学年人教版选修5 第四章第三节 蛋白质和核酸 学案.docx

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学年人教版选修5第四章第三节蛋白质和核酸学案

第三节　蛋白质和核酸

　1.了解氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质。

　2.了解二肽、多肽的概念。

　3.了解蛋白质的组成、结构和性质。

　4.认识人工合成多肽、蛋白质、核酸等的意义，体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。

　氨基酸的结构与性质[学生用书P64]

1．组成和结构

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

α氨基丙酸

谷氨酸

2氨基1，5戊二酸

苯丙氨酸

α氨基苯丙酸

3.性质

（1）物理性质

（2）化学性质

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）氨基酸分子中的—COOH能电离出H＋显酸性，—NH2能结合H＋显碱性。

（　　）

（2）成肽反应的规律为—COOH脱—OH，—NH2脱—H。

（　　）

（3）肽键可表示为

。

（　　）

（4）氨基酸的氢原子数为奇数，烃的氢原子数为偶数。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）√

2．氨基酸不能发生的反应是（　　）

A．酯化反应　　B．与碱的中和反应

C．成肽反应D．水解反应

答案：

D

1．氨基酸的两性

氨基酸分子中含有酸性官能团—COOH和碱性官能团—NH2。

氨基酸分子中的氨基能结合H＋，能与酸反应；而羧基能电离出H＋，能与碱反应。

2．氨基酸的缩合

（1）两分子间缩合

（2）分子间或分子内缩合成环

（3）缩聚（具体讲解将在第五章中学到）成多肽或蛋白质

多种氨基酸分子按不同的排列顺序以肽键相互结合，可以形成千百万种具有不同的理化性质和生理活性的多肽链。

相对分子质量在10000以上的，并具有一定空间结构的多肽，称为蛋白质。

氨基酸的缩合机理：

，脱去一分子水后形成肽键（

）。

当多肽或蛋白质水解时断裂肽键上的C—N键。

　下列关于氨基酸的叙述中，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]　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。

[答案]　D

氨基酸既能与酸反应又能与碱反应，常见的既能与酸反应又能与碱反应的物质还有哪些？

答案：

常见的既能与酸反应又能与碱反应的物质除氨基酸外，还有以下几类：

铝、氧化铝、氢氧化铝、弱酸的酸式盐、弱酸的铵盐。

　氨基酸的结构与性质

1．下列物质中属于氨基酸的是（　　）

答案：

D

2．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

，则下列说法不正确的是（　　）

A．半胱氨酸属于α氨基酸

B．半胱氨酸是一种两性化合物

C．两分子半胱氨酸脱水形成的二肽的结构简式为

D．

与NaOH溶液加热时可放出一种碱性气体

解析：

选C。

由题目给出的半胱氨酸的结构简式可知，氨基在羧基邻位碳原子上，所以属于α氨基酸；因为氨基为碱性基团，羧基为酸性基团，所以半胱氨酸是一种两性化合物；两分子半胱氨酸脱水形成二肽应是氨基与羧基反应的结果：

；因为

是氨基酸的铵盐，电离生成的铵根离子与氢氧根离子在加热条件下反应会放出氨气。

3．苯丙氨酸的结构简式为

。

（1）该分子中的碱性基团是________，苯丙氨酸与盐酸反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）该分子中的酸性基团是________，苯丙氨酸与NaOH溶液反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

苯丙氨酸分子中，碱性基团是氨基（—NH2），酸性基团是羧基（—COOH）。

—NH2与HCl的反应为（可仿照H—NH2与HCl的反应写）—NH2＋HCl―→—NH3Cl；—COOH与NaOH的反应为—COOH＋NaOH―→—COONa＋H2O。

　蛋白质的组成与性质　酶　核酸[学生用书P65]

