蛋白质的结构与功能教案

蛋白质的结构与功能[教学目标]知识目标：（1）概述氨基酸的基本结构。（2）阐述氨基酸是如何构成蛋白质的。（氨基酸的缩合反应）（3）通过操作和观察多肽合成的模拟实验，解释蛋白质分子结构多样性的原因以及结构多样性与功能复杂性的关系。（4）通过分析蛋白质的结构多样性和功能的多样性，形成生物体结构和功能相统一的观点。能力目标（1）通过比较氨基酸的分子结构模型和结构简式，总结出氨基酸的共同点，初步学会比较分析和推理能力。（2）能使用常见材料，制作蛋白质的结构模型，体会其结构的多样性，以提高学生的动手操作能力。情感目标通过研究蛋白质营养与健康的关系，确立积极的生活态度和健康的生活方式。[教学重点]（1）氨基酸的结构通式和氨基酸所和形成多肽的过程（2）蛋白质分子结构多样性的原因。[教学难点]（1）探究活动中，通过比较得出不同氨基酸分子结构的共同点，总结得出通式（2）通过或学生自己动手构建蛋白质分子模型并比较得出不同模型之间差异产生的原因，从而得出蛋白质分子多样性的原因。[教学方法]讲述法，谈话法，多媒体教学，探究学习法，启发式教学，习题巩固[课时安排]1课时[教学过程]活动内容备注教师活动首先请同学们帮我作个选择：我要带一份可见加餐来上班，如果从营养价值的角度来考虑，在一个馒头、两个鸡蛋，一个苹果，该选择哪一份呢？学生活动两个鸡蛋。教师活动提问：为什么选择鸡蛋呢？学生活动因为它们蛋白质含量多，营养价值高。教师活动对了。我们的机体，每天都需要足量的蛋白质。蛋白质是占细胞鲜重最多的有机物，如果细胞失去水分，它可以占细胞干重的50%以上。单纯从比例上推测，蛋白质对细胞和生物体一定很重要，那蛋白质有什么重要功能呢？它的结构又是怎样呢？今天我们学习第一节《蛋白质的结构与功能》一、蛋白质结构（展示表格：玉米叶片中氨基酸的种类与含量）这是玉米叶片蛋白质中氨基酸的种类与含量，分析表中信息回答“玉米体内不同蛋白质的水解产物有什么共同点？有何区别？”学生活动蛋白质的水解产物都是氨基酸，氨基酸的种类与数量不同。也就是说：氨基酸是蛋白质的基本组成单位。教师活动生物体是由种类与数量不同的细胞构成的，细胞是构成生物体的基本单位。蛋白质的基本组成单位是什么？学生活动氨基酸。教师活动什么是氨基酸？它具有怎样的分子结构呢？探究活动：氨基酸的共同点（展示四种氨基酸的结构简式）请大家观察着四个氨基酸分子结构，思考下列问题。问题设计：1、氨基酸中有哪些共同元素？2、四种氨基酸在结构上有哪些共同之处？3、四种氨基酸在结构上有什么区别？学生活动1、氨基酸中共有的元素有C、H、O、N教师活动氨基酸是蛋白质的基本组成单位，蛋白质的基本组成单位是什么呢？学生活动也是C、H、O、N。教师活动[板书]〈一〉元素组成基本元素C、H、O、N讲述：其实，在某些蛋白质中还含有少量P、S。甚至有些蛋白质中，还含有Fe、Cu、Mn、Zn等金属元素。如血红蛋白含铁。这些基本元素是怎样构成氨基酸的呢？演示文稿退回上一页。请大家再次观察这四种氨基酸，他们有哪些共同点？（用红方框、蓝方框标记出结构相同的部分。）关于羧基，我们可以从二氧化碳来说起。CO2的结构简式可以写成O=C=O，如果其中一个碳氧键断裂，氧原子连上一个H，这样就会形成羧基（结构式），也可以简化成-COOH，它可以电离出氢离子，显示出酸性。请大家找一下，在这四种氨基酸中，还有没有其他相似的化学结构呢？学生活动都含有-COOH和-NH2。或者学生上黑板写出答案。教师活动讲评：这个结构叫羧基，在表示时，短线表示连接的共价键，不能少。H2N-这个结构叫作氨基，同样，短线表示共价键，而且要连接在N元素上。请大家继续观察，这4种氨基酸的羧基和氨基连接位置有何规律？学生活动每个氨基酸分子都有一个氨基和一个羧基，连在同一个碳原子上。教师活动这个C原子我们可称为中心碳原子。再观察，这四种氨基酸结构有什么区别？学生活动中心碳原子上连接的第四个结构（下面的结构）不一样。教师活动（用虚线框出不同结构）我们把各氨基酸的不同部分（如第一个氨基酸的甲基）称作为R基（-R）。