摘要：以甘油二酯、縮二脲和蛋白質(zhì)為實(shí)驗(yàn)材料，探討了縮二脲試劑檢測蛋白質(zhì)的原理，同時(shí)對縮二脲和縮二脲試劑進(jìn)行了區(qū)分。

關(guān)鍵詞：縮二脲試劑 蛋白質(zhì) 實(shí)驗(yàn)原理

一、話題分析

(一）教科書分析

“檢測生物組織中的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)”是人民教育版教材《生物必修1》第2章的內(nèi)容，也是高中生物第一個(gè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)。良好的科學(xué)探究質(zhì)量的重要實(shí)驗(yàn)。

(二）研究分析

教學(xué)對象為一年級學(xué)生，初中階段已掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，但能力和技能有待進(jìn)一步提高，在高中階段進(jìn)行更深層次的探索。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生們已經(jīng)研究了細(xì)胞中的化合物。實(shí)驗(yàn)過程中，教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生注意辨別同一物質(zhì)顏色的明顯差異。據(jù)此，學(xué)生推測檢測到的物質(zhì)是被識別的物質(zhì)內(nèi)容不同。

(三）目標(biāo)分析

1.通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和對比分析，可以從結(jié)構(gòu)和功能的角度解釋雙縮脲試劑用于蛋白質(zhì)檢測的原理，認(rèn)識到滅活的蛋白質(zhì)破壞了空間結(jié)構(gòu)，因此失去了它的功能。原創(chuàng)活動(dòng)。（人生觀）

2.能夠根據(jù)教材要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，樹立科學(xué)探究意識，掌握生化實(shí)驗(yàn)定量分析的基本方法。（科學(xué)探究）

3.可以分析生物組織中蛋白質(zhì)的大致含量，為日常均衡健康飲食營養(yǎng)提出寶貴建議。（社會(huì)責(zé)任感）

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

(一）使用設(shè)備

縮二脲試劑、蛋清、奶粉、甘油二酯、縮二脲、試管、試管架、燒杯、量筒、滴管、酒精燈、鐵絲網(wǎng)、三腳架等。

(二）實(shí)驗(yàn)原理

在堿性溶液（NaOH）中，縮二脲（H2NOC-NH-CONH2）可以與Cu2+相互作用形成紫色或紫紅色的絡(luò)合物。這種反應(yīng)稱為縮二脲反應(yīng)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子中含有許多類似于縮二脲結(jié)構(gòu)。因此蛋白質(zhì)可以與縮二脲試劑發(fā)生顯色反應(yīng)?？s二脲反應(yīng)主要涉及肽鍵，受蛋白質(zhì)特異性影響較小，與蛋白質(zhì)分子中所含肽鍵的數(shù)量相似。肽鍵有一定的關(guān)系，肽鍵的個(gè)數(shù)越多，顏色越深，因此可以通過縮二脲試劑的反應(yīng)對蛋白質(zhì)進(jìn)行定量分析。

(三）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)點(diǎn)

通過比較不同濃度的蛋清、煮蛋清、縮二脲、雙縮水甘油醚、奶粉和不同稀釋梯度的蛋清液的縮二脲試劑反應(yīng)，幫助學(xué)生深入了解縮二脲試劑檢測蛋白質(zhì)的原理縮二脲和縮二脲試劑。

