第二章　组成细胞的分子第2节　生命活动的主要承担者-蛋白质

第页第2节生命活动的主要承担者——蛋白质学习目标1．说出组成蛋白质的氨基酸的种类及特点。(重点)2．描述氨基酸形成蛋白质的过程。(重、难点)3．举例说明蛋白质结构及功能的多样性。(重、难点)核心概念氨基酸肽键多肽脱水缩合空间结构一、氨基酸的种类及结构1．种类(约__20____种)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(必需氨基酸\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(来源：外界环境获取,种数：8种婴儿9种)),\a\vs4\al(非必需,氨基酸)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(来源：__人体细胞合成____或外,界获取,种数：12种))))2．氨基酸的结构：(1)写出图中结构名称：a．__氨基____；b、d：__R基____；c：__羧基____。(2)比较图中两种氨基酸，写出氨基酸分子的结构通式：______。(3)氨基酸的结构特点：①数量关系：至少都含有__一个氨基(—NH2)____和__一个羧基(—COOH)____。②位置关系：都有__一个氨基和一个羧基____连接在__同一个碳原子____上。③各种氨基酸之间的区别在于__R基____的不同。二、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__脱水缩合____。(2)写出字母代表的结构或名称：a.__肽键____，b.__二肽____。(3)判断产物H2O中原子的来源：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(H：来自R1所在氨基酸的羧基和R2所在氨基酸的氨基,O：来自R1所在氨基酸的羧基))2．蛋白质的结构层次eq\o(→,\s\up7(C、H、O和N),\s\do5(等元素))氨基酸eq\o(→,\s\up7(脱水缩合))__多肽____eq\o(→,\s\up7(盘曲、折叠))蛋白质3．结构多样性：(1)氨基酸方面：氨基酸的__种类____、__数目____、__排列顺序____不同。(2)肽链方面：肽链的盘曲、折叠方式及其形成的__空间结构____千差万别。三、蛋白质的功能(1)一切生命活动离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。(2)蛋白质功能举例功能实例作为结构蛋白羽毛、肌肉、头发、蛛丝__催化作用____绝大多数酶__运输作用____载体、血红蛋白信息传递和调节作用__胰岛素____、生长激素等蛋白类激素免疫作用__抗体____？思考1．胶原蛋白是动物结缔组织中的主要成分，因其含有多种必需氨基酸，具有较高的滋补保健功能而受到广大消费者的青睐。实际上胶原蛋白并不能直接被人体吸收，试解释胶原蛋白在人体中如何发挥其营养价值？提示：胶原蛋白在人体内被消化分解为多种氨基酸，其中包括多种必需氨基酸，这些氨基酸可参与合成人体的蛋白质。2．氨基酸种类和数目相同的蛋白质是同一种蛋白质吗？提示：不一定。蛋白质结构的多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序和蛋白质的空间结构。Heq\o(\s\up7(活学巧练),\s\do5(uoxueqiaolian))判断题1．人体需要的是氨基酸称为必需氨基酸。(×)2．组成蛋白质的每种氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上。(×)3．含有两个肽键的化合物称为二肽。(×)4．蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能会发生改变。(√)5．具有氨基和羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。(×)6．蛋白质是生物体主要的能源物质。(×)7．所有氨基酸中一定含有C、H、O、N四种元素。(√)知识点1氨基酸及其种类Zeq\o(\s\up7(重难拓展),\s\do5(hongnantuozhan))1．结构通式2．氨基酸分子中一个决定关键：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，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。知识贴士①并不是含有氨基和羧基的有机物就属于构成蛋白质的氨基酸，如H2N—CH2—CH2—COOH。②R基在形成蛋白质时并不是都不参与反应，如R基中的—SH会参与形成蛋白质不同多肽链之间的—S—S—。Deq\o(\s\up7(典例评析),\s\do5(ianlipingxi))典例1(2019·陕西西安高三期末)关于生物体内氨基酸的叙述，正确的是(B)A．