生命活动的主要承担者蛋白质.docx
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生命活动的主要承担者蛋白质
第3讲生命活动的主要承担者—蛋白质
1、氨基酸及其种类
1.基本组成元素：
C、H、O、N，有的还含有Fe、S等。
2.氨基酸是组成蛋白质的基本单位，其结构通式是
A.特点：
每种氨基酸至少有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，氨基酸的不同在于侧链基团的不同。
B种类和分类：
组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。
根据是否能在体内合成分为必需氨基酸（8种）和非必需氨基酸。
C.氨基酸的结构通式
D.氨基酸结构特点的分析
4、氨基酸彻底氧化分解飞产物：
水、二氧化碳、尿素
二、蛋白质的结构和分类
组成细胞的有机物中含量最多的就是蛋白质，而氨基酸是组成蛋白质的基本单位，蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的大分子物质，它们参与组成生物体和细胞的各种结构，执行多种多样的功能。
l.蛋白质的分子结构
氨基酸经脱水缩合形成蛋白质。
氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系可归纳成下图：
一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基相连接，同时失去一分子水，这种结合方式叫做脱水缩合，连接2个氨基酸分子的化学键叫肽键。
由2个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫二肽，肽键的结构式可表示如下：
由此类推，由多个氨基酸分子脱水缩合而成的含有多个肽键的化合物叫多肽，通常呈链状，又叫肽链。
肽链能盘曲、折叠，形成有一定空间结构的蛋白质分子。
肽链一般不在一条直线，也不在同一平面，所以其结构复杂。
（2）蛋白质与多肽的关系：
每个蛋白质分子可以由1条肽链组成，也可由几条肽链通过一定的化学键（肯定不是肽键）连接而成。
但多肽只有折叠成特定的空间结构进而构成蛋白质时，才能执行特定的生理功能。
2.蛋白质的多样性
（1）蛋白质结构的多样性
?
氨基酸的种类不同，构成的肽链不同
?
氨基酸的数目不同，构成的肽链不同
?
氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同
?
肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同
两个蛋白质分子结构不同，则这两个蛋白质不是同种蛋白质。
但并不是以上这四点同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备以上其中的一点，这两个蛋白质的分子结构就不同，也就具有不同的功能。
结构的不同，其根本原因是遗传信息的表达不同，即基因的选择性表达。
在低温（0---4?
）保存
【例１】下面关于生物体内氨基酸的叙述中正确的是（）
A.氨基酸是蛋白质的组成单位，是由氨基和羧基组成的
B.每个氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基
C.一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱水缩合形成多肽
D.氨基酸是酸碱两性化合物，分子中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
【思路解析】氨基酸分子的结构通式为
，不仅有氨基和羧基，还有R基等；每个氨基酸分子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；氨基和羧基脱水缩合后形成肽键，二个氨基酸脱水缩合形成二肽。
【答案】D
[拓展链接]构成蛋白质的氨基酸没有种的差异性，它们都可用一个通式来表示，对于此通式要加深理解以下两点：
（1）—NH2和一COOH的位置：
都有一个一NH2和一个一COOH连在同一个碳原子上，但并非所有的一NH2和一COOH都连在同一个碳原子上，即它们都为a-氨基酸。
（2）氨基酸通过脱水缩合形成多肽（肽键），一条或几条肽链按照一定方式通过一定的化学键结合起来形成蛋白质分子。
在肽链形成过程中，两个氨基酸分子通过缩合的方式形成二肽，失去一个水分子，形成—个肽键（一COOH一NH一），由多个氨基酸脱水缩合形成多肽链，多肽链再盘旋、折叠弯曲形成不同空间结构的蛋白质分子。
【例2】（2010·天津模拟）美国科学家在实验室里培育出一种类似于细菌的“人造细胞”。
这种简单的“细胞”并不是真正的生命体，不能分裂和进化，但能连续数日生成蛋白质。
蛋白质是构成人体所有细胞的基本物质。
下列关于蛋白质的叙述中，正确的是（）
A.每种蛋白质都含有C、H、O、N、S、P、Fe等元素
B.每种蛋白质都是由20种氨基酸组成的
C.所有的酶都是蛋白质
D.蛋白质是肽链以一定方式形成具有复杂空间结构的高分子化合物
【解析】选D。
本题考查蛋白质的组成及结构知识。
蛋白质主要由C、H、O、N四种元素构成，很多重要的蛋白质还含有S、P两种元素，有的含有微量的Fe等元素。
生物体中组成蛋白质的氨基酸大约有20种。
绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。
一个蛋白质分子可以含有一条或几条肽链，它们既不呈直线，也不在同一个平面上，而是形成非常复杂的空间结构。
2.蛋白质的分类
A根据蛋白质分子的组成，将蛋白质分为：
简单蛋白：
分子中仅含有氨基酸
结合蛋白：
由氨基酸和其他非蛋白质化合物组成，又称杂蛋白；其中非蛋白部分称为辅基
B根据辅基化学性质不同分为：
核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白和金属蛋白
按照蛋白质的结构形式：
纤维状蛋白：
由线性多肽链组成，构成生物组织纤维部分，起着结构蛋白的作用。
球蛋白：
由一条或几条多肽链靠自身折叠而形成球形或椭圆结构
C根据功能不同分为：
结构蛋白质、有生物活性的蛋白质、食品蛋白质
思考感悟：
只要组成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序相同则蛋白质就相同吗?
