蛋白質(zhì)和核酸

第三節(jié)蛋白質(zhì)和核酸第一課時(shí)氨基酸蛋白質(zhì)一、氨基酸

1．氨基酸的概念

2．氨基酸的性質(zhì)（1）既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)（2）脫水縮合二、肽鍵和多肽三、蛋白質(zhì)在存在與組成四、蛋白質(zhì)的性質(zhì)

1．蛋白質(zhì)的兩性

2．蛋白質(zhì)的鹽析

3．蛋白質(zhì)的變性

4．蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)五、蛋白質(zhì)的用途一、氨基酸α-蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)一類極為重要的高分子化合物，幾乎一切生命活動(dòng)的過(guò)程都與蛋白質(zhì)有關(guān)，而氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，要認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)就必須認(rèn)識(shí)氨基酸。什么叫氨基酸？羧酸分子里烴基上的氫原子被氨基取代的化合物叫氨基酸。1.定義說(shuō)明：氨基酸的官能團(tuán)：氨基和羧基屬于取代羧酸①-NH2叫氨基，可以看成NH3失一個(gè)H原子后得到的，是個(gè)堿性基。②α-氨基酸：離羧基最近的碳原子（羧基的鄰位碳原子）上的氫原子叫α氫原子，次近的碳原子上的氫原子叫β氫原子。羧酸分子里的α氫原子被氨基取代的生成物叫α-氨基酸。

③α-氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基石。天然蛋白質(zhì)水解得到的氨基酸絕大部分是α-氨基酸。

如：甘氨酸（α-氨基乙酸）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：

2、氨基酸的結(jié)構(gòu)：α-氨基酸通式：

特點(diǎn)：既含有氨基(-NH2)，又含有羧基(-COOH)

注意：氨基酸與分子式相同的硝基化合物存在同分異構(gòu)現(xiàn)象，如與CH3CH2NO2互為同分異構(gòu)體。

氨基酸的命名是以羧基為母體，氨基為取代基，碳原子的編號(hào)習(xí)慣把離羧基最近的碳原子稱為

α

碳原子，離羧基次近碳原子稱為

β

碳原子，依次類推。3、氨基酸的命名：

4、幾種常見(jiàn)的氨基酸

4、氨基酸的物理性質(zhì)：

天然氨基酸都是無(wú)色晶體，熔點(diǎn)高，在200～3000C熔化時(shí)分解，易溶于水，它們能溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液中，除少數(shù)外一般都能溶于水，難溶于乙醇乙醚。

5、氨基酸的性質(zhì)：

（氨基酸結(jié)構(gòu)中含有官能團(tuán)-COOH和-NH2，既有酸性又有堿性）①氨基酸的兩性：既與酸反應(yīng)，又與堿反應(yīng)。

說(shuō)明：

a、所學(xué)過(guò)的既能跟酸反應(yīng)又能跟堿反應(yīng)的物質(zhì)：

1）單質(zhì)Al、Zn等2）兩性氧化物Al2O3、3）兩性氫氧化物Al(OH)34）弱酸的銨鹽：(NH4)2CO3、NH4HCO3、

5）弱酸的酸式鹽：NaHCO3等。6）具有雙官能團(tuán)的某些有機(jī)物：氨基酸、蛋白質(zhì)、對(duì)羥基苯甲酸鈉

b、分子內(nèi)部中和，生成內(nèi)鹽：

由于該性質(zhì)使氨基酸具有較高的熔沸點(diǎn)，易溶于水，難溶于非極性溶劑，具有類似離子晶體的某些性質(zhì)。c、氨基酸主要以兩性離子（生成內(nèi)鹽）存在時(shí)，在水中的溶解度最小，可以形成晶體析出，利用這一性質(zhì)，可以通過(guò)控制溶液的pH來(lái)分離氨基酸。②成肽反應(yīng)：（縮合反應(yīng)）兩個(gè)氨基酸分子可以相同也可不同，在酸或堿的存在下加熱，通過(guò)一個(gè)氨基酸分子中的羧基可以跟另一個(gè)氨基酸分子中的氨基反應(yīng)，按羧基脫羥基、氨基脫氫的反應(yīng)原理，脫去一個(gè)水分子縮合形成含酰胺基（），即肽鍵的化合物，稱為成肽反應(yīng)。

