蛋白质是生命活动的主要承担者课件-高一上学期生物人教版必修1

第2课时蛋白质的结构及其多样性学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.说明氨基酸形成多肽或蛋白质分子

的过程

2.分析蛋白质的结构多样性与功能多样性的关系，举例说明蛋白质的结构是与功能相适应的1.氨基酸通过脱水缩合的方式形成多肽2.蛋白质多样性的原因：组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同【主干知识梳理】一、蛋白质的结构层次与脱水缩合1．蛋白质的结构层次2．脱水缩合的过程(1)反应原理：一个氨基酸分子的

与另一个氨基酸分子的

相连接，同时脱去

。(2)过程①名称：

。(3)物质②名称：

。(4)结构③名称：

。氨基羧基脱水缩合一分子水二肽肽键二、蛋白质结构多样性的原因1．蛋白质结构多样性的原因(1)不同蛋白质含有的氨基酸

、

、

不同。(2)肽链的盘曲、折叠方式及其形成的

不同。2．蛋白质结构与功能的关系(1)蛋白质中

改变，就可能会影响其功能，如人类的镰状细胞贫血。(2)蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的

被破坏，从而导致蛋白质变性。种类数目排列顺序空间结构氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构空间构象【教材微点发掘】1．结合教材第30页“图2­-11某种胰岛素的二硫键示意图”回答有关问题：(1)该胰岛素是由

条肽链构成的，含有

个二硫键。(2)二硫键的形成过程表示为—SH＋—SH→2S＋2H，在该胰岛素形成过程中，共脱去了

个H。2362．血红蛋白是由4条多肽链组成的蛋白质。下图展示了血红蛋白的水解和变性过程(由教材第32页《与社会的联系》拓展)，回答相关问题：(1)蛋白质变性和水解有什么区别？提示：水解是蛋白质或者多肽中肽键断裂，分解为氨基酸的过程，和脱水缩合的过程相反。变性是蛋白质空间结构被破坏的过程，此过程肽键不断裂。(2)食用熟鸡蛋比生鸡蛋更易于人体消化吸收，请分析其中的原因。提示：高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。

教材问题提示《思考·讨论》之氨基酸怎样构成蛋白质(教材第31页)1．氨基酸脱水缩合形成二肽、三肽……多肽；一条肽链按照一定形态盘曲、折叠构成空间结构；多条肽链构成更为复杂的空间结构。2．食物中的蛋白质要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠肽酶等多种水解酶的作用，才能分解为氨基酸。这些氨基酸进入人体细胞后，要脱水缩合形成二肽、三肽……多肽，由多肽链构成人体蛋白质。人体蛋白质与食物中的蛋白质不一样，其具有完成人体生命活动的结构和功能。3．10个氨基酸能够组成2110条互不相同的长链。氨基酸的数目、种类、排列顺序的多样性，以及蛋白质具有复杂的空间结构，是蛋白质种类多种多样的原因。新知探究(一)氨基酸脱水缩合与蛋白质的形成【探究·深化】[问题驱动]

下面是氨基酸之间发生一系列反应形成血红蛋白的过程，结合教材内容完成以下探究。(1)描述从氨基酸到蛋白质的形成过程：氨基酸→二肽→多肽→肽链盘曲、折叠→具有一定

的蛋白质。(2)参与脱水缩合的部分：两个相邻氨基酸，一个氨基酸________________________________________。

(3)由2个氨基酸脱水缩合形成的化合物的名称是什么？其内含有多少个肽键？在形成过程中脱去多少分子水？提示：二肽。1个。1个。(4)由n个氨基酸形成的含一条肽链的化合物名称是什么？共形成多少肽键？失去多少分子水？提示：n肽。n－1个肽键。n－1个水分子。空间结构氨基中的—H和另一个氨基酸羧基中的—OH(5)①若n个氨基酸形成m条肽链，则形成肽键数和失去水分子数分别是多少？提示：肽键数为n－m个，失去水分子数为n－m个。②试总结形成肽键数与氨基酸数和肽链条数的关系。提示：肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链条数。(6)①一条肽链中至少含有多少个游离的—NH2和—COOH？若m条肽链呢？为什么是至少？提示：各1个。各m个。因为R基中可能含有—NH2或—COOH。②试总结蛋白质中至少含有游离氨基数和游离羧基数与肽链条数的关系。提示：至少含有的游离氨基数或羧基数＝肽链条数。[重难点拨]