1．蛋白质的组成

蛋白质中含有C、H、O、N、S等元素，有的还含有P元素，少量的蛋白质还含有微量Fe、Cu、Zn、Mn等元素，属于含氮生物高分子化合物，其水溶液具有胶体的性质。

2．蛋白质的性质

（1）两性：

蛋白质的结构中含有—NH2和—COOH，因此既能与酸又能与碱反应，是两性分子。

（2）水解：

蛋白质在酸、碱或酶的作用下，水解生成相对分子质量较小的多肽化合物，最终水解得到各种氨基酸。

蛋白质水解的最终产物几乎都是α氨基酸。

水解原理：

水解过程：

蛋白质

多肽

氨基酸。

（3）盐析

（4）变性

概念

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

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、福尔马林、丙酮等

特点

变性属于化学变化，是不可逆过程，变性后的蛋白质在水中不能重新溶解，失去生理活性

（5）颜色反应

含有苯基的蛋白质溶液中加入浓硝酸会有白色沉淀产生，加热，沉淀变黄色。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）向两份蛋白质溶液中分别加入饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，均有固体析出，两者原理相同。

（　　）

（2）蛋白质遇浓硝酸都会显黄色。

（　　）

（3）医疗器械的高温消毒的实质是蛋白质的变性。

（　　）

（4）酶的催化作用是温度越高越好。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）×

2．下列关于蛋白质的叙述中，不正确的是（　　）

A．蚕丝、羊毛、病毒等主要成分都是蛋白质

B．蛋白质溶液中加入饱和（NH4）2SO4溶液，蛋白质析出，虽再加水，也不溶解

C．重金属盐能使蛋白质凝结

D．浓硝酸使皮肤呈黄色是由于浓硝酸与蛋白质发生了颜色反应

解析：

选B。

蛋白质溶液中加入饱和（NH4）2SO4溶液，发生盐析现象，该过程为可逆的，加水，蛋白质又可溶解。

1．渗析、盐析和变性的比较

渗析

盐析

变性

含义

利用半透膜分离胶体粒子与分子、离子

加入无机盐溶液使胶体中的分散质析出

一定条件下，使蛋白质失去原有的生理活性

条件

半透膜、水

较多量的轻金属盐或铵盐，如NaCl、Na2SO4、（NH4）2SO4等

加热、紫外线、X射线、重金属盐、强酸、强碱、乙醇、丙酮等

特点

可逆，需多次换水

可逆，加水，析出的分散质又能溶解

不可逆，蛋白质失去原有活性，加水不再溶解

实例

除去淀粉溶胶中的NaNO3杂质

①向皂化反应液中加食盐晶体，使肥皂析出；②向蛋白质溶胶中加浓Na2SO4溶液使蛋白质析出

消毒、灭菌、给果树使用波尔多液、保存动物标本等

2.“三色”反应的比较

焰色反应

显色反应

颜色反应

含义

钠、钾等金属元素灼烧时，火焰呈现某种颜色。

钠元素为黄色，钾元素（透过蓝色钴玻璃）为紫色

苯酚与三价铁离子的溶液显紫色；淀粉与单质碘显蓝色；三价铁离子与硫氰根离子显红色

蛋白质遇某些试剂后显示某种特殊的颜色。

鸡蛋白、人的皮肤等遇浓硝酸显黄色

显色实质

物理变化

化学变化

化学变化

重要应用

鉴别钠、钾等金属元素

鉴别苯酚、淀粉、三价铁离子

鉴别某些蛋白质

（1）近几年来研究认为褪黑素与人的寿命长短有关，有人把褪黑素和克隆技术并称为“二十世纪生命科学的两大发现”。

褪黑素的结构简式为

，写出它在酸性条件下水解的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）现有淀粉和蛋白质胶体的混合液，要检验其中蛋白质的存在，可取混合液少许，向其中加入1mL________，现象是____________________，加热，现象是________，说明存在蛋白质；要检验其中淀粉的存在，可取混合液少许，加入________，溶液呈明显的________，说明淀粉存在；要把淀粉和蛋白质分离开，可进行的操作是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）在下列物质中：

①K2SO4，②HCHO，③MgSO4，④Hg（NO3）2，⑤NH4Cl，⑥KOH，能使蛋白质变性的是____________________（填序号，下同），能使蛋白质发生盐析的是____________________。

[解析]　