提示：
不一定，因蛋白质还受肽链的空间结构影响。
三、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。
1.结构蛋白：
是构成细胞和生物体结构的重要物质，如肌肉、头发等的成分。
2.催化作用：
绝大多数酶的本质是蛋白质。
（酶是加快反应的物质，其本身不参与反应）
3.运输作用：
具有运输载体的功能，如血红蛋白能运输氧。
4.信息传递作用：
调节机体的生命活动，如胰岛素、生长激素等激素。
5.免疫功能：
如人体内的抗体（抗毒素、凝集素）。
例3（2007·江苏高考）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
[解析]C蛋白质的主要功能可归纳为：
参与细胞结构的构成、催化细胞内的化学反应、运输矿质元素、调节生命活动等。
供给细胞代谢的主要能源物质是糖类，而不是蛋白质。
例4（2010·济南模拟）下列关于细胞中蛋白质功能的叙述中正确的是（）
①构成染色体②构成膜结构③主要的能源物质④多数酶是蛋白质
⑤各种激素是蛋白质⑥调节细胞代谢
A.①②③④
B.①②④⑤
C.②③④⑤
D.①②④⑥
【解析】选D。
本题主要考查细胞中蛋白质的功能。
染色体是由蛋白质和DNA构成的；生物膜上含有蛋白质，如细胞膜上有载体蛋白；多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；有些蛋白质具有调节作用，如胰岛素可以降低血糖浓度。
要点二、氨基酸形成蛋白质的相关计算问题
（1）蛋白质类物质形成过程中肽键、水分子的计算
由氨基酸分子脱水缩合可知，蛋白质形成过程中每形成一个肽键，同时失去一分子水，即形成的肽键数=失去水分子数=氨基酸数－肽链数
（2）形成的蛋白质分子的相对分子质量
蛋白质相对分子质量=氨基酸相对分子质量总和－失去水分子的相对分子质量总和。
注：
有时还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键（—S—S—）形成等。
（1）
（2）可总结如下：
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
m-1
ma-18（m-1）
至少1个
至少1个
n条肽链
a
m
m-n
m-n
ma-18（m-n）
至少n个
至少n个
（3）氨基酸的排列与多肽的种类
假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分如下两种情形分析：
?
A、B、C每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：
?
A、B、C三种氨基酸只有一个的情况下，形成肽类化合物的种类：
特别提醒
?
蛋白质相对分子质量计算时要考虑特殊情况：
如二硫键（-S-S-）的形成。
?
