形成肽键。②两个不同的氨基酸分子缩合时，可产生不同的二肽，所以在判断产物时要考虑生成肽键的官能团位置。(2)成环——分子内或分子间脱水成环(3)氨基酸分子缩聚成高分子化合物(4)氨基酸的缩合机理＋H—NH—脱去一分子水后形成肽键()。肽键可简写为“—CONH—”，不能写成“—CNHO—”。典例1营养品和药品都是保证人类健康不可缺少的物质，其性质和制法是化学研究的主要内容。已知酪氨酸是一种生命活动不可缺少的氨基酸，它的结构简式是。(1)酪氨酸能发生的化学反应类型有_ABCD__(填字母)。A．取代反应 B．加成反应C．酯化反应 D．中和反应(2)在酪氨酸的同分异构体中，同时满足以下三个条件的，除酪氨酸外还有_5__种。①属于氨基酸且“碳骨架”与酪氨酸相同；②羟基直接连在苯环上；③氨基(—NH2)不与苯环直接相连。(3)已知氨基酸能与碱反应，写出酪氨酸与足量的NaOH溶液反应的化学方程式：。解析：—COOH能发生酯化反应、中和反应，含有苯环可发生取代反应和加成反应。符合条件的同分异构体包括：共5种。素养应用❶(2023·连云港高二检测)对于反应，下列说法正确的是(C)A．固态甘氨酸以内盐形式存在，易溶于有机溶剂B．在强碱性溶液中氨基酸主要以阳离子形式存在C．甘氨酸是两性化合物，既能与酸反应，又能与碱反应D．当甘氨酸以两性离子的形态存在时，在水中的溶解度最大知识点2蛋白质的性质问题探究：(1)可以采用什么方法检验蛋白质？(2)如何分离和提纯蛋白质？探究提示：(1)①显色反应：向溶液中加入浓硝酸会有白色沉淀产生，加热后沉淀变黄色。②灼烧法：灼烧，可闻到烧焦羽毛气味。(2)①常用盐析法来分离和提纯蛋白质，因为盐析是可逆的。②对于蛋白质溶液(属于胶体)，可用渗析法除去其中的杂质离子。知识归纳总结：1．蛋白质的水解反应蛋白质的水解：在酸、碱或酶的作用下，肽键断裂，碳原子连接羟基，氮原子连接氢原子。肽键水解原理示意图如下：2．蛋白质的盐析和变性的比较盐析变性概念少量的某些可溶性盐(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等)在蛋白质溶液中达到一定浓度时，使蛋白质的溶解度降低而使其从溶液中析出，这种作用称为盐析在某些物理或化学因素的影响下，蛋白质的性质和生理功能发生改变的现象称为蛋白质的变性特征可逆不可逆实质溶解度降低，物理变化结构、性质改变，化学变化条件碱金属、镁、铝等轻金属盐或铵盐的浓溶液加热、加压、搅拌、振荡、超声波、紫外线和放射线等物理因素；强酸、强碱、强氧化剂、重金属盐、乙醇、甲醛、苯酚等化学因素用途分离提纯蛋白质杀菌、消毒实例硫酸铵或硫酸钠等盐溶液使蛋白质盐析重金属盐(例如硫酸铜)溶液能使蛋白质变性3.有关蛋白质、氨基酸的计算技巧多个氨基酸分子缩合可以形成蛋白质，而要计算某个蛋白质分子水解后的氨基酸分子的个数，需要很多条件，在解题过程中，可以采用守恒的思想来考虑。①最少氨基和羧基的数目＝肽链数②肽键数＝氨基酸数目－肽链数③对于一条肽链来说，脱去的水分子数＝肽键数＝氨基酸数－1④蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸的平均相对分子质量－18×水分子数4．氨基酸与烷烃的硝基化合物、与含氨基和酯基的化合物、与含肽键和羟基的化合物是类别异构。典例2某蛋白质充分水解后，能分离出有机物R，R可与等物质的量的KOH或盐酸完全反应。