2024-2025学年高一生物必修第一册（人教版）课件 第2章 组成细胞的分子 第4节 第2课时 蛋白质的结构及其多样性

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：_____。氨基羧基一分子水脱水缩合二肽肽键二、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。下页图展示了血红蛋白的水解和变性过程(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·讨论氨基酸怎样构成蛋白质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】[情境质疑]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。空间结构氨基中的—H和另一个氨基酸羧基中的—OH(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。(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]

两种氨基酸结构式如图，它们在形成二肽化合物时，最可能相互缩合的基团是(

)A．①与⑤

B．③与⑥C．②与⑥

D．③与④[答案]

A[解析]

①与④均为氨基，②与⑤均为羧基，③与⑥均在R基中。图示的两种氨基酸分子通过脱水缩合形成二肽，而脱水缩合是指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，同时脱去一分子水，因此最可能相互缩合的基团是①与⑤或②与④，A项符合题意。

[典例2]

(2024·福州期中)如图为牛胰岛素的结构图及其片段的分子式，该胰岛素由51个氨基酸构成，其中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的二硫键。下列说法错误的是(

)A．该牛胰岛素分子中含有49个肽键B．氨基酸脱水缩合形成胰岛素时，水中的氧原子来自羧基C．该胰岛素分子中至少有2个游离的氨基和2个游离的羧基D．形成牛胰岛素过程中相对分子质量减少了888[答案]

C[解析]该胰岛素由51个氨基酸构成，形成两条肽链，因此脱去51－2＝49(个)水，形成49个肽键，A正确；氨基酸脱水缩合是氨基(—NH2)和羧基(—COOH)发生反应，水中的氧原子来自羧基，氨基中没有氧原子，B正确；由题图可知，该胰岛素分子有两条多肽链，且至少有3个游离的氨基和3个游离的羧基，其中2个分别存在于肽链的两端，剩余的1个氨基和1个羧基分别存在于图中的R基(位置为①和⑤)中，C错误；形成牛胰岛素过程中脱去49分子水和6个氢(形成3个二硫键脱去6个氢)，因此相对分子质量减少了18×49＋1×6＝888，D正确。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，如右图所示。(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。【应用·体验】1．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答案：C

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。2．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m。下列说法错误的是(

)A．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H2OC．SS中有可能不含有游离的氨基D．SS可与双缩脲试剂发生紫色反应答案：B

解析：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＝14m－18×14＝14m－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，可与双缩脲试剂发生紫色反应，D正确。3．蛋白质分子能被肽酶降解，至于哪一肽键被断裂则决定于肽酶的类型。肽酶P能断裂带有侧链R4

的氨基酸和相邻氨基酸的氨基基团之间的肽键。下列说法正确的是(

)A．肽酶P可以催化③处的化学键断裂B．在肽酶P的作用下，经过脱水缩合可以形成两条肽链C．肽酶P可以催化①处的化学键断裂D．肽酶P可以催化①③处的化学键断裂答案：A

解析：根据题意可知，肽酶P能断裂带有侧链R4的氨基酸和相邻氨基酸的氨基基团之间的肽键，图中符合这一条件的是③处的化学键。在肽酶P的作用下，经过水解可以形成两条肽链而不是脱水缩合。新知探究(二)

蛋白质结构和功能多样性的原因【探究·深化】[情境质疑]生物界中的蛋白质种类多达1010～1012种，21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：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。(2)条件2：A、B、C三种氨基酸(每种氨基酸足够多)的情况。[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]

(2024年1月·甘肃高考适应性演练)手抓羊肉是西北地区餐桌上常见的美食，其味道鲜美，含有丰富的蛋白质。下列有关蛋白质的叙述，错误的是(

)A．煮熟后蛋白质变性，更容易被人体消化B．蛋白质可分解成氨基酸被人体细胞吸收C．人体细胞的生命活动主要由蛋白质承担D．蛋白质的功能主要取决于氨基酸的种类[答案]

D[解析]

煮熟后蛋白质变性，此时蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解，因此更容易被人体消化，A正确；蛋白质的基本单位是氨基酸，蛋白质可分解成氨基酸被人体细胞吸收，B正确；蛋白质是生命活动的主要承担者，具有催化、运输、免疫等功能，人体细胞的生命活动主要由蛋白质承担，C正确；蛋白质的结构决定其功能，蛋白的结构与氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链盘曲、折叠形成的空间结构等都有关，D错误。

[典例2]如图所示，一分子的胰岛素原切去C肽(图中箭头表示切点)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][答案]

D[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。【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→⑤ B．①→②→③→④→⑤→⑥C．②→①→⑥→③→④→⑤ D．②→①→③→⑤→④→⑥答案：D

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。2．下图为有关蛋白质分子的简要概念图，下列对图示分析正确的是(

)A．a中肯定含有S元素B．多肽中b的数目等于c的数目C．①过程都是经过脱水缩合完成的D．蛋白质结构和功能多样性是由于氨基酸种类多造成的答案：C

解析：根据蛋白质的结构层次可知，a表示构成氨基酸的元素，有C、H、O、N等，可能含有S，但是不一定都有S。b表示氨基酸，c表示氨基酸分子脱水缩合形成的肽键，对于环状肽而言，b的数目等于c的数目，而对于链状肽，b的数目－肽链数目＝c的数目。①表示氨基酸分子脱水缩合形成多肽的过程。生物体中组成蛋白质的氨基酸种类约有21种，但氨基酸数目成百上千、组成肽链的排列顺序千变万化，多肽链的空间结构千差万别，从而导致蛋白质的结构和功能多种多样。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。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尿素中用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．(2023·湖北高考)球状蛋白分子空间结构为外圆中空，氨基酸侧链极性基团分布在分子的外侧，而非极性基团分布在内侧。蛋白质变性后，会出现生物活性丧失及一系列理化性质的变化。下列叙述错误的是(

)A．蛋白质变性可导致部分肽键断裂B．球状蛋白多数可溶于水，不溶于乙醇C．加热变性的蛋白质不能恢复原有的结构和性质D．变性后生物活性丧失是因为原有空间结构破坏答案：A

解析：蛋白质变性是指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，蛋白质变性一般不会导致肽键断裂，A错误；球状蛋白分子中氨基酸侧链极性基团分布在分子的外侧，而非极性基团分布在内侧，致使球状蛋白多数可溶于水，不溶于乙醇，B正确；加热变性的蛋白质，其空间结构和性质的改变是不可逆的，因此加热变性的蛋白质不能恢复原有的结构和性质，C正确；结构决定功能，变性后的蛋白质原有空间结构被破坏导致其生物活性丧失，D正确。2．血红蛋白是红细胞内运输氧的特