生物人教版高中必修1 分子与细胞第 2 节生命活动的主要承担者蛋白质.docx

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生物人教版高中必修1分子与细胞第2节生命活动的主要承担者蛋白质

第2节生命活动的主要承担者──蛋白质

【学习目标】

（1）写出氨基酸的结构通式，说明氨基酸的结构特点以及氨基酸形成蛋白质的过程。

（2）概述蛋白质的结构和功能。

（3）关注蛋白质研究的新进展。

【重点难点】

（1）氨基酸结构特点以及氨基酸形成蛋白质的过程，

（2）蛋白质的结构和功能；

【自主检测】

一．氨基酸及其种类

1.氨基酸是组成蛋白质的基本单位。

组成氨基酸的基本元素是什么？

2.甘氨酸的侧链基团是什么?

丙氨酸的侧链基团是什么?

四种氨基酸在结构上有哪些共同点？

又有哪些差别之处？

3.氨基酸种类的不同主要体现在哪里?

尝试写出氨基酸分子的结构通式。

二．蛋白质的结构及其多样性

1．氨基酸的结合方式——

2．反应式

注意以下几点：

（1）反应产物中有“H2O”。

脱去的水分子中的氢和氧分别来自基和基。

（2）参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的和，而不是R基中的氨基和羧基。

（3）肽键的表达式以下几种都可以：

—CO—NH—、—NH—CO—或CONH，总之不能忽略其中的“—”。

3．蛋白质的形成

氨基酸二肽三肽多肽多肽链

1条或几条肽链通过一定的化学键（如二硫键：

—S—S—）互相结合在一起，肽链盘曲、折叠，形成有一定空间结构的蛋白质分子。

（1） 蛋白质的分子结构 

氨基酸平均相对分子质量

氨基酸数目

肽键数目

脱去水分子数目

多肽相对分子质量

氨基数目

羧基数目

1条肽链

a

m

m-1

至少个

至少个

N条肽链

a

m

m-n

ma–18（m-n）

至少个

至少个

（2）解释蛋白质分子多样性的原因并归纳

组成蛋白质的元素主要有________________，有些还含有__________等元素。

组成蛋白质的基本单位是_____________，约有________种。

生物界的蛋白质种类多达_____________种，这与蛋白质____________的多样性有关。

成年人必需的氨基酸有_______种，婴儿必需的氨基酸有_______种，为什么长期只以玉米等为食的偏食人群容易出现营养不良的症状？

 三．蛋白质的主要功能

【知识点拨】

知识点一、氨基酸及其种类

1．氨基酸的结构特点

（1）结构通式

（2）不同氨基酸之间的区别在于R基的不同（根据R基的不同将氨基酸分为不同的种类）。

（3）结构上有共同点：

至少都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。

（这两点是判断是否是组成生物体蛋白质的氨基酸的依据）

【领悟整合】　对氨基酸结构共同点的理解

（1）“至少”的含义：

氨基酸分子中的氨基和羧基的数目至少各1个，也可以是几个。

例如当R基上含有氨基或羧基时，这个氨基酸分子就不止有一个氨基和一个羧基了，如：

谷氨酸：

HOOC—CH2—CH2—CH—COOH

　　　　　　　　　|

　　　　　　　　　　NH2

赖氨酸：

H2N—CH2—CH2—CH2—CH2—CH—COOH

　　　　　　　　　　　　　　　　　　|

　　　　　　　　　　　　　　　　　　NH2

（2）构成蛋白质的氨基酸分子中都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

其意思是，氨基和羧基不连在同一个碳原子上的氨基酸不是构成蛋白质的氨基酸，因为自然界存在的蛋白质中尚未发现这样的氨基酸。

（3）“氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系，“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中主要的部分——氨基（碱性）和羧基（酸性）。

（4）由氨基酸的结构通式可知，氨基酸的组成元素中都有C、H、O、N。

另外大多数蛋白质还含有少量的S元素，有些蛋白质含有P、Fe、Cu、I、Mo等。

2．氨基酸的种类（约20种）

（1）必需氨基酸：

必须从外界获取。

人体内有8种（婴儿体内有9种，比成人多1种组氨酸）

（2）非必需氨基酸：

可通过其他化合物转化而成。

【活学巧记】　记忆8种必需氨基酸的谐音方法：

写（缬）一（异亮）本（苯丙）胆（蛋、甲硫）量（亮）色（色）书（苏）来（赖）。

知识点二、蛋白质的结构及其多样性

【注意】　蛋白质比肽链具有更复杂的空间结构。

1．蛋白质的结构层次

C、H、O、N等元素→氨基酸→二肽→三肽→多肽

蛋白质

食物中的蛋白质经过消化成为各种氨基酸后才能被人体吸收利用，该消化过程要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肽酶的作用。

