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2.2生命活动的主要承担者——蛋白质

时间:2015-09-17


第二章 组成细胞的分子 第二节 生命活动的主要承担者——蛋白质(2 课时)

一、教学目标 1.说明氨基酸的结构特点,以及氨基酸形成蛋白质的过程。 2.概述蛋白质的结构和功能。 3.认同蛋白质是生命活动的主要承担者。 4.关注蛋白质研究的新进展。 5.掌握和蛋白质相关的计算方法。 二、教学重点 1.氨基酸的结构特点,以及氨基酸形成蛋白质的过程。 2.蛋白质的结构和功能。 三、教学难点 1.氨基酸形成蛋白质的过程。 2.蛋白质的结构多样性的原因。 3.蛋白质的相关计算题 四、课时安排:2 课时 五、教学方法:诱导启发、阅读思考、讨论交流 六、教学过程

第一课时 〖复习引入〗 在组成细胞的化合物中,哪种化合物占细胞干重最多?(提出问题) 〖引言〗 蛋白质在细胞中含量仅次于水,占细胞干重 50%以上。我们每天都要摄 入一定量的蛋白质。食品包装上常常附有食品成分说明,如果你留心观察的 话,你会发现蛋白质是许多食品的重要成分,有时你还会看到添加某些氨基 酸的食品。 教师提问:你能说出多少种富含蛋白质的食品呢? 学生:根据生活经验回答。 〖教师提示〗 :富含蛋白质的食品有大豆制品,如豆浆、豆腐、腐竹;奶 类制品,如奶粉、酸奶、袋装奶;还有肉、蛋类食品,如烤肉、肉肠、鸡蛋, 等等。 食物中的蛋白质经过消化成为各种氨基酸才能被人体吸收利用。氨基酸 有多少种?结构上有什么特点呢? 〖板书〗一、氨基酸及其种类 氨基酸是组成蛋白质的基本单位。在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有 20 种。 结合“思考与讨论”中给出的 4 种氨基酸的结构,学生思考讨论 1、组成氨基酸的基本元素是什么? (主要由 C、H、O、N 四种元素组成, 还含有 P、S,有些含 Fe、Cu、I、Mn、Zn 等。 ) 2、 四种氨基酸在结构上有哪些共同点?又有哪些差别之处?并尝试写出

氨基酸的通式。 3、 “氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系吗? 4、如何判断某个分子是否是氨基酸 (教师投影几个分子式和练习题) 5、R 基上能不能含有-NH2 或-COOH? 教师引导: 教师在黑板上写出甲烷分子(CH4)的结构式。比较课本上氨基酸的分子 结构式与甲烷分子的不同,再思考氨基酸的结构具有什么共同特点。 学生回答: 每种氨基酸分子中都含有一个氢原子, 一个氨基和一个羧基。 教师总结:用一个氨基,一个羧基,一个侧链基团 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: R │ H2N─C─COOH │ H 每种氨基酸都至少有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。我们 可以把氨基酸的结构通式想象成我们的人体,躯干是中心碳原子,左臂是氨 基,右臂是羧基,腿是氢,头部是 R 基。氨基酸有 20 种,各种氨基酸之间的 区别在于 R 基的不同,如甘氨酸的 R 基是一个氢原子(─H) ,丙氨酸的 R 基是一个甲基(─CH3) 。这就像我们每位同学头部有不同的笑脸从而区别了 每个人。 教师要提示氨基和羧基的书写都要有一个游离键。并指明甘氨酸的 R 基 是 —H,丙氨酸 R 基是 —CH3。 课件展示特殊氨基酸:赖氨酸(含-NH2)、天冬氨酸(含-COOH),指出 R 基 上可以含有-NH2 或-COOH, 进一步理解“每个氨基酸分子至少都含有一个-NH2

和-COOH” 〖拓展〗在人体内有的氨基酸是无法在人体细胞内合成的,如赖氨酸和 色氨酸,但它又是构成蛋白质所不可缺少的,所以要对这类人体无法合成的 氨基酸 (必需氨基酸) 有一定量的补充。 人体内必需氨基酸的种类有 8 种 (婴 儿 9 种——还有组氨酸) ,非必需氨基酸有 12 种。 (强调必需的“需” ) 二、蛋白质的结构及其多样性 〖承上启下〗 生物体中组成蛋白质的氨基酸只有 20 种, 而据估计, 生物界的蛋白质种 类多达 1010~1012 种。氨基酸是怎样形成蛋白质的呢?是通过一种叫做脱水缩 合的化学反应来完成连接的。 (展示肽键形成的动画课件) 提问: 1.在反应中产物有哪些? 2.水中的氢原子和氧原子分别来自哪里? 3.产物的名称叫什么? 教师讲解:

