化学人教版选修5学案4-3蛋白质和核酸

第三节蛋白质和核酸一、氨基酸的结构和性质1．组成和结构(1)组成氨基酸可看作是羧酸分子中烃基上的H被氨基取代后的产物。(2)结构(3)常见的氨基酸2.氨基酸的性质(1)物理性质(2)化学性质①两性在氨基酸分子中，—COOH是酸性基团，—NH2是碱性基团，甘氨酸分别与盐酸、氢氧化钠的反应为：②成肽反应二、蛋白质的结构与性质1.蛋白质的组成(1)蛋白质是一类非常重要的含氮生物高分子化合物，其相对分子质量从几万到几千万。它是由C、H、O、N、S等元素组成，有些蛋白质含有P，少量蛋白质还含有微量Fe、Cu、Zn、Mn等。(2)蛋白质是由多种氨基酸通过分子间缩合脱水而形成的结构复杂的高分子，分子中含有的官能团是—COOH、—NH2、。同其他高聚物一样，蛋白质也是混合物(填“纯净物”或“混合物”)。2.蛋白质的结构蛋白质的特殊功能和活性不仅取决于多肽链的氨基酸的种类、数目及排列顺序，还与其特定的空间结构密切相关。(1)蛋白质分子中各种氨基酸的连接方式和排列顺序，称为蛋白质的一级结构。(2)多肽链卷曲盘旋和折叠的空间结构，称为蛋白质的二级结构。(3)蛋白质分子在二级结构基础上进一步盘曲折叠形成的三维结构，称为蛋白质的三级结构。每一个具有三级结构的多肽链称为亚基。(4)蛋白质分子中，亚基的立体排布、亚基间相互作用与布局称为蛋白质的四级结构。3.蛋白质的性质(1)两性形成蛋白质的多肽是由多个氨基酸脱水形成的，在多肽链的两端存在着氨基与羧基，因此，蛋白质既能与酸反应，又能与碱反应。(2)水解蛋白质eq\o(→,\s\up17(酸、碱或酶),\s\do15(水解))肽类化合物eq\o(→,\s\up17(水解))氨基酸。(3)盐析蛋白质溶液中加入少量的无机盐(如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等)能促进蛋白质的溶解，但浓的无机盐溶液可使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，这种作用称为盐析。蛋白质的盐析是一个可逆过程，并不影响蛋白质的活性。(4)变性在某些物理因素或化学因素的影响下，蛋白质的理化性质和生理功能发生改变的现象，称为蛋白质的变性。物理因素包括：加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波等；化学因素包括：强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。蛋白质的变性是一个不可逆过程。(5)颜色反应含苯环的蛋白质遇到浓硝酸会有白色沉淀产生，加热沉淀变黄色，这种现象称为颜色反应。(6)灼烧实验灼烧蛋白质产生烧焦羽毛的气味，可用这种方法检验棉织品和毛织品。三、酶1.概念酶是一类由细胞产生的、对生物体内的化学反应具有催化作用的蛋白质。2.酶的催化特点(1)条件温和、不需加热。在接近体温和接近中性的条件下，酶就可以起催化作用。在30～50_℃时酶的活性最强，超过适宜的温度时，酶将失去活性。(2)具有高度的专一性。(3)具有高效的催化作用。四、核酸1．概念：核酸是一类含磷的生物高分子化合物。2．分类：探究点一氨基酸的结构与反应规律1．氨基酸的结构与通性(1)通式(α­氨基酸)：，R可以是烃基，也可以是其他有机基团。分子中一定含有的官能团：—NH2(氨基)、—COOH(羧基)。(2)同分异构体：与分子式相同的硝基化合物互为同分异构体。如H2N—CH2—COOH(氨基乙酸)的同分异构体是CH3CH2NO2(硝基乙烷)。(3)通性：①与强酸、强碱均能发生反应，具有两性。氨基酸分子中的氨基能结合H＋，其有碱性；而羧基能电离出H＋，其有酸性。2．