1、第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者概念认知自主学习一、蛋白质的功能 具有参与组成细胞结构、_、_、_、_等重要功能。二、蛋白质的基本组成单位氨基酸 1.氨基酸的结构:(1)结构通式:_。(2)结构特点。数量上:至少含有一个_和一个_。位置上:都有一个氨基和一个羧基连接在_上。催化 运输 信息传递 防御 氨基(NH2)羧基(COOH)同一个碳原子 2.种类:在人体中,组成蛋白质的氨基酸有_种。【点拨】书写氨基和羧基不要忘了在基团前面加“-”。21 三、蛋白质的结构及其多样性 1.氨基酸的脱水缩合:(1)此生理过程的名称是_。(2)写出字母代表的结构或名称:a._,b._。(3)产物H2O中原子
2、的来源。脱水缩合 肽键 二肽 2.蛋白质的结构多样性:蛋白质结构多样性取决于氨基酸的种类、_、_和肽链的_。3.结构与功能的适应:(1)每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构。(2)蛋白质变性:指蛋白质在某些_和_因素作用下其特定的_被 破坏,从而导致其理化性质的改变和_丧失的现象。数目 排列顺序 空间结构 物理 化学 空间构象 生物活性 警示 高温、过酸过碱、重金属、酒精都会导致蛋白质变性。变性破坏的是空间结构,但是不断裂肽键。【质疑批判】某同学学习蛋白质有关知识后,总结出以下结论:不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。每种氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基。蛋白质结构的多样性只取
3、决于氨基酸的排列顺序。人体需要的氨基酸称为必需氨基酸。氨基、羧基的书写格式分别是-NH2、-COOH。你的判断:正确的结论有_。【思维激活】1.新冠病毒等一些病毒可以用75%的酒精或高温杀灭,原理是什么?提示:高温或酒精使蛋白质分子的空间结构被破坏,从而导致其理化性质的改变 和生物活性丧失。2.干活细心,吃喝当心。人畜误食铜盐、汞盐、铅盐等重金属盐而中毒,你认为 应采用怎样的措施解毒?为什么?提示:服用蛋清、牛奶或豆浆。因为蛋清、牛奶或豆浆中主要含有蛋白质,它们 与重金属盐迅速发生反应,从而保护人畜。【教材开发】P32 拓展应用 问题:蛋白质食物可分为两类:完全蛋白质和不完全蛋白质。完全蛋白质
4、食物含有全部人体必需的氨基酸,如动物蛋白。植物蛋白往往是不完全蛋白质。从营养角度讲,长期素食是否科学?提示:不科学,长期素食,机体会缺少必需氨基酸,影响健康。能力形成合作探究学习任务一:组成蛋白质的氨基酸【情境探究】下图表示氨基酸的结构通式 思考:结合以上氨基酸的结构通式,思考若以卡通人代表氨基酸的结构通式,则 左右手可分别代表上图中的哪部分?提示:氨基和羧基。【探究活动】(生命观念结构与功能观)1.组成元素分析:主要由C、H、O、N四种元素组成,有的氨基酸还含有S,其可作为区分蛋白质与其他有机物的特征元素。2.组成生物体蛋白质的氨基酸的判断标准:探讨:(1)氨基酸的不同种类和性质主要是由什么
5、结构决定的?为什么?提示:R基。组成人体的21种氨基酸只有R基结构是不同的。(2)丙氨酸的R基是-CH3,你能写出其结构式吗?提示:【易错陷阱】关于氨基酸的两个误区(1)误认为氨基酸只有一个氨基和一个羧基。在氨基酸的R基上也可能存在氨基和羧基。(2)误认为氨基酸中的氨基和羧基都参与脱水缩合反应。R基上的氨基或羧基一般不参加反应。【知识拓展】氨基和羧基的写法【素养案例】关于下列四个构成蛋白质的氨基酸的结构简式的叙述,错误的是()甲:乙:丙:丁:A.构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N B.上述四种氨基酸的R基依次是H、CH3、CH2OH、CH2COOH C.R基中可以有氨基或羧基 D.只