如：甘氨酸縮合成二肽：

a、兩分子氨基酸縮水形成二肽b、分子間或分子內(nèi)縮水成環(huán)說(shuō)明：二肽：由兩個(gè)氨基酸分子縮合而成的化合物（由三個(gè)或三個(gè)以上氨基酸分子縮合而成的，含多個(gè)肽鍵的化合物稱為多肽）。小結(jié)：氨基酸→多肽→蛋白質(zhì)c、縮聚成多肽或蛋白質(zhì)二、蛋白質(zhì)

1.蛋白質(zhì)存在：

動(dòng)物的肌肉、皮膚、血液、乳汁及毛、發(fā)、蹄、角等，或存在于植物的種子里2.蛋白質(zhì)的元素主要由C、H、O、N、S等元素組成。有些蛋白質(zhì)還含有P、Fe等3.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的顯著特征是：具有獨(dú)特而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的特殊功能和活性與多肽鏈的氨基酸種類、數(shù)目及排列順序、特定空間結(jié)構(gòu)相關(guān)。說(shuō)明：蛋白質(zhì)是由不同氨基酸按不同排列順序相互結(jié)合而構(gòu)成的高分子化合物；因而分子中含有未縮合的羧基（-COOH）和氨基（-NH2）；蛋白質(zhì)溶液是一種膠體；酶是一種蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)：一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)

說(shuō)明：

a、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其空間結(jié)構(gòu)；

b、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈骨架盤繞折疊所形成的有規(guī)律性的結(jié)構(gòu)；c、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是整個(gè)多肽鏈的三維構(gòu)象，它是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步折疊卷曲形成復(fù)雜的球狀分子結(jié)構(gòu)；

d、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是指亞基的立體排布、亞基間相互作用與布局。

4、蛋白質(zhì)的性質(zhì)：

①蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)：蛋白質(zhì)是大分子化合物，其分子大小一般在1-100nm之間，其水溶液具有膠體溶液的一般特性。例如具有丁達(dá)爾現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)，不能透過(guò)半透膜以及較強(qiáng)的吸附作用等。

②兩性：因?yàn)橛?NH2和-COOH

形成蛋白質(zhì)的多肽是由多個(gè)氨基酸脫水形成的，在多肽鏈的兩端必然存在著自由的氨基與羧基。而且，側(cè)鏈中也有酸性或堿性基團(tuán)。因此，蛋白質(zhì)與氨基酸一樣也是兩性分子，既能與酸又能與堿反應(yīng)

③水解：在酸、堿或酶作用下天然蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物為多種α-氨基酸。分子中，叫酰胺鍵（肽鍵）。

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水解時(shí)，多肽鏈的肽鍵中的C—N鍵處斷裂。這是識(shí)別蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物的關(guān)鍵。

④鹽析：

少量的某些鹽能促進(jìn)蛋白質(zhì)溶解，而大量的濃鹽溶液反而使蛋白質(zhì)的溶解度降低在溶液中使之凝聚而從溶液中析出，這種作用叫鹽析。

說(shuō)明：鹽析屬物理過(guò)程，是可逆的，它只是使蛋白質(zhì)暫時(shí)失去溶解性或降低蛋白質(zhì)的溶解度，但并未改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。利用鹽析可分離和提純蛋白質(zhì)。[實(shí)驗(yàn)4-2]取20mL雞蛋白溶液放入試管；然后再向試管中加入飽和Na2SO4溶液的現(xiàn)象，然后向其中加入蒸餾水的現(xiàn)象

