人教版必修一蛋白质的结构及其多样性教案

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I.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.蛋白质的结构层次.脱水缩合的过程(1)反应原理：一个氨基酸分子的氨基与另一个氨基酸分子的鲜相连接，同时脱去二分子水。(2)过程①名称：脱水缩合。(3)物质②名称：二肽。(4)结构③名称：肽键。二、蛋白质结构多样性的原因.蛋白质结构多样性的原因(1)不同蛋白质含有的氨基酸种类、数且、排列顺序不同。(2)肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。.蛋白质结构与功能的关系1)蛋白质中氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变,就可能会影响其功能，如人类的镣状细胞贫血。2)蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致蛋白质变性。【教材微点发掘】.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)该胰岛素是由二条肽链构成的，含有支个二硫键。(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2个H。.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■白质或者多肽中肽健断裂，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•讨论氨基酸怎样构成蛋白质.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。.食物中的蛋白质要经过胃蛋白酶、脓蛋白酶、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，由多肽钱构成人体蛋白质。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。10个氨基酸能够组成21。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】［情境质疑1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：氨基酸一二肽一多肽一肽链盘曲、折叠一具有一定空间结构的蛋白质。(2)参与脱水缩合的部分：两个相邻氨基酸，一个氨基酸氨基中的一H和另一个氨基酸皎基中的一OH。(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：〃肽。〃一1个肽键。〃一1个水分子。(5)①若〃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〃一/〃个，失去水分子数为〃一小个。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=氨基酸数一肽链条数。(6)①一条肽链中至少含有多少个游离的一N%和一COOH?若小条肽链呢？为什么是至少？提示：各1个。各机个。因为R基中可能含有一NHz或一COOH。②试总结蛋白质中至少含有游离氨基数和游离竣基数与肽链条数的关系。提示：至少含有的游离氧基数或浚基数=肽链条数。［重难点拨］.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一H和另一个氨基酸段基中的一OH。(2)%O中H和O的来源：H既来自氨基又来自瘦基，O只来自段基。(3)—NH2»—COOH的数量和位置：一条肽链中至少含有一个游离的一N%和一个游离的一COOH,分别位于肽链的两端，其余的一N%和一COOH位于R基中。.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一肽键数。(2)竣基数=肽链数+R基上的殁基数=各氨基酸中竣基总数一肽键数。(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+2X肽链数+R基上的氧原子数=各氨基酸中氧原子的总数一脱去的水分子数。(5)氢原子数=各氨基酸中氢原子的总数一2X脱去的水分子数。(6)假设氨基酸的平均相对分子质量为“，由〃个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链或环状多肽:形成的多肽形成肽键数脱去水分子数氨基数目装基数目多肽相对分子质量1条肽链ii-l11—1至少1个至少1个〃。一18(〃一1)m条肽链n—mn—m至少m个至少m个na—lS(n—m)环状多肽1111最少为0最少为0na—18〃(7)若蛋白质中含有二硫键(一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。【典题•例析】［典例1］从动物组织中提取的胶原蛋白可以用来制作手术缝合线，手术后过一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。下列相关说法正确的是0A.合成胶原蛋白过程中产生的水分子中的氢来自氨基B.胶原蛋白分解为氨基酸后被人体吸收C.高温破坏胶原蛋白的肽键使其失去功能D.氨基酸仅通过脱水缩合方式就可以合成胶原蛋白［解析I在核糖体上合成胶原蛋白时，产生的水分子中的氢分别来自氯基和赎基，A错误；胶原蛋白是生物大分子，分解成小分子的氨基酸后能被人体吸收，B正确；高温加热可以破坏胶原蛋白的空间结构，但不会破坏肽键，C错误；氨基酸通过脱水缩合方式形成的是多肽，多肽经加工后形成具有空间结构的蛋白质，D错误。［答案］B［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o(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o(4)该化合物中含有的氨基数目和竣基数目分别是、o［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(②©⑧⑨)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表示肽链末端薇基，而⑧和⑨中分别存在一个叛基和一个氨基，则该化合物中含有的氨基数目和狡基数目分别是2个和2个。