(四）實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容

為保證每管加入的試劑反應(yīng)時(shí)間盡可能一致，實(shí)驗(yàn)分為三組：第一組比較甘油二酯、縮二脲、蛋清、煮蛋清和牛奶的色差粉末; 第二組用不同濃度梯度的奶粉配制；第三組與相同稀釋比例的奶粉溶液和蛋清溶液進(jìn)行比較。通過對各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和分析，在第一組結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)除甘油二酯外沒有紫色反應(yīng)，其他幾個(gè)試管也出現(xiàn)紫色反應(yīng)，但顏色深淺存在差異。經(jīng)驗(yàn)證，縮二脲試劑可與縮二脲反應(yīng)，活性和滅活的蛋白質(zhì)樣品會(huì)產(chǎn)生紫色結(jié)果，但不會(huì)與甘油二酯發(fā)生紫色反應(yīng)。在相同稀釋度下，煮熟和未煮熟的蛋白的結(jié)果沒有顯著差異。雖然煮沸滅活的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞，但肽鍵沒有斷裂。進(jìn)一步證實(shí)縮二脲試劑檢測的原理本質(zhì)上與蛋白質(zhì)無關(guān)，但更準(zhǔn)確的說是檢測肽鍵的有無，能夠進(jìn)行縮二脲反應(yīng)的化合物應(yīng)該含有兩個(gè)或兩個(gè)以上肽鍵。第二組結(jié)果，對比不同濃度梯度的奶粉，可以看出隨著奶粉稀釋度的增加，顏色逐漸變淺，因此推斷雙縮脲試劑可以定量測定蛋白質(zhì)。當(dāng)然，我們可以看到，由于奶粉本身溶解后呈乳白色，不透明，濃度較高的奶粉顯色效果并不明顯。第三組結(jié)果表明，隨著稀釋倍數(shù)的增加，不同稀釋梯度的奶粉溶液和不同稀釋梯度的蛋清溶液逐漸呈現(xiàn)出明顯的顏色遞減梯度變化。同時(shí)可以看出，相同稀釋比例下的奶粉和蛋清液的結(jié)果還是有很大差異的，說明不同的物質(zhì)含有不同的蛋白質(zhì)含量?？梢钥闯?，由于奶粉本身溶解后呈乳白色，不透明，濃度較高的奶粉顯色效果不明顯。第三組結(jié)果表明，隨著稀釋倍數(shù)的增加，不同稀釋梯度的奶粉溶液和不同稀釋梯度的蛋清溶液逐漸呈現(xiàn)出明顯的顏色遞減梯度變化。同時(shí)可以看出，相同稀釋比例下的奶粉和蛋清液的結(jié)果還是有很大差異的，說明不同的物質(zhì)含有不同的蛋白質(zhì)含量?？梢钥闯?，由于奶粉本身溶解后呈乳白色，不透明，濃度較高的奶粉顯色效果不明顯。第三組結(jié)果表明，隨著稀釋倍數(shù)的增加，不同稀釋梯度的奶粉溶液和不同稀釋梯度的蛋清溶液逐漸呈現(xiàn)出明顯的顏色遞減梯度變化。同時(shí)可以看出，相同稀釋比例下的奶粉和蛋清液的結(jié)果還是有很大差異的，說明不同的物質(zhì)含有不同的蛋白質(zhì)含量。第三組結(jié)果表明，隨著稀釋倍數(shù)的增加，不同稀釋梯度的奶粉溶液和不同稀釋梯度的蛋清溶液逐漸呈現(xiàn)出明顯的顏色遞減梯度變化。同時(shí)可以看出，相同稀釋比例下的奶粉和蛋清液的結(jié)果還是有很大差異的，說明不同的物質(zhì)含有不同的蛋白質(zhì)含量。第三組結(jié)果表明，隨著稀釋倍數(shù)的增加，不同稀釋梯度的奶粉溶液和不同稀釋梯度的蛋清溶液逐漸呈現(xiàn)出明顯的顏色遞減梯度變化。同時(shí)可以看出，相同稀釋比例下的奶粉和蛋清液的結(jié)果還是有很大差異的，說明不同的物質(zhì)含有不同的蛋白質(zhì)含量。

三、實(shí)驗(yàn)效果評估

(一）讓同學(xué)們深入了解縮二脲試劑檢測蛋白質(zhì)的原理

每種蛋白質(zhì)都具有特定的生物學(xué)功能，這主要取決于其特定的結(jié)構(gòu)。煮沸的蛋白質(zhì)破壞了空間結(jié)構(gòu)，因此它永久失去了原來的活性。但失活的蛋白肽鍵不受影響，仍可與縮二脲反應(yīng)生成紫色。通過比較活性蛋白質(zhì)和煮沸滅活蛋白質(zhì)的反應(yīng)結(jié)果，學(xué)生可以深入了解縮二脲試劑如何檢測蛋白質(zhì)，因?yàn)殂~離子與肽鍵而不是與蛋白質(zhì)本身發(fā)生反應(yīng)。

(二）讓學(xué)生了解蛋白質(zhì)定量分析用凱氏定氮法和縮二脲法的區(qū)別

凱氏定氮法是測定奶粉中蛋白質(zhì)含量的國標(biāo)方法雙甘肽，但操作繁瑣費(fèi)時(shí)，蛋白質(zhì)含量是通過測定N含量來計(jì)算的。有人利用凱氏定氮法的缺點(diǎn)，在奶粉中添加尿素、硫酸銨、三聚氰胺等含氮化合物，造成蛋白質(zhì)含量虛高，導(dǎo)致奶粉出現(xiàn)問題。為了彌補(bǔ)上述方法的不足，可采用縮二脲試劑直接定量分析蛋白質(zhì)。由于蛋白質(zhì)和縮二脲試劑的顯色反應(yīng)強(qiáng)度與一定濃度范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)含量成正比，因此可以通過與相同處理的蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液比較得到蛋白質(zhì)含量。

(三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色

通過比較相同稀釋比例的奶粉和蛋清的縮二脲反應(yīng)，培養(yǎng)和影響學(xué)生的營養(yǎng)價(jià)值，體現(xiàn)應(yīng)用科技解決生活實(shí)際問題的目的。從本次實(shí)驗(yàn)的奶粉結(jié)果中，學(xué)生可以體會(huì)到本課的定量檢測對于開展科學(xué)研究和解決生活中的問題具有重要意義。將學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際生活緊密結(jié)合，讓學(xué)生深刻體會(huì)科技的價(jià)值；引導(dǎo)學(xué)生承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，重視科學(xué)進(jìn)步。

參考

[1] 朱政偉，趙占良。生物必修1 - 分子和細(xì)胞。第二版[M]．北京：人民教育出版社，2007：104-105.

[2] 陳寧清，鄭思雨。雙縮脲試劑在蛋白質(zhì)檢測中的應(yīng)用研究[J]. 中國醫(yī)療器械雜志, 2014, 38 (6）: 458-460.