結(jié)論：向蛋白質(zhì)溶液中加(NH4)2SO4、Na2SO4等鹽濃溶液時(shí)，會(huì)使蛋白質(zhì)從溶液沉淀出來(lái)，向沉淀中加入蒸餾水沉淀會(huì)溶解。此現(xiàn)象叫蛋白質(zhì)的鹽析。鹽析是可逆的。⑤變性：

在某些物理因素或化學(xué)因素的影響下，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生理功能發(fā)生改變的現(xiàn)象。

說(shuō)明：1）

物理因素：加熱、加壓、振蕩、攪拌、紫外線、X射線、超聲波。2）化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽以及一些有機(jī)物如甲醛、酒精、苯甲酸、丙酮等3）變性屬化學(xué)過(guò)程不可逆。蛋白質(zhì)變性后不僅喪失了原有的可溶性，同時(shí)也失去了生理活性。利用變性可進(jìn)行消毒，但也能引起中毒。[實(shí)驗(yàn)4-3]P89

結(jié)論：向蛋白質(zhì)溶液中加熱或加入醋酸鉛等會(huì)使蛋白質(zhì)從溶液沉淀出來(lái)，向沉淀中加入蒸餾水沉淀不溶解。此現(xiàn)象叫蛋白質(zhì)的變性。變性是不可逆的。

應(yīng)用：

a、在臨床上解救誤服Cu2+、Pb2+、Hg2+等重金屬鹽中毒時(shí)，要求病人立即服用大量含蛋白質(zhì)豐富的生雞蛋、牛奶或豆?jié){；醫(yī)院一般使用酒精、苯酚溶液、蒸煮、高壓和紫外線等方法進(jìn)行消毒殺菌；用福爾馬林浸制動(dòng)物標(biāo)本；農(nóng)業(yè)上用波爾多液殺滅病蟲(chóng)害。都是使蛋白質(zhì)變性（凝固）從而使細(xì)菌死亡，起到殺菌、防腐作用。

b、目前生命科學(xué)工作者積極展開(kāi)如何防治衰老保持青春活力，也就是防止蛋白質(zhì)變性過(guò)程的研究。各種各樣的化妝品，防衰老保健品應(yīng)運(yùn)而生，

⑥顏色反應(yīng)：具有苯環(huán)的蛋白質(zhì)遇濃HNO3會(huì)有白色沉淀產(chǎn)生，加熱沉淀變黃的反應(yīng)。

蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)是檢驗(yàn)含苯環(huán)的蛋白質(zhì)，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是硝酸作用于含有苯環(huán)的蛋白質(zhì)使它變成黃色的硝基化合物。

⑦灼燒氣味：蛋白質(zhì)灼燒時(shí)有焦羽毛氣味常用此性質(zhì)鑒別蠶絲（蛋白質(zhì)）、合成纖維、人造絲、毛織物等。

如鑒別真假羊毛衫。五、蛋白質(zhì)的用途蛋白質(zhì)動(dòng)物的毛、蠶絲是很好的紡織原料動(dòng)物的皮革是衣服的原料驢皮熬制的膠是一種藥材——阿膠牛奶中的蛋白質(zhì)與甲醛制酪素塑料各種生物酶均是蛋白質(zhì)人類的主要食品小結(jié)：鹽析與變性區(qū)別的方法

小結(jié)：焰色反應(yīng)、顯色反應(yīng)、顏色反應(yīng)的比較

注意：利用焰色反應(yīng)只能鑒別某些金屬元素,如堿金屬及Ca、Ba、Cu等；利用顏色反應(yīng)只能鑒別含苯環(huán)的蛋白質(zhì)。

典例導(dǎo)析

知識(shí)點(diǎn)1：氨基酸的兩性

例1

下列化合物中，既能跟稀硫酸反應(yīng)，又能跟氫氧化鈉反應(yīng)的是(

)

