化学新优化人教版选修5讲义第四章生命中的基础有机物质第三节蛋白质和核酸

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：D1．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：D2．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eq\o(→,\s\up7(水解))多肽eq\o(→,\s\up7(水解))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________________________________________________________________________。(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。(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)②④⑥①③⑤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RNAC．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．C3H7NO3 B．C5H9NO4C．C5H11NO5 D．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．②④C．③④⑤ D．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)43(3)四肽3③⑤⑥11．(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C14H18N2O5B．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)＝eq\f(m（R）,n（R）)＝eq\f(4.45g,0.05mol)＝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________________