第2章 组成细胞的分子 第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者-2024-2025学年高一生物必修一（人教版）教学课件

第4节蛋白质是生命活动的主要承担者1.归纳概括氨基酸的结构通式和特点,阐明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。2.分析蛋白质分子结构多样性和功能多样性的关系,举例说明蛋白质的结构是与功能相适应的。3.说出氨基酸构成多肽链或蛋白质分子的过程。4.阐明蛋白质是生命活动的主要承担者。「学习目标」预习案·自主学习一、蛋白质的功能1.与生命活动的关系细胞的各项生命活动都离不开蛋白质,蛋白质是生命活动的

。主要承担者2.蛋白质的功能举例功能举例构成

的重要物质羽毛、肌肉、蛛丝、头发等的成分主要是蛋白质

作用绝大多数酶都是蛋白质运输作用

(能运输氧)调节机体的生命活动胰岛素等蛋白质类激素免疫作用

(可以抵御抗原的侵害)细胞和生物体结构催化血红蛋白抗体二、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。①数量关系:每种氨基酸至少都含有一个

和一个

。②位置关系:都有一个氨基和一个羧基连接在

上。羧基(—COOH)氨基(—NH2)同一个碳原子③不同氨基酸的

不同。侧链基团(R基)2.种类(1)氨基酸的种类由

决定。在人体中,组成蛋白质的氨基酸有

种。侧链基团21外界环境中获取人体细胞合成三、蛋白质的结构及其多样性1.脱水缩合的过程(1)该图表示的生理过程是

。(2)写出字母代表的结构或名称:a为

,b为

。脱水缩合肽键二肽(3)判断产物H2O中原子的来源:H来自R1所在氨基酸的

和R2所在氨基酸的

;O来自R1所在氨基酸的

。羧基氨基羧基2.蛋白质的结构层次元素组成:

等元素↓氨基酸:蛋白质的基本组成单位↓脱水缩合二肽:由

缩合而成的化合物↓多肽:由

缩合而成的化合物,通常呈

结构↓蛋白质:具有一定的

C、H、O、N两个氨基酸多个氨基酸链状空间结构3.蛋白质结构多样性的原因(1)氨基酸方面:不同蛋白质含有的氨基酸的

、

、

不同。(2)肽链方面:肽链的

方式及其形成的

千差万别。4.蛋白质结构与功能的关系(1)蛋白质的结构与功能相适应。蛋白质分子中

改变或蛋白质的

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

被破坏,从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。种类数目排列顺序盘曲、折叠空间结构氨基酸序列空间结构空间构象[正误判断](1)最简单的氨基酸——甘氨酸的R基为—H,则其分子式为C2H5O2N。(

)(2)氨基酸脱水缩合形成蛋白质时会产生水,水中的氢全部来自羧基。(

)提示:氨基酸脱水缩合形成蛋白质时会产生水,水中的氢来自氨基和羧基。√×(3)蛋白质的营养价值取决于所含必需氨基酸的种类及含量。(

)(4)蛋白质变性是肽键的断裂造成的。(

)提示:蛋白质变性是空间结构被破坏造成的。(5)生物体内所有的酶都是蛋白质。(

)提示:绝大多数酶是蛋白质。√××(6)氨基酸的元素组成多样是蛋白质的结构多样性的原因之一。(

)提示:氨基酸的种类、数目、排列顺序及多肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别是蛋白质结构多样性的原因。(7)非必需氨基酸是指人不一定需要的氨基酸。(

)提示:非必需氨基酸是指人体细胞可以合成的氨基酸。××探究案·互动探究探究一氨基酸的结构和种类「问题情境」观察下面四种氨基酸的分子结构示意图,探究下列问题。(1)比较这四种氨基酸,各种氨基酸的共有元素是