6、要含有氨基和羧基的化合物就是构成蛋白质的氨基酸【思维流程】【解析】选D。根据氨基酸的结构通式可知,各种氨基酸都含有C、H、O、N四 种元素,A正确。在甲、乙、丙、丁四个氨基酸中先找出连接在同一个碳原子 上的NH2、COOH以及H,则剩下的就是R基,B正确。氨基酸中若含有两个氨 基或羧基,其中一个在R基中,C正确。只根据是否含氨基和羧基不能判断某个 化合物是否是构成蛋白质的氨基酸,还要看是否符合氨基酸的特点,D错误。【题后反思】判断R基和中心碳的方法(1)R基的判断方法排除法。中心碳有4个化学键,其中一个连H,一个连羧基,一个连氨基,剩余一个连的就是R基。(2)中心碳的判断方法。在多肽链上,有很
7、多碳原子,同时连着一个氨基、一个羧基和一个H的是中心碳。【典题加练】1.甲硫氨酸的R基是CH2CH2SCH3,它的分子式是()A.C5H11O2NS B.C3H7S C.C4H11O2S D.C5H10O2N【解析】选A。氨基酸的分子通式为C2H4O2NR,氨基酸分子式中各原子数等于R基上的各原子数加上公共部分中的相应原子数。2.(2021葫芦岛高一检测)下列四种氨基酸中,哪项不是构成生物体蛋白质的氨基酸()【解析】选A。A图所示化合物的氨基和羧基没有连在同一个碳原子上,不是构成生物体蛋白质的氨基酸,A符合题意;B图所示化合物的氨基和其中一个羧基连在同一个碳原子上,该碳原子还连接一个H和一个R
8、基(其R基是-CH2-COOH),是构成生物体蛋白质的氨基酸,B不符合题意;C图所示化合物的其中一个氨基和羧基连在同一个碳原子上,该碳原子还连接一个H和一个R基(其R基是-CH2-NH2),是构成生物体蛋白质的氨基酸,C不符合题意;D图所示化合物的氨基和其中一个羧基连在同一个碳原子上,该碳原子还连接一个H和一个R基(其R基是-CH2-CH2-COOH),是构成生物体蛋白质的氨基酸,D不符合题意。3.观察如图生物体内组成蛋白质的两种氨基酸,可以确定共同的结构特点是 ()A.都只含有一个氨基(NH2)B.都只含有一个羧基(COOH)C.都只含有一个氢原子 D.都含有一个氨基和一个羧基,有一个氨基和
9、一个羧基连接在同一个碳原子上【解析】选D。根据观察分析可知,构成蛋白质的两种氨基酸都含有一个氨基 和一个羧基,并且它们连接在同一个碳原子上,故选D。学习任务二:蛋白质的结构及其多样性【情境探究】人正常红细胞呈两面凹的圆盘状,如果参与组成红细胞的血红蛋白某处的谷氨酸被缬氨酸取代,就变成异常的血红蛋白,红细胞的形态就变成镰刀状或月牙形,运输氧气的能力大为削弱。思考:(1)由氨基酸形成血红蛋白的过程是什么?提示:氨基酸-多肽-肽链盘曲折叠-血红蛋白。(2)蛋白质中一个氨基酸的替换造成红细胞形态和功能发生显著变化,说明了 结构与功能的关系是什么?提示:蛋白质的结构决定功能。【探究活动】(科学思维归纳与
10、建模)1.蛋白质结构多样性与功能多样性的关系:探讨:(1)氨基酸的种类和数量完全相同,形成的蛋白质就一定相同吗?提示:不一定相同。氨基酸的排列顺序或形成蛋白质的空间结构不一定相同。(2)蛋白酶可以使肽键断裂,从而将蛋白质水解成小分子多肽或氨基酸,从肽链 与蛋白质的区别的角度分析,为什么煮熟的鸡蛋更容易被消化?提示:生鸡蛋中的蛋白质具有复杂的空间结构,蛋白酶不容易与肽键结合发挥 作用;而高温可以破坏蛋白质的空间结构,使蛋白质变性失活变为松散的肽链,蛋白酶更容易与肽键结合起作用。2.氨基酸在脱水缩合时的有关数量变化:项目 氨基酸平均相 对分子质量氨基酸 数目肽键 数目脱去水 分子数多肽链相对 分子
