1、第二课时蛋白质的结构和功能学习目标1简述氨基酸的结构特点(重点)。2.说出脱水缩合过程(重难点)。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。|基础知识|一、蛋白质的组成和基本单位 1组成元素除含有C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S。2基本单位氨基酸。(1)通式：(2)结构特点每种氨基酸分子中至少有一个氨基和一个羧基。都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上(3)种类：组成蛋白质的氨基酸大约有20种，不同氨基酸的区别在于R基的不同。二、蛋白质的形成 蛋白质是生物大分子，由许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键相连而成。1结构层次氨基酸二肽：由两个氨基酸分子缩合而成的化合
2、物多肽：由多个氨基酸分子缩合而成的化合物，通常呈链状蛋白质：具有复杂的空间结构2.形成过程脱水缩合(1)这种结合方式称脱水缩合，形成的化合物称为二肽。(2)产物H2O的原子来源(3)产物的虚线框内的结构是肽键，表示为NHCO。(4)由三个或三个以上的氨基酸经以上过程形成的产物称为多肽。3蛋白质结构多样性的原因(1)氨基酸方面(2)肽链方面三、蛋白质的功能 (连线)四、鉴定1原理在碱性溶液(NaOH)中，肽键能与Cu2作用，形成紫色的复杂化合物。2试剂组成0.1 g/mL NaOH溶液和0.01 g/mL CuSO4溶液。3鉴定程序|自查自纠|判断正误：(1)蛋白质的多样性不仅取决于氨基酸，还与
3、肽链数目及空间结构有关。()(2)若甲、乙蛋白质分子中氨基酸种类、数目及排列顺序相同，则甲、乙为同一种蛋白质。()(3)所有蛋白质分子均含20种氨基酸。()(4)脱水缩合过程中脱掉一分子水，形成一个新的化学键。()(5) 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。()(6)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)|图解图说|氨基酸的种类由R基决定_ _ _ _ _ _ _找一找巧记蛋白质形成的四个“一”_ _ _ _ _双缩脲试剂先加A液，后加B液，不需加热_ _ _想一想玉米中含有丰富的谷氨酸，谷氨酸的分子中含有两个(COO
4、H)，它们在分子结构中的位置如何？提示：其中一个氨基一个羧基连在同一个碳原子上，另一个羧基在R基上。_ _ _探究点一氨基酸的结构及其种类1下列是组成蛋白质的几种氨基酸的结构简式，观察比较它们在结构上有什么相同点和不同点？ 提示：(1)相同点：在这些氨基酸分子中，都有一个氨基(NH2)和一个羧基(COOH)与同一个碳原子相连，而且这个碳原子还分别与一个氢原子、一个可变的R基相连。(2)不同点：各种氨基酸的区别在于R基的不同。2如果一个有机酸分子中既含有氨基也含有羧基，则此分子一定是构成生物体蛋白质的氨基酸吗？尝试总结构成蛋白质的氨基酸必须具备的条件有哪些？ 提示：(1)不一定。必须有一个氨基和
5、一个羧基连接在同一个碳原子上。(2)构成蛋白质的氨基酸必须具备两个条件：至少含有一个氨基和一个羧基；都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。3所有氨基酸分子均只含1个氨基和1个羧基吗？ 提示：每个氨基酸分子至少含1个氨基和1个羧基。除此之外氨基酸分子若还有氨基或羧基，则它们位于R基中。4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，这种差异的产生是由何种基团决定的？ 提示：所有氨基酸均含有中心碳原子和与中心碳原子相连的氨基、羧基、H原子、R基。R基具有可变性，R基的可变性决定了氨基酸的种类和不同种类氨基酸的结构与性质的差异性。5谷氨酸的R基为C3H5O2，探讨在一个谷
6、氨酸中，碳和氧的原子数分别是多少？ 提示：已知R基为C3H5O2，根据氨基酸的结构通式可以写出谷氨酸的结构简式：，则碳和氧的原子数分别是5和4。1从三个角度掌握组成蛋白质的氨基酸2决定氨基酸的关键：R基(1)决定氨基酸的种类和理化性质。(2)决定氨基酸中所含有氨基和羧基的数目：除了连接在同一碳原子上的氨基和羧基外，另外的氨基和羧基一定位于R基中。(3)决定氨基酸的组成元素：氨基酸结构通式中含有C、H、O、N四种元素，若含有其他元素则一定位于R基中。3除R基以外的氨基和羧基位置交换并不是改变氨基酸的种类，因为氨基酸实际上是立体结构。【例1】如图是四个构成蛋白质的氨基酸的结构简式，下列叙述错误的是
