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第4節(jié) 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者
教材分析
本節(jié)教材在“問題探討”中，以“動(dòng)物組織提取的膠原蛋白，可以用來制作手術(shù)縫合線”作為問題情境導(dǎo)入新課 ，這樣的例子能夠較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。導(dǎo)入本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)之后，教材先講蛋白質(zhì)的功能，以維持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教材在“問題探討”中創(chuàng)設(shè)的問題情境，在正文閘述中貫穿始終，其意圖是讓學(xué)生延續(xù)“ 蛋白質(zhì)功能——蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)——蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因——蛋白質(zhì)功能多樣性的原因”的思維邏輯，加強(qiáng)本節(jié)各部分內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)。
通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，主要讓學(xué)生掌握“蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸”“它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結(jié)構(gòu)”等概念，進(jìn)而形成“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”這一重要概念。理解蛋白質(zhì)分子的多樣性、特異性，初步認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)具有復(fù)雜性等特點(diǎn)，掌握模型與建模、歸納與概括、分析與綜合等科學(xué)思維，提升對(duì)于蛋白質(zhì)與生命活動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。
本節(jié)內(nèi)容是以《細(xì)胞中的元素和化合物》的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生從分子水平理解細(xì)胞的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時(shí)本節(jié)內(nèi)容也為后面的核酸、載體蛋白、酶以及基因表達(dá)等知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。因此，在教材中起到承上啟下的作用，對(duì)后面各章節(jié)的學(xué)習(xí)也起到至關(guān)重要的作用。
教學(xué)目標(biāo)
1.歸納概括氨基酸的結(jié)構(gòu)通式和特點(diǎn)，闡明氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。
2.分析蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)多樣性和功能多樣性的關(guān)系，舉例說明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是與功能相適應(yīng)的。
3.說出氨基酸構(gòu)成多肽鏈或蛋白質(zhì)分子的過程。
4.闡明蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，認(rèn)同蛋白質(zhì)與人體營養(yǎng)、健康等關(guān)系密切。
教學(xué)重、難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
(1)蛋白質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)。
(2)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其形成蛋白質(zhì)的過程。
2.教學(xué)難點(diǎn)
( 1)氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。
(2)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能多樣性的原因。
教學(xué)過程
教學(xué)內(nèi)容
教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
引入新課
【創(chuàng)設(shè)情境】展示中國居民平衡膳食寶塔(2022)，提出:多吃蔬果、奶類、全谷、大豆，適量吃魚、禽、蛋、瘦肉。
講述蛋白質(zhì)是細(xì)胞中含量最多的有機(jī)物，我們每天需要攝入650g左右富含蛋白質(zhì)的食物。
展示以下幾種食物圖片：
【想一想】學(xué)生分組討論思考，回答以下問題：
哪些食品富含蛋白質(zhì)?
如何驗(yàn)證這些食物含蛋白質(zhì)的呢？
嬰兒為什么要以奶為主要食物？
通過中國居民平衡膳食寶塔分析了解健康的膳食模式。
一、蛋白質(zhì)的功能及基本組成單位
【閱讀教材】
學(xué)生閱讀教材P28“蛋白質(zhì)的功能舉例”的圖文材料，小組合作歸納蛋白質(zhì)的不同功能。
通過對(duì)蛋白質(zhì)功能的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同“蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”。
【練一練】學(xué)生對(duì)不同事例與蛋白質(zhì)的不同功能進(jìn)行連線鞏固。
引導(dǎo)學(xué)生思考：我們從食物中攝取的蛋白質(zhì)如何為我們所用？
學(xué)生思考回答：蛋白質(zhì)必需經(jīng)過分解成氨基酸才能被人體吸收和利用。作為手術(shù)縫合線的膠原蛋白被分解為氨基酸才可以被人體吸收。
從而認(rèn)同氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。
【閱讀教材】
學(xué)生閱讀教材P29-30，了解組成人體蛋白質(zhì)的基本單位氨基酸有21種，根據(jù)人體細(xì)胞能不能合成將氨基酸分成兩大類非必需氨基酸和必需氨基酸。通過口訣幫助學(xué)生記憶成人所需的8種必需氨基酸。
【任務(wù)一】：展示多種氨基酸結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生分析氨基酸的結(jié)構(gòu)。
活動(dòng)1：學(xué)生觀察下列四種氨基酸的結(jié)構(gòu)，比較它們的相同點(diǎn)與不同點(diǎn),
探究以下問題：
(1)上面四種氨基酸都有的元素是？
C、H、O、N
(2)寫出構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸共有的部分是？

(3)這四種氨基酸分子的R基分別是？
—CH3、—CH2—SH、—(CH2)4—NH2、—CH2—COOH
(4)組成蛋白質(zhì)的氨基酸分子中都只含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基嗎?若有一個(gè)以上的氨基或羧基，多出來的氨基或羧基分布在哪里?
