学年高中生物第2章组成细胞的分子第2节生命活动的主要承担者蛋白质学案新人教版必修1.docx

学年高中生物第2章组成细胞的分子第2节生命活动的主要承担者蛋白质学案新人教版必修1.docx

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学年高中生物第2章组成细胞的分子第2节生命活动的主要承担者蛋白质学案新人教版必修1

第2节　生命活动的主要承担者——蛋白质

一、组成蛋白质的氨基酸

1.结构通式（如图）

图中结构的名称：

①氨基；②羧基；③R基。

2.组成元素：

主要是C、H、O、N，有些还含有S元素。

3.结构特点

（1）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。

（2）各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。

特别提醒

（1）氨基、羧基、R基正确的书写格式

—NH2、—COOH、—R（千万不要忘记在原子团前面加“—”）。

（2）结构通式及氨基和羧基不同表达形式的辨别

（3）下列物质不属于构成蛋白质的氨基酸

①H2N—CH2—CH2OH（缺羧基）

②

（缺氨基）

③

（氨基和羧基未连接在同一个碳原子上）

（1）蛋白质的组成元素只有C、H、O、N（　　）

（2）只要含有一个氨基、一个羧基的化合物均是生物体内的氨基酸（　　）

（3）氨基酸分子的氨基和羧基都连在同一个碳原子上（　　）

（4）酪氨酸和精氨酸理化性质不同的原因是R基不同（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√

观察下列四种氨基酸的结构，探究以下问题：

丙氨酸　　　　　　　半胱氨酸

　　　赖氨酸　　　　　　　　天冬氨酸

（1）构成蛋白质的氨基酸共有的部分是

，这四种氨基酸分子不同的R基团分别是：

—CH3、—CH2—SH、—（CH2）4—NH2、—CH2—COOH。

（2）“氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系吗？

提示　“氨基酸”代表了其分子结构中的主要部分，即氨基和羧基。

（3）组成蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个羧基吗？

如何解释“至少”？

提示　大多数氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，而且都连接在同一个碳原子上，部分氨基酸分子中含有两个氨基、一个羧基或者两个羧基、一个氨基，多出来的氨基或羧基属于R基团。

“至少”是指组成蛋白质的氨基酸分子中至少要有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

二、蛋白质的结构、功能及其多样性

1.脱水缩合

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，同时脱去一分子的水。

（1）这种结合方式称为脱水缩合，两个氨基酸分子经该过程形成的产物是二肽和水。

（2）产物中虚框内的化学键名称是肽键。

注：

①肽键有两种表示形式：

—CO—NH—、—NH—CO—，但不能忽略其中的“—”。

②H2O中H的来源：

一个来自氨基，一个来自羧基；H2O中的O来源于羧基。

2.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含有多个肽键的化合物，通常呈链状结构

　↓

蛋白质：

具有一定的空间结构

3.蛋白质多样性的原因

蛋白质结构具有多样性的主要原因应从氨基酸和肽链两个角度进行分析：

（1）图中甲、乙、丙分别说明蛋白质具有多样性的原因是氨基酸的数目、种类、排列顺序不同。

（2）图中丁说明蛋白质具有多样性的原因是肽链的盘曲、折叠方式，及其形成的空间结构不同。

4.蛋白质的功能

一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。

巧记

　谐音记忆蛋白质功能

狗（结构）催（催化）运（运输）面（免疫）条（调节）。

（1）氨基酸脱水缩合形成的水中的氢一个来自氨基，一个来自羧基（　　）

（2）蛋白质的合成过程中产生水，水解过程不需要水（　　）

（3）蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化（　　）

（4）蛋白质具有催化、免疫、遗传、调节等各种功能（　　）

（5）血液中O2的运输不能体现蛋白质的功能（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×

1.如何区分氨基酸脱水缩合反应和蛋白质水解反应？

食物蛋白被消化吸收后进入人体细胞变成人体蛋白，食物中的蛋白与人体蛋白结构一样吗？

提示　氨基酸脱水缩合形成多肽与蛋白质水解生成氨基酸是两个相反的过程，脱水缩合形成肽键，蛋白质水解反应破坏肽键，H2O中的O和一个H参与羧基形成，另一个H参与氨基形成；脱水缩合时脱掉多少个水分子，水解时也需要相同数目的水分子。

人体蛋白与食物蛋白结构不一样，食物中的蛋白质被消化分解成氨基酸，进入细胞内的氨基酸按照人体的遗传信息合成具有特定的排列顺序的多肽，进而形成特定空间结构的蛋白质分子。