7、()A构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、NB上述四种氨基酸的R基依次是H、CH3、CH2OH、CH2COOHCR基中可以有氨基或羧基D只要含有氨基和羧基的化合物就是构成蛋白质的氨基酸尝试解答 解析首先根据氨基酸的结构通式可以看出各种氨基酸都含有的元素是C、H、O、N四种，A正确。在甲、乙、丙、丁四种氨基酸中先找出连接在同一个碳原子上的NH2和COOH，以及H，则剩下的就是R基，B正确。氨基酸的R基中可能含有氨基或羧基，C正确。只由含氨基和羧基不能判断是构成蛋白质的氨基酸，只有同时具备一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上才能确定，D错误。答案D氨基酸分子的判断(1)两个判断标准：一个数
8、目标准：至少含有一个氨基(NH2)和一个羧基(COOH)。一个位置标准：都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，且这个碳原子上还连接一个氢原子(H)和一个R基。(2)一个决定关键：R基。决定氨基酸的种类和理化性质。决定氨基酸中所含有氨基和羧基的数目；除了连接在同一碳原子上的氨基和羧基外，多余的氨基和羧基一定位于R基中。(3)决定氨基酸的组成元素：氨基酸结构通式中含有C、H、O、N四种元素，若含有其他元素则一定位于R基中。【跟踪训练】1已知苯丙氨酸的分子式是C9H11O2N，那么该氨基酸的R基是()AC7H7O BC7H7CC7H7N DC7H7NO解析氨基酸的通用分子式为C2H11O2NR
9、，所以去除共同部分即是苯丙氨酸的R基。答案B探究点二脱水缩合及相关计算1结合“氨基酸脱水缩合示意图”，思考并探讨： (1)氨基酸脱水缩合过程中参与“脱水”的结构是哪部分？R基中的氨基或羧基参与脱水缩合吗？ 提示：相邻氨基酸，其中一个氨基酸中与中心碳原子相连的COOH(羧基)与另一个氨基酸中与中心碳原子相连的NH2(氨基)。R基中的氨基和羧基不参与脱水缩合。(2)试在上图多肽中用虚线框标出所含肽键。形成1个肽键的同时脱掉1分子H2O，H2O中的H和O来源相同吗？为什么？ 提示：多肽中的肽键：不完全相同。H来源于氨基和羧基，O只来源于羧基。(3)探讨该多肽中氨基和羧基的数量和位置至少含有氨基和羧基
10、的数量： 。这些氨基和羧基分布于肽链的位置： 。提示：一个分别分布于肽链的两端2(1)当参与上述过程的氨基酸数为2或3时，试结合表格探讨：氨基酸数脱去水分子数形成肽键数211322(2)当参与上述过程的氨基酸数为n，形成3条肽链时：3条肽链中所含的肽键数n3。该过程脱去的水分子数n3。若氨基酸的平均相对分子质量为a，则该3条肽链的总相对分子质量na18(n3)。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2氨基酸脱水缩合的两个关键点(1)脱水的结构：参与脱水缩合的分别是相邻氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，R基不参与脱水缩合。(2)缩合的产物：H2O和二肽(或多肽)。产物
11、不能直接说是蛋白质，因蛋白质需要由肽链进一步盘曲、折叠才能形成。3氨基酸脱水缩合的相关计算规律假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链，有以下数量关系：形成肽链数形成肽键数脱去水分子数氨基数目羧基数目多肽相对分子质量1n1n1至少1个至少1个na18(n1)mnmnm至少m个至少m个na18(nm)【例2】(2017济南高一检测)根据下列化合物的结构分析回答。(1)该化合物含有 个肽键，图中表示肽键的编号有 。(2)该化合物称为 ，形成该化合物的化学反应称为 。(3)该化合物由 种氨基酸构成，各种氨基酸的区别在于 不同，图中表示R基的编号有 。尝试解答 解析(1
12、)图中化合物含有氨基(NH2)、羧基(COOH)、肽键(CONH)(3个)，说明为肽类化合物。(2)因为有3个肽键，所以它是由4个氨基酸经脱水缩合形成的，称为四肽，由于构成它的氨基酸多于3个，所以又称多肽。(3)决定氨基酸种类的4个R基结构各不相同，所以构成该化合物的氨基酸有4种。答案(1)3(2)四肽或多肽脱水缩合(3)4R基“两看”法分析多肽【跟踪训练】2(2017广州高一检测)一条肽链有145个肽键，形成这条肽链的氨基酸分子数以及它们在缩合过程中生成的水分子数分别是()A145、144 B145、145C145、146 D146、145答案D探究点三蛋白质的多样性和鉴定1分析并说明以下图