这些氨基酸进入细胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽构成人体的蛋白质。

人体的蛋白质与食物中的蛋白质不一样，具有完成人体生命活动的结构和功能。

2．相关概念

（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，这种结合方式叫做脱水缩合。

（2）肽键：

连接两个氨基酸分子的化学键（—CO—NH—）。

（3）二肽：

由两个氨基酸分子脱水缩合而成的含一个肽键的化合物。

（4）多肽：

由多个氨基酸分子脱水缩合而成的含多个肽键的化合物。

（5）肽链：

多肽通常呈链状结构，又叫肽链。

3．蛋白质的结构特点——多样性

（1）组成蛋白质的肽链中氨基酸的数目不同（如A图）

（2）组成蛋白质的肽链中氨基酸的种类不同（如B图）

（3）组成蛋白质的肽链中氨基酸的排列顺序不同（如C图）

（4）肽链盘曲、折叠形成的空间结构不同（如D图）

【能力提升】　蛋白质相对分子质量的计算

（1）必记公式：

肽键数＝脱水缩合产生的水分子数

（2）蛋白质的相对分子质量＝氨基酸相对分子质量的总和－失去水分子的相对分子质量的总和。

（3）一条肽链至少含有一个氨基和一个羧基。

　知识点三、蛋白质的功能

功能

举例

结构蛋白

构成细胞和生物体的结构，如肌肉、头发等

催化作用

如唾液淀粉酶、胃蛋白酶等绝大多数酶

运输作用

如血红蛋白能运输氧

调节作用

起信息传递作用的部分激素，如胰岛素等

免疫作用

如帮助人体抵御病菌和病毒等抗原侵害的

抗体

【拓展提升】　蛋白质分子的空间结构不是很稳定，在特定条件下，蛋白质结构可发生变化。

（1）蛋白质变性的因素

①重金属盐（汞盐、银盐）；②酸、碱、乙醇、尿素；③高温；④X射线、紫外线等。

（2）蛋白质变性过程中发生的变化

蛋白质变性过程中不发生肽键断裂，而主要发生空间结构的变化，使肽链由有序状态变为无序状态，溶解度降低易于形成沉淀。

（3）蛋白质变性的应用

①加热或用乙醇处理可使细菌蛋白质变性而死亡，从而达到灭菌的目的。

②为防止生物制品（如疫苗、抗毒血清等）变性，应将它们保存在适宜环境中。

【经典体验】

【例1】　在下列物质中，若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸通过脱水缩合而形成蛋白质分子，则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是（　　）

A．3、3、2

B．4、3、3　

C．3、2、4

D．2、2、2

易错点提示　羧基脱掉—OH成为羰基，易被误解为仍为羧基；氨基脱掉—H后，易被误解为仍是游离的氨基。

解析　由氨基酸的概念和结构通式可知，能构成人体蛋白质的氨基酸有：

①、②、③、④、⑥，这5个氨基酸可脱水缩合形成多肽。

该多肽的羧基除肽链的游离端保留着一个外，在③、④的R基上还各有一个羧基；氨基除肽链的游离端保留着一个外，在②的R基上也有一个；5个氨基酸脱水缩合共形成4个肽键。

答案　C

【例2】　已知某种动物激素是一种链状“十九肽”，其分子式可表示为CxHyOzNwS（z≥22，w≥20），经测定，其彻底水解的产物只有以下五种氨基酸。

请回答下列问题：

（1）一个该“十九肽”分子彻底水解需水分子________个，水解后可产生________个赖氨酸，________个天冬氨酸（用x、y、z或w表示）。

（2）假设20种氨基酸的平均相对分子质量为120，则形成该十九肽时，相对分子质量减少了________。

（3）写出由天冬氨酸和赖氨酸脱水缩合形成的二肽的化学分子式（由天冬氨酸提供羧基）。

解析　

（1）分析组成此“十九肽”的氨基酸结构，发现只有赖氨酸含有两个氨基，其余的氨基酸都含有一个氨基，因此分子式中所有的N原子个数减去氨基酸的个数就是赖氨酸的个数，赖氨酸的个数加上1就是氨基数；5种氨基酸中只有天冬氨酸的R基中含有1个羧基，除R基外，多肽链中含有20个氧原子，R基中含有z－20个氧原子，天冬氨酸的1个R基中含2个氧原子，因此（z－20）/2即为天冬氨酸的个数。

