第三节 有机化合物及生物大分子
蛋白质
一、教学目标
【知识目标】
1．了解蛋白质的功能。
2．了解蛋白质是一种高分子化合物，它的元素组成。了解蛋白质的基本组成单位—氨基酸的种类和结构特点。理解蛋白质的结构（氨基酸连接成多肽的方式及其不同的空间结构）。
3．理解蛋白质结构和功能的相互关系。
4．掌握生物组织中的蛋白质检测方法。
【能力目标】
1．通过理解蛋白质分子结构的层次性及多样性，培养学生化繁为简的学习能力，空间想象能力。通过学习蛋白质结构的组成，进而加深对多糖、核酸等生物大分子的理解。
2．通过联系数学、化学等知识来理解蛋白质的分子结构及其多样性，培养学生跨学科综合分析问题的能力。
3．通过“生物组织的中蛋白质检测”，锻炼学生的动手能力。
【情感态度与价值观】
1．通过理解蛋白质分子功能多样性，让学生真切感悟到“蛋白质是生命活动的体现者”。
2．通过理解蛋白质结构和功能的相互关系，让学生理解“结构和功能相适应”的生物学基本观点。
二、教材分析
【教材的地位作用】
本节课的主要内容包括蛋白质的含量、检测、元素组成、基本组成单位以及蛋白质的结构和功能的多样性。本节课的重点和难点是氨基酸的结构特点、结构通式以及氨基酸如何脱水缩合形成肽链。通过认识蛋白质的结构特点，可以让学生理解蛋白质结构和功能相适应的基本生物学观点。与实际生活、科技联系是本节的一个特点，要注意学生理论联系实际。通过蛋白质的用途的介绍，使学生感到生物是身边的科学、生物科学无处不在。
生物科学是一门认识生命活动规律和探索生命本质的科学，应该从研究生命的分子和细胞开始。蛋白质是生命活动的体现者，恩格斯就曾说过“生命是蛋白质的存在方式，这种存在方式本质上就在于蛋白质化学成分的不断自我更新”，可见《蛋白质》这一内容在本章甚至与本书中占有重要的地位。
这部分内容安排在第一册教材的第一章，也是为后面的学习奠定基础。细胞膜及细胞器膜的成分含蛋白质；核糖体是蛋白质的合成场所；染色体主要由蛋白质和DNA组成；细胞分裂间期要先完成DNA的复制和相关蛋白质的合成；生物体内一系列的生化反应都需要酶的参与，而绝大多数酶都是蛋白质；生命活动调节需要激素，有些激素是蛋白质；如何通过实验排除蛋白质作为遗传物质的可能性等等。
因为其与生活、社会、科学联系相当紧密（蛋白质的研究是继基因研究后一个新兴研究领域），也成了高考改革以来一个热点。
【教学重难点】
1．教学重点：氨基酸的结构特点、结构通式以及多肽的形成；蛋白质结构多样性和功能多样性；生物组织中的蛋白质检测。
2．教学难点：理解蛋白质的基本组成单位—氨基酸，以及其连接成蛋白质的方式；理解蛋白质结构与功能相适应的特点；掌握生物组织中的蛋白质检测方法。
解决方法：在实验环境下，以小组合作学习为主。在个别化学习的基础上，进行讨论交流，并辅以练习法、辅导法、展示法等，帮助学生进行意义建构。
三、学情分析
高中学生已具备了一定的自然科学基础知识，如对于蛋白质有一些基本的或大概的认知，有一定的实验操作能力，有一定的科学探究能力和资料的查阅能力，此时如果我们能根据其学习特点，抓住其心理特点，设计出学生兴趣的教学方案势必能达到事半功倍的效果；再加上适当的随堂实验，一定能使同学集中精力进行本节课的学习。
蛋白质这一内容的特点，联系化学的知识比较多。虽然学生在前几节课中学习过化学元素、化合物、无机物、有机物的知识，特别是学习了一些化学键，如离子键、氢键、共价键等等，这为我们的教学提供了一定的知识基础。但是学生又没深入学习过有机化学，这又为我们的教学增加了难度。我们可以结合多媒体，有效地加以克服。
四、教学设计
【设计思路】
由于学生缺乏有关氨基酸和蛋白质的化学知识，细胞的分子组成又是微观的内容，比较抽象，所以在教学时，应注意联系学生的生活经验，利用图解加强教学的直观性，增加学生对微观内容的感性认识，使学生在主动获取知识的过程中完成重点、难点知识的学习，提高思维能力，形成相应的观点。
