师:好,同学们好,请坐。月初的时候,诺贝尔奖陆续颁布。今年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了大卫和阿姆德,以表彰他们发现了温度和触觉的受体。而56年前,我国在世界上首次合成人工结晶牛胰岛素,却与诺贝尔奖失之交臂。在诺奖史上,与蛋白质有关的研究有近50项,这里只展示了很少一部分。
师:现在有个问题,为什么这么多科学家都研究蛋白质,它对于我们的生命活动究竟有多重要?为什么这一节标题是“蛋白质是生命活动的主要承担者”?我们从熟悉的事物切入,大家对胰岛素有哪些了解?
生:能治疗糖尿病。
师:治疗糖尿病主要是做什么?
生:降血糖。
师:使用时怎么操作?
生:打到肚子上。
师:对,打到肚皮上。而且我们知道胰岛素实际上是一种蛋白质,那科学家当时为什么要合成胰岛素呢?课本第33页左下角有简单介绍,既然它能降血糖,但实际情况是,从小动物体内提取到的胰岛素很少,无法满足实际需求,所以科学家要合成胰岛素,这项工程在当时意义重大。既然要合成胰岛素,也就是合成一种蛋白质,我们先来初步了解一下早期蛋白质合成的探索历程。这段内容在第33页第一自然段,给大家2分钟时间阅读“初步探索”,阅读过程中用文字和箭头表示氨基酸、多肽和蛋白质之间的联系。边看边圈画关键词,只读第一段就行。用箭头联系氨基酸、多肽和蛋白质的关系,尝试写出来,或者在图中画出来。
师:好,我看大家都直接画在了书上,我找个同学说一下,你来,这个关系应该怎么构建?
生:氨基酸分子组成多肽,然后多肽再组成蛋白质。
师:很好。还有没有跟他不一样的?大家都一样吗?你说。
生:蛋白质分解可以得到氨基酸。
师:对,分解得到氨基酸,很好。还有没有要补充的?你说。
生:氨基酸随机连接形成多肽。
师:形成的多肽,很好,请坐。我们把刚才他们的说法汇总一下,有一些交集部分,交集就是氨基酸能连接成多肽,多肽最后能转变成蛋白质。有同学说蛋白质水解后能成为氨基酸,这样关系就更完整了。通过这个关系我们发现,如果要合成蛋白质,原料应该是氨基酸,那么什么是构成人体蛋白质的氨基酸呢?大家把课本翻回到第29页,看“思考与讨论”中给出的4个氨基酸,观察并画出它们共有的部分。
师:好,画完后我们发现共性集中在图的上半部分,描述一下上半部分有什么共同地方。左边都有一个氨基,右边蓝色部分羧基上面还有一个氢。除了这三个组成部分,还有什么共同点?对,都连在同一个碳原子上,这是共性部分。下面我们发现每个氨基酸都不一样,这部分叫做侧链基团,也叫R基。每个氨基酸都有R基,这也是不同氨基酸的共性。通过这个简单认知,我们来构建氨基酸的结构通式。我来写,你们说,我得先写个啥?
生:先写一个碳原子。
师:碳原子连几根键?
生:连四根。
师:连四根键,分别跟什么相连?一根线连一个氨基,然后羧基这里连一个羧基。
生:氢原子。
师:下面连一个R基,这就是它的基本结构,也就是结构通式。好,下面我们来核对昨天布置的课后习题第三题答案,选择A选项。我们找同学挨个说一下每个选项的具体情况。来,A选项,如果说它是构成蛋白质的氨基酸,它的R基是什么?用化学表述叫什么?就光这个R基。
生:氢原子。
师:对,氢原子,请坐。来,B选项,它不符合的原因是什么?