（2）相对分子质量减少即为失去水分子的质量：

18×18＝324。

（3）写二肽的化学式时要注意R基中的－NH2和－COOH不参与肽键的形成。

答案　

（1）18　　w－19　　（z－20）/2　　

（2）324

　　　　CH2－COOH（CH2）3－CH2－NH2

　　　　|　　　　　　|

（3）NH2－CH－CO－NH－CH－COOH

在氨基酸脱水缩合形成的蛋白质中有如下规律

（1）氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数

（2）羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数

（3）氮原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上氮原子数

（4）氧原子数＝肽键数＋肽链数×2＋R基上氧原子数＝各氨基酸中氧原子总数－脱去水分子数

（5）氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去水分子数×2。

【例3】　右图是某物质的结构式：

（1）在结构式中，方框①表示的是　　，该物质中共有　　个①所示的基团。

方框③所表示的是　　，该物质中共有　　个③所示的基团。

（2）方框②表示的是　　　　，它是由

　　　　　而形成的。

（3）该物质是由　　个共　　种氨基酸缩合而成的，所以叫　　。

结构式中的

　　　　　　　是各氨基酸的R基。

（4）已知构成该分子的氨基酸的分子量之和为477，那么该物质的分子量是　　。

（5）假如该物质为食物的一种成分，它在消化道中被消化成氨基酸时，需要消耗　　个水分子。

解析　结构式中①为氨基，②为肽键，③为羧基，④⑤⑥⑦为四种氨基酸的R基。

该物质中共有氨基2个，羧基2个，肽键3个。

计算该物质分子量的方法为477-18×3=423。

该物质叫四肽，由于形成四肽时脱去了3分子的水，因而将其消化成氨基酸时需消耗3分子水。

答案　

（1）氨基　2　羧基　2

（2）肽键　一个氨基与一个羧基脱去1分子水

（3）4　4　四肽　④⑤⑥⑦

（4）423　（5）3

【例题4】由m个氨基酸构成的一个蛋白质分子，含n条肽链，其中z条是环状多肽，这个蛋白质分子完全水解共需水分子个数为（）

A.m-n+zB.m-n-z

C.m-z+nD.m+z+n

【解析】在形成蛋白质的过程中，脱水缩合形成的水分子数=氨基酸数目-肽链的条数。

假如这n条肽链都是直链的话，则形成m-n个水分子；由于形成一个环肽比形成一条直链肽多形成一个水分子，而在n条肽链中有z条是环肽，故由m个氨基酸形成该蛋白质分子时共形成了m-n+z个水分子，因此该蛋白质水解形成氨基酸的时候就需消耗m-n+z个水分子。

【答案】A【考点分析】考查了蛋白质的相关计算。

【例题5】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不同

Ｃ．氨基酸的排列顺序不同　　D．蛋白质的空间结构不同　

【解析】蛋白质种类多种多样的原因有四个方面：

一是在生物体中组成蛋白质的氨基酸种类不同；二是数目成百上千；三是氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化；四是多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

在题目给出的选项中，组成肽键，（－NH－CO－）的化学元素是相同的。

【答案】A【考点分析】考查蛋白质的结构特点。

【自主探究】

探究一：

观察四种氨基酸的结构式（甘氨酸、缬氨酸、丙氨酸、亮氨酸）并比较。

思考：

R基上能不能含有-NH2或-COOH?

氨基酸有哪些特点？

说明：

化学键是指分子或晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互吸引作用，有机物中通常为共价键（共用电子对），常用“—”来表示。

用短线表示一对共用电子对（共价键），用以表示分子中所含原子的结合方式和排列顺序（不表示空间结构）。

一般用来表示有机物的结构式。

探究二：

氨基酸是怎样形成蛋白质的。

观察“氨基酸形成蛋白质的示意图”归纳：

氨基酸分子脱水缩合形成两条链的过程。

观察“氨基酸脱水缩合示意图”，阅读氨基酸脱水缩合过程的文字、图解，以小组为单位，讨论交流，并尝试利用手中的模型模拟此过程。

思考并回答：

1.两个氨基酸脱水缩合反应生成一个二肽，失去几分子水?

2.三个氨基酸脱水缩合，失去几分子水?

3.N个氨基酸脱水缩合反应呢?

