高中化学选修5讲义专题5第二单元氨基酸蛋白质

第二单元氨基酸蛋白质[选考要求]1．常见氨基酸的组成和结构特点(b)2．氨基酸的主要化学性质(两性、成肽反应)(b)3．蛋白质的组成、结构(b)4．蛋白质的重要化学性质(b)5．蛋白质的检验和提纯(b)1.α­氨基酸的结构为CHRCOOHNH2，氨基酸具有两性，既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应。氨基酸分子间脱水可形成肽键。2．蛋白质分子结构中含有肽键，天然蛋白质水解的最终产物是α­氨基酸。3．蛋白质遇铵盐、轻金属盐可发生盐析，该过程为可逆过程，可用于蛋白质的提纯。4．加热、强酸、强碱、重金属盐、乙醇、紫外线等能使蛋白质变性。eq\a\vs4\al(氨基酸的结构与性质)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α­氨基酸的结构简式可表示为，α­C为手性碳原子。其官能团为—COOH和—NH2。(3)常见的氨基酸俗名结构简式系统命名甘氨酸氨基乙酸丙氨酸α­氨基丙酸谷氨酸HOOCCH2CH2CHCOOHNH22­氨基­1，5­戊二酸苯丙氨酸α­氨基苯丙酸2．物理性质固态氨基酸主要以内盐的形式存在，熔点较高，不易挥发，难溶于有机溶剂，常见的氨基酸均为无色结晶。3．化学性质(1)两性氨基酸分子中既含有氨基(显碱性)，又含有羧基(显酸性)，因此，氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐。(2)成肽反应两个氨基酸分子(可以相同，也可以不同)，在酸或碱的存在下加热，通过一分子的氨基与另一分子的羧基间脱去一分子水，缩合形成含有肽键()的化合物，称为成肽反应。[特别提醒](1)—NH2是碱性基团，—COOH是酸性基团，故氨基酸既能与强酸反应，也能与强碱反应。(2)分子式相同的氨基酸与硝基化合物互为同分异构体。(3)二肽是指两分子氨基酸缩去1分子水形成含有肽键的化合物，n肽则是n分子氨基酸缩去n－1分子水形成的含有n－1个肽键的化合物。有两种氨基酸，分别是甘氨酸和丙氨酸，两分子氨基酸之间脱水能形成几种二肽？试写出它们的结构简式。提示：甘氨酸两分子脱水形成二肽，；丙氨酸两分子脱水形成二肽：；甘氨酸与丙氨酸分子间脱水形成两种二肽：共形成四种二肽。1．氨基酸成肽反应原理氨基酸的成肽反应原理是由氨基提供的氢原子与羧基提供的羟基结合生成水。即，脱去一分子水后形成肽键()，又叫酰胺键。肽键可简写为“—CONH—”，不能写成“—CNHO—”，两者的连接方式不同。2．氨基酸的缩合反应(1)两分子间缩合(2)分子间或分子内缩合成环(3)缩聚成多肽或蛋白质1．关于氨基酸的下列叙述中，不正确的是()A．氨基酸都是晶体，一般能溶于水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．天然蛋白质水解最终可以得到α­氨基酸、β­氨基酸等多种氨基酸解析：选D氨基酸熔点较高，室温下均为晶体，一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚；氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐；氨基酸分子间能发生成肽反应，但氨基酸都不能发生水解反应；天然蛋白质水解的最终产物是多种α­氨基酸。2．α­氨基酸的水溶液中存在下列平衡：当把丙氨酸溶于水，处于电离平衡状态且溶液呈强碱性时，存在最多的溶质微粒是()解析：选B当加入强碱时，OH－与H3O＋反应生成水，使丙氨酸的电离平衡向左移动，其结果是溶液中的浓度增加。eq\a\vs4\al(蛋白质的结构与性质)1．结构由氨基酸通过肽键等相互连接而形成的一类具有特定结构和一定生物学功能的生物大分子。蛋白质和多肽都是由氨基酸构成的有机化合物，它们之间没有严格的界限。2．性质(1)两性在多肽链的两端存在着自由的氨基和羧基，因此蛋白质既能与酸反应，又能与碱反应。(2)水解①水解原理：②水解过程：蛋白质eq\o(→,\s\up7(水解),\s\do5(酸、碱或酶))多肽eq\o(→,\s\up7(水解))氨基酸。