蛋白質(zhì)的合成（課件）高二化學(xué)人教版2019選擇性必修3

第四章第二節(jié)蛋白質(zhì)一、氨基酸二、蛋白質(zhì)三、酶第四章第二節(jié)第一課時(shí)蛋白質(zhì)的合成一、胰島素精神二、牛胰島素的合成三、酶胰島素精神吃糖能讓人心情變好，但血糖長(zhǎng)期過(guò)高容易導(dǎo)致糖尿病，人體內(nèi)唯一能降低血糖的激素就是胰島素。胰島素精神1921年，加拿大外科醫(yī)生Banting首次從狗的萎縮胰臟中提取了胰島素，將初步純化的動(dòng)物胰島素成功地應(yīng)用于糖尿病患者，并獲得1923年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。英國(guó)科學(xué)家Sanger經(jīng)過(guò)10年的研究，于1955年報(bào)道了牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)，并獲得了1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1958年，世界權(quán)威雜質(zhì)Nature評(píng)論說(shuō)“人工合成胰島素還不是近期所能做到的”！制備原料難關(guān)第一步：制備原料(氨基酸)組成人體內(nèi)蛋白質(zhì)的氨基酸(均為-氨基酸)共21種，其中8種必須通過(guò)食物攝取，稱為必須氨基酸。牛的胰島素需要16種氨基酸，而當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)(大陸地區(qū))只能生產(chǎn)純度不高的甘、精、谷三種氨基酸。中國(guó)科學(xué)家上海生化所于1958年組織研究小組，從無(wú)到有，制作出了十幾種氨基酸。羧酸

-氨基酸

-H被氨基取代制備原料難關(guān)第一步：制備原料(氨基酸)甘氨酸氨基乙酸丙氨酸2-氨基乙酸苯丙氨酸2-氨基-3-苯基丙酸谷氨酸2-氨基戊二酸半胱氨酸2-氨基-3-巰基丙酸制備原料難關(guān)第一步：制備原料(氨基酸)思考：以合成丙氨酸為例，若以乙醛為原料，如何向有機(jī)物中引入氨基和羧基？(提示：)深度思考：若要合成苯丙氨酸，又需要什么原料呢？苯丙氨酸制備原料難關(guān)第一步：制備原料(氨基酸)然而，由于手性碳的存在，高等動(dòng)物體內(nèi)的氨基酸都是L構(gòu)型(除甘氨酸外)，所以合成時(shí)還需要考慮D構(gòu)型手性異構(gòu)體的分離和提純。甘油醛的對(duì)映異構(gòu)體α-氨基酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如何合成多肽難關(guān)第二步：合成多肽A和B思考：氨基酸分子間是如何成鍵的？如何合成多肽無(wú)色晶體；熔點(diǎn)較高，多在200-300℃熔化時(shí)分解；一般能溶于水，而難溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑；α-氨基酸天然氨基酸的物理性質(zhì)分析一：從結(jié)構(gòu)角度解釋為什么氨基酸的熔點(diǎn)較高、水溶性較好？氨基酸具有氨基和羧基，使得氨基酸分子間能形成氫鍵，因此熔點(diǎn)較高；且氨基酸與水分子間也能形成氫鍵，因此水溶性較好！如何合成多肽分析二：根據(jù)以上氨基酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中所含有的官能團(tuán)，推測(cè)氨基酸可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？α-氨基酸

-氨基酸羧基具有酸性，能與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成羧酸鹽；羧基可以與羥基發(fā)生酯化反應(yīng)；氨基具有堿性，能與酸發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽；可以發(fā)生分子內(nèi)或分子間脫水生成酰胺；如何合成多肽α-氨基酸氨基酸的兩性：羧基是酸性基團(tuán)，氨基是堿性基團(tuán)，因此氨基酸是兩性化合物，能與酸、堿反應(yīng)生成鹽。(以丙氨酸為例，分別寫(xiě)出與稀鹽酸、NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式)

-氨基酸的化學(xué)性質(zhì)類比：NH3+HCl=NH4Cl如何合成多肽【例1】氨基酸的中和反應(yīng)：味精是一種常見(jiàn)的調(diào)味品，其化學(xué)成分主要為谷氨酸單鈉鹽。在味精的生成過(guò)程中，谷氨酸的中和為什么要嚴(yán)格控制溶液的pH？谷氨酸谷氨酸單鈉鹽谷氨酸分子中含有兩個(gè)羧基，當(dāng)通過(guò)中和反應(yīng)變?yōu)閱吴c鹽時(shí)需嚴(yán)格控制溶液的pH，否則有可能被完全中和生成二鈉鹽！【科普視頻】味精是如何發(fā)明的如何合成多肽成肽反應(yīng)：“酸脫羥基，氨脫氫”

-氨基酸的化學(xué)性質(zhì)兩個(gè)氨基酸分子(可以相同，也可以不同)在一定條件下，通過(guò)氨基與羧基間縮合脫去水，形成含有肽鍵的化合物。肽鍵如何合成多肽二肽還可以繼續(xù)與其他氨基酸分子縮合生成三肽、四肽、五肽，以至生成長(zhǎng)鏈的多肽。多肽氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)之間的關(guān)系：氨基酸多肽蛋白質(zhì)脫水縮合水解脫水縮合水解如何合成多肽成肽規(guī)律(前提條件：只形成一條肽鏈時(shí))：3個(gè)氨基酸脫水得到三肽，失去2個(gè)水分子，形成2個(gè)肽鍵；n個(gè)氨基酸脫水得到多肽，失去(n-1)個(gè)水分子，形成(n-1)個(gè)肽鍵；【例2】多肽與條件以上有機(jī)物是由