13、示分别表示蛋白质结构多样性的原因。(图示中：代表氨基酸；“”代表肽键)2与斐林试剂相比，双缩脲试剂与其共有的成分是什么？又有何特别之处？ 提示：双缩脲试剂与斐林试剂均由NaOH溶液和CuSO4溶液构成。只是CuSO4溶液的浓度不同。斐林试剂为0.05 g/mL，双缩脲试剂为0.01 g/mL。3.在使用程序上斐林试剂与双缩脲试剂有何不同？双缩脲试剂使用时需要加热吗？提示：斐林试剂的两种溶液应混合后使用，双缩脲试剂应先加NaOH溶液，再加少量CuSO4溶液。不需要。1图解蛋白质结构多样性的四个原因和五种功能2辨析氨基酸脱水缩合的三个易误点(1)脱水缩合产生的H2O中的H来自于COOH和NH2，而
14、氧则只来自于COOH。(2)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，并分别位于肽链的两端。(3)R基中的NH2或COOH不参与主链中肽键的形成，故多余的NH2或COOH位于R基中。3在碱性溶液(NaOH)中，肽键能与Cu2作用，形成紫色的复杂化合物。由于蛋白质分子中含有很多肽键，因此，蛋白质可与双缩脲试剂发生颜色反应，从而用来鉴定蛋白质的存在与否。【例3】下图表示有关蛋白质分子的简要概念图，下列对图示分析正确的是()A甲中一定含有S元素 B过程中有H2O生成 C多肽中乙的数目等于丙的数目 D具有催化作用的酶的化学本质都是蛋白质尝试解答 解析甲中肯定含有C、H、O、N，不一定含S，丙(肽
15、键)数目应为乙的数目去掉肽链数；氨基酸缩合过程中可产生H2O；具催化作用的酶未必是蛋白质。答案B【跟踪训练】3如图为某二肽分子结构示意图，已形成肽键和可能形成肽键的NH2分别是()A BC D解析参与脱水缩合形成肽键的氨基是氨基酸中与羧基连接在同一个中心碳原子上的氨基，氨基酸的R基中的氨基或羧基不参与肽键的形成。分析该二肽分子结构示意图可知，为参与形成肽键的氨基，为左侧氨基酸分子中与羧基同连在中心碳原子上的氨基，可能参与肽键形成，分别为形成此二肽的两个氨基酸的R基中的氨基，不参与肽键的形成。答案C知识脉络要点晨背1.蛋白质是细胞的结构与功能物质，细胞中绝大多数的酶、细胞中许多重要的结构物质和某
16、些激素都是蛋白质。2.蛋白质的基本组成单位是氨基酸，每个氨基酸都有一个氨基和一个羧基与同一个碳原子相连，并且这个碳原子还分别与一个氢原子、一个可变的R基相连。3.蛋白质是生物大分子，由许多氨基酸通过脱水缩合形成肽键 ( CONH)相连而成。4.由于组成蛋白质多肽链的氨基酸在种类、数目和排列顺序上的不同以及构成蛋白质的多肽链在数目和空间结构上的不同，因此，细胞中的蛋白质具有多样性。1氨基酸通式中的R基不同，决定了()A生物的不同种类 B氨基酸的不同种类C蛋白质的不同种类 D肽键的数目不同答案B2下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法正确的是()A蛋白质的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间
17、结构有关B已知某化合物含有C、H、O、N等元素，可以推断此物质为蛋白质C不同蛋白质分子中组成肽键的化学元素无差异性D蛋白质空间结构改变，可能会导致蛋白质失去生物活性，但这种改变一般是可逆的解析蛋白质多样性与肽链空间结构有关，与氨基酸的空间结构无关，故A错误。含有C、H、O、N等元素的化合物较多，不一定是蛋白质，如氨基酸等，故B错误。蛋白质分子中的肽键结构都是CONH，组成元素都是C、H、O、N四种，无差异性。蛋白质的空间结构是决定蛋白质性质的因素之一，过酸、过碱或高温都会使蛋白质的空间结构发生改变，这种改变往往是不可逆的，如酶的活性在高温下失活后即使再降低温度也不会恢复。答案C3现已知构成蛋白
18、质的氨基酸共20种，它们的平均相对分子质量为128，由50个氨基酸形成的某蛋白质的一条多肽链的相对分子质量是()A640 B2 560 C5 518 D2 218解析氨基酸形成蛋白质是一个脱水缩合的过程，通过相邻的氨基酸脱去一分子水形成肽键而连接起来。因此，在计算一条多肽链的相对分子质量时，仅仅算出氨基酸的总相对分子质量是不够的，还要计算出脱去的水的相对分子质量，两值相减才是多肽链的相对分子质量。即：一条多肽链的相对分子质量氨基酸的总相对分子质量脱去水分子的总相对分子质量，因此本题的计算过程为：1285018495 518。答案C4将面团包在纱布中，在清水中搓洗，鉴定黏留在纱布上的黏稠物质和洗出的白浆，采用的试剂分别是()A碘液、苏丹溶液 B双缩脲试剂、斐林试剂C双缩脲试剂、碘液 D苏丹溶液、斐林试剂解析面团包在纱布中在清水中搓洗时，黏在纱布上的黏稠物质主要是蛋白质而洗出的白浆中主要含淀粉，可分别用双缩脲试剂和碘液鉴定。答案C5人体的肌肉主要是由蛋白质构成的，但骨骼肌、心肌、平滑肌的功能各不相同，这是因为()A肌细胞的形状不同B在人体内的分布位置不同C支配其运动的神经不同D构成肌细胞的蛋白质分子结构不同解析生物体的结构和功能是相适应的，结构不同可以导致功能不同，功能也可以反过来作用于结构。骨骼肌、心肌、平滑肌的功能各不相同，原因是构成三种肌肉的蛋白质分子结构不同。答案D