A．氨基乙酸 B．偏鋁酸鈉

C．氯化鋁 D．苯酚鈉

解析

一般既能與稀硫酸反應(yīng)又能與氫氧化鈉反應(yīng)的可能為兩性氧化物(Al2O3)、兩性氫氧化物[Al(OH)3]等，還可能是具有兩種官能團(tuán)的有機(jī)化合物，如氨基乙酸(有—COOH和—NH2)，還有弱酸的酸式鹽NaHCO3或NaHSO3等。NaAlO2只能與酸反應(yīng)，AlCl3只能與堿反應(yīng)，而苯酚鈉只能與酸反應(yīng)。

答案

A

知識(shí)點(diǎn)2：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

例2

下列有機(jī)物水解斷鍵處(用虛線表示)不正確的是()

解析

選項(xiàng)C、D的水解均相當(dāng)于肽鍵的水解，其斷鍵位置應(yīng)是“”，D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案

C

跟蹤練習(xí)2

含有下列結(jié)構(gòu)片段的蛋白質(zhì)在胃液中水解時(shí)，不可能產(chǎn)生的氨基酸是(

)

答案

D三、酶：

（一種特殊的蛋白質(zhì)，具有蛋白質(zhì)的性質(zhì)）

1、酶的定義：

①條件溫和、不需加熱：在接近體溫和接近中性的條件下，酶就可以起作用。在30℃～50℃之間酶的活性最強(qiáng)，超過(guò)適宜的溫度時(shí)，酶將失去活性；

②具有高度專一性：如蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)；淀粉酶只對(duì)淀粉起催化作用；

③具有高效催化作用：酶催化的化學(xué)反應(yīng)速率，比普通催化劑高107～1013倍。酶是一種具有催化作用的蛋白質(zhì)，是一種生物催化劑。對(duì)于許多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和生物體內(nèi)進(jìn)行的復(fù)雜的新陳代謝反應(yīng)具有很強(qiáng)的催化作用。

2、酶的催化作用的特點(diǎn)：

3、酶的種類及應(yīng)用

目前，人們已經(jīng)知道的酶有數(shù)千種。工業(yè)上大量使用的酶多數(shù)是通過(guò)微生物發(fā)酵制得的，并且有許多種酶已制成了晶體。酶已得到廣泛的應(yīng)用，如淀粉酶用于食品、發(fā)酵、紡織、制藥等工業(yè)；蛋白酶用于醫(yī)藥、制革等工業(yè)；脂肪酶用于使脂肪水解、羊毛脫脂等。酶還用于疾病的診斷。四、核酸：

（核酸化學(xué)是分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在已知某些核酸也有酶的作用）

1、一類含磷的生物高分子化合物，相對(duì)分子量可達(dá)十幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)。

2、核酸在生物體的生長(zhǎng)、繁殖、遺傳、變異等生命現(xiàn)象中起著決定性的作用。

3、分類：

①脫氧核糖核酸（DNA）：主要存在于細(xì)胞核中，決定生物體的繁殖、遺傳及變異。

生物遺傳信息的載體；還指揮著蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞的分裂和制造新的細(xì)胞。

②核糖核酸（RNA）：主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，控制生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成。小結(jié)：1.關(guān)于氨基和羧基的縮聚反應(yīng)：

氨基酸分子中氨基上H原子能與另一氨基酸分子羧基上的羥基結(jié)合成水脫去，發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成高分子化合物。如：

①同種氨基酸縮聚成高分子化合物：

nNH2—(CH2)6—NH2＋nHOOC(CH2)4COOH

②胺與羧酸縮聚成高分子化合物

2、蛋白質(zhì)的分離與提純：

常用鹽析來(lái)分離提純蛋白質(zhì)，因?yàn)辂}析是可逆的。在蛋白質(zhì)溶液中加入濃的鹽溶液，蛋白質(zhì)的溶解度降低而從溶液中析出，析出的蛋白質(zhì)