第二章第2节.docx

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第二章第2节

第2节　生命活动的主要承担者——蛋白质

目标导航

　1.通过各类氨基酸结构的比较，总结氨基酸的结构特点。

2.结合氨基酸形成蛋白质的过程图解，理解脱水缩合过程及相关计算。

3.阐述蛋白质结构多样性的原因，认同蛋白质是生命活动的主要承担者。

一、氨基酸及种类（阅读P20－21）

1.来源

蛋白质必须经过消化成为各种氨基酸，才能被人体吸收和利用。

2.氨基酸的结构

（1）结构通式：

（2）结构特点：

每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。

3.氨基酸的种类

蛋白质是由氨基酸构成的，构成人体蛋白质的氨基酸约有20种，包括8种（婴儿9种）必需氨基酸和12种非必需氨基酸。

二、蛋白质的结构及其多样性（阅读P21－23）

1.蛋白质的结构层次

氨基酸

　,脱水缩合

二肽：

由两个氨基酸分子缩合而成的化合物

　↓

多肽：

由多个氨基酸分子缩合而成的化合物，通常呈链状

　,盘曲、折叠Ｆ

蛋白质：

具有一定的空间结构

2.脱水缩合

（1）概念：

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，这种结合方式叫做脱水缩合。

（2）形成的化学键：

肽键，表示为—NH—CO—。

3.蛋白质的结构多样性的原因

（1）氨基酸方面：

不同的蛋白质含有的氨基酸的种类、数量、排列顺序不同。

（2）肽链方面：

肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

三、蛋白质的功能（阅读P23）

判断正误：

（1）在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种。

（　　）

（2）人体细胞不能合成的氨基酸称为必需氨基酸。

（　　）

（3）每种氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上。

（　　）

（4）各种氨基酸都共有的结构是H2NCHCOOH。

（　　）

（5）各种氨基酸理化性质不同的原因在于R基不同。

（　　）

（6）二肽是由两个氨基酸分子脱水缩合而形成的化合物，含有2个肽键。

（　　）

（7）多肽是有一定的空间结构的蛋白质。

（　　）

（8）脱水缩合过程中脱掉一分子水，形成一个新的化学键。

（　　）

（9）两个蛋白质含的氨基酸的种类、数量、排列顺序都相同，则这两个蛋白质相同。

（　　）

（10）蛋白质的结构具有多样性，功能也具有多样性。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）√　（6）×　（7）×　（8）√　（9）×　（10）√

一、氨基酸

1.元素组成

氨基酸一定含有C、H、O、N四种元素，可能含有P和S元素，还可能含有Fe等微量元素，如血红蛋白。

2.氨基酸的结构通式

3.氨基酸的结构特点

（1）—NH2和—COOH的数目：

每种氨基酸都至少含有一个—NH2和一个—COOH，R基中也可能存在—NH2或—COOH。

（2）—NH2和—COOH的位置：

构成蛋白质的氨基酸都有一个—NH2和一个—COOH连接在同一个碳原子上。

1.氨基酸的通式（不包括R基）中分别含有多少个C、H、O、N原子？

答案　2、4、2、1。

2.若一个氨基酸中含有两个—COOH（或两个—NH2），它们都位于哪些部位？

答案　一个与氨基（或羧基）连在同一个碳原子，另一个位于R基中。

1.下列哪项不是构成蛋白质的氨基酸（　　）

A.CHH2NCOOHCH2NH2

B.CHCH3COOHNHSH

C.CHH2NCOOHCH2CH2COOH

D.CHH2NCOOHCH2COOH

问题导析

（1）氨基酸中应含有氨基和羧基。

（2）氨基酸中的氨基和羧基应连在同一个碳原子上。

答案　B

一题多变

（1）分别写出上述构成蛋白质的氨基酸的R基　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）判断正误：

①分子式中只要有氨基和羧基，就可以判断为构成生物体的氨基酸（　　）

②R基团中也可能存在氨基和羧基（　　）

③氨基酸的组成元素是C、H、O、N、P（　　）

答案　

（1）A.—CH2—NH2　C.—CH2—CH2—COOH

D.—CH2—COOH　

（2）①×　②√　③×

二、蛋白质的形成

1.脱水缩合过程图解

该反应过程：

第一个氨基酸分子的羧基和第二个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水的结合方式，叫做脱水缩合。