1．氨基酸脱水缩合过程分析(1)参与脱水缩合的部位：一个氨基酸氨基中的—H和另一个氨基酸羧基中的—OH。(2)H2O中H和O的来源：H既来自氨基又来自羧基，O只来自羧基。(3)—NH2和—COOH的数量和位置：一条肽链中至少含有一个游离的—NH2和一个游离的—COOH，分别位于肽链的两端，其余的—NH2和—COOH位于R基中。2．蛋白质形成过程的有关计算规律(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＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。(4)氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。(5)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－2×脱去的水分子数。(6)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条肽链或环状多肽：(7)若蛋白质中含有二硫键(—S—S—)时，要考虑脱去氢的质量，每形成1个二硫键，脱去2个H。形成的多肽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1条肽链n－1n－1至少1个至少1个na－18(n－1)m条肽链n－mn－m至少m个至少m个na－18(n－m)环状多肽nn最少为0最少为0na－18n【典题·例析】[典例1]某蛋白质由100个氨基酸形成，含有4条多肽链，下列说法正确的是

(

)A．该蛋白质含有96个肽键，只含有4个游离的氨基B．形成该蛋白质，失去104个水分子C．如果氨基酸平均分子量是128，则该蛋白质的分子量为12800D．该蛋白质中含肽键96个，至少含有4个游离的羧基[解析]

该蛋白质由100个氨基酸形成，含有4条多肽链，所以含有100－4＝96(个)肽键；由于R基中可能含有氨基，所以至少含有4个游离的氨基，A错误。形成该蛋白质，失去的水分子数＝氨基酸数－肽链的条数＝100－4＝96(个)，B错误。如果氨基酸平均分子量是128，则该蛋白质的分子量＝氨基酸分子量×氨基酸个数－失去的水分子数×18＝128×100－96×18＝11072，C错误。由于蛋白质由100个氨基酸形成，含有4条多肽链，所以含肽键数＝100－4＝96(个)，至少含有的游离的羧基数＝肽链条数＝4，D正确。[答案]

D[典例2]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R基不同，图中表示R基的编号有______。(4)该化合物中含有的氨基数目和羧基数目分别是________、________。[解析]

(1)由题图分析可知，该化合物中含有3个肽键，表示肽键的编号为③⑤⑥。(2)由分析可知，此多肽含有4个氨基酸，则形成的化合物为四肽或多肽。(3)决定氨基酸种类的4个R基(②④⑧⑨)结构各不相同，所以构成该化合物的氨基酸有4种。(4)由题图可知，①表示肽链末端氨基，⑦表示肽链末端羧基，而⑧和⑨中分别存在一个羧基和一个氨基，则该化合物中含有的氨基数目和羧基数目分别是2个和2个。[答案]

(1)3

③⑤⑥

(2)四肽或多肽脱水缩合(3)4

②④⑧⑨

(4)2

2方法规律环状肽肽键数的计算方法环状多肽主链中无氨基和

羧基，环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基和羧基的数目，如图所示。(Aa表示氨基酸)由图示可知：肽键数＝脱去的水分子数＝氨基酸数。即相当于环状肽中肽链数为零。【应用·体验】1．(2021·山东学考模拟)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．1,2,3

B．1,1,3C．1,2,2 D．2,2,2解析：由于题图中第二个氨基酸的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。故选C。答案：C2．如图是某多肽化合物的示意图，下列有关该化合物的叙述，错误的是

(

)A．该化合物是三肽，含有2个肽键B．该多肽链中含有4个羧基、3个氨基C．氨基酸的不同种类决定于R基②④⑥D．该肽链与双缩脲试剂混合会发生紫色反应解析：③⑤为肽键，是由一个氨基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的羧基脱水缩合形成的，所以该化合物含有2个肽键，是三肽化合物，A正确；由于R基中含有1个羧基，所以该化合物有1个氨基、2个羧基，B错误；组成蛋白质的氨基酸约有20种(人体21种)，这些氨基酸的区别就在于R基(②④⑥)不同，C正确；该化合物含有肽键，与双缩脲试剂混合能产生紫色反应，D正确。答案：B