(3)盐析①过程：向蛋白质溶液中加入浓的无机盐[如Na2SO4、(NH4)2SO4等]溶液，破坏蛋白质溶解形成的胶体结构从而降低蛋白质的溶解性，使蛋白质转变为沉淀析出。②特点：只改变了蛋白质的溶解度，而没有改变它们的化学性质，是可逆的过程。③应用：多次盐析和溶解可以分离、提纯蛋白质。(4)变性①影响因素：物理因素：加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波等。化学因素：强酸、强碱、重金属盐、乙醇、丙酮、三氯乙酸(CCl3COOH)、甲醛(福尔马林)等。②特点：变性会使蛋白质发生结构上的改变，也会使其丧失原有的生理活性，是不可逆过程。③应用：利用蛋白质的变性原理可以对环境进行杀菌、消毒，还可以将动物的皮加工成皮革等。(5)颜色反应：主要用于检验蛋白质的存在。①含苯环的蛋白质遇浓硝酸显黄色。②蛋白质遇双缩脲试剂显紫玫瑰色。③蛋白质遇茚三酮试剂显蓝色。3．存在和作用(1)存在：蛋白质是细胞和组织结构的重要组成部分，存在于一切生物体中。(2)作用：蛋白质负责输送氧气，激素或酶在新陈代谢中起调节或催化作用，抗体能预防疾病的发生，核蛋白与遗传相关。4．空间结构(1)分类：按照蛋白质中多肽链本身及其之间的空间结构，将蛋白质的结构层次分为四级。(2)四级结构①一级结构：氨基酸残基在蛋白质肽链中的排列顺序。其决定了蛋白质的生物活性。②二级结构：蛋白质分子中的肽链按一定的规律卷曲或折叠形成的特定的空间结构。③三级结构：在二级结构的基础上，肽链按照一定的空间结构进一步形成的更复杂的结构。④四级结构：具有三级结构的多肽链按一定的空间排列方式结合在一起形成的聚集体结构。5．酶的催化特点绝大多数的酶是蛋白质，具有催化作用，其催化反应具有条件温和、效率高、高度专一等特点。[特别提醒]可利用蛋白质的颜色反应及灼烧法鉴别蛋白质。1．为什么医院一般使用酒精、蒸煮、高压或紫外线等方法进行消毒杀菌？提示：酒精、蒸煮、高压和紫外线等方法可以使细菌、病毒中的蛋白质变性死亡，起到消毒、杀菌作用。2．如何分离提纯蛋白质？提示：常用盐析来分离提纯蛋白质。因为盐析是可逆的，在蛋白质溶液中加入浓的轻金属盐溶液，蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，析出的蛋白质又能溶于水中，并不影响它原来的性质。蛋白质盐析和变性的比较盐析变性内涵加入无机盐使蛋白质从溶液中析出一定条件下，使蛋白质失去原有的生理活性条件较多量的轻金属盐或铵盐加热，紫外线、X射线，重金属盐，强酸、强碱，甲醛、苯酚等特点可逆，蛋白质仍保持原有活性不可逆，蛋白质失去原有活性实例蛋白质溶液中加浓Na2SO4溶液消毒，灭菌，果树使用波尔多液，保存动物标本1．下列关于蛋白质性质的说法中，不正确的是()A．往蛋白质溶液中加入任何盐溶液，都会使蛋白质发生变性B．蛋白质水解的最终产物是多种氨基酸C．微热条件下，有些蛋白质遇到浓硝酸时会显黄色D．蛋白质既能与强酸反应又能与强碱反应解析：选A当往蛋白质溶液中加入浓的Na2SO4、(NH4)2SO4等盐溶液时，蛋白质会发生盐析，而往蛋白质溶液中加入可溶性重金属盐溶液时，蛋白质才会发生变性。2．下图表示蛋白质分子结构的一部分，当蛋白质发生水解反应时，断裂的键是()A．只有①② B．只有①C．只有② D．①②③④解析：选C蛋白质是氨基酸中氨基和羧基脱水形成肽键而进一步形成的，则蛋白质发生水解反应时，从肽键中断开“C—N”键。[三级训练·节节过关]1．组成最简单的氨基酸是()A．苯丙氨酸 B．丙氨酸C．谷氨酸 D．甘氨酸解析：选D甘氨酸的结构简式为，它是组成最简单的氨基酸。2．下列关于蛋白质的叙述中，不正确的是()A．蛋白质溶液里加入饱和硫酸铵溶液，蛋白质析出，虽再加水，也不溶解B．重金属盐能使蛋白质凝结，所以误食重金属盐会中毒C．浓硝酸溅在皮肤上，使皮肤呈黄色是由于浓硝酸和蛋白质发生了颜色反应D．蛋白质溶液具有丁达尔效应解析：选AA项为蛋白质的盐析过程，但是盐析是可逆的，即析出的蛋白质可以溶解，错误；B项为变性过程，正确；C项为蛋白质的颜色反应，正确；D项，蛋白质溶液为胶体，具有丁达尔效应，正确。