［答案］(1)3③⑤⑥⑵四肽或多肽脱水缩合(3)4②④⑧⑨(4)22方法规律环状肽肽键数的计算方法TOC\o"1-5"\h\z环状多肽主链中无氨基和竣基，环状肽中氨基或竣基数目取决-'Aa«胸于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基和竣基的数目，如右图所示。/、「肽键Aa«3(Aa表示氮基酸)\「由图示可知：肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数。【应用•体验】.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、孩基和肽键的数目依次是0A.1,2,3B.1,1,3C.1,2,2D.2,2,2解析：选C由于题图中第二个氨基酸的R基中含有一个痰基，因此由这3种氮基酸按顺序脱水缩合所形成的化合物中，含有1个氨基、2个疑基和2个肽键。故选C。.下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个段基、3个氨基C.氨基酸的不同种类取决于R基②©⑥D.该肽链与双缩服试剂混合会发生紫色反应解析：选B③⑤为肽键，是由一个氯基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的疑基脱水缩合形成的，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个叛基，所以该化合物有1个氨基、2个短基，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，与双缩腺试剂混合能产生紫色反应，D正确。3.生长抑素(SS)是一种含14个氨基酸的环状多肽，由下丘脑合成并释放，构成SS的基本单位的平均相对分子质量为机。下列说法错误的是0A.1分子SS的相对分子质量可以表示为14m—252B.在核糖体上合成1分子SS可产生13分子H2OSS中有可能不含有游离的氨基SS可与双缩服试剂发生紫色反应解析：选B由于SS是一种含14个氨基酸的环状多肽，故形成SS的过程中脱去14分子的水，因此1分子SS的相对分子质量=1418X14=14加一252,A正确，B错误；SS是一种环状多肽，若组成SS的氨基酸的R基上不含氨基，则SS中就可能不含有游离的氨基，C正确；SS中含有多个(14)肽键，可与双缩腺试剂发生紫色反应，D正确。新知探究(二)蛋白质结构多样性的原因【探究•深化】［情境质疑1生物界中的蛋白质种类多达101。〜10口种，20余种氨基酸是如何形成如此种类丰富的蛋白质的呢？下图中“口”“O”代表不同的氨基酸，分析各国代表的含义，归纳蛋白质多样性的原因。.蛋白质结构多样性的原因(1)图甲说明：氨基酸的种类不同，构成的肽链不同。(2)图乙说明：氨基酸的数旦不同，构成的肽链不同。(3)图丙说明：氨基酸的排列顺序不同,构成的肽链不同。(4)图丁说明：肽链的数目和空间结构不同,构成的蛋白质不同。.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：3X2=6种；形成三肽的种类：3X2X1=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0A.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，如核苔酸、ATP等，B错误；蛋白质分子中的肽键都是一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竣基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个游离的痰基，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.②f①③一④一⑥f⑤B.①f②f③④f⑤f⑥C.②一①一⑥一③一④一⑤D.②一①一③一⑤一④一⑥解析：选D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。2.人体的肌肉主要由蛋白质组成。心肌、平滑肌、骨骼肌都是肌肉，但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0A.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：选D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。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。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昔酸的突变导致该蛋白分子中0链第6位谷氨酸被缀氨酸取代。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越近，其氨基酸组成与人相比差异越小，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。.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尿素中用0-疏基乙醇处理，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P-筑基乙醇和尿素后，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02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.将蛋白质暴露在高浓度的尿素中会发生蛋白质的变性，除去尿素后，蛋白质的空间结构和生物功能可以恢复。下列说法正确的是。A.高浓度的尿素使蛋白质变性的过程中破坏了蛋白质中的肽键B.煮熟的鸡蛋更容易消化是由于高温使蛋白质的空间结构变得松散C.构成蛋白质的氨基酸种类和排列顺序相同则蛋白质结构相同).向经尿素处理后的蛋白质溶液中加入双缩胭试剂不会发生紫色反应解析：选B将蛋白质暴露在高浓度的尿素中会发生蛋白质的变性，该过程中蚤•白质的空间结构发生改变，但蛋白质中的肽键没有被破坏，A错误；煮熟的鸡蛋更容易消化是由于高温使蛋白质的空间结构变得松散，容易被蛋白酶催化水解，故吃熟鸡蛋容易消化,B正确；蛋白质结构多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的空间结构不同，构成蛋白质的氨基酸种类和排列顺序相同的蛋白质结构不一定相同，C错误；尿素处理后的蛋白质中肽键没有断裂，向经尿素处理后的蛋白质溶液中加入双缩腺试剂仍会发生紫色反应，D错