具有以下特点：

（1）R基未参与反应。

（2）第一个氨基酸分子的羧基（基团）脱去羟基，第二个氨基酸分子的氨基（基团）脱去H，两氨基酸脱去部分结合形成水。

两个氨基酸之间新形成的化学键称作肽键，表示为—CO—NH—。

形成的化合物叫做二肽。

（3）若不考虑R基，该二肽分子中还含有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的两端。

2.计算规律

（1）若是m个氨基酸形成n条肽链，会脱去m－n分子水，形成m－n个肽键。

（2）假设氨基酸的平均相对分子量为a，则m个氨基酸形成n条肽链时，所形成肽链的相对分子量为ma－18（m－n）。

（3）一条肽链至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基；m个氨基酸脱水缩合形成n条肽链构成的蛋白质中，至少含有n个游离的氨基和n个游离的羧基。

1.若R基中含有氨基或羧基，在脱水缩合反应中，R基中氨基或羧基是否参与了反应？

生成的肽链中氨基或羧基位于何处？

答案　R基中的氨基或羧基未参与反应，生成的肽链中的氨基或羧基位于肽链的一端和R基中。

2.下列是某位同学对氨基、羧基及肽键的错误写法和多肽的错误命名，请改正。

正确

错误（举例）

氨基

—NH2

NH2或—NH3

羧基

—COOH

COOH

COOH

COOH

肽键

—CO—NH—

CONH

CONH

CO—NH

含5个肽键

六肽

五肽

2.根据下图所示化合物的结构分析回答下列问题：

（1）该化合物中，①表示　　　　，⑦表示　　　　。

（2）该化合物由　　　　个氨基酸失去　　　　个水分子而形成，这种反应叫做　　　　　　。

（3）该化合物中的氨基酸种类不同，是由　　　　决定的，其编号是　　　　　　。

（4）该化合物称为　　　　，含　　　　个肽键，编号是　　　　。

（5）该化合物含有　　　　个游离的氨基和　　　　个游离的羧基。

问题导析

（1）题图中①是氨基；⑦是羧基；③、⑤、⑥表示肽键。

（2）②、④、⑧、⑨是R基。

（3）该化合物为四肽，是由4个氨基酸脱去3个水分子形成的。

（4）氨基酸种类不同，是由R基决定的，而该化合物含有游离的氨基（羧基）数等于肽链数与R基中氨基（羧基）数之和。

答案　

（1）氨基　羧基　

（2）4　3　脱水缩合　（3）R基　②④⑧⑨　（4）四肽　3　③⑤⑥　（5）2　2

一题多变

（1）上述化合物由几种氨基酸形成？

如果数量足够多，这几种氨基酸最多可形成多少种五肽？

（2）若上述化合物中①与⑦反应则会形成环状肽，则该环状肽中含有几个肽键？

几个氨基？

几个羧基？

答案　

（1）4；45＝1024　

（2）4；1；1。

三、蛋白质的结构多样性和功能多样性

1.蛋白质的结构层次

2.蛋白质结构多样性与功能多样性的关系

1.两种蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序都一样，但两者的功能相差很大，为什么？

答案　蛋白质的种类取决于氨基酸的种类、数量、排列顺序以及肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构。

蛋白质的种类决定蛋白质的功能。

2.血红蛋白是由4条多肽链组成的蛋白质。

根据示意图，简述蛋白质的水解和变性有何区别。

答案　水解是蛋白质或者多肽中肽键断裂，分解为氨基酸的过程，和脱水缩合的过程相反。

变性是蛋白质空间结构被破坏的过程，此过程肽键不断裂。

3.生物体内的蛋白质千差万别，其原因不可能是（　　）

A.组成肽键的化学元素不同

B.组成蛋白质的氨基酸种类和数量也可能不同

C.氨基酸排列顺序不同

D.蛋白质的空间结构不同

问题导析

（1）蛋白质的种类取决于氨基酸的种类、数量、排列顺序以及肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构。

（2）组成肽键的化学元素都是C、H、O、N。

答案　A

一题多变

人体的肌肉主要由蛋白质组成。

同样是肌肉，心肌具有自动收缩的特性，平滑肌有较强的舒张性，骨骼肌能够强有力的收缩，这些区别说明构成它们的蛋白质有区别，这些区别可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　造成的。