,其中半胱氨酸还含有

元素。(2)比较这四种氨基酸,写出构成蛋白质的氨基酸共有的部分是

,这四种氨基酸分子的R基分别是

,各种氨基酸之间的区别在于

的不同。C、H、O、NS—CH3、—CH2—SH、—(CH2)4—NH2、—CH2—COOH侧链基团(R基)(3)观察天冬氨酸和赖氨酸的结构,分析每种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基吗?若有两个或两个以上的氨基或羧基,多出来的氨基或羧基分布在哪里?提示:每种氨基酸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接在同一个碳原子上,其余的氨基或羧基分布在R基中。(4)不同的氨基酸元素组成一定相同吗?提示:不一定。有些氨基酸含有S,有些氨基酸不含S。归纳总结氨基酸结构通式分析找出氨基酸的共同点,即图中“不变部分”(连接在同一碳原子上的—NH2、—COOH和—H),剩下的部分即为R基。倘若找不到上述“不变部分”,则不属于构成蛋白质的氨基酸。1.人体中组成蛋白质分子的21种氨基酸在结构上不同主要是因为(

)A.碱基的数量不同 B.羧基的数量不同C.氨基的位置不同 D.R基不同「即时应用」√解析:构成蛋白质的氨基酸分子中至少含有一个氨基和一个羧基,且连在同一个碳原子上,不同的氨基酸含有不同的R基,这是区分氨基酸的依据。2.蚕和蜘蛛吐出的细而坚韧的丝、雄孔雀求偶季节展示的华丽的羽毛、羚羊浓密的毛和坚硬的角,这些看似完全不同的物质,却是由结构大同小异的同一类蛋白质,即角蛋白构成的。以下可作为组成角蛋白的基本单位的是(

)A.B.C.D.√解析:A、C、D项中的氨基(—NH2)和羧基(—COOH)没有连在同一个碳原子上,不能作为组成角蛋白的基本单位;组成蛋白质的氨基酸都至少含有一个氨基和一个羧基,且有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。探究二蛋白质的形成过程及结构「问题情境」1.如图是两个氨基酸脱水缩合的过程,请回答下列问题。(1)据图分析,氨基酸脱水缩合产生的H2O中的H、O分别来自哪里?提示:H来自氨基和羧基,O来自羧基。(2)生成图中的二肽,需要脱去的水分子数目和形成的肽键数目分别是多少?n个氨基酸形成一条肽链需要脱去的水分子数目和形成的肽键数目分别是多少?提示:1个,1个。共脱去(n-1)个水分子,形成(n-1)个肽键。(3)肽链中还有没有游离的氨基和羧基?如果有,它们位于哪里?提示:有,肽链中游离的氨基和羧基分别位于肽链的两端和R基中。2.如图是氨基酸之间发生一系列反应形成血红蛋白的过程,探究下列问题。(4)从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次?提示:氨基酸→二肽→多肽→肽链盘曲、折叠→具有一定空间结构的蛋白质。(5)若两种蛋白质的氨基酸数量、种类和排列顺序相同,这两种蛋白质的结构是否相同?为什么?提示:两种蛋白质的结构不一定相同,因为蛋白质的空间结构可能不同。(6)请结合教材内容,分析蛋白质的空间结构形成的原因。提示:一是氨基酸之间形成氢键,使得肽链能盘曲、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质分子;二是许多蛋白质含有两条或多条肽链,肽链之间通过一定的化学键如二硫键相互连接形成更为复杂的空间结构。归纳总结1.蛋白质结构多样性与功能多样性的关系2.蛋白质的水解、变性和盐析(1)水解:蛋白质或多肽中肽键断裂,分解为氨基酸的过程称为水解,与脱水缩合的过程相反,这个过程需要蛋白酶或肽酶的催化,如食物中的蛋白质在消化道内最终成为氨基酸。(2)变性: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,从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。如鸡蛋煮熟后,无法再孵化。(3)盐析:向蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后,可降低蛋白质的溶解度,使蛋白质凝聚而从溶液中析出,这种作用称为盐析,这是物理变化,可复原。如向鸡蛋清中加入一些食盐,出现白色絮状物,加水稀释后絮状物消失。3.如图表示有关蛋白质分子的简要概念图,对图示分析正确的是(