氨基酸分子缩合反应的规律(1)两分子间缩合：(2)分子间或分子内缩合成环：(3)缩聚生成多肽或蛋白质：(1)二肽是由2个氨基酸分子形成的，n个氨基酸分子脱去(n－1)个水分子，形成n肽，含有(n－1)个肽键。(2)无论肽链有多长，在链的两端，一端有游离的氨基(—NH2)，称为N端；另一端有游离的羧基(—COOH)，称为C端，因此，多肽也具有“两性”。两种不同的氨基酸发生成肽反应时，只能生成一种物质吗？提示：错误。如甘氨酸和丙氨酸是不同的α­氨基酸，二者形成二肽时，由于两种氨基酸脱水缩合的方向不同，可以形成不同的二肽，即生成两种物质。【例1】根据美国《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，则下列说法中不正确的是()A．半胱氨酸属于α­氨基酸B．半胱氨酸具有两性C．两分子半胱氨酸脱水形成二肽的结构简式为【思路分析】首先考虑题中给出的是一种α­氨基酸，它的性质与最简单的氨基酸——甘氨酸相似，可以根据甘氨酸的性质来推断。【解析】由题给半胱氨酸的结构简式可知，氨基在羧基的邻位碳原子上，所以半胱氨酸属于α­氨基酸，A项正确；因为氨基为碱性基团，羧基为酸性基团，所以它具有两性，B项正确；两分子的半胱氨酸脱水形成二肽应是氨基与羧基脱水缩合的结果，形成的二肽【答案】CL­多巴是一种有机物，分子式为C9H11O4N，它可用于帕金森综合征的治疗，其结构简式为，这种药物的研制是基于获得2000年诺贝尔生理学或医学奖和获得2001年诺贝尔化学奖的研究成果。下列关于L­多巴的叙述不正确的是(D)A．它属于α­氨基酸，既具有酸性，又具有碱性B．它能与Fe2(SO4)3溶液发生显色反应C．它可以两分子间缩合形成分子式为C18H18O6N2的化合物，该化合物中有3个六元环D．它既与酸反应又与碱反应，等物质的量的L­多巴最多消耗NaOH与HCl的物质的量之比为1∶1解析：此分子中既含—NH2，又含—COOH，且—NH2连在α位上，属于α­氨基酸，故A项正确；结构中含酚羟基，遇到Fe3＋发生显色反应，B项正确；两分子间发生缩合反应，可形成环状有机物：，分子式为C18H18O6N2，C项正确；等物质的量的此分子，最多消耗NaOH与HCl物质的量之比为3∶1，D项错误。探究点二蛋白质的结构与性质1．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。二肽由两个氨基酸分子形成，含一个肽键，n肽分子中含(n－1)个肽键。2．渗析、盐析和变性三者的比较3.焰色反应、显色反应、颜色反应的比较1．蛋白质为什么具有两性？提示：蛋白质分子结构的两端仍含有—NH2和—COOH。2．在实际生活中，蛋白质变性原理有哪些应用？提示：(1)医疗上高温消毒杀菌，就是通过加热杀死细菌。(2)误服重金属盐，可以服用大量牛乳、蛋清或豆浆，避免中毒。(3)用医用酒精擦洗皮肤，能使皮肤表面附着的细菌死亡(蛋白质凝结变性)，达到消毒杀菌，避免感染的目的。(4)甲醛使蛋白质凝结变性，因此，甲醛溶液能长期保存标本，不影响展示效果。【例2】(1)下列关于蛋白质的叙述中，不正确的是________(填序号)。A．向蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，有沉淀析出，再加入蒸馏水，也不溶解B．人工合成的具有生命活力的蛋白质——结晶牛胰岛素是我国科学家在1965年首次合成的C．重金属盐能使蛋白质变性，所以误食重金属盐会中毒D．浓硝酸溅在皮肤上，使皮肤呈黄色是由于浓硝酸与蛋白质发生了颜色反应E．蛋白质溶液里的蛋白质能透过半透膜(2)有下列蛋白质结构片段：在胃液中能发生水解反应。上述蛋白质结构片段水解时不可能生成的氨基酸是下列中的________(填序号)。