2.蛋白质分子是具有特定空间结构的多肽化合物，那么多肽是蛋白质吗？

提示　多肽不是蛋白质，蛋白质是多肽经过盘曲、折叠等形成的具有一定空间结构的分子，具有生物活性；多肽与蛋白质最重要的区别是多肽无空间结构，往往无生物活性。

3.谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸三个分子通过缩合反应形成的三肽化合物，从三种氨基酸排列顺序的角度分析，可形成几种不同的三肽？

提示　6种。

4.为什么说蛋白质是生命活动的主要承担者？

提示　蛋白质是细胞的基本组成成分，具有组成细胞结构、催化、运输、调节、免疫等重要功能；人体内有数万种不同的蛋白质，能够承担多种多样的功能，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。

1.（2018·贵州贵阳一中期末）氨基酸是蛋白质的基本组成单位，下列有关组成生物体蛋白质的氨基酸的叙述正确的是（　　）

A.至少有1个氨基和1个羧基连接在不同碳原子上

B.氨基酸种类数与R基的种类数相同

C.人体细胞可以合成所需的所有氨基酸

D.生物体内最简单氨基酸的R基为—CH3

答案　B

解析　根据氨基酸结构通式可知，每个氨基酸分子中至少有1个氨基和1个羧基连接在同一个碳原子上，A错误；氨基酸的种类取决于R基，因此，氨基酸的种类数与R基的种类数相同，B正确；某些氨基酸在人体内无法合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸，C错误；生物体内最简单的氨基酸是甘氨酸，其R基为—H，D错误。

2.（2018·辽宁重点中学协作体期中）下列关于人体必需氨基酸和非必需氨基酸的说法中，正确的是（　　）

A.必需氨基酸是指必须在人体内合成的氨基酸

B.成人体内必需氨基酸的种类比婴儿的多一种

C.评价食物中蛋白质成分的营养价值时，常以必需氨基酸的种类和含量为标准

D.对人体来说，鸡蛋中必需氨基酸的种类少于玉米中必需氨基酸的种类

答案　C

3.（2019·辽宁沈阳高一上期末）如图是人体内蛋白质分子的概念图，下列有关分析不正确的是（　　）

A.相对分子质量较大的蛋白质中可能有20种A

B.图中①可表示脱水缩合反应

C.蛋白质功能的多样性直接取决于A的多样性

D.多肽中A的数目一般大于B的数目

答案　C

解析　分析题图可知，A为氨基酸，B为肽键，人体内组成蛋白质的氨基酸约有20种，故相对分子质量较大的蛋白质中可能有20种氨基酸，A正确；图中①是由氨基酸合成多肽的过程，可表示脱水缩合反应，B正确；蛋白质功能的多样性直接取决于蛋白质结构的多样性，而不是A（氨基酸）的多样性，C错误；多肽链中肽键的数目＝氨基酸的数目－肽链的数目，所以多肽中A（氨基酸）的数目一般大于B（肽键）的数目，D正确。

4.（2018·河北衡水中学月考）下列生命活动与蛋白质有关的是（　　）

①催化细胞内的化学反应　②血液中运输O2　③与特定抗原结合　④构成细胞和生物体的结构　⑤信息传递

A.仅①②③B.仅②③④　C.仅①②③④D.①②③④⑤

答案　D

解析　细胞内的化学反应离不开酶的催化，绝大多数酶的化学本质是蛋白质，①正确；血红蛋白运输O2，②正确；与特定抗原结合的物质是抗体，抗体属于蛋白质，③正确；许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，④正确；有些蛋白质起信息传递作用，⑤正确。

5.（2018·四川绵阳南山双语学校春季入学考试）肉毒梭菌产生的肉毒类毒素是一种致病性极高的神经麻痹毒素，该毒素是由两条肽链盘曲折叠而成的一种生物大分子。

下面是肉毒类毒素的局部结构简式，请据此回答：

（1）上图所示的片段中，共有______个肽键，______种氨基酸组成；从左向右数，第三个氨基酸不同于其他氨基酸的基团是________________（填化学式）。

（2）肉毒类毒素是在细胞中由氨基酸经过________过程形成的；一分子肉毒类毒素至少含有______个氨基。

（3）1g肉毒类毒素可毒死20亿只小鼠，但煮沸1min或75℃下加热5～10min，就能使其完全丧失活性。

高温可使肉毒类毒素失活的主要原因是高温使其____________________。

（4）肉毒类毒素可用____________鉴定，该试剂使用方法是______________________，在煮沸后的肉毒类毒素溶液（无色）中加入该试剂，其溶液颜色将变为__________。