一分子水是由一分子氨基酸中的一个氨基中的 H 和另一分子中的一个羧基中 的-OH 形成,新形成的化学键称肽键(-NH-CO-) 。由于两个氨基酸脱水缩合, 新产生的化合物称二肽,二肽中还剩至少一个氨基一个羧基。 (教师再演示三肽化合物以及多肽、蛋白质空间结构的形成)讨论: 1.氨基酸形成蛋白质的大致过程是怎样的?

2.蛋白质形成过程中脱去的水分子数与形成的肽键数有什么关系呢? 3.形成的多肽链中至少有氨基和羧基多少个? 许多的氨基酸通过肽键相互连接成多肽,多肽链盘曲折叠构成了蛋白质 分子的结构。 师生共同归纳总结:

构成

脱水缩合

盘曲折叠

C、H、O、N 等 ——→ 氨基酸 ———→ 肽链(一条或多条) ———— → 蛋白质 (二)蛋白质的多样性 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? 小结——蛋白质结构多样性的原因: ① 氨基酸的种类不同。 ② 氨基酸的数目成百上千。 ③ 氨基酸的排列顺序千变万化。 ④ 肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。 三、蛋白质的功能 提问:蛋白质执行哪些功能? 引导学生观察阅读蛋白质主要功能事例总结归纳 1. 构成细胞和生物体的重要物质——结构蛋白(如头发、肌肉、羽毛蛛 丝) 。 2. 生物催化作用(如生物体内的酶。 )

3. 运输载体的功能(血红蛋白、载体蛋白) 4. 信息传递作用,能够调节机体的生命活动(如胰岛素) 5. 免疫功能。 (抗体) 总之, 一切生命活动都离不开蛋白质, 蛋白质是生命活动的主要承担者。 课后阅读《科学史话》 、 《科学前沿》使学生了解我国在人工合成蛋白质 上取得的成就,激发学生的兴趣,增强民族自豪感。 第二课时 一、有关蛋白质计算的公式汇总 ★★规律 1:有关蛋白质中肽键数及脱下水分子数的计算 m 个氨基酸分子缩合成 n 条多肽链时,要脱下 m-n 个水分子,同时形成 个 m-n 肽键,可用公式表示为: 肽键数目=脱下的水分子数=水解时需要的水分子数=氨基酸数(m)-肽 链条数(n) 例 1.血红蛋白分子有 574 个氨基酸, 4 条肽链, 在形成此蛋白质分子时, 脱下的水分子数和形成的肽键数分别是( A. 573 和 573 和 570 分析:依据脱下的水分子数=肽键数目=氨基酸数-肽链条数,直接得到 答案 D。 ★★规律 2:有关蛋白质中游离的氨基或羧基数目的计算 氨基酸之间脱水缩合时,原来的氨基和羧基已不存在,形成的多肽的一 端是-NH2,另一端是—COOH,所以对于 n 条肽链的多肽,每 1 条肽链至少应 B. 573 和 570 ) C. 570 和 573 D. 570

有 1 个-NH2,1 个—COOH,若还有-NH2 或—COOH,则存在于 R 基中。 (1)至少含有的游离氨基或羧基数目=肽链条数 例 2.某蛋白质分子由 3 条多肽链组成,内有肽键 109 个,则此分子中含 有-NH2 或—COOH 的数目至少为: ( A. 112、112 B. 109、109 ) C. 9、9 D. 3、3

分析:每 1 条多肽链至少含有 1 个氨基和 1 个羧基,并且分别位于这条 肽链的两端。3 条多肽链应至少含有 3 个氨基和 3 个羧基。答案为 D。 (2)游离氨基或羧基数目=肽链条数+R 基中含有的氨基或羧基数 例 3.现有 1000 个氨基酸,其中氨基有 1020 个,羧基 1050 个,则由此 合成的 4 条肽链中氨基、羧基的数目分别是( A. 1016、1046 B. 4、4 ) D. 1024、1054