氨基酸是蛋白质分子的基本单位，由氨基和羧基组成B．组成蛋白质的氨基酸共有的结构是C．每个氨基酸分子都只含有C、H、O、N四种元素D．组成人体的氨基酸都在人体内合成[解析]氨基酸的结构通式为，不同的氨基酸R基不同，因此共有的结构为；甲硫氨酸中含有C、H、O、N、S五种元素；必需氨基酸不能在人体内合成。易混提醒：组成蛋白质的氨基酸书写的两点提醒(1)“中心碳原子”有四个邻居，其中三个固定不变，即—NH2、—COOH、—H，还有一个是可变的—R。(2)氨基、羧基和R基的正确书写格式：—NH2、—COOH、—R(不要忘记前面要有短线“—”)。〔变式训练1〕两种氨基酸(如下列结构式)，它们在形成二肽化合物时，最可能缩合的基团是(C)A．①③ B．②⑥C．②④ D．⑤⑥[解析]由氨基酸脱水缩合形成二肽化合物时，一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，形成肽键，但不是R基团上的羧基和氨基，因此，最可能缩合的是②④或①⑤。知识点2蛋白质的结构与功能Zeq\o(\s\up7(重难拓展),\s\do5(hongnantuozhan))1．蛋白质的分子结构及氨基酸脱水缩合过程分析过程图示分析1条肽链至少含有1个游离的—NH2和1个游离的—COOH，分别位于肽链的两端。环状肽中可能不含游离的—NH2和游离的—COOH。2．相关概念(1)脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式就叫脱水缩合。(2)肽键：连接两个氨基酸分子的化学结构叫肽键，结构简式为—CO—NH—或—NH—CO—。(3)肽：由两个氨基酸分子经脱水缩合而成的、含有一个肽键的化合物叫二肽；由三个氨基酸分子经脱水缩合而成的、含有两个肽键的化合物叫三肽；由多个氨基酸分子经脱水缩合而成的、含有多个肽键的化合物叫多肽。(4)肽链：多肽通常呈链状结构，称为肽链。知识贴士①肽键有以下几种写法：—CO—NH—或—NH—CO—或(需注意的是，不管哪一种写法，两端均需要留有短线)。②氨基酸脱水缩合时，每形成一个肽键，就脱去一分子水。形成肽键时，相应的—COOH失去—OH，相应的—NH2失去—H，形成一分子H2O。③R基上的氨基和羧基一般不参与脱水缩合。3．蛋白质多样性原因的分析其中蛋白质的空间结构是最为重要的结构，没有特定的空间结构，蛋白质就会失去其功能。知识贴士①蛋白质结构多样性的原因②蛋白质分子可由一条或几条肽链组成，不同的蛋白质分子所含的肤链条数不同，因此肽链的数目也是蛋白质具有多样性的原因。③各肽链之间可通过一定的化学键(不是肽键)相连，如二硫键(—S—S—)。④高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键，而是破坏了肽链盘曲折叠形成的空间结构。⑤蛋白质结构多样性是其功能多样性的基础。Deq\o(\s\up7(典例评析),\s\do5(ianlipingxi))典例2下图是某蛋白质的肽链结构示意图(图甲中数字为氨基酸序号)及部分肽链放大图，请据图判断下列叙述中正确的是(D)A．该蛋白质中含有l条肽链，共124个肽键 B．图乙中含有的R基是①②④⑥⑧C．从图乙推知该肽链只含有2个游离的羧基 D．从图乙推知该肽链至少含有2个游离的氨基[解析]图甲为一条肽链的示意图，数字为氨基酸序号，可见其共由124个氨基酸组成，含有肽键数＝124－1＝123个，A项错误。图乙为肽链某段的放大图。图中③⑤⑦所示结构是肽键，R基是②④⑥⑧，①是氨基，B项错误。图乙只是肽链的一段，①为肽链一端完整的1个氨基，②中有1个氨基，⑥⑧中各有1个羧基，⑨不是羧基。推知该肽链至少含有3个游离的羧基，至少含有2个游离的氨基，C项错误，D项正确。易错提醒：多肽≠蛋白质(1)多肽是由多个氨基酸分子缩合而成的，也叫做肽链，一般没有生物活性。(2)蛋白质是由一条或几条肽链组成的，肽链经盘曲、折叠而形成具有一定空间结构的蛋白质，才具有生物活性。〔变式训练2〕(2019·成都高一检测)下列关于蛋白质的分子结构与功能的叙述，错误的是(D)A．不同蛋白质含有的氨基酸数量不完全相同 B．有些结构不同的蛋白质具有相似的功能C．组成蛋白质的氨基酸可按不同排列顺序脱水缩合 D．组成蛋白质的氨基酸之间只通过脱水缩合进行连接[解析]不同蛋白质的结构与功能不同，故所含有的氨基酸的数量不完全相同，A正确；结构不同的蛋白质可能具有相似的功能，如唾液淀粉酶和胰淀粉酶，结构不同，但都能催化淀粉水解，B正确；不同的蛋白质，其组成的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，因而在合成蛋白质时，氨基酸可按不同的排列顺序脱水缩合，C正确，蛋白质中的氨基酸多数通过脱水缩合相连，但链之间可以通过其他的键连接，如二硫键，D错误。1．利用形成蛋白质的结构图解完成相应的计算规律肽链数目氨基酸数目肽键数目脱去水分子数多肽的相对分子质量氨基数目羧基数目1条mm－1m－1ma－18(m－1)至少1个至少1个n条mm－nm－nma－18(m－n)至少n个至少n个注：设氨基酸的平均相对分子质量为a。