答案　

（1）4　5　—CH3　

（2）脱水缩合　2　（3）空间结构遭到破坏　（4）双缩脲试剂　先加A液，摇匀后再加B液　紫色

解析　

（1）据试题分析可知，题图部分含5种R基，即有5种氨基酸，所以肽键数＝5－1＝4；这5个氨基酸的R基依次是—CH2—C6H4OH、—H、—CH3、—CH2—C6H5、—CH2—CH（CH3）2；第三个氨基酸不同于其他氨基酸的基团是R基（—CH3）。

（2）肉毒类毒素的化学本质是蛋白质，由氨基酸经过脱水缩合形成。

肉毒类毒素是由两个亚单位（每个亚单位为一条链盘曲折叠而成）组成的，每个亚单位至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基，因此一分子肉毒类毒素至少含有2个氨基和2个羧基，它们分别位于两条肽链两端。

（3）高温可破坏肉毒类毒素的空间结构而使其失活。

（4）肉毒类毒素含有多个肽键，可用双缩脲试剂鉴定，该试剂使用方法是先加A液，摇匀后再加B液，反应颜色为紫色。

题组一　氨基酸及其种类

1.（2018·江苏连云港期中）下列分子结构中，与组成蛋白质的氨基酸分子结构通式不相符的是（　　）

A.

B.H2N—CH2—CH2—COOH

C.

D.

答案　B

解析　组成蛋白质的氨基酸中至少含有一个氨基和一个羧基，并且有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，A、C、D三项符合，B项中氨基和羧基没有连接在同一个碳原子上。

2.如图为4种氨基酸的结构，则下列相关叙述中正确的是（　　）

甲　　　　　　　　乙

丙　　　　　　　　丁

A.构成氨基酸的元素只有C、H、O、N4种

B.氨基酸丙和丁的R基分别是—NH2和—CH2—COOH

C.R基中可以有氨基或羧基

D.组成水稻的氨基酸包括必需氨基酸和非必需氨基酸

答案　C

解析　组成氨基酸的基本元素包括C、H、O、N，少数氨基酸还含有S等，A错误；氨基酸丙的R基是—CH2—OH，B错误；R基中可以有氨基或羧基，C正确；对于人而言，氨基酸包括必需氨基酸和非必需氨基酸，而对于水稻而言，不存在必需氨基酸，D错误。

3.（2019·石家庄高一检测）组成蛋白质的氨基酸的R基（　　）

A.与一个氢原子和一个—C2H4O2N相连

B.约有20种

C.一定含有碳原子

D.至少有一个氨基或一个羧基

答案　B

解析　组成蛋白质的R基与中心碳原子相连；组成蛋白质的氨基酸的R基约有20种，因此组成蛋白质的氨基酸约有20种；组成蛋白质的氨基酸的R基最简单的是—H，即甘氨酸；组成蛋白质的氨基酸的R基中可能含有氨基、羧基，也可能不含有氨基或羧基。

4.（2018·广东佛山一中段考）谷氨酸的R基为—C3H5O2,1分子谷氨酸含有的C、H、O、N的原子数依次是（　　）

A.5、9、4、1B.4、8、5、1

C.5、8、4、1D.4、9、4、1

答案　A

解析　根据组成蛋白质的氨基酸的结构通式：

，因为谷氨酸的R基为—C3H5O2，可以求出谷氨酸分子中含C2＋3＝5（个），H4＋5＝9（个），O2＋2＝4（个），N1个。

题组二　氨基酸形成蛋白质的过程

5.（2018·吉林实验中学检测）下列是两种氨基酸的结构，它们在形成二肽时，最可能缩合的基团是（　　）

A.①③B.②⑥C.②④D.③④

答案　C

解析　氨基酸脱水缩合发生在一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基间，③和⑥是R基上的羧基和氨基，不参与脱水缩合，所以C选项符合题意。

6.（2019·山东青岛二中高一期末）如图所示为脑啡肽的结构简式，下列有关说法正确的是（　　）

A.该化合物中共含有5个肽键

B.该化合物中R基种类有5种

C.该化合物属于五肽化合物

D.该化合物完全水解产生4个水分子

答案　C

解析　首先找出肽键（—CO—NH—），该脑啡肽中共有4个肽键，属于五肽化合物，A错误、C正确；该脑啡肽彻底水解共产生5个氨基酸，再分析每个氨基酸的R基，发现（从左数）第2个和第3个氨基酸的R基相同，均为—H，因此，该化合物中R基种类有4种，B错误；该化合物完全水解消耗4个水分子，D错误。