個(gè)氨基酸分子脫水形成的，分子中含有

個(gè)肽鍵，稱為

肽。43四如何合成多肽分析三：是不是合成出氨基酸就能順利的合成牛胰島素的多肽了呢？【例3】氨基酸的成肽反應(yīng)：寫(xiě)出甘氨酸與丙氨酸反應(yīng)可能生成的二肽的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。鏈狀二肽如何合成多肽分析三：是不是合成出氨基酸就能順利的合成牛胰島素的多肽了呢？【例3】氨基酸的成肽反應(yīng)：寫(xiě)出甘氨酸與丙氨酸反應(yīng)可能生成的二肽的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。環(huán)狀二肽如何合成多肽難關(guān)第二步：合成多肽A和B氨基酸脫水方式太多，副產(chǎn)物多：合成過(guò)程可能會(huì)破會(huì)手性結(jié)構(gòu)；α-氨基酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式【歷史記載】合成A鏈時(shí)，研究員將玻璃滴管頭拉得很細(xì)，以便精細(xì)調(diào)節(jié)溶液的pH值。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)三位專家(北大、上海有機(jī)所、復(fù)旦)精確計(jì)算后，才確定是否要再多加一滴堿或一滴酸。構(gòu)成蛋白質(zhì)難關(guān)第三步：多肽構(gòu)成蛋白質(zhì)通過(guò)氨基酸脫水縮合得到多肽(一級(jí)結(jié)構(gòu))。如何才能順利得到蛋白質(zhì)呢？?jī)蓷l多肽依靠哪種作用力去“自主”形成特定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)呢？我國(guó)科學(xué)家堅(jiān)信并證明了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)能決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)成蛋白質(zhì)難關(guān)第三步：多肽構(gòu)成蛋白質(zhì)一條肽鏈上不相鄰的碳氧、氮?dú)渲g能形成氫鍵，折疊特定的螺旋結(jié)構(gòu)，形成蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)(序列結(jié)構(gòu))構(gòu)成蛋白質(zhì)二硫鍵的形成(了解)巰基(SH)有臭味，很不穩(wěn)定，極易被氧化，在牛胰島素合成肽鏈期間，都需要將其保護(hù)起來(lái)。最終兩條鏈進(jìn)行組合時(shí)才能脫除巰基的保護(hù)。半胱氨酸構(gòu)成蛋白質(zhì)1964年8月，上海生化所團(tuán)隊(duì)成功地合成了人工B鏈；1965年5月，北京大學(xué)和上海有機(jī)所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)合成了人工A鏈；6月，A鏈積累到100多毫克(B鏈積累到5克)，杜雨蒼(生化所，右二)、張偉君(有機(jī)所)、施溥濤(北大化學(xué)，右四)開(kāi)始了AB全合成實(shí)驗(yàn)。1965年9月17日，歷時(shí)6年，世界上第一個(gè)人工全合成的牛胰島素晶體誕生了！這是世界上第一個(gè)人工合成的具有生物活力的結(jié)晶蛋白質(zhì)！胰島素精神1981年，我國(guó)科學(xué)家人工合成了具有生物活性的核酸分子酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸；1999年，我國(guó)科學(xué)家加入人類基因組計(jì)劃，完成了3000萬(wàn)個(gè)堿基的測(cè)序任務(wù)；2000年，我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃正式啟動(dòng)！科學(xué)前沿牛胰島素合成時(shí)，需要先合成提純對(duì)應(yīng)的異構(gòu)體，但這樣會(huì)造成原料一半的浪費(fèi)。α-氨基酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式人們發(fā)現(xiàn)，生物體能夠合成L構(gòu)型的氨基酸，原因在于酶的選擇性催化。直到2000年，科學(xué)家尋找到合適的催化劑，實(shí)現(xiàn)了不對(duì)稱催化合成。2000年、2018年、2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)均頒給了相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家！酶定義：酶是一類由細(xì)胞產(chǎn)生的、對(duì)生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)具有催化作用的有機(jī)化合物，其中絕大多數(shù)是蛋白質(zhì)，少部分是由RNA構(gòu)成的；特點(diǎn)：高效的催化作用，一般是普通催化劑的107倍；反應(yīng)條件溫和，一般在接近體溫和中性的條件下進(jìn)行；高度的專一性；化學(xué)與生活燙發(fā)原理藥水中的堿性成分和氧化劑，會(huì)使頭發(fā)表層的鱗片遭到破壞，鱗片脫落，使頭發(fā)內(nèi)部的水分和營(yíng)養(yǎng)成分流失，粗糙起毛刺，缺少光澤，沒(méi)彈性！還原劑氧化劑利用卷發(fā)棒固定形狀化學(xué)與生活燕窩真的有那么神奇嗎？燕窩中含有蛋白質(zhì)、微量元素及氨基酸。但是對(duì)于含有以上物質(zhì)的食物，并不只是燕窩獨(dú)有，一些平民化的食物中也能獲得，如銀耳、百合、山藥等粘度高的食物。隨堂練習(xí)1.下列敘述錯(cuò)誤的是()蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與肽鍵的形成有關(guān)可以用灼燒法鑒別真絲和化學(xué)纖維1965年我國(guó)科學(xué)家首先合成結(jié)晶牛胰島素酶通常在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的條件下發(fā)揮作用D隨堂練習(xí)2.以下屬于組成蛋白質(zhì)的-氨基酸的是

。①③隨堂練習(xí)3.市場(chǎng)上有一種加酶洗衣粉，即在洗衣粉中加入少量的堿性蛋白酶，它的催化