碱基数目与氨基酸之间的关系中，由已知氨基酸推导出的DNA或mRNA的碱基数是至少数，比实际数要少。
例5如图表示蛋白质分子结构的一部分，图中A、B、C、D标出了分子中不同的键，当蛋白质发生水解反应时，断裂的键是（）
答案C蛋白质形成时是由氨基酸脱水缩合形成肽键的，蛋白质水解过程则应加水破坏肽键，重新形成氨基酸。
例6（2008·上海高考，15）现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次分别为
A.798、2和2B.798、12和10
C.799、1和1D.799、11和9
【思路解析】800个氨基酸脱水缩合形成含有两条链的多肽，形成肽键的数目为800-2=198个；该多肽中游离的羧基数目为2（两条肽链一端各游离1个羧基）+8（侧链R基团中的8个羧基）=10个；氨基数目为2+10=12个。
答案：
B
例7已知20种氨基酸的平均相对分子质量是128，某蛋白质分子由2条多肽链组成，共有肽键98个，此蛋白质的相对分子质量最接近于（）
A.12800B12544C.11036D.12288
[答案]C组成蛋白质的氨基酸数=肽键数+肽链数，所以此蛋白质是由100个氨基酸经脱水缩合而成的。
在脱水缩合过程中共失去水分子98个，所以此蛋白质的相对分子质量为：
128×100-18×98=ll036。
例8.（2010·福州模拟）下图是某化合物结构图解，请据图回答：
（1）III和V称为。
（2）决定氨基酸种类的编号是。
（3）该化合物是由个氨基酸，失去个分子水而形成的，这种反应称为。
该化合物的名称是。
（4）该化合物最左端的肽键水解后生成的氨基酸的结构简式表示为。
（5）胰岛素是一种由51个氨基酸构成的含4条多肽链的蛋白质，则胰岛素至少含有个氨基和个羧基。
【解析】本题考查氨基酸与多肽关系及相关数量计算。
通过分析简图可以看出，该化合物是经过脱水缩合而成的，含有2个肽键，图中III和V表示肽键，有3个氨基酸，则为三肽，氨基酸种类是由R基决定的。
胰岛素中有51个氨基酸，由于每条肽链中至少含有一个氨基和一个羧基，所以胰岛素中至少含有氨基4个，羧基4个。
（1）肽键
（2）II、IV、VII（3）32缩合反应三肽（4）H2N—CHCH3—COOH
3.理解蛋白质的主要理化性质
?
两性：
因为蛋白质是α-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，分子内存在—NH2和—COOH，所以蛋白质具有酸碱两性。
?
盐析：
由于蛋白质分子的直径达到了胶体微粒的大小，所以蛋白质溶液是胶体。
加入浓的无机盐溶液可以使蛋白质从溶液中沉淀出来，这个过程叫盐析。
盐析是可逆反应，利用此法可以分离、提取蛋白质。
?
变性和凝固：
蛋白质分子在一定的物理或化学因素的影响下，其分子结构发生改变，从而改变蛋白质的性质，这个变化叫蛋白质的变性。
蛋白质变性后就失去了生理活性，也不再溶于水，从溶液中凝结沉淀出来，这个过程叫蛋白质的凝固。
高温灭菌、消毒，就是利用加热使蛋白质凝固，从而使细胞死亡。
可以造成蛋白质变性的因素
（1）化学因素：
强酸、强碱、重金属离子、酒精…
（2）物理因素：
加热、ultrasound、UV、x-ray…
?
水解反应：
蛋白质在酸、碱或酶的作用下，能生成一系列的中间产物，最后生成α-氨基酸。
?
显色反应：
蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应。
例如分子中有苯环的蛋白质与硝酸作用时呈黄色。
蛋白质与水合茚三酮反应显紫色等。
【例9】.关于生物体内氨基酸的叙述错误的是
A.构成蛋白质的氨基酸分子的结构通式是
B.人体内氨基酸的分解代谢终产物是水、二氧化碳和尿素
C.人体内所有氨基酸均可以相互转化
D.两个氨基酸分子通过脱水缩合形成二肽
答案C组成生物体的氨基酸约有20种，彼此之间可以通过脱水缩合的方式形成多肽。
由几个氨基酸脱水就形成几肽；由于氨基酸由C、H、O、N等元素组成，其分解代谢产物不仅有水、CO2，还有尿素，但人体内的氨基酸有必需氨基酸和非必需氨基酸，非必需氨基酸之间可以相互转化，必需氨基酸则只能从食物中获取。
课后习题
一、选择题
１.同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，精氨酸易溶于水，这种差异的产生，取决于
A.两者R基团组成的不同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
1.A氨基酸是构成蛋白质的基本单位，，组成蛋白质的氨基酸共有20种，这20种氨基酸的差异仅表现为侧链R基的不同，不同氨基酸的性质就是由不同的R基决定的。
2.下列物质分子中，不属于构成生物体蛋白质的氨基酸的是（）
答案D构成生物体蛋白质的氨基酸必须是有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，据此，A、B、C三项的物质分子中，一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，而D项是连在不同的碳原子上，因此不属于构成生物体蛋白质的氨基酸。
3.人的胰岛素和胰蛋白酶的主要成分都是蛋白质，但合成这两种蛋白质的细胞的功能却大不相同，其根本原因是（）
A不同细胞中遗传信息的表达情况不同
B.组成蛋白质的氨基酸种类、数量和排列顺序不同
C.蛋白质的空间结构不同
D.两种细胞所含有的基因不同
答案A注意题目中的信息“合成这两种蛋白质的细胞的功能却大不相同”，不要理解成这两种蛋白质功能大不相同。
同一个体的不同细胞功能不同，是细胞分化的结果，根本原因是基因选择性表达，即不同细胞中遗传信息的表达情况不同。
4.催产素、牛加压素、血管舒张素是氨基酸数量相同的蛋白质，但其生理功能不同。
主要原因是（）
?