（1）

在酸、碱或酶存在的条件下都可发生水解反应。

（2）浓硝酸是强酸，加入浓HNO3会使蛋白质变性而沉淀析出，加热时因发生颜色反应而显黄色；淀粉遇碘变蓝色，实验中常利用这一性质进行淀粉的检验；利用盐析法分离、提纯蛋白质，利用渗析法提纯淀粉。

（3）Hg（NO3）2是重金属盐，KOH为强碱，②④⑥都会使蛋白质变性。

K2SO4、MgSO4是轻金属盐，NH4Cl是铵盐，①③⑤不会使蛋白质变性，但可以降低蛋白质的溶解度，可使蛋白质发生盐析。

[答案]　

（1）

（2）浓HNO3　有白色沉淀产生　沉淀变黄色　碘水　蓝色　向溶液中加入适量的饱和（NH4）2SO4或Na2SO4溶液，使蛋白质发生盐析而沉淀析出，然后过滤，从而使蛋白质从混合液中分离出来，将混合液进行渗析可得淀粉　（3）②④⑥　①③⑤

医用酒精、84消毒液、紫外线等能杀菌消毒所依据的原理是什么？

在临床上解救Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋等重金属盐中

毒的病人时，为什么要求病人服用大量含蛋白质丰富的生鸡蛋、牛奶或豆浆等？

答案：

依据是它们能使细菌、病毒等生物蛋白质变性。

生鸡蛋、牛奶、豆浆中含有丰富的蛋白质，重金属离子破坏这些食物中的蛋白质，而减少对病人本身蛋白质的损伤。

　蛋白质

1．

（1）鸡蛋腐败时，常闻到有刺激性气味的气体，该气体主要是________，说明蛋白质中含有________元素（填元素名称）。

（2）误食重金属盐会中毒，这是因为________________________________________。

（3）浓HNO3溅到皮肤上，使皮肤呈________色，这是由于浓HNO3和蛋白质发生了____________反应的缘故。

解析：

（1）我们常说硫化氢有臭鸡蛋的气味，这是因为鸡蛋腐败，蛋白质分解会放出硫化氢。

（2）重金属离子会使蛋白质变性，蛋白质广泛存在于生物体内，是生命的基础，肌肉、皮肤、毛发等的主要成分都是蛋白质。

（3）蛋白质和浓HNO3可发生特殊的颜色反应。

答案：

（1）H2S　硫　

（2）重金属盐会使蛋白质变性

（3）黄　颜色

　酶和核酸

2．“克隆羊”的关键技术之一是找到一些特殊的酶，这些酶能激活普通体细胞，使之能像生殖细胞一样发育成个体。

下列说法不正确的是（　　）

A．酶具有催化作用

B．酶的催化作用具有选择性和专一性

C．高温或重金属盐能降低酶的活性

D．酶只有在强酸性或强碱性条件下才能发挥作用

解析：

选D。

酶属于蛋白质，在强酸或强碱条件下会变性。

3．下列有关核酸的说法中不正确的是（　　）

A．核酸是一类含磷的生物高分子化合物

B．根据组成，核酸分为DNA和RNA

C．DNA大量存在于细胞质中

D．1981年，我国科学工作者用人工方法合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸

解析：

选C。

DNA大量存在于细胞核中，是生物体遗传信息的载体。

重难易错提炼

1.氨基酸的性质

（1）两性。

（2）成肽反应。

2.蛋白质的组成与性质

（1）组成：

主要由C、H、O、N、S等元素组成。

（2）性质：

①两性；②水解；③盐析；④变性；⑤颜色反应。

3.酶的催化特性

（1）专一性；

（2）高效性；（3）条件温和。

4.核酸

（1）性质——具有酸性。

（2）分类——DNA、RNA。

课后达标检测[学生用书P116（单独成册）]

[基础巩固]

1.分子式为C3H7O2N的有机物经实验分析，发现有如图所示的原子连接顺序，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。

每个碳原子的成键数为4，每个氮原子的成键数为3，每个氧原子的成键数为2，每个氢原子只能形成1个键，显然大白球为碳原子，与题图最右下方的碳原子相连的2个中白球为氧原子，最小的白球是氢原子，灰球应是氮原子。