每種氨基酸至少都含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，并且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上，部分氨基酸分子中含有一個(gè)以上的氨基或羧基，多出來的氨基或羧基位于R基上。
經(jīng)過歸納與概括形成氨基酸的概念，并獲得氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式及特點(diǎn)的知識(shí)。
氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式簡寫：
氨基酸分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
(1) 數(shù)量標(biāo)準(zhǔn):至少含一個(gè)氨基(-NH2)和一個(gè)羧基(-C00H)
(2)位置標(biāo)準(zhǔn):總有一個(gè)氨基(-NH2)和一個(gè)羧基(-C00H)連在同一碳原子上。
【特別提醒】
氨基、羧基、R基的書寫
①正確的格式：—NH2、—COOH、—R(千萬不要忘記在原子團(tuán)前面加“—”)。
②避免兩種錯(cuò)誤格式
a.寫成NH2、COOH、R。
b.寫成NH3、—NH3、HCOOH等。
③結(jié)構(gòu)通式及氨基和羧基不同表達(dá)形式的辨別
活動(dòng)2：選出構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸卡片，剪下備用。學(xué)生嘗試使用卡片構(gòu)建氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式的物理模型。通過對(duì)卡片的拼接促進(jìn)學(xué)生對(duì)氨基酸結(jié)構(gòu)的理解。
結(jié)合圖文材料，小組討論歸納出蛋白質(zhì)的功能。
對(duì)不同的事例與不同的蛋白質(zhì)功能進(jìn)行連線。
思考回答問題，認(rèn)同氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。
閱讀教材，了解氨基酸的種類及分類。
分析思考組成蛋白質(zhì)的氨基酸的元素組成、種類、結(jié)構(gòu)共同點(diǎn)，嘗試寫出氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式。歸納與概括出氨基酸的概念。
特別注意氨基酸的書寫格式，并對(duì)氨基酸結(jié)構(gòu)通式及氨基和羧基不同表達(dá)形式進(jìn)行辨別。
用剪下的氨基酸卡片自制氨基酸分子物理模型。
習(xí)題鞏固
1.(2023·廣東惠州高一期末)組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，以下屬于組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸的是
【答案】C
【解析】氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：每種氨基酸分子中至少有一個(gè)氨基(—NH2)和一個(gè)羧基(—COOH)；都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上，這個(gè)碳原子還同時(shí)連接1個(gè)氫原子和一個(gè)R基，C符合題意。
2.甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，它的分子式是
A.C5H11O2NS B.C3H7S
C.C4H11O2S D.C5H10O2N
【答案】A
【解析】組成蛋白質(zhì)的氨基酸的分子簡式是C2H4O2NR，甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，則甲硫氨酸的分子式是C5H11O2NS，A正確。
3.大家觀察下面幾幅圖會(huì)聯(lián)想到哪句詩呢？
春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干，詩中提及的物質(zhì)主要成分為蛋白質(zhì)的是
A.淚 B.灰 C.絲 D.蠟
【答案】C
【解析】絲的主要成分為蛋白質(zhì)。
二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性