11、质量氨基 数目羧基 数目1条 肽链ann-1n-1an-18(n-1)至少 1个至少 1个 m条 肽链ann-mn-man-18(n-m)至少 m个至少 m个解读:(1)肽键数=失去水分子数=氨基酸数-肽链数(对于环状多肽来说,肽键数=氨基酸数=失去水分子数)。(2)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-脱去水分子数18(每有一个二硫键生成,再减去2)。3.蛋白质中游离氨基或羧基的计算:(1)至少含有的游离氨基或羧基数=肽链数。(2)游离氨基或羧基数=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数。(3)环状多肽中游离氨基或羧基数取决于构成环状多肽的氨基酸R基中的氨基或羧基数。【知识拓展】
12、氨基酸的排列与多肽种类的关系 若有A、B、C三种氨基酸,则由这三种氨基酸组成肽的情况可分下列两种情形 分析:(1)每种氨基酸数目不限的情况下,可形成肽化合物的种类:形成多肽的种类:33=27(种)3 3 3 形成二肽的种类:32=9(种)3 3 (2)每种氨基酸只有一个的情况下,形成肽化合物的种类:形成多肽的种类:321=6(种)3 2 1 形成二肽的种类:32=6(种)3 2 【易错陷阱】有关蛋白质结构的两个误区(1)误认为多肽=蛋白质。多肽蛋白质,多肽盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质。(2)误认为蛋白质的水解和合成没有联系。蛋白质合成过程中脱去水分子的数目=水解过程中所需水分子的数目。【素
13、养案例】蛋白质是生命活动的主要承担者,在组成细胞的有机物中含量最多。如图为有关蛋白质的简要概念模型,下列对模型的分析正确的是()A.a肯定含有P B.多肽中b的数目等于c的数目 C.过程有水生成 D.d表示氨基酸的多样性【思维流程】【解析】选C。组成蛋白质的元素肯定有C、H、O、N,只有部分蛋白质含有S和 P,A错误;b表示氨基酸,c表示肽键,氨基酸的数目减去肽链的数目等于肽键的 数目,因此b的数目不等于c的数目,B错误;过程表示脱水缩合,有水生成,C正 确;d表示蛋白质功能的多样性,D错误。【素养迁移】(1)若一种蛋白质能够将淀粉水解,这种蛋白质具有什么作用?这种蛋白质最可能分布在人体哪些地
14、方?提示:催化作用;消化道内。(2)多肽链中生成的肽键数和生成水的个数是什么关系?提示:相等。【典题加练】(2021郑州高一检测)肉毒杆菌是一种对人体有致命影响的病原体,在繁殖过程中分泌肉毒毒素(化学成分是蛋白质)。人们食入并吸收这种毒素后,神经系统的功能将遭到破坏。该毒素由两条肽链组成。如图表示肉毒毒素的局部结构简式,据此判断下列叙述错误的是()A.由图示结构可知,肉毒毒素的单体是氨基酸 B.图示结构由 5 种单体组成,含 4 个肽键 C.一分子肉毒毒素至少含有 1 个氨基和 1 个羧基 D.肉毒毒素在一定浓度的食盐溶液中发生盐析后仍能保持活性 【解析】选C。肉毒毒素的化学本质是蛋白质,因此
15、其单体是氨基酸,A正确;图示片段含有4个肽键,5种氨基酸,B正确;该毒素由两条肽链组成,因此一分子肉毒毒素至少含有 2个氨基和 2个羧基,C错误;肉毒毒素的化学本质是蛋白质,一定浓度的食盐溶液使肉毒毒素发生盐析后仍能保持活性,D正确。学情诊断课堂测评1.(水平1概念检测)蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。下列 关于氨基酸及蛋白质的叙述,正确的是_。甲硫氨酸中的硫元素只位于氨基酸的R基中 人体中每种蛋白质都含有21种氨基酸 蛋白质都能催化细胞内的化学反应 10个氨基酸构成的多肽最多含有9个肽键 煮熟的鸡蛋中蛋白质分子的空间结构发生变化,但肽键没有断裂 多条肽链可通过肽键、二硫键等化学键