N原子可形成3个化学键，但结构中的大白球除形成4个键外，也有形成3个键的，是因为有碳氧双键。

2．下列关于酶的叙述中，不正确的是（　　）

A．酶是一种糖类物质

B．酶是一种蛋白质

C．酶是生物体内产生的催化剂

D．酶受到高温或重金属盐作用时会变性

解析：

选A。

酶是一种蛋白质，而不是糖类物质；酶具有蛋白质的性质，当受到高温或重金属盐作用时会变性；酶还是生物体内产生的高效催化剂，其催化作用具有条件温和、不需加热、高度专一、催化效率高等特点。

3．下列说法中，不正确的是（　　）

A．利用盐析可以分离提纯蛋白质

B．酶在高温或重金属盐作用下其催化效率会降低

C．DNA是生物体遗传信息的载体

D．RNA主要存在于细胞核中，它根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成

解析：

选D。

盐析不改变蛋白质的生理活性，只是使蛋白质的溶解度降低，利用多次盐析和溶解可分离提纯蛋白质；酶是蛋白质，在高温或重金属盐作用下会发生变性而失去生理活性，从而使其催化效率降低；RNA主要存在于细胞质中，根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成；DNA大量存在于细胞核中，它是生物体遗传信息的载体。

4．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．C3H7NO3B．C5H9NO4

C．C5H11NO5D．C5H7NO4

解析：

选B。

水解方程式为C8H14N2O5＋H2O―→

＋X，根据原子个数守恒可得X的分子式。

5．市场上有一种加酶洗衣粉，即在洗衣粉中加入少量的碱性蛋白酶，它的催化活性很强，衣物的汗渍、血迹及人本身排放的蛋白质油渍遇到它，都能水解而被除去，下列衣料中不能用加酶洗衣粉洗涤的是（　　）

①棉织品　②毛织品　③腈纶制品　④蚕丝制品

⑤涤纶制品　⑥锦纶制品

A．①②③　　B．②④

C．③④⑤D．③⑤⑥

解析：

选B。

加酶洗衣粉中加入的少量碱性蛋白酶能使蛋白质水解而被除去，因此，主要成分为蛋白质的毛织品和蚕丝制品，不能用加酶洗衣粉洗涤。

6．将淀粉和淀粉酶的混合物放入玻璃纸袋中，扎好袋口，浸入流动的温水中。

相当一段时间后，取袋内液体分别与碘水、新制Cu（OH）2（加热）和浓硝酸微热作用，其现象分别是（　　）

A．显蓝色、无明显现象、显黄色

B．显蓝色、红色沉淀、无明显现象

C．无明显现象、变黑色、显黄色

D．无明显现象、红色沉淀、无明显现象

解析：

选C。

淀粉在淀粉酶的作用下水解生成葡萄糖，葡萄糖透过玻璃纸，而酶蛋白留在袋内。

新制Cu（OH）2受热分解显黑色，酶蛋白遇浓HNO3发生颜色反应。

7．绿色荧光蛋白（GFP）在紫外线照射下会发出鲜艳的绿光。

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。

GFP属于蛋白质，重金属离子能使其变性，A对；天然蛋白质属于混合物，B错；蛋白质的颜色反应是指蛋白质遇浓HNO3变黄色，C错；新制Cu（OH）2悬浊液通常检验醛基的存在，D错。

8．人类肝脏蛋白质两谱三图三库已全面破译完成，它将为肝脏疾病的预警、预防、诊断和治疗提供科学依据。

下列关于乙肝病毒的说法不正确的是（　　）

A．属于高分子化合物

B．水解的最终产物能与酸或碱反应

C．遇浓硝酸会变性

D．水解时碳氧键断裂

解析：

选D。

乙肝病毒由蛋白质和核酸构成，蛋白质和核酸都是高分子化合物，A正确；蛋白质最终水解的产物是氨基酸，氨基酸既有—COOH，也有—NH2，因此能与酸或碱反应，B正确；乙肝病毒的外壳是蛋白质，蛋白质与硝酸发生颜色反应，因此遇到浓硝酸会变性，C正确；蛋白质的水解只是肽键中的C—N键断裂，碳氧键不断裂，D错误。