答案　所含氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构不同

1.下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是（　　）

A.NH2—CH2—COOH

B.NH2—CH2—CH2OH

C.HOOC—（CH2）2—NH2

D.HOOC—CH2—COOH

答案　A

解析　B项无羧基，D项无氨基，而C项中氨基和羧基连接在不同的碳原子上。

2.下列物质中，有的是组成蛋白质的氨基酸，有的不是，若将其中构成蛋白质的氨基酸缩合成化合物，则其含有的氨基、羧基和肽键数目是（　　）

①NH2—CH2—COOH　　　②NH2—CH2—CH2OH

③NH2CH2CHCOOHCOOH

④NH2CHCOOH（CH2）4COOH

⑤NH2—CH2—CH2—COOH

A.3、3、2B.1、2、1C.1、3、2D.3、4、2

答案　B

解析　根据氨基酸的结构特点可判断①、④为组成蛋白质的氨基酸，且④中R基含有1个羧基。

再根据脱水缩合反应原理可推知形成的二肽化合物中含有1个氨基、2个羧基、1个肽键。

3.某一肽链内共有肽键200个，则脱水缩合形成该肽链的氨基酸的分子数是（　　）

A.50个B.200个

C.201个D.199个

答案　C

解析　氨基酸数＝肽键数＋肽链条数。

4.能正确表示蛋白质分子由简到繁的结构层次的一组排列顺序是（　　）

①氨基酸　②C、H、O、N等元素　③氨基酸分子相互结合　④多肽　⑤形成一定的空间结构

A.①②③④⑤B.②①④③⑤

C.②①③④⑤D.②①③⑤④

答案　C

解析　蛋白质分子由简到繁的结构层次是C、H、O、N等元素→氨基酸→氨基酸分子相互结合→多肽→形成一定的空间结构。

5.图中几种符号代表不同种类的氨基酸，请完成有关问题：

（1）它们结构的差别在于　　　　的不同。

（2）7种氨基酸可通过　　　　的方式形成1条肽链，相对分子质量减少了　　　　。

（3）如果上述肽链原长度和氨基酸种类不变，改变其中　　　　　　　　，就可改变该肽链的性质。

（4）若两个蛋白质分子均由两条

（2）中的肽链构成，那么这两个蛋白质分子的功能是否一定相同？

　　　　　。

原因是________________________________________________________

______________________________________________________________________________。

答案　

（1）R基

（2）脱水缩合　108

（3）氨基酸的排列顺序

（4）不一定　分别由相同的两条肽链经盘曲、折叠方式及其形成的空间结构可能不同

基础巩固

1.下列有关氨基酸的描述正确的是（　　）

A.氨基酸是构成蛋白质的基本单位，由氨基和羧基组成

B.每种氨基酸至少具有一个氨基和一个羧基

C.人体内的氨基酸必须从食物中获取

D.每个氨基酸分子都只含有C、H、O、N四种元素

答案　B

解析　氨基酸可由体内细胞合成，除含有C、H、O、N四种元素外，有的还含有P、S等。

2.用18O标记的氨基酸脱水缩合生成蛋白质，同时有H

O产生，那么水中的18O来自氨基酸的（　　）

A.—COOHB.—NH2

C.—RD.—COOH和—NH2

答案　A

解析　两个氨基酸脱水缩合时，一个氨基酸分子的羧基（—COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（—NH2）相连接，同时脱去一分子水，水分子中的—OH来自羧基，—H来自氨基，即水分子中的O来自于羧基。