氨基酸种类不同?
蛋白质合成场所不同?
蛋白质合成时间不同?
氨基酸排列顺序不同
A.?
?
?
B.?
?
?
C.?
?
D.?
?
?
答案C蛋白质功能由其结构决定，蛋白质结构多样性的原因有氨基酸的种类、数目、排列顺序的不同以及肽链空间结构的不同。
核糖体是蛋白质的装配机器，即蛋白质的合成场所是相同的，不同蛋白质合成时间可以不相同，但与题干不相符。
5.已知某抗原为一蛋白质分子，由一条多肽链组成，如果构成该蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量为128，根据抗原的相对分子质量一般要超过10000的特性，可以推知，通常组成该抗原蛋白质的肽键数一般不少于
A.100个B.99个C.90个D.50个
答案C抗原具有大分子性，如果是蛋白质，其相对分子质量一般要超过10000。
根据蛋白质的相对分子质量=氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量-失水量（18×失水数）；失水数=肽键数=氨基酸数-l。
代入两个关系式，可得氨基酸数约为9l，则肽键数为90.
6.下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法正确的是
A蛋白质结构的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间结构有关
B已知某化合物具有催化功能，可以推断此物质为蛋白质
C.有些蛋白质具有防御功能，如抗体；有些蛋白质具有接受信息的功能，如受体。
抗体与受体都具有专一性
D.蛋白质空间结构改变，不会影响其生物活性
答案C蛋白质结构的多样性与肽链的空间结构有关，与氨基酸的空间结构无关；具有催化功能的是酶，酶绝大多数是蛋白质，少部分是RNA；蛋白质具有防御、信息传递等功能，而抗体只能与特异性抗原相结合，受体只能与特定的信号分子结合，它们都具有专一性；蛋白质空间结构改变会影响其生物活性。
7.免疫球蛋白IgG的结构如图，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，则该IgG有肽键数
A.m个B.（m+1）个C.（m-2）个D.（m-4）个
答案D由图示信息可知，免疫球蛋白IgG有4条多肽链，又知其共由m个氨基酸组成，则其肽键数为（m-4）个。
二、非选择题
8.根据下列化合物的结构分析回答：
（1）该化合物由_______个氨基酸构成，含有______个氨基和______个羧基。
（2）该化合物由______种氨基酸构成，决定氨基酸不同的基团编号是______。
（3）该化合物是氨基酸之间脱去______分子水形成的，形成的化合物叫______。
（4）该化合物中肽键的编号是______。
解析：
首先确定该化合物是肽，然后通过观察，找出肽键的数目、R基团及数目，从而可判断该肽是由3个氨基酸分子构成的，其他相关问题可迎刃而解。
答案：
（1）322
（2）3?
?
?
（3）2三肽（4）?
?
（?
、?
表示的是普通化学键，不是肽键）
9.[探究•分析]今有一化合物，其分子式为C55H70O19N10，某研究小级将其彻底水解后只得到下列四种氨基酸，试根据实验结果进行分析：
（1）该多肽是______肽，判断的依据是___________________________________________。
（2）该多肽进行水解，需消耗______个水分子。
（3）蛋白质分子结构复杂，经加热、X射线、强酸、强碱、重金属盐等的作用，引起蛋白质的变性，其原因主要是______________________________。
解析：
由四种氨基酸的结构式分析知，该四种氨基酸R基上均无氨基，所以该化合物含有的氮原子数等于氨基酸的个数，则该化合物为十肽，水解时要消耗9个水分子；蛋白质空间结构一旦破坏则蛋白质失活。
答案：
（1）十该多肽化合物中含有10个氮，而每个氨基酸中都只有一个氨基，由此判断出该多肽有10个氨基酸缩合而成，故为十肽
（2）9（3）蛋白质空间结构发生变化，丧失生物活性
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