本课内容共分2课时，根据学生先具体后抽象、先简单再复杂的认知特点，我们将与生活最贴近的蛋白质的含量、功能、以及生物组织中蛋白质的检测安排在第一个课时，同时也考虑到内容的完整性，把氨基酸的结构特点、结构通式、氨基酸脱水缩合形成肽链、蛋白质的空间结构以及结构多样性和功能多样性相适应的特点安排在第二课时。
【教学方法】
蛋白质的教学建议安排2课时。这部分的教学我们主要采用“问题解决”教学法进行教学。“问题解决”教学是指在教学过程中，教师通过有目的地提出不同类型的问题或任务，引导学生主动发现、积极探索、实践体验、解决问题，以便深层理解并掌握和运用基本知识，实现从能力到人格整体发展，成为有效的问题解决者的一种教学方法。
如第一课时，我们在讲述蛋白质功能时，提出问题“蛋白质的种类是多种多样的，那么不同的蛋白质在生物体执行着怎样的功能呢？”让学生主动地去实际生活中搜索实例，最终通过这一系列的实例学生就可以对蛋白质功能多样性的知识有了深刻的理解。
【教学过程】
第一课时
教学流程
教师活动
学生活动
教学意图
引入新课
提供资料
蛋白质
含量
二、功能
三、生物组织中蛋白质的检测
小结
蛋、肉、奶、蚕丝、羊毛、羽毛、人的头发、指甲的图片。
【讲述】这是我们身边经常能看到的物品，这些外观看起来很不一样的东西，却都含有一种主要的物质（停顿）。
【板书】蛋白质
【出示】用小烧杯分别盛鸡蛋清和牛奶。
【提问】鸡蛋清和牛奶的主要成分都是蛋白质，那么构成它们的蛋白质是不是一样的呢？
可以分组进行讨论，哪一组交流好了可以举手发表你们的看法。其他组也可以补充。
【交流指导】指导学生从不同的角度进行分析：如从两者的功能上分析；从两者的性质上（如煮沸后的状态）分析等等。
最后得出结论，两者是不同的蛋白质。
在人体各个器官、组织和体液内，蛋白质都是必不可少的成分。蛋白质是生命的物质基础，成年人体重的16.3%是蛋白质，是除去水之外占生物体干重第一位的物质。恩格斯曾指出，生命是蛋白质的运动形式。
【板书】一、含量：占干重第一位
【提问】蛋白质的种类是多种多样的，那么不同的蛋白质在生物体执行着怎样的功能呢？
【板书】二、功能
引导学生从身边的实例来列举、理解蛋白质的功能。
【讲述】通过对蛋白质重要功能的实例的分析和归类，顺理成章的总结出“蛋白质是一切生命活动的体现者”，“凡是有生命的地方就有蛋白质”。
【出示】出示指甲、鸟类的羽毛、卵清蛋白等。
【提问】对于这些物体，我们可以采取什么方法来鉴定证明它们要由蛋白质组成的呢？
【板书】生物组织中蛋白质的检测
1.目的要求：
尝试用化学试剂检测生物组织中的蛋白质；分析实验现象，得出结论。
2.实验原理：
蛋白质与双缩脲试剂发生作用，可以产生紫色反应。
3.材料用具：供学生用的稀释的蛋清液（1∶10稀释）或者豆浆、牛奶，双缩脲试剂A，双缩脲试剂B，试管、量筒。
4.方法步骤：
(1)教师演示蛋白质鉴定过程：
取2ml蛋白质溶液，加入2ml的双缩脲试剂A，振荡试管，使样本和试剂A混合均匀，再加入5滴双缩脲试剂B，观察颜色变化。
(2)学生操作、观察并记录结果在课本表格的相应位置。
(在整个过程中，教师要适时引导学生思考：实验中对取材的要求，试剂的用法、用量，每个实验步骤的意图以及它所能达到的结果。)
蛋白质是生物组织中普遍存在一类大分子有机物，主要由C、H、O、N四种元素组成，有些蛋白质还含有S。蛋白质种类繁多，不同的蛋白质有不同的功能，但都可以用相同的方法进行检测，也就是说不同的蛋白质在结构上又有其相同的地方。有关于蛋白质的结构我们将在下堂课讨论。
观察。
倾听、思考。
群答：蛋白质。
分析、思考、小组讨论，得出结论。