总结得出公式:

讨论并总结出蛋白质结构多样性的原因

探究三：

大豆含有大量的蛋白质和脂肪，由大豆配制出来的菜肴很多，它是人体营养中的重要补品，我们每天都要食用大量的豆制品，请回答下列问题：

1．右图中哪项不是构成蛋白质的氨基酸，该物质我们可能无法从大豆中获得（　　）

2．我们所吃的豆腐主要是一种 （   ）

    A．凝胶        B．蛋白质        

C．脂肪      D．淀粉

3．点豆腐所采用的凝聚剂是 （   ）

    A．石膏     B．硫酸钾    

 C．氯化钾   D．六水氯化镁

4．我们食用的大豆，最终补给人的主要成分是（   ）

    A．氨基酸      B．蛋白质       

 C．多肽       D．糖类

【课堂反馈】

1．下列哪项不是蛋白质在人体内的主要生理功能（）

A．调节作用　B．免疫作用C．运输作用　D．遗传作用

2．某蛋白质分子由四条肽链组成，共含氨基酸分子500个，在脱水缩合形成该蛋白质分子过程中，形成的肽键和水分子数分别是（）

A．504和498　B．496和499C．499和499　D．496和496

3．能正确表示蛋白质分子由简到繁的结构层次的一组数字是（）

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．①③④⑤②B．②①④③⑤C．②①③⑤④D．②①③④⑤

4．下列关于蛋白质的论述，正确的是（）

A．每种蛋白质都含有C、H、O、N、S等元素B．每种蛋白质的分子结构中都有肽键

C．蛋白质是调节生物体新陈代谢的唯一物质D．酶都是蛋白质

5．血液中的血红蛋白和肌肉中的蛋白质的结构不相同的原因（）

A.所含氨基酸的种类不同

B．所含氨基酸的数目不同

C．所含氨基酸的排列顺序不同

D．所含氨基酸的种类、数目、排列顺序和空间结构都不同（）

6．R基为—C3H5O2的一个谷氨酸分子中，含有C、H、O、N的原子数分别为（）

A．5、9、4、1B．4、8、5、2C．5、8、4、1D．4、9、4、1

7．甘氨酸和丙氨酸最多能形成二肽（）

A．1种B．2种C．4种D．6种

8.由一分子丙氨酸、一分子甘氨酸、一分子精氨酸,可以组成多少种三肽（）

A．6种B．9种C．12种D．27种

9.赖氨酸的分子式为C6H14O2N2,则赖氨酸的R基为（）

A．—C4H10NB．—C4H10OC．—C4H10OND．—C5H11N

10.某蛋白质的分子式为C63H103O65N17S2，他最多可含有几个肽键（）

A．16B．17C．18D．19

课时练习

一．选择题

1．生物体内的蛋白质千差万变，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不同

C．氨基酸的排列顺序不同        D．蛋白质的空间结构不同

2．下列物质中，都属于蛋白质的是（  ）

A．胰脂肪酶、胰岛素、抗体、载体    B．胰岛素、雌性激素、植物生长素

C．抗体、抗原、载体、植物生长素    D．载体、维生素D、甲状腺激素

3．下列化合物属于蛋白质的是

A．性激素     B．纤维素    C．结晶牛胰岛素   D．胆固醇

4．血红蛋白中不含的化学元素是

A．C      B．N      C．Mg      D．Fe

5．两个氨基酸缩合成肽并生成水，这个水分子中的氧原子来自氨基酸的

A．氨基         B．羧基      C．R基         D．氨基和羧基

6．蛋白质和多肽的主要区别在于蛋白质分子

A．包含的氨基酸多 B．能水解成氨基酸 C．空间结构更复杂 D．相对分子质量大

7．人体的肌肉主要是有蛋白质构成的，但是骨骼肌、心肌、平滑肌的功能各不相同，这是由于

A．肌细胞形状不同           B．在人体的分布部位不同 

C．控制它们运动的神经不同   D．构成肌细胞的蛋白质分子结构不同

8．下列关于蛋白质的叙述错误的是

A．各种蛋白质的基本组成单位都是氨基酸   B．一切生命活动都离不开蛋白质

C．蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质   D．组成每种蛋白质的氨基酸都有20种

9．甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，它的分子式是

A．C5H11O2NS     B．C3H7S      C．C4H11O2S    D．C5H10O2N

10．由两条肽链构成的蛋白质分子，共有51个氨基酸，其失去水分子数及形成肽键数目分别为

A．51和51     B．50和50      C．50和49     D．49和49

11．一种蛋白质是由两条肽链组成的，共含水量有100个氨基酸，若每个氨基酸的相对分子质量平均是120，则该蛋白质的相对分子质量约是

A．12000       B．10236         C．10218       D．13764

12．一个由n条多肽链组成的蛋白质分子共有m个氨基酸，该蛋白质分子完全水解共需水分子（　　）

A．n个B．m个C．（m＋n）个D．（m－n）个