7.（2018·安徽淮南二中高一上学期第一次月考）如图是3种氨基酸的结构式，由这3种氨基酸按顺序脱水缩合所形成的化合物中，含有的氨基、羧基和肽键的数目依次是（　　）

A.1，2，3B.1，1，3C.1，2，2D.2，2，2

答案　C

解析　由于题干中第二个氨基酸的R基中含有一个羧基，因此由这3种氨基酸按顺序脱水缩合所形成的化合物中，含有1个氨基、2个羧基和2个肽键。

8.（2018·湖北宜昌校级月考）以下是蛋白质分子的结构层次，从小到大依次是（　　）

①氨基酸　②C、H、O、N等元素　③氨基酸脱水缩合　④一条或几条多肽盘曲、折叠　⑤多肽　⑥蛋白质

A.②→①→③→④→⑥→⑤

B.①→②→③→④→⑥→⑤

C.①→②→⑥→③→④→⑤

D.②→①→③→⑤→④→⑥

答案　D

解析　蛋白质的基本组成单位是氨基酸，氨基酸由C、H、O、N等元素组成；氨基酸经过脱水缩合形成多肽；一条或几条多肽盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质。

所以蛋白质分子的结构层次，从小到大依次是②→①→③→⑤→④→⑥，D正确。

题组三　蛋白质结构和功能的多样性

9.（2019·郑州模拟）人体的肌肉主要由蛋白质构成，但平滑肌和骨骼肌的功能不同，其直接原因是（　　）

A.两者属于不同系统

B.两者所含蛋白质分子的结构不同

C.两者细胞的形状不同

D.两者在人体内的位置分布不同

答案　B

解析　蛋白质的结构决定其功能，平滑肌和骨骼肌的功能不同，是因为构成二者的蛋白质分子结构不同，B正确。

10.（2018·湖南衡阳八中高一上期中）下列有关蛋白质结构和功能多样性的说法中，不正确的是（　　）

A.蛋白质结构的多样性与肽链的空间结构无关

B.蛋白质的空间结构改变，蛋白质的功能也会改变

C.若某物质含有C、H、O、N等元素，且有催化作用，则可能是蛋白质

D.蛋白质结构多样性与氨基酸的种类、数目和排列顺序有关

答案　A

解析　蛋白质的多样性与氨基酸的种类、数目和排列顺序及多肽链的空间结构有关，A错误、D正确；结构决定功能，当蛋白质的空间结构改变时，功能也会改变，B正确；含有C、H、O、N等元素，具有催化作用的物质可能是蛋白质，C正确。

11.（2018·江苏宿迁期末）2017年三名美国科学家，因在分子水平上发现了“生命时钟的振荡器”而获得诺贝尔生理学或医学奖。

“生命时钟的振荡器”是一种蛋白质，它的浓度在生物体内有规律地变化以适应地球的自转和昼夜更替。

下列有关蛋白质的叙述，不正确的是（　　）

A.在活细胞中，蛋白质是含量最多的化合物

B.蛋白质是生命活动的主要承担者

C.蛋白质的结构多样性决定功能多样性

D.蛋白质具有催化、运输、调控等功能

答案　A

解析　在活细胞中，蛋白质是含量最多的有机化合物，A错误；蛋白质是生命活动的主要承担者，B正确；蛋白质的结构多样性决定功能多样性，C正确；蛋白质具有催化、运输、调控等多种功能，D正确。

12.（2018·安阳高一检测）下列有关蛋白质的说法错误的是（　　）

A.蛋白质不需要消化就能被人体吸收和利用

B.蛋白质是以氨基酸为基本单位缩合成的生物大分子

C.生物界的蛋白质种类非常多

D.蛋白质参与组成细胞和生物体的各种结构，执行多种多样的功能

答案　A

解析　蛋白质需要消化成氨基酸才能被人体吸收和利用，A错误；蛋白质是以氨基酸为基本单位，通过脱水缩合形成的生物大分子，B正确；由于组成蛋白质的氨基酸种类、数目和排列顺序不同以及肽链形成的空间结构不同，蛋白质的结构具有多样性，导致生物界中蛋白质种类非常多，C正确；蛋白质结构的多样性决定了其功能具有多样性。

蛋白质除参与组成细胞和生物体的各种结构外，还有运输、调节、催化、免疫等多种多样的功能，D正确。

13.如图所示的几种符号代表不同种类的氨基酸，请据图回答下列问题：

（1）它们结构的差别在于__________的不同。

（2）7种氨基酸通过______________的方式形成一条肽链，此过程可形成________个肽键，脱去________个水分子，相对分子质量减少了________。