)A.a中一定含有的元素是C、H、O、N、SB.①过程发生的化学反应称为脱水缩合,反应产生的水中的氢分别来自氨基和羧基C.多肽链中b的数目等于c的数目D.蛋白质的种类有21种「即时应用」√解析:图中a是组成蛋白质的元素,蛋白质的基本组成元素为C、H、O、N,蛋白质中不一定含有S等元素;b为蛋白质的基本单位氨基酸,氨基酸分子相互结合形成多肽的过程为脱水缩合,因此①为脱水缩合,该反应产生的水中的氢分别来自氨基和羧基;在一条多肽链中,多肽中c肽键的数目=b氨基酸的数目-肽链的数目;组成人体蛋白质的氨基酸种类约为21种,而蛋白质的种类具有多样性。4.如图是某多肽结构简式,据此判断下列说法正确的是(

)A.该多肽是由6个氨基酸组成的六肽B.该多肽彻底水解后相对分子质量将增加108C.该多肽在脱水缩合前含有7个氨基和9个羧基D.该多肽含有7种氨基酸√解析:由题图可知,该多肽是由7个氨基酸组成的七肽;该多肽彻底水解时,6个肽键都断裂,会结合6个水分子,故七肽彻底水解,相对分子质量将增加6×18=108;该多肽在脱水缩合前含有8个氨基和9个羧基;氨基酸的R基不同,种类也不同,由此判断该多肽含有6种氨基酸。方法技巧解答肽链图试题的一般方法(1)要先找出肽键,以确定氨基酸的数量。(2)找出R基。如果多肽链较长,要抓住“—N—C—C—”这一主线,排除其他化学符号的干扰,中间的C原子上所连的必为R基和—H。注意有时同一肽链中具有相同的R基,因此回答氨基酸种类时要考虑此种可能。(3)解题时可以按照以下步骤进行:找到所有的肽键→用长竖线将多肽分成多个部分,每一部分是一个氨基酸残基→得出氨基酸数目,有几个氨基酸就是几肽→找出氨基酸的R基,确定氨基酸的种类。课堂小结思维导图金句必备1.蛋白质的功能:构成细胞和生物体结构、催化、运输、调节和免疫等。2.氨基酸是组成蛋白质的基本单位,含有C、H、O、N等元素。3.氨基酸通过脱水缩合的方式形成蛋白质或多肽。4.每种氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。5.蛋白质多样性的原因:组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同及肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。6.如果构成蛋白质的氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变,就可能影响其功能。随堂检测1.如图为氨基酸分子的结构通式,下列叙述正确的是(

)A.由于氨基酸之间能够形成氢键等,从而使得肽链能盘曲、折叠形成蛋白质B.氨基酸脱水缩合产生水,水中的氢来自②和③C.结构④中含有的氨基或羧基全部都参与脱水缩合D.符合图示结构式的分子均可与双缩脲试剂呈现紫色反应√12341234解析:由于氨基酸之间能够形成氢键等,从而使得肽链能盘曲、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质分子;氨基酸脱水缩合脱去的水中的氢来自羧基和氨基,①是氨基、③是羧基;④是R基,R基中含有的氨基或羧基不参与脱水缩合反应;与双缩脲试剂发生紫色反应的是含有两个以上肽键的化合物,所以符合图示结构式的分子不可与双缩脲试剂发生紫色反应。2.如图表示氨基酸脱水缩合的产物,该化合物的名称是(

)A.二肽 B.三肽C.四肽 D.蛋白质√23412341解析:图示化合物含有2个肽键,是由3个氨基酸脱水缩合形成,所以该化合物的名称是三肽。3.生长激素和胰岛素都是人体内对生命活动起着重要调节作用的蛋白质类激素,但是功能不同,与此无关的是(