13．免疫球蛋白IgG的结构示意图（如右图），

其中－S－S－表示连接两条相邻肽链的二硫

键。

若该IgG由m个氨基酸构成，则其含有

肽键数是（　　）

A．m个B．（m＋1）个

C．（m－2）个D．（m－4）个

14．某一多肽链中共有肽键151个，则此分子中含有—NH2和—COOH的数目至少为（　　）

A．152和152B．151和151C．1和1D．2和2

15．鸡蛋煮熟后，蛋白质变性失活，这是由于高温破坏了蛋白质的（　　）

A．肽键B．肽链C．空间结构D．氨基酸

16．谷胱甘肽（分子式C10H17O6N3S）是存在于动植物和微生物细胞中的一种重要三肽，它是由谷氨酸（C5H9O4N）、甘氨酸（C2H5O2N）和半胱氨酸缩合而成的，则半胱氨酸可能的分子简式为（　　）

A．C3H3NB．C3H5ONSC．C3H7O2NSD．C3H3O2NS

17．血红蛋白分子中含574个氨基酸，4条肽链。

在形成此蛋白质分子时，脱下的水分子数和形成的肽键数分别是（　　）

A．574和573B．573和573C．570和573D．570和570

18．下列不属于植物体内蛋白质功能的是（　　）

A．构成细胞膜的主要成分B．催化细胞内化学反应的酶

C．供给细胞代谢的主要能源物质D．根细胞吸收矿质元素的载体

二、非选择题

19．根据下列化合物的结构分析回答：

（1）该结构式中表示氨基的是（填序号），表示羧基的是（填序号），共有个氨基，个羧基。

（2）该化合物由个氨基酸失去个水分子而成，这种反应叫做。

（3）该化合物的氨基酸种类不同，是由决定的，编号是。

（4）该化合物称为，含个肽键，编号是。

（5）该化合物水解成氨基酸的过程中需要________个水分子。

20．胰岛素是一种蛋白质分子，它含有2条多肽链，A链含有21个氨基酸，B链含有30个氨基酸，2条多肽链间通过2个二硫键（二硫键是由2个—SH连接而成的）连接，在A链上也形成1个二硫键，如图所示为结晶牛胰岛素的平面结构示意图，据此回答：

（1）氨基酸的结构通式可表示为                         。

（2）该分子中的51个氨基酸先在胰腺细胞的         上经             方式形成两条肽链，这两条肽链通过一定的          连接，如图中的          相互连接在一起，最后形成具有            结构的胰岛素分子。

（3）胰岛素分子中含有肽键       个，肽键可表示为                     。

（4）从理论上分析，胰岛素分子至少有   个—NH2，至少有个—COOH。

（5）这51个氨基酸形成胰岛素后，分子质量比原来减少了          。

（6）人体中胰岛素的含量过低，会导致相应的病症，其治疗办法不能口服胰岛素，只能注射，原因是。

（7）经检测，人和其他哺乳动物胰岛素的氨基酸组成比较如下：

猪：

B链第30位氨基酸与人不同；

马：

B链第30位氨基酸和A链第9位氨基酸与人不同；

羊：

A链第8、9、10位氨基酸与人不同；

鼠：

A链有8个氨基酸、B链有10个氨基酸与人不同。

问：

①相近物种的不同反映在多肽链的氨基酸组成上主要是。

②            和人的亲缘关系最远，糖尿病人的宜用代用品是          的胰岛素。

③不同动物胰岛素结构不同的根本原因是                   。

21．某物质的结构通式为，请回答下列问题：

（1）此类物质的名称为__________，它是构成__________的基本单位。

（2）生物界中此类物质约有__________种，决定其种类的是通式中的__________。

若此物质中含有两个氨基，除了本来的氨基外，还有一个氨基在____________上。

（3）某物质的R基若为—CH2—CO—CH3，此物质的结构简式可表示为____________。

（4）它与另一个同类分子结合时的方式称为__________，形成的化学键叫做__________，可表示为__________。

22．中科院上海生化所于1982年5月合成了脑啡呔，它具有镇痛作用，但不会像吗啡那样使患者上瘾，是一种良好的镇痛药物，受到广大患者的欢迎。

它的结构简式如下，根据此结构分析回答：

（1）该化合物有　　　　个氨基和　　　　个羧基。

（2）该化合物是由________个氨基酸结合而形成的。

这样的反应称为________，该化合物准确地说称为________肽化合物。

（3）该化合物的R基从左到右依次是________________________

________________________________________________________________________。

（4）该化合物由几种氨基酸构成？

________。

造成氨基酸种类不同的原因是

________________________________________________________________________。

答案

自主检测：

一、1、C、H、O、N，2、-H、-CH3、都有一个氨基和一个羧基连在同一