同学们再进一步观察，是不是每个氨基酸都只有一个氨基和一个羧基呢？大家发现，除了R基团略有差别，这四种氨基酸的结构基本一致，可以用一个共同的结构式来表示出来，我们称之为氨基酸的结构通式。学生活动不一定。教师活动所以氨基酸的结构特点可以表述为：一个氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，且它们都连在同一个碳原子上。大家能不能结合我们的上述分析，尝试归纳出氨基酸的结构通式呢？学生活动自己尝试归纳。一个学生上黑板写出。教师活动讲评学生答案。[板书]〈二〉基本组成单位——氨基酸1、结构通式讲述:打个比方，氨基酸的结构像我们的身体，如果躯干表示中心碳原子，那么身体其他部位对应氨基酸结构通式中哪些部分？学生活动羧基是我们的右手，氨基是我们的左手，H就是我们的双腿，R基团各不相同，就是我们的头了。氨基酸分子中R基团不同，决定了氨基酸种类的不同。教师活动人们相互辨认对方主要是看身体哪部分？学生活动齐答：头。教师活动氨基酸的结构主要区别在哪里？学生活动R基。教师活动换句话说，氨基酸的种类取决于哪个结构？学生活动R基。教师活动[板书]2、种类约20种R基团决定氨基酸种类自然界中，氨基酸大约有200多种，但参与合成生物体蛋白质的约有20种。这些氨基酸具有共同结构，应该具有共同的化学性质。已知：-COOH可电离出H+，显酸性；-NH2可结合H+，显碱性。那氨基酸应具备什么样的化学性质呢？学生活动可以与酸反应，也可以与碱反应。既有酸性，又有碱性。教师活动[板书]3、化学性质两性化合物既有酸性，又有碱性。请大家看一下练习题，观察下列四个分子的结构简式，找出可组成蛋白质的氨基酸，并说出你的判断理由。（题目略）学生活动指出题目中的氨基酸，并陈述理由。教师活动简单点评。强调：判断一个分子是否氨基酸的标准就是看它的结构是否符合氨基酸分子的结构特点。氨基酸是蛋白质的基本单位，它是如何形成蛋白质的呢？如果第一排同学代表不同的氨基酸，要连接成链，应该怎样做？学生活动左手拉另一个人的右手教师活动氨基酸的连接，也是一样“左手”拉“右手”的。这是两个氨基酸分子，请大家看问题提示，观察这两个分子的变化。（氨基酸的缩合过程）问题设计：1、两个氨基酸是怎样连接在一起的？2、连接过程中羧基和氨基分别发生了什么变化？学生活动1、两个氨基酸其中一个的羧基脱去一个羟基，另一个的氨基脱去一个氢，然后第一个氨基酸羧基剩余部分另一个氨基酸的氨基剩余部分连接在一起，形成一个新的化学键，把两个氨基酸连在一起。教师活动很好，像这样一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水。这种结合方式就叫做氨基酸的缩合。[板书]4、氨基酸的缩合这两个氨基酸通过缩合反应形成了一种化学键，这种化学键连接着两个不完整的氨基酸。我们把这种特殊的化学键叫做“肽键”。大家注意，我们在表示肽键时，不只画出短线，还要写出两边的结构。“-CO-NH-”肽键连接的两个完整的氨基酸就叫做氨基酸的残基。像这样由两个氨基酸缩合形成的化合物我们称之为二肽。如果三个氨基酸发生缩合，形成的就是三肽，以此类推，四个氨基酸缩合形成的就是四肽，……一般由三个或三个以上氨基酸缩合形成的分子我们统称为多肽。多肽链的形成，仅仅是蛋白质合成的第一步，它是蛋白质的化学结构。[板书]〈三〉化学结构——多肽完成练习巩固（略）学生活动完成练习题。教师活动多肽是蛋白质的化学结构，只有具备一定的空间结构，才能称作蛋白质。[板书]四、空间结构——蛋白质蛋白质的空间结构是怎样形成的呢？氨基酸缩合形成多肽，即蛋白质的一级结构。多肽通过盘曲折叠形成了蛋白质的二级结构（展示二级结构。）展示电线：直电线：这就代表多肽链螺旋形电线：这就是盘曲折叠的二级结构。讲述：如果二级结构再进一步盘曲折叠（拧电线），就形成了更为复杂的蛋白质三级结构。（展示三级结构）。多个不同的三级结构组合起来，（展示四级结构）就形成了具有四级结构的蛋白质。