【解析】(1)向蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，蛋白质发生盐析，再加入蒸馏水析出的蛋白质会溶解，盐析是可逆过程，A错误；结晶牛胰岛素是我国科学家在1965年首次合成，B正确；重金属盐能使蛋白质变性，C正确；浓硝酸溅在皮肤上，使皮肤呈黄色是由于浓硝酸与蛋白质发生了颜色反应，D正确；蛋白质溶液里的蛋白质不能透过半透膜，E错误。(2)将所给蛋白质片断按肽键中C—N键的断裂方式分割为α­氨基酸，根据其结构与选项答案对照，不可能水解得到C、D两项的氨基酸。【答案】(1)A、E(2)C、D下列关于蛋白质的叙述中不正确的是(A)A．蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，蛋白质会析出，若再加入水也不溶解B．蛋白质具有两性C．重金属盐使蛋白质变性，但吞服“钡餐”不会引起中毒D．浓硝酸溅到皮肤上能使皮肤呈黄色，这是由于蛋白质和浓硝酸发生了颜色反应解析：硫酸铵加入到蛋白质溶液中会使蛋白质盐析而不是变性；“钡餐”是BaSO4，它是难溶性物质，Ba2＋不能被人体吸收，也不会使蛋白质变性，所以吞服“钡餐”不会引起中毒；但要注意“钡餐”不能用BaCO3，因为BaCO3会与胃酸反应生成易溶性的BaCl2，而这时的Ba2＋使蛋白质变性会引起中毒。1．下列关于氨基酸的叙述不正确的是(D)A．天然氨基酸在室温下都是晶体，一般都能溶于水B．氨基酸都不能发生水解反应C．氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐D．两个氨基酸分子脱水后形成的二肽中含有两个肽键解析：天然氨基酸在室温下均为无色晶体，一般都能溶于水；氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐，但氨基酸不能发生水解反应；二肽中的“二”指的是发生反应的氨基酸的数目，并不是生成物中肽键的数目。2．某物质的球棍模型如图所示，关于该物质的说法不正确的是(A)A．该物质的结构简式如图所示B．该物质可以发生加成反应C．该物质既可以与强酸反应也可以与强碱反应D．该物质可以聚合成高分子化合物解析：题给结构简式中应将六元环改为苯环，A项不正确；该物质分子中含有苯环，可与氢气发生加成反应，B项正确；氨基可与强酸反应，而羧基可与强碱反应，C项正确；分子中含有羧基和氨基，故该物质可以聚合成高分子化合物，D项正确。3．苯丙氨酸()有多种同分异构体。其中同时符合下列两个条件：①有带两个取代基的苯环；②有一个硝基直接连接在苯环上的异构体有(C)A．3种B．5种C．6种D．10种解析：除苯环和—NO2外，其他一个取代基有两种结构：—CH2CH2CH3和，与—NO2在苯环上分别有邻、间、对三个位置，所以同分异构体为2×3＝6种。4．甘氨酸和丙氨酸混合，在一定条件下发生缩合反应生成二肽的化合物共有(A)A．4种B．3种C．2种D．1种解析：甘氨酸与丙氨酸混合反应生成二肽的方式有：甘氨酸与甘氨酸反应生成二肽，丙氨酸与丙氨酸反应生成二肽，其中甘氨酸与丙氨酸能以两种方式反应生成二肽，故生成的二肽共有4种。5．下列四种化合物①NaHCO3②Al(OH)3③(NH4)2S，既能跟盐酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是(D)A．②④ B．①⑥C．①②③⑤ D．①②③④6．天然蛋白质水解的最终产物中含有某物质A，A由C、H、O、N四种元素组成。A既能与NaOH溶液反应，又能与HCl反应，且含有苯环不含甲基。在一定条件下，两分子A发生缩合反应生成B和一分子水，B的相对分子质量为312。据此推解析：由A＋A→B＋H2O及B的相对分子质量可推知，A的相对分子质量为eq\f(312＋1