【閱讀教材】
學(xué)生閱讀教材P30-31，分小組合作探究：
1.氨基酸如何形成蛋白質(zhì)？
2.從氨基酸到蛋白質(zhì)大致有哪些結(jié)構(gòu)層次？
活動(dòng)3:播放氨基酸脫水縮合形成肽鏈的視頻，分發(fā)氨基酸卡片給學(xué)生，學(xué)生分組利用氨基酸卡片模擬脫水縮合過程。
動(dòng)畫展示氨基酸分子脫水縮合的過程，加深學(xué)生對(duì)氨基酸脫水綜合的理解。形成肽鍵、二肽、三肽等概念。
【任務(wù)二】：引導(dǎo)學(xué)生分組討論、分析氨基酸脫水縮合形成肽鏈的過程，總結(jié)規(guī)律。
活動(dòng)4：結(jié)合脫水縮合過程，并參考如下多肽鏈的模式圖，進(jìn)而分析肽鍵數(shù)目、游離的氨基與羧基的數(shù)目變化：
(1)肽鏈形成過程中，失去的水分子中氫和氧元素的來源分別是什么？
氫來自氨基和羧基，氧來自羧基。
(2)氨基酸、肽鏈、形成的水分子、肽鍵的數(shù)量關(guān)系是怎樣的？
氨基酸數(shù)－肽鏈數(shù)＝形成的水分子數(shù)＝肽鍵數(shù)。
(3)肽鏈中還有沒有游離的氨基和羧基？如果有，它們位于哪里？
有。位于肽鏈的兩端，R基中也可能有。
(4)假設(shè)氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a，由n個(gè)氨基酸形成1條肽鏈，則該多肽的相對(duì)分子質(zhì)量是多少？若形成m條肽鏈呢？
na－18(n－1)；na－18(n－m)。
【拓展分析】
有些蛋白質(zhì)分子含有兩條或多條肽鏈，它們通過一定的化學(xué)鍵，如：二硫鍵相互結(jié)合在一起。
學(xué)生結(jié)合二硫鍵形成原理想一想：在形成一個(gè)二硫鍵時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量減少多少？
-SH + HS- → -S-S-(二硫鍵) + 2H
【閱讀分析】學(xué)生閱讀教材P31，通過“思考·討論”引導(dǎo)學(xué)生歸納蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和種類多樣性的原因。
從氨基酸到蛋白質(zhì)大致結(jié)構(gòu)層次：氨基酸之間脫水縮合形成肽鏈→一條肽鏈的特定區(qū)域進(jìn)行有規(guī)律的盤曲、折疊→肽鏈進(jìn)行進(jìn)一步盤繞形成一定的空間結(jié)構(gòu)→四條肽鏈聚集形成復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。
利用多個(gè)不同圖形代表不同種類氨基酸，多個(gè)相同形狀圖形代表同種氨基酸進(jìn)行排列，用以解釋蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因：氨基酸的種類不同、氨基酸的數(shù)目不同、氨基酸的排列順序不同、肽鏈盤曲折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)不同。
【歸納整理】
引導(dǎo)學(xué)生通過概念圖理解蛋白質(zhì)所承擔(dān)的功能與它的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，結(jié)構(gòu)改變可能影響其功能。
在鐮狀細(xì)胞貧血中，血紅蛋白的谷氨酸被纈氨酸取代，形成的異常的血紅蛋白直接造成了紅細(xì)胞的異常。異常血紅蛋白的肽鏈和鐮狀紅細(xì)胞運(yùn)輸氧的能力會(huì)大為減弱。由此說明結(jié)構(gòu)異常將可能導(dǎo)致功能異常。結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。
學(xué)生觀看氨基酸脫水縮合形成肽鏈的視頻后，模擬脫水縮合過程。
分析氨基酸脫水縮合形成肽鏈的過程，歸納總結(jié)脫水縮合過程肽鍵數(shù)目、游離的氨基與羧基的數(shù)目變化的規(guī)律。
閱讀教材，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次，并分析蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)多樣性的原因。
通過事例理解蛋白質(zhì)所承擔(dān)的功能與它的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，結(jié)構(gòu)異常可能導(dǎo)致功能異常。