此时，每一个三级结构，成为该蛋白质的亚基。这样的蛋白质是由成百上千甚至上万个氨基酸分子构成的。例如，（指图）这个就是血红蛋白分子的空间结构模式图。它的分子式和分子量分别为C3032H4816O812N780S8Fe4，64500道尔顿。与水、氧气、二氧化碳等无机分子相比，有什么特点呢？学生活动分子量大。教师活动所以我们称蛋白质是有机高分子化合物。请大家做这个练习。练习题目：10个氨基酸形成一条肽链，脱掉____分子水，形成____个肽键。若形成2条肽链，脱掉_____分子水形成_____肽键。一个由n条肽链组成的蛋白质分子共有m个氨基酸，该蛋白质完全水解共需_____个水分子。学生活动完成练习教师活动点评答案。大家能否根据这几个题的答案，总结出肽键数、脱下水分子数、氨基酸数和肽链条数的关系呢？学生活动讨论回答：肽键数=脱下水分子数=氨基酸数—肽链条数教师活动蛋白质是由一条或多条肽链组成，它的空间结构有什么特点呢？探究活动1、准备几种颜色的穿孔塑料珠（每种6~8粒），几根细铜丝。2、分组，随意穿几条串珠。3、各组将用细铁丝穿成的串珠，按照自己的设想挽成不同造型。4、将各组的作品进行比较。5、思考、讨论各组作品不同的原因。请大家前后四人一组，按要求完成探究活动。学生活动动手操作，比较异同。发现同样的材料，做出的结构大不相同。教师活动大家看我手中这几个珠串，造型各异。请结合你们的制作过程，解释一下为什么会各不相同？学生活动原因是自己选用的彩珠的颜色、数量不同，排序不同，扭曲的形态也不一样。如果与不同的组组合起来，结构变化更是多样。教师活动引导学生思考：我们手中的彩珠如果换成是二十种氨基酸，数量成百上千，那么形成的蛋白质在结构上会有什么特点？学生活动如果换成是氨基酸，而且数量不做限制的话，我们得到的蛋白质的种类将是多种多样的。教师活动[板书]〈五〉结构特点——多样性请结合刚才我们的探究活动，分析一下蛋白质结构多样性的原因。学生活动氨基酸的种类不同，氨基酸的数目成百上千，氨基酸的排列顺序变化多端，肽链的空间结构也千差万别。教师活动根据前面学习过的生物学基本观点之一：生物体的结构与功能总是相适应的。请推测蛋白质的功能特点。学生活动蛋白质的生理功能也具有多样性。教师活动[板书]三、蛋白质的生理功能具有多样性请大家快速阅读课本34页内容，了解蛋白质的功能。然后我们做一个小测验。学生活动阅读课本，了解功能。教师活动连线练习设置催化功能角蛋白调节功能酶结构功能血红蛋白运输功能肌动蛋白和肌球蛋白运动功能胰岛素免疫功能激素与相关受体信息传递功能抗体学生活动完成连线题教师活动点评。通过练习我们可以看到，几乎所有生理功能的完成都离不开蛋白质。所以我们说蛋白质是一切生命活动的体现者。问题设计：如果我们把蛋白质的结构破坏掉，它还能发挥作用吗？为什么？学生活动不能。因为结构与功能相适应。没有一定的空间结构，蛋白质也就失去其生理作用了。教师活动请大家结合刚学过的知识，解释一个问题1、为什么医院使用的蛋白质类药剂都要制成针剂？不能口服？学生活动因为蛋白质药物如果口服，在消化道内，其结构就会被破坏，失去功能。教师活动所以，当蛋白质具有一定空间结构时，才能表现特有的生物学活性，执行特定的生理功能。新知识的学习就到这里，小结以下我们学习的内容。教师活动蛋白质的基本组成单位是________。构成蛋白质的基本元素是：C、H、O、N。但是当氨基酸形成的蛋白质，其元素组成中还含有：P、S。氨基酸的结构通式是___,共有_____种、化学性质是_______氨基酸通过缩合形成多肽，其反应方程式：（学生上黑板）多肽经过折叠形成蛋白质，蛋白质在结构和功能方面具有什么特性？___________结构的多样性决定了功能多样性。这在分子水平上进一步证明了生物体结构与功能总是相适应的。关于蛋白质的初步认识就到这里，现在请大家做一下课堂检测。附：课堂检测第一节蛋白质的结构与功能课堂检测班级_______姓名__________学号_________1.过度肥胖者的脂肪组织中