3.组成蛋白质的氨基酸之间的肽键结构式是（　　）

A.NH—COB.—NH—CO—

C.—NH2—COOH—D.NH2—COOH

答案　B

解析　肽键是组成蛋白质的相邻氨基酸的氨基和羧基之间脱去一分子水后形成的新键，正确的表示应该是：

—NH—CO—。

4.下面关于肽链和蛋白质关系的叙述，正确的是（　　）

A.二者是同一概念

B.多肽属于蛋白质的一种

C.多肽和蛋白质都具有空间结构

D.肽链可以进一步形成蛋白质

答案　D

解析　多肽通常呈链状，不具有空间结构。

肽链可以进一步盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。

5.下列关于蛋白质功能的举例不正确的是（　　）

A.催化作用——酶

B.运输作用——胰蛋白酶

C.调节作用——胰岛素

D.免疫作用——抗体

答案　B

解析　胰蛋白酶具有催化作用。

6.同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水。

而精氨酸易溶于水，这种差异的产生取决于（　　）

A.两者R基组成的不同

B.两者的结构完全不同

C.酪氨酸的氨基多

D.精氨酸的羧基多

答案　A

解析　组成生物体蛋白质的氨基酸具有相似的结构，各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。

巩固提升

7.已知丙氨酸的R基是—CH3，则下列关于5个丙氨酸脱水缩合形成多肽的过程的叙述，正确的是（　　）

A.产物中含有4个肽键（—NH—CO—）称为四肽

B.产物多肽的相对分子质量相对于反应物减少了90

C.产物多肽的分子式为C15H27O6N5，含有5个氨基（—NH2）和5个羧基（—COOH）

D.产物水中的H既来自氨基又来自羧基，O只来自羧基

答案　D

解析　产物称为五肽；形成五肽时脱去4分子水，质量减少了72；丙氨酸R基中不含有氨基和羧基，故由5个丙氨酸脱水缩合形成的五肽中只含有1个氨基和1个羧基。

8.现有100个氨基酸，共含有116个羧基和106个氨基，这些氨基酸缩合成6条多肽链时共含有—NH2的个数是（　　）

A.6B.12C.22D.100

答案　B

解析　由“100个氨基酸，共含有116个羧基和106个氨基”可知，这100个氨基酸的R基中共含有16个羧基和6个氨基，在脱水缩合过程中，R基和处于每条多肽链两端的氨基和羧基不参加反应，故共含有12个—NH2。

9.多个氨基酸分子缩合形成含2条肽链的蛋白质时，相对分子量减少了900，由此可知：

此蛋白质分子所含的氨基酸数和肽键数分别是（　　）

A.52、52B.50、50

C.52、50D.50、49

答案　C

解析　本题要利用简单的化学知识计算出失水数，然后应用氨基酸数＝肽链数＋肽键数。

由题意可知，形成该蛋白质时的失水数为50，共形成50个肽键，由52个氨基酸构成。

10.丙氨酸的R基为—CH3，谷氨酸的R基为—C3H5O2，它们缩合形成的二肽分子中，C、H、O的原子比例为（　　）

A.7∶16∶6B.7∶14∶5

C.8∶12∶5D.8∶14∶5

答案　D

解析　结合氨基酸通式及脱水缩合反应原理可解。

11.某二十二肽的水解结果如图所示，则这些短肽的氨基总数最小值及肽键总数依次是（　　）

A.6　18

B.5　18

C.5　17

D.6　17

答案　C

解析　分析时注意图文转化，该图可以转化为22个氨基酸形成了5条肽链，每一个短肽的氨基总数至少为1个，所以5个短肽，氨基总数至少有5个；氨基酸个数减去肽链数等于肽键数，22－5＝17，故选C项。

12.下列多肽片段充分水解后，产生的氨基酸有（　　）

NHCHCH3CONHCH2CONHCHCH3CONHCHCH2CH3CONHCH2CO

A.2种B.3种C.4种D.5种

答案　B

解析　自左到右，水解产生的氨基酸的R基分别为：

—CH3、—H、—CH3、—CH2—CH3、—H，共3种，氨基酸的种类由R基决定。

13.某致病细菌分泌的外毒素为无色、细针状结晶，对小鼠和人体有很强的毒性，可引起流涎、呕吐、便血、痉挛等，最终导致死亡。

该外毒素为环状肽，结构式如图所示：

请据图分析回答：

（1）该化合物中含有　　　　个游离的氨基，　　　　个游离的羧基。

（2）组成该化合物的氨基酸有　　　　种。

（3）B框所示的R基所构成的氨基酸的相对分子质量是　　　　。

（4）该外毒素在环状肽形成过程中失去了　　　　个水分子，相对分子质量减少了　　　　。

答案　

（1）0　0　

（2）5　（3）163　（4）7　126

14.一条多肽链的分子式为C22H34O13N6，其水解后共产生了下列三种氨基酸：

CHHH2NCOOH　　CHCH3H2NCOOH

甘氨酸　　　　　　　　丙氨酸

HOOCCHNH2CH2CH2COOH

　谷氨酸

（1）C22H34O13N6的化学名称是　　　　，它的基本组成单位的结构特点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）该多肽水解可产生　　　　个氨基酸，其中谷氨酸有　　　　个，共需要消耗　　　　个水分子。