)A.氨基酸的数目、种类和排列顺序B.构成蛋白质的多肽链的数目C.构成蛋白质的多肽链的空间结构D.氨基酸至少含一个氨基和一个羧基√34123412解析:构成蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序不同,蛋白质的结构则不同;构成蛋白质的多肽链的数目不同,蛋白质的结构也不同;多肽链的空间结构不同,蛋白质的结构也不同。因此,A、B、C三项都是蛋白质结构多样性的原因。4.用氨基酸自动分析仪测定几种多肽化合物和蛋白质的氨基酸数目,结果如下表。请回答下列问题。1234化合物氨基酸数目多肽化合物①催产素9②牛加压素9③血管舒张素9④平滑肌舒缓素10⑤猪促黑色素细胞激素13⑥人促黑色素细胞激素22蛋白质⑦牛胰蛋白酶223⑧人胰岛素51⑨免疫球蛋白764⑩人血红蛋白574(1)表中①②③的氨基酸数目虽然相同,但其生理作用彼此不同,这是因为它们的

不同。

1234氨基酸的种类和排列顺序解析:(1)①②③的氨基酸数目虽然相同,但其生理作用彼此不同,原因是氨基酸的种类和排列顺序不同。(2)表中③与④、⑤与⑥虽然功能相似,但各自具有专一性。它们之间的差异主要取决于

。1234氨基酸的种类、数目和排列顺序的不同解析:(2)③与④、⑤与⑥虽然功能相似,但各自具有专一性。它们之间的差异主要取决于组成多肽的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同。(3)⑧的生理功能说明蛋白质具有

功能;⑨的生理功能说明蛋白质具有

功能;⑩的生理功能说明蛋白质具有

的功能。

1234调节解析:(3)⑧胰岛素具有调节作用,从而能调节机体的生命活动;⑨免疫球蛋白,即抗体是免疫过程中的重要物质;⑩血红蛋白具有运输氧气的功能。免疫运输(4)这些实例说明蛋白质的分子结构具有

,这种特点决定了

。

1234多样性解析:(4)表中实例说明蛋白质的结构具有多样性,蛋白质结构的多样性决定了蛋白质功能的多样性。蛋白质功能的多样性联系实际·迁移应用抗体是由2条相同的H链和2条相同的L链通过链间二硫键连接而成的结构。整个抗体分子可分为恒定区(C)和可变区(V)两部分(如图所示)。在同一个物种中,不同抗体分子的恒定区都具有相同的或几乎相同的氨基酸序列。探究:(1)同一个体中抗体的种类繁多,试分析其原因。提示:抗体V区中蛋白质的空间结构不同。(2)图中抗体能与何种抗原特异性结合?提示:a。(3)除抗体能帮助我们的身体抵御病原体之外,日常生活和临床医务工作中我们也经常应用酒精、加热、紫外线灯来进行消毒杀菌,试分析其原理。提示:酒精、加热、紫外线等方法均能引起细菌和病毒的蛋白质变性。微课1蛋白质的合成与水解过程有关的计算【知识方法】1.蛋白质相对分子质量、氨基酸数、氨基(羧基)数、肽链数、肽键数和脱去水分子数的关系(1)肽键数=脱去水分子数=氨基酸数-肽链数(对于环状多肽来说,肽键数=氨基酸数=脱去的水分子数)。(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(若有p个二硫键生成,则还应减去2p)。(3)若组成某蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量为a,该蛋白质由n个氨基酸构成。项目一条肽链m条肽链肽键数目n-1n-m脱去水分子数目n-1n-m肽链相对分子质量Na-18(n-1)Na-18(n-m)氨基数目至少1个至少m个羧基数目至少1个至少m个注: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条链状多肽或m条链状多肽。(4)环肽的脱水数目和肽键数目与氨基酸数目相等。(5)二硫键“—S—S—”是由两个“—SH”脱下2个H形成的,计算相对分子质量时需要考虑。2.蛋白质中各原子数的计算观察如图所示的三肽化合物(1)碳原子数=R基中碳原子数+氨基酸个数×2。(2)氢原子数=各氨基酸中氢原子的总数-脱去水分子数×2=R基中氢原子数+(氨基酸个数+肽链数)×2。(3)氧原子数=各氨基酸中氧原子的总数-脱去水分子数=R基上的氧原子数+氨基酸个数+肽链数。(4)氮原子数=各氨基酸中氮原子的总数=R基上的氮原子数+氨基酸数。3.氨基酸的排列与多肽种类的计算(1)假若有n种氨基酸(数量不限)形成一个三肽,那么形成三肽的种类有n3种。(2)假若有n种氨基酸(数量不限)形成一个m肽,则形成的多肽种类有nm种。(3)假若有n种氨基酸形成一个三肽,且每种氨基酸只有一个,则形成三肽的种类有n(n-1)(n-2)种。【突破训练】1.现有102个氨基酸,其中氨基有109个,羧基有106个,则由这些氨基酸合成的含有5条肽链的蛋白质中共有肽键、游离的氨基和羧基数目分别是(