C. 24、54

分析:1000 个氨基酸中含有氨基 1020 个,羧基 1050 个,多出来的 20 个氨基或 50 个羧基存在于 R 基中,依蛋白质中含有的游离氨基或羧基数目= 肽链条数+R 基中含有的氨基或羧基数,得到答案为 C。 ★★规律 3:有关蛋白质相对分子质量的计算 蛋白质的相对分子质量=氨基酸数目×氨基酸的平均分子质量-脱水的 数目×18 例 4.已知 20 种氨基酸的平均分子质量是 128, 某蛋白质分子由两条肽链 组成,共有肽键 98 个,该蛋白质的分子质量最接近于( A. 12800 B. 12544 C. 11036 ) D. 12888

分析: 根据蛋白质中肽键数=氨基酸数-肽链条数, 可以推知氨基酸的数 目为 98+2=100,在此蛋白质的形成过程中失去的水分子数为 98,答案为 C。

注意:有时还要考虑其他化学变化过程,如:二硫键(—S—S—)的形 成等,在肽链上出现二硫键时,与二硫键结合的部位要脱去两个 H,谨防疏 漏。 氨 基 酸 数 1 条肽 n 链 m 条肽 n 链 n-m n-m a -m) 个 个 n-1 n-1 a -1) 个 个 至少 m an-18(n 至少 m 肽 键 数 脱去 氨基酸 水分 的平均 子数 相对分 子质量 蛋白质 的相对 分子质 量 an-18(n 至少 1 至少 1 氨基 数目 羧基数 目

★★规律 4:有关蛋白质中各原子数的计算 ⑴C 原子数=(肽链数+肽键数)×2+R 基上的 C 原子数; ⑵H 原子数=(氨基酸分子个数+肽链数)×2+R 基上的 H 原子数=各氨基 酸中 H 原子的总数-脱去的水分子数×2; ⑶O 原子数=肽链数×2+肽键数+R 基上的 O 原子数=各氨基酸中 O 原子的 总数-脱去的水分子数; ⑷N 原子数=肽链数+肽键数+R 基上的 N 原子数=各氨基酸中 N 原子的总 数。 注意:一个氨基酸中的各原子的数目计算:① C 原子数=R 基团中的 C 原子数+2;②H 原子数=R 基团中的 H 原子数+4;③ O 原子数=R 基团中的

O 原子数+2;④N 原子数=R 基团中的 N 原子数+1。 ★★规律 5:有关蛋白质种类的计算 假设有 n(0<n≤20)种、m 个氨基酸,任意排列构成多肽(这里 m≤n) : 若每种氨基酸数目无限(允许重复)的情况下,可形成肽类化合物的种 类:有 nm 种。 例 5.由 4 种氨基酸,每种氨基酸数量不限,最多能合成不同结构的三肽 有( ) B. 64 种 C. 16 种 D. 12 种

A. 4 种

分析:造成多肽结构不同的因素有氨基酸的种类、数目和排列次序,由 4 种氨基酸合成三肽时,三肽的第一个位置上的氨基酸有 4 种可能,第二、 第三个位置上的氨基酸也有 4 种可能,因此,最多可以合成不同结构的三肽 有 64 种。答案为 B。 典型例题呈现: 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, 2 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 1 个二硫键, 如右图所示为结晶牛胰岛素的 平面结构示意图,据此回答: (1)这 51 个氨基酸形成胰岛素后,分子质量比原来减少了 (2)胰岛素分子中含有肽键 个,肽键可表示为 。 。 有

(3)从理论上分析,胰岛素分子至少 个-NH2,至少有 个-COOH。

参考答案:(1) 888;(2) 49

-CO-NH-;

(3) 2

2

板书设计: 第 2 节 生命活动的主要承担者—蛋白质
组成元素: C、H、O、N,有的还含 Fe、S、P 等 必需氨基酸 8 种(婴儿 9 种) 种类:20 种 非必需氨基酸 12 种 基本单位: 氨基酸 结构通式:

脱 水 缩 合

结构特点:①②

多肽(肽链)

盘 曲 折 叠
结构多样性

氨基酸种类、数目、排列顺序不同

肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同 蛋白质 (空间结构) 决定 结构蛋白 催化作用 功能多样性 运输载体的功能 信息传递作用 免疫功能 生命活动的主要承担者

七、课堂小结 本节是第 2 章的重点内容。教学应从学生生活经验出发,使学生通过学 习明确蛋白质的结构多种多样,在生命活动中承担着多种多样的功能,是非 常重要的生物大分子。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。 在高中生物学中,涉及蛋白质各种因素之间的数量关系比较复杂,是学 生学习中的重点和难点,也是高考的考点与热点。因此,在复习时牢牢掌握 氨基酸分子的结构通式以及脱水缩合反应的过程,恰当的运用相关公式是解 决问题的关键。


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