思考、举例回答：①结构物质；②催化；③免疫；④调节；⑤运输等等。
学生积极思考
仔细观察
认真操作，观察、分析、记录结果。若结果与预期不相符，分析原因。
从生活实际出发，激发学生的学习兴趣。
培养学生观察、分析、归纳总结的能力
培养学生联系实际的能力。
实验完成后，组织学生分析讨论课本P13－14讨论题
第二课时
教学流程
教师活动
学生活动
教学意图
引入新课
四、蛋白质的结构
1．基本组成单位：氨基酸。
2．脱水缩合
【提问】
1.在检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验中，哪些生物组织中含有较多的蛋白质？
2.有些食品，如切面、面包等要添加氨基酸，为什么？
3.你知道在生命活动中蛋白质有什么重要作用吗？
【讲述】通过上面的讨论可以看出，蛋白质和氨基酸都是生命活动所需要的重要物质，那么，它们之间是什么关系呢？
蛋白质分子是大分子化合物，其结构确实相当复杂，它是由很多氨基酸组成的，所以氨基酸就是组成蛋白质的基本单位。那么氨基酸的结构又是怎样的呢？
下面请同学们写出一个甲烷的结构式。
【讲述】用一个氨基、一个羧基、一个R基分别取代甲烷中的三个H，就组成蛋白质分子的基本单位氨基酸的结构通式：
【板图】几种氨基酸的结构式。
? 甘氨酸 丙氨酸 半胱氨酸
【讨论】判断某分子是不是氨基酸的依据是什么？不同氨基酸分子的区别在哪儿？
【提问】生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种，蛋白质分子作为一种高分子化合物，往往是由数百个甚至数千个氨基酸分子构成的，那些氨基酸之间是如何连接在一起构成蛋白质分子的呢？
【板图】讲解两个氨基酸之间的脱水缩合反应。并请同学注意肽键是如何形成的，以及把形成的产物叫做二肽的原因。
【板图】演示三肽化合物的形成。
由学生写出由四个氨基酸通过脱水缩合形成的四肽化合物结构式，并注明生成的水分子数和形成肽键的数目。如有错误予以纠正。
利用生活经验参与讨论。
一位学生在黑板上写出甲烷结构简式：
思考回答。
学生到黑板上演示。
利用问题探讨创设问题情境。
引导学生主动获得氨基酸结构知识。氨基酸结构特点是学习氨基酸形成蛋白质的基础，让学生自主对比观察，达到突出重点、突破难点的目的。
利用提问使学生明确活动的目的，主动地参与学习过程
3．分子结构
4．蛋白质结构的多样性
【课件】胰岛素的化学结构图。以此引出多肽、肽链的概念，引导学生观察肽链及肽链所形成的空间结构。
【讲述】许多的氨基酸通过肽链相互连接成多肽链，多肽链盘曲折叠构成了蛋白质分子的结构。
脱水缩合
师生共同归纳出：氨基酸——→肽链（一条或多条）
盘曲折叠——→蛋白质。
【提问】既然蛋白质都是按照上述方式构成的，那么，为什么会有那么多种类的蛋白质呢？
【课件】血红蛋白的空间结构图。
【提问】如果组成每种蛋白质的氨基酸的种类、数目相同，每种蛋白质的空间结构也相同，那么，蛋白质的结构就完全一样了吗？
【讲述】下面我们做一个游戏，我这里有S、O、P、T四个英文字母，请大家组成几个单词。
【讲述】大家看到，四个字母按照不同顺序排列，组成了不同意义的单词，那么组成蛋白质的氨基酸数目很多，如果排列顺序不同，会不会形成不同种类的蛋白质？
【小结】蛋白质结构多样性的原因：组成每种蛋白质的氨基酸种类、数目不相同；组成每种蛋白质的氨基酸排列顺序不同；每种蛋白质分子的空间结构均不相同。
【讲述】根据生物学中结构和功能相适应的原理，蛋白质有多种结构，必然会有多种功能。
【讨论】蛋白质结构多样性与功能多样性有怎样的关系？人类研究蛋白质的功能有什么意义？中国科学家在蛋白质方面开展了哪些研究？
学生讨论、分析，得出结论。
学生对血红蛋白和胰岛素的空间结构进行对比分析。