9．一种二肽的结构简式为

，合成这种二肽的氨基酸是（　　）

解析：

选D。

本题主要是考查成肽反应的断键、成键位置：

所以，合成这种二肽的氨基酸应该是

和

。

10．根据下面所示化合物的结构回答下列问题。

（1）该化合物中，①表示________，③表示________。

（2）该化合物由________个氨基酸分子失去________个水分子而形成。

（3）该化合物称为________，含________个肽键，编号是________。

解析：

熟悉氨基酸与蛋白质的有关概念是解题的关键。

化合物中有n个肽键，就由（n＋1）个氨基酸失去n个水分子而形成，也叫（n＋1）肽。

答案：

（1）氨基　肽键　

（2）4　3　（3）四肽　3　③⑤⑥

11．

（1）从鸡蛋白的溶液中提取蛋白质的方法有________和________。

（2）鉴定一种物质的成分是真丝还是人造丝，可取一小块进行________，这是因为________________________________________________________________________。

（3）蛋白质溶液中含杂质Cl－，有人用滴加AgNO3溶液的方法除Cl－，他这样做是错误的，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

蛋白质提纯或提取的方法有两种：

渗析、盐析；蛋白质鉴定的常用方法：

颜色反应、灼烧法。

答案：

（1）盐析　渗析

（2）灼烧　真丝是蛋白质，灼烧时产生烧焦羽毛的气味

（3）AgNO3是重金属盐，能使蛋白质变性

[能力提升]

12．阿斯巴甜具有清爽的甜味，甜味度约为蔗糖的200倍，其结构简式如图。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．阿斯巴甜的分子式为C14H18N2O5

B．水解产物中有两种氨基酸

C．阿斯巴甜属于蛋白质

D．阿斯巴甜一定条件下既能与酸反应，又能与碱反应

解析：

选C。

根据阿斯巴甜的结构简式，可以求得其分子式为C14H18N2O5，该物质不是蛋白质；其分子中含有“

”，可以发生水解反应生成

、

和CH3OH（甲醇）；阿斯巴甜中存在—NH2，可以与酸反应，还存在—COOH，可以与碱反应。

13．由甘氨酸（H2N—CH2—COOH）和α羟基乙酸（HO—CH2—COOH）所组成的混合物发生分子间脱水反应，其中生成物中属于两分子脱水的直链状产物有（　　）

A．1种B．2种

C．3种D．4种

解析：

选D。

2分子甘氨酸脱去1分子水形成二肽：

；2分子α羟基乙酸酯化生成链状酯：

；甘氨酸分子的—COOH与α羟基乙酸中的—OH酯化生成链状酯：

；甘氨酸分子的—NH2与α羟基乙酸中的—COOH反应生成有机物：

。

14．某天然蛋白质充分水解后，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，4.45gR可与50mL1mol·L－1的NaOH完全中和，则R的结构简式为（　　）

解析：

选B。

有机物R可与等物质的量的KOH或盐酸完全反应，说明R分子中含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH）。

n（R）＝n（NaOH）＝c（NaOH）·V（NaOH）＝1mol·L－1×0.05L＝0.05mol，

M（R）＝

＝

＝89g·mol－1。

即此有机物的相对分子质量为89。

因R是天然蛋白质水解的产物，故其是α氨基酸，分子结构中应含有“

”，结合相对分子质量可求得其残基的相对质量为89－74＝15，显然只能是甲基（—CH3）,从而确定有机物R的结构简式为

。

15．化合物A的分子式为C3H7O2N，化合物B的分子式为C3H9O2N，这两种化合物分子中都有一个与碳原子连接的甲基，它们都能与NaOH溶液反应，也都能与盐酸反应。

（1）化合物A、B的结构简式为A__________________，B____________________。

（2）A、B分别与NaOH溶液反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

______________________________________________。

解析：

既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质符合C3HxO2N的可能为氨基酸或铵盐，若为氨基酸，则含有—CH3、—NH2与—COOH，此外仅剩

，故只能为

；若为铵盐，除NH

外，应为羧酸根离子，结合碳原子数知，只能为CH3CH2COO－。

16．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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②两分子该氨基酸缩合形成环状物质的分子式为________。

③该氨基酸的同分异构体中