16、相互结合在一起,形成更为复杂的空 间结构【解析】选。由组成蛋白质的氨基酸的结构通式可知,甲硫氨酸中的硫元素位于R基中,正确;蛋白质由氨基酸构成,但并非人体中每种蛋白质都含有21种氨基酸,错误;蛋白质功能具有多样性,但并不是每种都具有催化作用,如血红蛋白,错误;若10个氨基酸形成环肽,则此时可形成10个肽键,错误;煮熟的鸡蛋中蛋白质分子因高温而变性,导致空间结构变化,但肽键没有断裂,正确。多条肽链可通过二硫键等化学键相互结合在一起,形成更为复杂的空间结构,错误。2.(水平1)下列关于人体中蛋白质功能的叙述,错误的是()A.人体细胞产生的抗体可发挥防御作用 B.肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过
17、程 C.蛋白质结合Mg2+形成的血红蛋白参与O2运输 D.细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分【解析】选C。浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原,产生抗原抗体复合 物,发挥防御作用,A正确;肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过程,如肌动 蛋白和肌球蛋白,B正确;蛋白质结合Fe2+形成的血红蛋白参与O2运输,C错误;染 色体主要由DNA和蛋白质组成,细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成 分,D正确。3.(水 平 2)已 知 苯 丙 氨 酸 的 分 子 式 是 C9H11O2N,那 么 该 氨 基 酸 的 R 基 是()A.-C7H7O B.-C7H7 C.-C7H7N D.-C7H7NO【
18、解析】选B。已知苯丙氨酸的分子式是C9H11O2N,根据氨基酸分子通式C2H4O2NR可推知,该氨基酸的R基是-C7H7。【方法规律】R基中各种原子数目的计算(1)计算方法:结构通式法。(2)具体过程:氨基酸中除了R基,剩余部分为-C2H4O2N,所以已知氨基酸分子式时,R基中各原子数目的计算方法如下:C=总碳原子数-2;H=总氢原子数-4;O=总氧原子数-2;N=总氮原子数-1。4.(水平2)蛋白质功能的多样性取决于蛋白质结构的多样性,以下关于蛋白质结构的叙述中正确的是()A.每种蛋白质分子都是由21种氨基酸组成 B.一个蛋白质分子只能由一条肽链构成 C.相同种类、数目的氨基酸组成的蛋白质可
19、能不同 D.相同种类和数目的氨基酸只能构成一种蛋白质【解析】选C。组成蛋白质的氨基酸约有21种,但不是每种蛋白质的氨基酸都有21种,应该是小于或等于21种,A错误;一个蛋白质分子可由几条肽链构成,B错误;相同种类、数目的氨基酸组成的蛋白质可能不同,C正确;氨基酸的种类、数目相同的蛋白质,氨基酸的排列顺序和蛋白质的空间结构可能不同,因此不一定是相同的蛋白质,D错误。5.(水平1、2)分析下列化合物,回答下列问题:(1)图中的结构的名称分别是_;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作_。(4)组成这类化合物的基本单位的结构通
20、式是_。【解析】(1)根据图示可知,为氨基,指的是肽键,是羧基;R基为连接在中心碳原子上的侧链基团,判定为。(2)在该化合物所示的结构图中,肽键共有2个,所以组成该化合物的氨基酸有3个,因此该化合物的名称为三肽。(3)氨基酸与氨基酸之间发生的化学反应为脱水缩合。(4)氨基酸的结构至少都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在同一个碳原子上。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团,用R基来表示,结构通式见答案。答案:(1)氨基、肽键、羧基 (2)3 三肽(3)脱水缩合(4)【能力挑战题组】1.如图为细胞中蛋白质合成过程简图,表示相关变化过程,下列分析正 确的是()A.过程都叫作脱