可组出以下几个单词： stop停止、spot点、 post邮政pots壶
倾听，参与交流，形成对蛋白质结构多样性的认识。
回答问题，了解中国科学家在“国际人类蛋白质组计划”中的研究进展及成果。
培养学生的识图、分析能力。
培养学生的思考能力、分析能力、表达能力。
使学生了解中国科学家在生命科学研究前沿的工作，激发学生的兴趣，发展相关情感。
5.蛋白质的热变性
小结
【提问】蛋白质的结构会一直都稳定不变嘛？请举例说明。
【讲述】每一种蛋白质都有其独特的三维结构，并且只有当蛋白质维持其正确的三维结构时，才能表现出特有的生物学活性。
蛋白质分子的形状并不稳定，会随温度的升高发生改变，并且形状一旦改变，便失去活性。这种现象叫蛋白质的热变性。你还能举出哪些例子？
【讲述】除了温度，还有其他因素引起蛋白质的变性，如重金属盐、强酸、强碱等。
本节课的学习要理解：氨基酸形成蛋白质的结构层次，蛋白质的结构和功能及其多样性的原因。在学习方法上，主要是通过观察对比、图文结合理解知识。
回答：不会。如煮熟的鸡蛋白呈凝块状。
回答：高温杀死细菌。
学生简要回答。
为继续学习奠定基础。
【反馈检测】
1、在肝脏细胞中，含量最多的化合物是（ ）
A．水 B．蛋白质 C．糖类 D．脂质
2、下列物质中都属于蛋白质的是（ ）
A．消化酶、胰岛素、抗体 B．胰岛素、胆固醇、
C．糖原、生长激素 D．植物蜡、细胞膜上的载体
3、用含有放射性15N的肥料给生长着的植株施肥，在植株中能探测到含有放射性15N的物质是（ ）
A．葡萄糖 B．蛋白质 C．淀粉 D．脂肪
4、蛋白质是生命活动的体现者，但在蛋白质正常生理活动中它不能作为细胞的（ ）
A．重要结构物质 B．重要调节物质
C．主要能源物质 D．机体免疫物质
5、检测黄豆组织中是否存在蛋白质时，先向试管中注入2mL黄豆样液，然后向试管中加入2mL ，摇匀；再向试管中加入3～4滴 ，摇匀。为什么后者只能加3～4滴而不能过量 。
6、人体免疫球蛋白中，IgG(一种免疫球蛋白)由四条肽链组成，共有764个氨基酸，则该蛋白质分子中至少含有游离氨基和羧基数分别是（ ）
A．764、764 B．760、760 C．762、762 D．4、4
7、下列物质中，有的属于构成人体的氨基酸，有的不是，若将其中构成人体的氨基酸缩合成化合物，则其中含有的氨基、羧基和肽键数依次是（ ）
A．3、3、2
B．4、3、3
C．2、2、2
D．3、4、2
8、胰岛素是一种蛋白质分子，它含有2条多肽链，A链含有21个氨基酸，B链含有30个氨基酸；两条多肽链间通过2个二硫键（二硫键是由2个－SH连接而成的）连接；在A链上也形成了1个二硫键，右图为结晶牛胰岛素的平面结构示意图，请据此回答：
(1)氨基酸的结构通式可表示为 。
(2)胰岛素分子中含有肽键 ，肽键可表示为 。
(3)从理论上分析胰岛素分子至少有 个－NH2，至少有 个－COOH。
(4)这51个氨基酸形成胰岛素后，相对分子量比原来减少了 。
参考答案：1、A 2、A 3、B 4、C 5、双缩脲试剂A 双缩脲试剂B 加入过量的双缩脲试剂B会产生Cu(OH)2沉淀，影响观察。 6、D 7、C 8、（1）右图 （2）49 －CO－NH－ （3）2 2 （4）888
五、相关链接
1．蛋白质的分子结构
蛋白质分子内各个原子相互之间的立体关系就是蛋白质分子的结构。通常将蛋白质的结构分为一级结构，二级结构，三级结构和四级结构。
蛋白质的一级结构。又称为初级结构或化学结构，是指蛋白质分子中，由肽键连接起来的各种氨基酸的排列顺序。目前可以运用氨基酸自动分析仪和氨基酸顺序自动分析仪对蛋白质的一级结构进行测定。