3．某多肽分子式是C21HxOyN4S2(无二硫键)，已知该多肽是由下列氨基酸中的某几种作原料合成的：亮氨酸(C6H13NO2)、天冬氨酸(C4H7NO4)、苯丙氨酸(C9H11NO2)、丙氨酸(C3H7NO2)、半胱氨酸(C3H7NO2S)。以下对该多肽的叙述，错误的是

(

)A．水解后得到4种氨基酸B．有3个肽键C．含有氧原子和氢原子的数目分别为5和32D．只有1个羧基解析：分析题中给出的几种氨基酸的化学式可知，只有天冬氨酸的R基中含有2个O原子，只有半胱氨酸的R基中含有1个S原子，而多肽分子式是C21HxOyN4S2(无二硫键)，说明该多肽只能由4个氨基酸组成(因多肽中只含有4个N原子，且几种氨基酸都只含有1个N原子)，并且其中含有2个半胱氨酸(因多肽中含有2个S原子，且只有半胱氨酸的R基中含有1个S原子)，两个半胱氨酸共含有6个C原子，而多肽分子中含有21个C原子，根据氨基酸脱水缩合反应前后C原子数守恒可知，另2个氨基酸所含的C原子之和应该是21－6＝15(个)，分析几种氨基酸的化学式可知，只有亮氨酸和苯丙氨酸符合要求，因此该多肽是由1个亮氨酸、1个苯丙氨酸和2个半胱氨酸脱水缩合而形成的。由以上分析可知该多肽是由3种(4个)氨基酸脱去了分子水形成的，其分子式为C21H32O5N4S2。故选A。答案：A

新知探究(二)蛋白质结构多样性的原因【探究·深化】[问题驱动]

生物界中的蛋白质种类多达1010～1012种，20种氨基酸是如何形成如此种类丰富的蛋白质的呢？下图中“

”“

”代表不同的氨基酸，分析各图代表的含义，归纳蛋白质多样性的原因。

1．蛋白质结构多样性的原因(1)图甲说明：氨基酸的

不同，构成的肽链不同。(2)图乙说明：氨基酸的

不同，构成的肽链不同。(3)图丙说明：氨基酸的

不同，构成的肽链不同。(4)图丁说明：

不同，构成的蛋白质不同。种类数目排列顺序肽链的数目和空间结构2．借助数学知识分析假若有A、B、C三种氨基酸，在以下两种条件下形成二肽和三肽的种类各是多少？(1)条件1：A、B、C三个氨基酸，由这三个氨基酸组成多肽的情况。提示：形成二肽的种类：3×2＝6种；形成三肽的种类：3×2×1＝6种；(2)条件2：A、B、C三种氨基酸(每种氨基酸足够多)的情况。提示：形成二肽的种类：32＝9种；形成三肽的种类：33＝27种。[重难点拨]

蛋白质结构多样性与功能多样性的关系【典题·例析】[典例1]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，且这种改变一般是可逆的[解析]蛋白质结构多样性与氨基酸的结构无关，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，如核苷酸、ATP等，B错误；蛋白质分子中的肽键都是—CO—NH—，组成元素都是C、H、O、N四种，无差异性，C正确；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，如酶在高温下失活后即使再降温度其活性也不会恢复，D错误。[答案]

C[典例2]如图所示，一分子的胰岛素原切去C肽(图中箭头所指处表示切点)后，可转变成由A、B两条肽链构成的有活性的胰岛素(图中数字表示氨基酸序号)。下列分析正确的是

(

)A．胰岛素分子具有50个肽键，合成它的过程中共脱去50分子水B．胰岛素分子含有一个游离的氨基和一个游离的羧基C．沸水浴时肽键断裂导致胰岛素生物活性丧失D．切去C肽不需要破坏二硫键[解题导引][解析]胰岛素分子含51个氨基酸、两条肽链，则具有51－2＝49(个)肽键，合成过程中脱去49分子水，A错误；胰岛素分子含有两条肽链，至少含有2个游离的氨基和2个游离的羧基，B错误；沸水浴时蛋白质的空间结构发生改变导致胰岛素生物活性的丧失，但肽键并未断裂，C错误；由图可知，切去C肽需要破坏肽键，不需要破坏二硫键，D正确。[答案]