21、水缩合 B.过程不相同,合成的蛋白质也就不相同 C.过程形成的化学键相同,过程一定没有新化学键形成 D.蛋白质独特的空间结构是不同蛋白质功能不同的根本原因【解析】选B。过程是肽链盘曲、折叠,不是脱水缩合过程,A错误;肽链的盘曲、折叠方式不同,形成的蛋白质也就不同,B正确;过程也可能有新化学键形成,如二硫键等,C错误;不同蛋白质空间结构不同是蛋白质功能不同的直接原因,D错误。2.(2021济南高一检测)如图所示为一条肽链的结构简式,R1、R2和R3是3个不 同的化学基团。下列有关分析错误的是()A.该肽链至少含有4个氧原子 B.该肽链含有3种氨基酸 C.该肽链是由3个氨基酸脱去3分子水缩合形成的
22、 D.该化合物叫作三肽【解析】选C。由氨基酸的结构通式可知,每分子氨基酸至少含有2个氧原子,由3个氨基酸合成的该肽链至少含有的氧原子数=3个氨基酸中至少含有的氧原子数-脱去水分子数=32-2=4个,A正确;组成该肽链的3个氨基酸的R1、R2和R3是3个不同的R基,说明该肽链含有3种氨基酸,B正确;该肽链是由3个氨基酸脱去2分子水缩合形成的,C错误;该肽链是由3个氨基酸经脱水缩合形成的三肽,也叫多肽,D正确。3.狼体内有a种蛋白质,21种氨基酸;兔体内有b种蛋白质,21种氨基酸。狼捕食 兔后,狼体内的一个细胞中含有的蛋白质种类和氨基酸种类最可能是 ()A.a+b,42 B.a+b,21 C.小于
23、a,21 D.大于a,21【解析】选C。狼捕食兔后,经过消化吸收,蛋白质以氨基酸的形式进入狼体 内。所以狼体内的蛋白质种类数并不会增加,仍为a;由于细胞分化,基因的选 择性表达,故狼体内一个细胞内含的蛋白质种类一定少于狼体内蛋白质种类的 总数,即小于a;每个细胞中有多种蛋白质,需要各种氨基酸,而合成蛋白质的氨 基酸约有21种。故A、B、D项错误,C项正确。素养发展创新应用素材 人体内第21种氨基酸硒代半胱氨酸 硒是人体必需的微量元素,有抗氧化的作用,硒的抗氧化作用可阻断活性氧和自由基的致病作用,从而起到防癌作用。食物中硒含量高和血硒水平较高的地区,乳腺癌、结肠癌、前列腺癌以及白血病的患病率很低
24、。硒代半胱氨酸(Sec)是人类发现的第21种氨基酸,存在于少数一些酶中,如谷胱甘肽过氧化酶、甘氨酸还原酶等,硒代半胱氨酸的结构和半胱氨酸类似,只是其中的硫原子被硒取代。探究(1)硒代半胱氨酸和半胱氨酸除含C、H、O、N以外还含有的元素分别是 _、_。(2)硒代半胱氨酸已经被发现是25种硒酶的活性中心,是含硒酶(尤其是抗氧化 酶)的灵魂。如果没有硒代半胱氨酸,含硒酶就无法工作。含硒酶这种蛋白质 有什么功能?除此之外,蛋白质还有什么其他方面的功能?提示:含硒酶具有催化作用。蛋白质还有运输、免疫、调节和结构蛋白等功 能。(3)硒在人体内有重要作用,是不是人摄入的硒越多越好?提示:硒是人体内的微量元素,不需要摄入太多。Se S【拓展阅读】不用拆的缝合线 纯天然胶原蛋白缝合线取材于特种动物獭狸肌腱部位,纯天然胶原蛋白含量高,生产工艺不经化学成分参与,具备了胶原蛋白应有的特性;为目前真正意义上的第四代缝合线,具有吸收完全、抗拉强度高、生物相容性好、促进细胞生长等优点。根据线体粗细一般815天完全吸收,且吸收稳定可靠,无明显个体差异。思考:(1)为什么这种缝合线可以被人体组织吸收?提示:因为其成分为胶原蛋白,能被水解为其基本单位氨基酸,从而被人体吸收。(2)有些同学怀疑某种缝合线的成分是否含有胶原蛋白,探讨实验的设计思路,证明其成分中含有蛋白质。提示:可以用双缩脲试剂来检测是否有蛋白质成分。