（3）在一个C22H34O13N6分子中，存在　　　　个游离的氨基。

（4）如果该多肽的肽链长度不变，组成它的氨基酸的种类和数目均不变，改变其中的________________________________________________________________________，

就可以改变其性质。

答案　

（1）六肽　都至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上　

（2）6　3　5　（3）1　（4）氨基酸的排列顺序

解析　

（1）由题干可知，三种氨基酸的分子式中均各含有一个氨基（—NH2），即每个氨基酸只有一个氮原子，又因为脱水缩合过程中氮原子的数量不改变，所以该多肽的名称是六肽，构成多肽的基本单位是氨基酸。

（2）该六肽水解可得6个氨基酸，需要断裂5个肽键，共需要消耗5个水分子。

假设谷氨酸有a个，根据脱水缩合过程中氧原子守恒，可知4a＋（6－a）×2＝13＋5，解得a＝3。

（3）组成该多肽链的氨基酸的R基不含有氨基，一条肽链的一端肯定含有1个氨基，另一端肯定含有1个羧基；又因为每种氨基酸只含一个—NH2，所以经过脱水缩合后，肽链一共含有1个游离的氨基。

（4）肽链的多样性取决于氨基酸的种类、数量和排列顺序。

走进高考

15.（2013·江苏卷，20）下面关于蛋白质分子结构与功能的叙述，错误的是（　　）

A.不同蛋白质含有的氨基酸数量不尽相同

B.有些结构不同的蛋白质具有相似的功能

C.组成蛋白质的氨基酸可按不同的排列顺序脱水缩合

D.组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合

答案　D

解析　不同蛋白质的氨基酸的种类、数量、排序及肽链的空间结构可能不同；结构不同的蛋白质功能有可能相同，但往往不同；不同蛋白质中的氨基酸排序可能不同，这是蛋白质多样性表现之一；氨基酸之间的脱水缩合方式都是一样的。

16.（2014·上海卷，28）一条由39个氨基酸形成的环状多肽，其中有4个谷氨酸（R基为—CH2—CH2—COOH），则该多肽（　　）

A.有38个肽键B.可能没有游离氨基

C.至少有5个游离羧基D.至多有36种氨基酸

答案　B

解析　一条由39个氨基酸形成的环状多肽，应有39个肽键，A错误；因为谷氨酸的R基上没有游离氨基，又不知其他的R基的情况，则可能没有游离氨基，B正确；由于谷氨酸的R基上有1个游离羧基，则该多肽至少有4个游离羧基，C错误；由于组成蛋白质的氨基酸一般为20种，所以D错误。

备选题

1.（2012·海南卷，1）关于生物体内组成蛋白质的氨基酸的叙述，错误的是（　　）

A.分子量最大的氨基酸是甘氨酸

B.有些氨基酸不能在人体细胞中合成

C.氨基酸分子之间通过脱水缩合形成肽键

D.不同氨基酸之间的差异是由R基引起的

答案　A

解析　甘氨酸是分子量最小的氨基酸，A错误；氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸只能从食物中获取，人体内不能合成，B正确；氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键，C正确；R基的不同决定了氨基酸之间的差异，D正确。

2.（2009·上海卷，15）某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。

该蛋白质至少有氧原子的个数是（　　）

A.n－mB.n－2m

C.n＋mD.n＋2m

答案　C

解析　一个氨基酸至少含有2个氧原子，n个氨基酸形成m条肽链须脱去（n－m）个H2O，故该蛋白质至少有氧原子的个数是2n－（n－m）＝n＋m。

3.（2009·上海春季卷，48）蛋白质是由氨基酸通过肽键形成的大分子化合物，一个氨基酸分子中的氨基和另一个氨基酸分子中的羧基脱去一个水分子缩合形成肽键。

蛋白质分子结构示意图如下：

其中用虚线框出的甲、乙、丙的名称依次为（　　）

A.氨基、肽键、羧基B.羧基、肽键、氨基

C.肽键、氨基、羧基D.氨基、羧基、肽键

答案　A

解析　—NH2代表氨基，—COOH代表羧基，—NH—CO—代表肽键。