（3）如果上述肽链原长度不变，改变其中的_______________，就可改变该肽链的性质。

（4）若两个蛋白质分子均由两条相同的肽链构成，那么这两个蛋白质分子的功能是否一定相同？

原因是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）R基　

（2）脱水缩合　6　6　108　（3）氨基酸的排列顺序　（4）不一定相同。

因为分别由相同的两条肽链经盘曲、折叠可形成空间结构不同的两种蛋白质分子

解析　构成天然蛋白质的氨基酸约有20种，它们有共同的结构通式，其中R基的不同是决定氨基酸种类的唯一因素。

氨基酸分子通过脱水缩合形成肽链，相邻两个氨基酸缩合后通过肽键相连接并失去一个水分子，因此减少的相对分子质量为失去的水分子的相对分子质量之和。

蛋白质的空间结构不仅跟氨基酸的数目、种类和排列顺序有关，还与肽链的盘曲、折叠方式有关，蛋白质分子结构的多样性决定了其功能的多样性。

14.（2019·南昌高一检测）请分析下列化合物，回答下列问题：

（1）图中的结构①④⑥的名称分别是________________________________________________；图中表示R基的序号是________。

（2）该化合物由________个氨基酸构成，该化合物的名称是________。

（3）形成该化合物的化学反应叫做_______，在这个过程中相对分子质量减少了_______。

（4）组成这类化合物的基本单位的结构通式是________________________。

答案　

（1）氨基、肽键、羧基　②③⑤　

（2）3　三肽　（3）脱水缩合　36　（4）

解析　

（1）由题图分析可知，图中的结构①④⑥分别是氨基、肽键、羧基；题图中的②③⑤表示R基。

（2）该化合物含有2个肽键（—CO—NH—）、3个R基（题图中的②③⑤），是由3个氨基酸构成的三肽。

（3）由氨基酸形成该化合物的化学反应叫做脱水缩合，此化合物含有2个肽键，说明由氨基酸经脱水缩合形成该化合物的过程中脱去的水分子数为2个，相对分子质量减少2×18＝36。

（4）组成这类化合物的基本单位是氨基酸，氨基酸的结构通式是

。

15.（2018·重庆巴蜀中学高一上期末）用氨基酸自动分析仪测得几种多肽化合物的氨基酸数目如表所示：

多肽化合物

氨基酸

多肽化合物

氨基酸

①

催产素

9

⑤

牛胰蛋白酶

223

②

牛加压素

9

⑥

人胰岛素

51

③

血管舒张素

9

⑦

免疫球蛋白

660

④

平滑肌舒张素

10

⑧

人血红蛋白

574

（1）表中①②③的氨基酸数目虽相同，但其生理作用彼此不同，这是因为它们的_____不同。

（2）⑥的生理功能说明蛋白质具有_______作用；⑦的生理功能说明蛋白质具有_______作用；⑧的生理功能说明蛋白质具有________作用。

（3）⑧有4条肽链，由574个氨基酸分子组成，假如每个氨基酸分子的平均相对分子质量为128，则该蛋白质的相对分子质量为________。

（4）组成上述8种化合物的所有氨基酸所共有的结构通式是___________________________，形成的肽键的结构简式为____________________________________________________。

（5）该实例说明蛋白质的结构具有______，这种特点决定了蛋白质的________________。

答案　

（1）氨基酸的种类、排列顺序和肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构

（2）调节　免疫　运输

（3）63212

（4）

　—CO—NH—

（5）多样性　功能多样性

解析　

（1）分析表格信息可知，①②③的氨基酸数目虽相同，但是氨基酸的种类、排列顺序和肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同，进而导致三种多肽化合物的功能不同。

（2）⑥胰岛素具有调节血糖浓度的功能，说明蛋白质具有调节机体生命活动的功能；⑦是免疫球蛋白，体现了蛋白质的免疫功能；⑧是血红蛋白，具有运输氧气的功能，体现了蛋白质的运输功能。

（3）⑧有4条肽链，574个氨基酸分子，氨基酸脱水缩合时脱去的水分子数是574－4＝570（个），因此该蛋白质的相对分子质量为574×128－570×18＝63212。

（4）氨基酸的结构通式是

，肽键是由氨基和羧基脱去1分子水形成的，结构简式是—CO—NH—。

（5）该实例说明蛋白质结构具有多样性，蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性。