D【应用·体验】1．形成蛋白质分子结构的层次，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④一条或几条肽链接在一起⑤多肽⑥蛋白质A．②→①→③→④→⑥→⑤B．①→②→③→④→⑤→⑥C．②→①→⑥→③→④→⑤D．②→①→③→⑤→④→⑥解析：元素组成化合物，最基本的化合物是氨基酸，氨基酸脱水缩合成多肽，多肽形成具有一定空间结构的蛋白质。故选D。答案：D2．人体的肌肉主要由蛋白质组成。同样是肌肉，心肌具有自动收缩的特性，平滑肌有较强的舒张性，骨骼肌能够强有力地收缩，这些区别说明构成它们的蛋白质有区别，对这些区别的叙述最确切的是

(

)A．所含氨基酸的数目不同B．所含氨基酸的种类不同C．所含氨基酸的排列顺序不同D．所含氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链形成的空间结构不同解析：蛋白质的多样性可以从氨基酸和肽链两个角度来分析。氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链形成的空间结构不同都会导致蛋白质的结构不相同。故选D。答案：D生命观念——蛋白质的结构与功能相适应不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。1．一级结构与功能的关系蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：(1)一级结构的变异与分子病蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰状细胞贫血，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子中β链第6位谷氨酸被缬氨酸取代。这个一级结构上的细微差别使患者的血红蛋白分子容易发生凝聚，导致红细胞变成镰刀状，容易破裂引起贫血，即血红蛋白的功能发生了变化。(2)一级结构与生物进化研究发现，同源蛋白质中有许多位置的氨基酸是相同的，而非同源蛋白质的氨基酸差异较大。如比较不同生物的细胞色素c的一级结构，发现与人类亲缘关系接近，其氨基酸组成的差异越小，亲缘关系越远差异越大。(3)蛋白质的激活作用在生物体内，有些蛋白质常以前体的形式合成，只有按一定方式裂解除去部分肽链之后才具有生物活性，如酶原的激活。2．蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的空间结构与功能之间有密切相关性，其特定的空间结构是行使生物功能的基础。以下两方面均可说明这种相关性。(1)核糖核酸酶的变性与复性及其功能的丧失与恢复核糖核酸酶是由124个氨基酸组成的一条多肽链，含有四对二硫键，空间构象为球状分子。将天然核糖核酸酶在8mol/L脲中用β-­巯基乙醇处理，则分子内的四对二硫键断裂，分子变成一条松散的肽链，此时酶活性完全丧失。但用透析法除去β­-巯基乙醇和脲后，此酶经氧化又自发地折叠成原有的天然构象，同时酶活性又恢复。(2)血红蛋白的变构现象血红蛋白是一个四聚体蛋白质，具有氧合功能，可在血液中运输氧。研究发现，脱氧血红蛋白与氧的亲和力很低，不易与氧结合。一旦血红蛋白分子中的一个亚基与O2结合，就会引起该亚基构象发生改变，并引起其他三个亚基的构象相继发生变化，使它们易于和氧结合，说明变化后的构象最适合与氧结合。【素养评价】1．(2021·菏泽高一期末)科学家使用巯基乙醇和尿素溶液处理牛胰核糖核酸酶(一种蛋白质)，可以将该酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。若通过透析的方法除去导致酶去折叠的尿素和巯基乙醇，再将没有活性的酶转移到生理缓冲溶液中，经过一段时间以后，发现核糖核酸酶活性得以恢复。下列叙述正确的是

(

)A．由于巯基乙醇和尿素溶液处理破坏了蛋白质中的肽键，故该酶失去了

活性B．该蛋白质的氨基酸序列可以决定蛋白质的空间结构C．这个实验证明结构并不一定决定功能D．这个实验说明蛋白质的结构从根本上讲是由外界环境决定的解析：用巯基乙醇和尿素溶液处理，可以将牛胰核糖核酸酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构，说明因破坏了蛋白质的空间结构而导致该酶失去了活性，A错误；蛋白质的空间结构取决于组成蛋白质的氨基酸种类、数目、序列以及肽链盘曲、折叠形成的空间结构，B正确；这个实验证明了蛋白质的结构决定其功能，C错误；这个实验说明外界环境可以影响蛋白质的结构