探究双缩脲检测蛋白质实验的若干问题

一、教材分析：

实验《检测生物组织中的蛋白质》出自人教版高中生物教材《必修一 . 分子与细胞》第二章 1 节。教材关于实验原理的描述只有“蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应”这样简简单单的一句话。实验使用的试剂是： 0.1g/ml 的 NaOH（双缩脲 A 液）、 0.01g/ml 的 CuSO₄ （双缩脲 B液）。操作步骤为：向 2ml 待测组织样液中先加入 1ml 双缩脲A 液，摇匀，再加入 4 滴双缩脲 B 液，摇匀，最后观察实验产生的紫色反应，且紫色越深，蛋白质的含量越高。

该实验通过特定的颜色反应使学生直观认识到蛋白质的存在，可为后面逐步建立“生命的物质性”、“结构与功能相适应”等生命观念奠定基础。但是课本对于该实验的原理和过程等介绍过于简单，如果单纯作为一个验证性实验进行教学，不利于学生探究能力的培养，也不能满足解答相关题目的知识储备要求。

二、知识拓展及深度探究的问题

双缩脲试剂本来是用于检测双缩脲（H NCO-NH-CONH ）的试剂。双缩脲在碱性溶液中能与 Cu²⁺ 结合生成紫色络合物（图 1）。在组成蛋白质的肽链中，由于中心碳原子直接相连的 2 个肽键（-CO-NH-C-CO-NH-）与双缩脲结构相似，因此蛋白质也能和双缩脲试剂发生紫色反应。

由于课本描述过于简单，在教学实践中，学生通常会有如下疑问

1、如果样品中不含蛋白质，实验是什么结果？

2、蛋白质的空间结构是否会影响实验结果？

3、双缩脲试剂能和氨基酸作用，产生紫色反应么？

4、实验过程中，一定要先加双缩脲 A 液，后加 B 液么？ 5、双缩脲B 液是否只能加入4 滴，多加对实验有什么影响？

这些常见问题，将通过本次实验来进行研究和解答。

三、实验设计

1、实验材料：

人血白蛋白（可用蛋清稀释液代替）、氨基酸、变性的血清白蛋白等实验步骤及实验结果：按下表向试管里依次加入底物和试剂，摇匀后观察试管中的颜色变化。

结果分析及结论：

1 号试管不含蛋白质，结果呈浅蓝色，这是 Cu （OH） 的颜色；2 号试管呈明显的紫色，验证了课本所述的实验结果；3 号试管呈紫色，且比2 号略深，说明蛋白质的空间结构破坏，肽键暴露，反应更容易进行；4号试管呈淡蓝色，与 1、2 号相比，说明双缩脲试剂不和组成蛋白质的氨基酸反应，同时，反证了双缩脲试剂是和有肽键的多肽发生紫色反应；5号试管呈紫色，与2 号对比，结果和先加双缩脲A 液、后加B 液相差不大。出现该结果的原因可以解释为， Cu²⁺ 与肽键的结合比与 OH^- 结合更容易，即使 Cu²⁺ 先与 OH^- 结合，当加入蛋白质时肽键也能将 Cu²⁺ 竞争过来。最后，向 2 号试管过量加入双缩脲 B 液，随着 B 液的增多，溶液紫色变深，即使 B 液加到 2ml 时，溶液仍然显示紫色，没有大量蓝色出现。该结果与 2号试管前后自身对照，说明实验中双缩脲 B 液并非需要严格要求 4 滴，反而可以多加一点，让实验结果更明显。在许多资料和题目中，过度强调多加双缩脲B 液会出现蓝色Cu（OH） 干扰实验结果，实际上是不合理的。