3．为了鉴别某白色纺织品的成分是蚕丝还是“人造丝”，可选用的方法是()①滴加浓硝酸②滴加浓硫酸③滴加酒精④灼烧A．都能选用 B．都不能选用C．②③ D．①④解析：选D蚕丝的成分是蛋白质，而人造丝主要成分为纤维素，故可用蛋白质的性质来鉴别。4．(2016·浙江4月选考)下列说法不正确的是()A．硬脂酸甘油酯属于高级脂肪酸甘油酯，是高分子化合物B．含淀粉或纤维素的物质可以制造酒精C．鸡蛋清的溶液中加入硫酸铜溶液，鸡蛋清凝聚，蛋白质变性D．不同种类的氨基酸能以不同的数目和顺序彼此结合，形成更复杂的多肽化合物解析：选A硬脂酸甘油酯不属于高分子化合物，A项错误；糖类物质经水解发酵可获得酒精，B项正确；蛋白质遇到重金属盐溶液会变性，C项正确；多肽和蛋白质均是由不同种类的氨基酸以不同的数目和顺序彼此结合而成的，D项正确。5．(1)已知氨基直接连在苯环上显碱性，连在苯环上显中性。分子式为C7H7NO2的有机物，其结构中有一个苯环和位于对位的两个侧链。试写出它的四个同分异构体A、B、C、D的结构简式，其中要求A既有酸性又有碱性，B只有酸性，C只有碱性，D显中性。A________；B________；C________；D________。(2)紫杉醇是一种新型抗癌药，其分子式为C47H51NO14，它是由如下的A酸和B醇生成的一种酯。A．B．ROH(R是一个含C、H、O元素的基团)。①A可在无机酸催化下水解，其反应的化学方程式是________________。②A水解所得的氨基酸不是天然蛋白质的水解产物，因为其氨基不在羧基的________(填希腊字母)位上。解析：(1)分子结构中必须有一个苯环和两个侧链。再结合要求A既显酸性又显碱性，应该考虑氨基酸；B显酸性，首先考虑含羧基，但氮无法安排，不满足条件，所以只能含“CONH2”；C只显碱性，考虑含NH2，不含羧基或酚羟基；D显中性，按题意应先考虑含“CONH2”，但不满足两个侧链的条件，故为。(2)观察A的结构简式发现，A分子中存在一个“”结构，在无机酸作用下水解断裂的键是该结构中的N—C键。因为天然蛋白质水解的最终产物为α­氨基酸，可知其氨基不在羧基的α位上。1．美国科学家马丁·查非(MartinChalfie)、美国华裔化学家钱永健(RogerTsien)以及日本科学家下村修(OsamuShimomura)因发现和研究绿色荧光蛋白(greenfluorescentprotein，GFP)而获得诺贝尔化学奖。GFP在紫外线照射下会发出鲜艳绿光。下列有关说法正确的是()A．重金属离子能使GFP变性B．天然蛋白质属于纯净物C．GFP发出荧光是蛋白质的颜色反应D．蛋白质通常用新制氢氧化铜悬浊液检验解析：选A蛋白质是高分子化合物，高分子化合物都是混合物；由题可知研究绿色荧光蛋白，C不正确。新制Cu(OH)2悬浊液是检验醛基的存在。2．下列关于酶的叙述中，错误的是()A．酶是一种氨基酸B．酶的催化条件通常较温和C．酶是生物体中重要的催化剂D．酶在重金属盐作用下会失去活性解析：选A酶是蛋白质而不是氨基酸。3．能用于鉴别淀粉、肥皂和蛋白质三种溶液的试剂是()A．碘水 B．烧碱溶液C．浓硝酸 D．MgSO4溶液解析：选C蛋白质与浓硝酸作用变黄色；肥皂液与浓硝酸作用会产生难溶于水的高级脂肪酸沉淀；而淀粉与浓硝酸不反应。4．某种解热镇痛药的结构简式为，当它完全水解时，可得到的产物有()A．2种 B．3种C．4种 D．5种解析：选C该有机物分子中含有3个可水解官能团，包括两个和一个，完全水解后可得4种产物。5．酶是蛋白质，能催化多种化学反应，下列表示温度与化学反应速率的关系曲线中，以酶作催化剂的是()解析：选C酶的催化作用需要适宜的温度，在合适温度下催化效率最高，当温度超过一定范围会失去催化作用。6．下列过程不属于化学变化的是()A．在蛋白质溶液中，加入饱和硫酸铵溶液，有沉淀析出B．皮肤不慎沾上浓硝酸而呈现黄色C．在蛋白质溶液中，加入硫酸铜溶液，有沉淀析出D．