聯(lián)系社會(huì)
結(jié)合圖形和視頻，引導(dǎo)學(xué)生辨析蛋白質(zhì)的鹽析、 水解和變性。
鹽析：蛋白質(zhì)在鹽溶液中溶解度降低析出溶解度的變化，可逆。
水解：肽鍵斷裂，蛋白質(zhì)分解為短肽或氨基酸。
變性：氨基酸順序不變，肽鍵不變，空間結(jié)構(gòu)改變，功能改變。導(dǎo)致變性的因素：高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子
學(xué)生分組討論分析，并作回答：
①熟雞蛋更容易消化的原因是什么？
高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。
②蛋白質(zhì)變性后還可用雙縮脲試劑檢測嗎？并說明理由：
能。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)變性后空間結(jié)構(gòu)改變，并沒有破壞氨基酸之間的肽鍵。
分辨蛋白質(zhì)的鹽析、 水解和變性過程。
討論并回答問題。
習(xí)題鞏固
3.(2023·江蘇宿遷高一期末)下列對(duì)如圖所示化合物的分析，正確的是( )

A.形成過程中失去了4分子水
B.游離的氨基和羧基各1個(gè)
C.有4種不同的側(cè)鏈基團(tuán)
D.由4個(gè)氨基酸脫水縮合而成
【答案】D
【解析】 A、分析圖解可知，圖中多肽有三個(gè)肽鍵(-CO-NH-)，則形成過程中失去了3分子水，A錯(cuò)誤;
B、由于R基團(tuán)中有-一個(gè)羧基，因此游離的羧基有2個(gè)，B錯(cuò)誤;
C、圖中氨基酸的R基團(tuán)分別為: -CH2-CH2-CO0H、-CH3、 -CH2SH、 -CH3， 即表示有3種不同的側(cè)鏈基團(tuán)，C錯(cuò)誤;
D、圖中多肽由4個(gè)氨基酸縮合而成，D正確。
故選: D。
4.(2023·山東濟(jì)寧高一期中)遷徙的鳥類，長途跋涉不迷路與其體內(nèi)的磁受體蛋白(MagR)有關(guān)，MagR復(fù)合物能感應(yīng)到微弱的地球磁場，并沿著地球磁場方向排列。下列敘述不正確的是( )
A. MagR蛋白的元素組成至少有4種
B. MagR蛋白經(jīng)高溫處理后也能與雙縮脲試劑發(fā)生作用產(chǎn)生紫色反應(yīng)
C. MagR蛋白可能由21種氨基酸組成
D. MagR結(jié)構(gòu)的特異性主要體現(xiàn)在氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序及氨基酸的空間結(jié)構(gòu)上
【答案】D
【解析】A、MagR蛋白的元素組成C、H、O、N等，至少有4種，A正確；
B、MagR蛋白經(jīng)高溫處理后只是破壞空間結(jié)構(gòu)，肽鍵沒有破壞，而雙縮脲試劑是與肽鍵發(fā)生作用產(chǎn)生紫色反應(yīng)，B正確；
C、氨基酸有21種，構(gòu)成MagR蛋白的氨基酸可能有21種，C正確；
D、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的特異性主要體現(xiàn)在氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序及肽鏈的空間結(jié)構(gòu)上，D錯(cuò)誤。
故選: D。
課堂小結(jié)
板書設(shè)計(jì)
一、蛋白質(zhì)的功能及基本組成單位
1.蛋白質(zhì)的功能：結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)、催化、運(yùn)輸、免疫
2.蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸
二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性
1.脫水縮合過程
2.蛋白質(zhì)的形成
3.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因

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第4節(jié) 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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