生:它没有羧基。
师:对,B的问题在于没有羧基,很好,请坐。来,C选项,它的氨基和羧基没有连在同一个……请坐。这个C选项有点小难度,如果看组成部分,我们想要的东西它都有,氨基有,还不止一个,羧基也有,氢也有,但问题是什么?没有连在同一个碳原子上。好,后面D选项。
生:没有氨基。
师:对,没有氨基,很好,请坐。这是我们对氨基酸平面结构的初步认知。现在我有一个氨基酸的球棍模型,这是甘氨酸,大家抬头看课本上的甘氨酸,听我讲。我手拿的这个碳原子就是构建结构通式时最中间的那个碳原子,这边这个蓝色小球表示氮,白色小球就是氢,这一部分就是氨基,这边是羧基,所以能看出来一个羧基部分,这里应该也是一个碳。然后这俩红色的是氧,那就是碳氧双键和一个羟基,这还有两个氢,这是一个甘氨酸。
师:好,这实际上是一个立体结构。现在仔细看,我把它各种旋转,旋转后它还是刚才的甘氨酸吗?为什么?
生:还是,结构没变。
师:也就是说决定它是甘氨酸最主要的因素是什么?
生:结构。
师:对,主要看它里面不同的地方,它是氢,而其它的是别的,那就在于它的R基。因此,大家写结构通式时,R基做上下左右的颠倒有影响吗?
生:没有影响。
师:实际上是一样的。好,我们大致了解后回到课本第29页最下面一段,再阅读一下课本对它的描述,仔细看跟我们刚才口头表述有哪个细节不一样?是什么?找到了吗?多了两个字“至少”,“至少”的意思是什么?最少有一个氨基和羧基,那就意味着可以有多个,觉得这多个的氨基和羧基能存在哪?
生:R基当中。
师:因为其余部分都一样,对吧?好,下面我给大家展示几个R基中有氨基和羧基的氨基酸。
师:到此为止,我们对氨基酸结构有了比较详细的认知,但现在问题是我们只有氨基酸这个原料,最终目的是合成蛋白质、合成胰岛素。合成蛋白质、胰岛素之前得先认识一下胰岛素。这是一个平面结构,我简单介绍一下,用小球表示一个一个的氨基酸,上面不同字母表示不同种类的氨基酸。最直观看到的结构是由两条链状结构形成的,上面这条叫A链,一共有多少个?
生:21个。
师:对,由21个氨基酸构成,下边叫B链,有30个氨基酸构成。再仔细看还有什么没说到?图中有黄色的键,这个键叫二硫键。它的形成,仔细看这些黄色键连接的小球上面都写着Cys,这个氨基酸叫做半胱氨酸。仔细看它的R基上有什么特殊结构?
生:有硫。
师:这个基团之前说过叫什么?一个氢、一个硫,叫巯基。那二硫键是怎么形成的呢?二硫键有俩硫,是咋形成的?
生:两个巯基脱去两个氢就会形成二硫键。
师:对,两个巯基脱去两个氢就会形成二硫键,这个二硫键就可以把两个半胱氨酸连在一起。好,现在胰岛素结构我们大致认识了,关键是怎么合成它,需要有合成思路。比如说看着这张图,我想合成,以二硫键为界,先合成左边部分,然后合成中间部分,最后合成右边部分,分别合成后把它们三个拼起来,这是一种思路。还有什么其他思路呢?给大家2分钟时间和同桌讨论一下,这是个开放问题,大家尽情想。
师:大家想的怎么样?好,首先有谁要来表达一下?其实我听到答案差不多,你来说。
生:我想思路就是一个一个把它拼到一起,一个一个拼,但关键是最后怎么拼、怎么组装,可以先看一下大概结构,然后从左到右依次拼到一起,两条链一起一组往后拼。
师:可以,这是一种思路。还有没有不一样的?好,你说。
生:就是先拼一小链,比如说先拼A链,从左到右一个一个拼起来,然后再拼B链,也是一个一个拼,最后再把A链和B链同时拼一下。
师:可以吧,请坐。还有没有不一样的?来,你说。
生:可以从A链开始,从左到右拼,拼到半胱氨酸,要连接两个氨基酸的时候,再顺着分成两条路往下走,一个一个接起来。
师:分两条路,可以吗?有这种可能性,好,请坐。还有没有不一样的?你来。
生:可以先同时拼A链和B链的左边,另一组拼A链和B链的右边,最后都往中间拼,然后连在一起。