蛋白质的二级结构。蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。蛋白质分子的多肽链部分卷曲盘旋成螺旋状（一般呈所谓α—螺旋），或折叠成片层状（又称β一折叠），或呈β一回折（发夹回折，U形转折）或呈无规则卷曲。蛋白质的二级结构主要依靠氢键来维持结构的稳定性。
蛋白质的三级结构。具有二级结构的肽链，按照一定的方式再进一步卷曲、盘绕、折叠成一种看来很不规则，而实际上有一定规律性的三维空间结构，叫做三级结构。这些肽链之所以会卷曲、盘绕、折叠，主要是因为肽链的氨基酸侧链之间的相互作用。
蛋白质的四级结构。具有三级结构的蛋白质分子，通过一些非共价键结合起来，而成为具有生物功能的蛋白质大分子，就是蛋白质的四级结构。构成功能单位的每条肽链，称为亚基。亚基虽然有二、三级结构，但是单独存在时没有生物活力。例如磷酸化酶只由两个亚基构成，血红蛋白是由四个不同的亚基构成，谷氨酸脱氢酶是由六个相同的亚基构成。有些蛋白质分子只有一、二、三级结构，并无四级结构，如肌红蛋白、细胞色素C、核糖核酸酶、溶菌酶等。另一些蛋白质，则一、二、三、四级结同时存在，如血红蛋白、谷氨酸脱氢酶等。
2．调节生理活动的许多激素是蛋白质
从化学本质上看，人体和动物的激素可以分为四类。①氨基酸衍生激素（如甲状腺激素、肾上腺素、血清血管收缩素）；②肽和蛋白质类激素（如脑垂体激素、胰岛素、甲状旁腺素、生长激素和促肾上腺皮质激素）；③类固醇激素（如肾上腺皮质激素、性激素）；④脂肪酸衍生物激素（如前列腺素）。
下面重点介绍肽和蛋白质类激素中的胰岛素，生长激素和促肾上腺皮质激素。
胰岛素：是胰腺内的胰岛B细胞所产生的一种激素。是一种相对分子质量较小的蛋白质，在有锌和其他金属离子共存时，胰岛素分子可以围绕这些离子形成聚合体。在调节糖类、脂肪和蛋白质的代谢中具有十分重要的作用。
生长激素：是由脑垂体的腺垂体部分的嗜酸性分泌的激素之一。它是一种多肽，能促进骨骼、肌肉、结缔组织和内脏的生长，使生物体长得高大，可以使氨基酸进入细胞的速度加快，促进DNA和RNA的合成，又能促进蛋白质的合成。
促肾上腺皮的激素：它也是腺垂体分必的激素之一，也是一种多肽，能促进肾上腺皮质细胞的增殖、刺激肾上腺皮质激素的合成和分泌。
3．蛋白质工程
蛋白质工程就是运用蛋白质结构功能和分子遗传学知识，从改变或合成基因入手，定向地改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质。
人们早就知道，在催化化学方面，就其经济性、效率以及用途的多样性而言，很难有其它的化学物质能超过生物酶。如今，生物酶已被广泛用于人类生活的许多方面，如食品、饮料、医用药品、化学工业及洗涤剂的生产等。然而，这些由数百个氨基酸按一定的精确顺序连接起来的生物大分子，其用途是有局限性的。因为，天然酶虽然在生物体内能发挥各种功能，但在生物体外，特别是在工业条件（如高温、高压、机械力、重金属离子、有机溶剂、氧化剂、极端pH等）下，则常易遭到破坏。所以，人们很自然地想到能否运用迅速发展的生物技术来改造天然酶，使其能够适应特殊的工业过程；或者设计制造出全新的人工酶或人工蛋白，以生产完全新的医用药品、农业药物、工业用酶和天然酶不能催化的化学催化剂。现在，这一设想已取得了重大突破，最突出的实例是枯草杆菌碱性蛋白酶的蛋白质工程，目前，它已成功地制备出具有耐碱、耐热以及抗氧化的各种新特性的蛋白酶。这些酶除用作洗涤剂的添加剂时有特殊功效外，还能有效地降低工业生产成本、扩大产品使用范围。这种经过蛋白质工程改造所取得的新酶，现已取得世界首批专利。
蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。
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