知识贴士①有时还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现二硫键(—S—S—)时(二硫键由—SH和—SH脱去2个H后构成)，要再减去2(即两个氢原子)，若无特殊说明，不考虑二硫键。②若为环状多肽(肽链两端的氨基和羧基脱水后会形成环状多肽)，则可将公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。典例3下图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两条相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为(D)A．m,18mB．(m－4)，18(m－4)C．(m－3)，18(m－3)＋4D．(m－2)，18(m－2)＋4[解析]由图可知，该蛋白质分子有两条肽链和一个环状多肽，故形成该蛋白质分子时失去水分子数为氨基酸数－链状多肽数，即(m－2)，由于有2个二硫键，而形成一个二硫键失去2个“H”，所以形成该蛋白质分子时减少的相对分子质量为18(m－2)＋4。典例4某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均相对分子质量为a，该蛋白质所含的氨基酸个数为b/3，则该蛋白质的相对分子质量约为(C)A．2/3ab－6b＋18n B．1/3ab－6bC．1/3ab＋18n－6b D．1/3ab－18n－6b[解析]eq\f(b,3)个氨基酸总相对分子质量为eq\f(b,3)·a，脱去水的相对分子质量为18·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,3)－n))，所以该蛋白质的相对分子质量为eq\f(b,3)·a－18·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,3)－n))＝eq\f(1,3)ab－6b＋18n。2．利用原子守恒法完成蛋白质的计算在一个氨基酸中，若不考虑R基，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。氨基酸在脱水缩合形成多肽(无特殊说明时，通常指链状多肽)时，要失去部分水分子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。(1)C原子数＝氨基酸分子数×2＋R基上的C原子数。(2)H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－脱去的水分子数×2。(3)O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去的水分子数。(4)N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。(5)由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，所以以氮原子数或氧原子数为突破口，计算氨基酸的分子数。典例5经分析某个多肽中有O原子p个，N原子q个，它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸。经分析推算可知，1分子该多肽水解得到的赖氨酸个数为(D)A．p－q B．q－pC．p－q＋1 D．q－p＋1[解析]根据观察可知，四种氨基酸的R基中都不含O原子，只有赖氨酸的R基中含有1个N原子。多肽中O原子数＝各氨基酸中的O原子总数－脱去水分子数，由于R基中都不含O原子，所以O原子数＝氨基酸数＋1，N原子数＝各氨基酸中N原子数＝氨基酸数＋R基中N原子数，故根据O原子数计算出多肽中的氨基酸数为p－1，多肽中含有的赖氨酸数＝N原子数－氨基酸数＝q－(p－1)＝q－p＋1。典例6分析多肽E和多肽F(均有一条肽链组成)得到以下结果(单位：个)，多肽E和多肽F中氨基酸的数目可能是(D)元素或基团CHON氨基羧基多肽E201348625332多肽F182294555461A．199和181 B．340和281C．58和53 D．51和49[解析]本题主要考查多肽的结构特点。N元素存在于氨基(—NH2)或R基上，对于一条多肽链来说，一端是氨基，如果还有氨基存在，则只能在R基上，所以多肽E和多肽F的R基中分别有2个和5个氨基，且一般分别位于不同的氨基酸上。所以多肽E的氨基酸数可能为53－2＝51(个)，多肽F的氨基酸数可能为54－5＝49(个)。1．每种氨基酸至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸的种类由R基(侧链基团)决定。2．脱水缩合是一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水的过程。3．氨基酸分子以脱水缩合的方式形成肽键，由肽键连接氨基酸分