用稀释的福尔马林溶液(0.1%～0.5%)浸泡植物种子解析：选AA项在蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，是盐析过程，析出的蛋白质性质并无变化，即没有新物质生成，加水后，析出的蛋白质仍能溶解，A项不是化学变化；B项皮肤不慎沾上浓硝酸显黄色属于蛋白质的颜色反应，是化学变化；C项在蛋白质溶液中加入硫酸铜溶液，析出沉淀是因为蛋白质变性，是化学变化；D项用稀释的福尔马林溶液杀死种子上的细菌和微生物，即使这些生物体的蛋白质发生变性反应，是化学变化。7．下列关于蛋白质的叙述中不正确的是()A．天然蛋白质水解的最终产物是α­氨基酸B．蛋白质溶于水后，若加入饱和Na2SO4溶液，会使蛋白质溶解度降低而析出C．在蛋白质溶液中，加入1%醋酸铅溶液，产生白色沉淀，过滤后，向白色沉淀中加入蒸馏水，沉淀溶解D．蛋白质分子中含有肽键()解析：选CA项天然蛋白质都是α­氨基酸脱水缩合形成的高分子化合物，所以水解的最终产物是α­氨基酸，正确。B项会产生盐析现象，正确。C项蛋白质已发生变性，再加水沉淀不会溶解，错误。D项蛋白质分子中含有羧基与氨基形成的肽键，正确。8．有一分子式为C8H14N2O5的二肽，经水解得丙氨酸和另一种氨基酸X，则X分子组成可能是()A．C3H7NO3 B．C5H9NO4C．C5H11NO5 D．C5H7NO4解析：选B水解方程式为C8H14N2O5＋H2O，根据原子个数守恒可得X的化学式。9．下列是某蛋白质的结构片段：(1)上述蛋白质的结构片段的水解产物中不属于α­氨基酸的结构简式是________________。(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该氨基酸二分子缩合形成环状物质的分子式为__________________________。(3)已知上述蛋白质结构片段的化学式量为364，则水解生成的各种氨基酸的式量之和为__________。10．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________。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，同时满足如下三个条件的，除酪氨酸外还有________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：1．甘氨酸在NaOH溶液中存在的形式是()解析：选D在NaOH溶液中甘氨酸分子中的羧基与氢氧根离子发生中和反应。2．下列物质中，能与酸反应，也能与碱反应，还能发生水解反应的是()①Al(OH)3②氨基酸③NaHCO3④淀粉⑤蛋白质⑥纤维素⑦A．①②⑤ B．③⑤⑦C．④⑤⑥ D．①③⑦解析：选BNaHCO3为弱酸的酸式盐，可与酸反应生成CO2，也可与碱反应生成Na2CO3，同时能发生水解反应(盐的水解)；在和蛋白质分子中含—NH2和—COOH，既能和酸反应，也能和碱反应，二者都能在一定条件下发生水解反应，故B正确。3．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．该物质的结构简式为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物质解析：选AA项，根据该有机物的球棍模型可知其结构简式为。4．下列过程与蛋白质变性无关的是()A．用煮沸的方法可消毒医疗器械B．用福尔马林保存生物标本C．鸡蛋白加入(NH4)2SO4溶液，可以观察到有沉淀析出D．鸡蛋白溶液里加入少量乙酸铅溶液，可以观察到有沉淀生成解析：选C蛋白质溶液中加入轻金属盐或铵盐溶液，产生盐析现象，而与变性无关。5.分子式为C3H7O2N的有机物经实验分析，发现有如图所示的分子中原子的连接顺序，则此有机物一定是()A．硝基化合物 B．硝酸酯C．α­氨基酸 D．蛋白质解析：选C每个碳原子的总键数为4，每个氮原子的总键数为3，每个氧原子的键数为2，氢原子只有一个键。显然斜向相连的三个大白球应为碳原子，与最下方的碳原子相连的两个中白球应为氧原子，从键数看，下方的氧与碳之间应为双键