3.75gR可与50mL1mol·L－1的NaOH完全中和，则R的结构简式为(A)解析：有机物R与等物质的量的KOH或盐酸完全反应，说明R分子中有一个氨基和一个羧基。此有机物摩尔质量M＝eq\f(3.75g,0.05mol)＝75g·mol－1，即相对分子质量为75，通过相对分子质量分析：75－16(—NH2)－45(—COOH)＝14，说明含有一个—CH2—，则R的结构简式为H2N—CH2COOH。素养应用❷请根据所示化合物的结构简式回答问题：(1)该化合物中，官能团⑦的名称是羧基，官能团①的电子式是。(2)该化合物是由4个氨基酸分子脱水形成的。分子结构中含有3个肽键，称为四肽。(3)写出该化合物水解生成的氨基酸的结构简式：H2NCH2COOH(任写一种)，并写出此氨基酸与盐酸反应的化学方程式：H2NCH2COOH＋HCl→HOOCCH2NH3Cl(答案合理即可)。解析：观察结构可知，①是氨基，⑦是羧基，分子结构中共有③⑤⑥3个肽键，故该物质是四肽，它水解后生成4种氨基酸：H2NCH2COOH、、。氨基酸与盐酸反应，只有氨基发生反应而羧基不反应。1．华裔科学家钱永健曾获得诺贝尔化学奖，帮助他获奖的是能发出鲜艳绿色的绿色荧光蛋白GFP(GreenFluorescentProtein的缩写)。下列对GFP的结构和性质预测错误的是(B)A．GFP可以溶于水，且其水溶液可以通过滤纸B．为了防止GFP变质，可以培养在福尔马林溶液中C．GFP在一定条件下会发生水解，且水解产物一定只有α-氨基酸D．灼烧GFP会产生烧焦羽毛的气味解析：GFP是一种蛋白质，具有蛋白质的结构特征和性质。蛋白质是天然高分子化合物，其水溶液是胶体，可以通过滤纸，A正确；福尔马林溶液的主要成分是甲醛(HCHO)，它能使GFP变性，B错误；GFP是一种天然蛋白质，天然蛋白质水解的产物是α-氨基酸，C正确；灼烧蛋白质时会产生烧焦羽毛的特殊气味，D正确。2．(2022·绵阳高二检测)唐代赵蕤所题《嫘祖圣地》碑文记载：“嫘祖首创种桑养蚕之法，抽丝编绢之术，谏诤黄帝，旨定农桑，法制衣裳……弼政之功，殁世不忘。”下列有关说法正确的是(D)A．“抽丝编绢”涉及化学变化B．蚕丝和棉纤维都是天然高分子，不能灼烧鉴别C．蚕丝水解可以生成葡萄糖D．丝绸制品主要成分是蛋白质，不能高温熨烫3．中国科学技术大学研究团队基于数据驱动原理，开辟出一条全新的蛋白质从头设计路线，在蛋白质设计这一前沿科技领域实现了关键核心技术的原始创新，为工业酶、生物材料、生物医药蛋白等功能蛋白的设计奠定了坚实的基础。相关成果于2022年2月10日发表于《自然》。下列是某蛋白质的结构片段：(1)写出上述蛋白质的结构片段的水解产物中不属于α-氨基酸的结构简式。(2)上述蛋白质的结构片段水解后的氨基酸中，某氨基酸碳、氢原子数比值最大。①该氨基酸与NaOH反应的化学方程式为。②两分子该氨基酸缩合形成环状物质的分子式为_C16H14N2O2__。③该氨基酸A的同分异构体中，属于硝基化合物且苯环上除硝基外只有甲基的同分异构体有_6__种。(3)已知上述蛋白质结构片段的相对分子质量为364，则水解生成的各种氨基酸的相对分子质量之和为_436__。解析：(1)根据蛋白质的水解规律，可得该蛋白质的结构片段水解生成的氨基酸如下：、H2N—CH2—COOH，其中不属于α-氨基酸。(2)②分子中碳、氢原子数比值最大，其分子式为C8H9NO2，两分子缩合形成环状物质时应脱去两分子