)A.107、9、12 B.97、12、9C.98、9、12 D.97、11、14√解析:该蛋白质是由102个氨基酸形成含5条肽链,因此肽键数=102-5=97(个);组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基,102个氨基酸中,氨基总数为109个,羧基总数为106个,说明有7个氨基酸的R基中含有氨基,4个氨基酸中的R基上含有羧基,因此该蛋白质的游离氨基数是5+7=12(个),羧基数是5+4=9(个)。2.某非环状多肽,经测定其分子式是C25HxOyN5S2,该多肽上有一个二硫键(—S—S—是由两个—SH缩合而成的),其他R基团没有参与反应。已知该多肽是由下列氨基酸中的某几种作为原料合成的:苯丙氨酸(C9H11NO2)、天冬氨酸(C4H7NO4)、丙氨酸(C3H7NO2)、亮氨酸(C6H13NO2)、半胱氨酸(C3H7NO2S)。下列有关该多肽的叙述,错误的是(

)A.该多肽中氧原子数是6B.该多肽彻底水解后能产生4种氨基酸C.该多肽有4个肽键,为五肽化合物D.该多肽形成过程中相对分子质量减少了74√解析:题中每一个氨基酸只含有一个氮,而C25HxOyN5S2含有5个氮,所以该多肽含有5个氨基酸,由于该多肽含有2个S,而氨基酸中只有半胱氨酸含有S,所以有2个半胱氨酸。再根据C原子的数目总共是25个,去掉2个半胱氨酸的6个碳,还有19个碳、3个氨基酸,所以这3个氨基酸是苯丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸。所以氧原子的总数是4+2+4+2-4=8;该多肽是由4种氨基酸(2个半胱氨酸、1个苯丙氨酸、1个天冬氨酸、1个亮氨酸)脱水缩合形成的;该多肽由5个4种氨基酸组成,故含有4个肽键;该多肽形成4个肽键,脱去4个水分子,形成一个二硫键,脱去2个氢原子,故形成过程中相对分子质量减少了4×18+2=74。3.某直链多肽含4个缬氨酸(C5H11NO2),蛋白酶1作用于缬氨酸氨基端的肽键,蛋白酶2作用于缬氨酸羧基端的肽键。该多肽分别经酶1和酶2作用后的情况如图所示。下列叙述正确的是(

)A.该多肽的肽键有19个B.该多肽链至少含有1个游离的—COOH和5个游离的—NH2C.该多肽中缬氨酸的位置分别是第7、第8、第14、第19位D.酶1发挥作用的过程中需要消耗3个水