第二章　組成細(xì)胞的分子第2節(jié)　生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者-蛋白質(zhì)

第頁第2節(jié)生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．說出組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類及特點(diǎn)。(重點(diǎn))2．描述氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。(重、難點(diǎn))3．舉例說明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的多樣性。(重、難點(diǎn))核心概念氨基酸肽鍵多肽脫水縮合空間結(jié)構(gòu)一、氨基酸的種類及結(jié)構(gòu)1．種類(約__20____種)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(必需氨基酸\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(來源：外界環(huán)境獲取,種數(shù)：8種嬰兒9種)),\a\vs4\al(非必需,氨基酸)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(來源：__人體細(xì)胞合成____或外,界獲取,種數(shù)：12種))))2．氨基酸的結(jié)構(gòu)：(1)寫出圖中結(jié)構(gòu)名稱：a．__氨基____；b、d：__R基____；c：__羧基____。(2)比較圖中兩種氨基酸，寫出氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式：______。(3)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①數(shù)量關(guān)系：至少都含有__一個(gè)氨基(—NH2)____和__一個(gè)羧基(—COOH)____。②位置關(guān)系：都有__一個(gè)氨基和一個(gè)羧基____連接在__同一個(gè)碳原子____上。③各種氨基酸之間的區(qū)別在于__R基____的不同。二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性1．氨基酸的脫水縮合：(1)此生理過程的名稱是__脫水縮合____。(2)寫出字母代表的結(jié)構(gòu)或名稱：a.__肽鍵____，b.__二肽____。(3)判斷產(chǎn)物H2O中原子的來源：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(H：來自R1所在氨基酸的羧基和R2所在氨基酸的氨基,O：來自R1所在氨基酸的羧基))2．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次eq\o(→,\s\up7(C、H、O和N),\s\do5(等元素))氨基酸eq\o(→,\s\up7(脫水縮合))__多肽____eq\o(→,\s\up7(盤曲、折疊))蛋白質(zhì)3．結(jié)構(gòu)多樣性：(1)氨基酸方面：氨基酸的__種類____、__數(shù)目____、__排列順序____不同。(2)肽鏈方面：肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的__空間結(jié)構(gòu)____千差萬別。三、蛋白質(zhì)的功能(1)一切生命活動(dòng)離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。(2)蛋白質(zhì)功能舉例功能實(shí)例作為結(jié)構(gòu)蛋白羽毛、肌肉、頭發(fā)、蛛絲__催化作用____絕大多數(shù)酶__運(yùn)輸作用____載體、血紅蛋白信息傳遞和調(diào)節(jié)作用__胰島素____、生長激素等蛋白類激素免疫作用__抗體____？思考1．膠原蛋白是動(dòng)物結(jié)締組織中的主要成分，因其含有多種必需氨基酸，具有較高的滋補(bǔ)保健功能而受到廣大消費(fèi)者的青睞。實(shí)際上膠原蛋白并不能直接被人體吸收，試解釋膠原蛋白在人體中如何發(fā)揮其營養(yǎng)價(jià)值？提示：膠原蛋白在人體內(nèi)被消化分解為多種氨基酸，其中包括多種必需氨基酸，這些氨基酸可參與合成人體的蛋白質(zhì)。2．氨基酸種類和數(shù)目相同的蛋白質(zhì)是同一種蛋白質(zhì)嗎？提示：不一定。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性取決于氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。Heq\o(\s\up7(活學(xué)巧練),\s\do5(uoxueqiaolian))判斷題1．人體需要的是氨基酸稱為必需氨基酸。(×)2．組成蛋白質(zhì)的每種氨基酸分子只含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，且都連在同一個(gè)碳原子上。(×)3．含有兩個(gè)肽鍵的化合物稱為二肽。(×)4．蛋白質(zhì)肽鏈的盤曲和折疊被解開時(shí)，其特定功能會(huì)發(fā)生改變。(√)5．具有氨基和羧基的化合物，都是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸。(×)6．蛋白質(zhì)是生物體主要的能源物質(zhì)。(×)7．所有氨基酸中一定含有C、H、O、N四種元素。(√)知識(shí)點(diǎn)1氨基酸及其種類Zeq\o(\s\up7(重難拓展),\s\do5(hongnantuozhan))1．結(jié)構(gòu)通式2．氨基酸分子中一個(gè)決定關(guān)鍵：R基①?zèng)Q定氨基酸的種類和理化性質(zhì)。②決定氨基酸中所含有氨基和羧基的數(shù)目：除了連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決定氨基酸的組成元素：氨基酸結(jié)構(gòu)通式中含有C、H、O、N四種元素，若含有其他元素則一定位于R基中。知識(shí)貼士①并不是含有氨基和羧基的有機(jī)物就屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，如H2N—CH2—CH2—COOH。②R基在形成蛋白質(zhì)時(shí)并不是都不參與反應(yīng)，如R基中的—SH會(huì)參與形成蛋白質(zhì)不同多肽鏈之間的—S—S—。Deq\o(\s\up7(典例評(píng)析),\s\do5(ianlipingxi))典例1(2019·陜西西安高三期末)關(guān)于生物體內(nèi)氨基酸的敘述，正確的是(B)A．氨基酸是蛋白質(zhì)分子的基本單位，由氨基和羧基組成B．組成蛋白質(zhì)的氨基酸共有的結(jié)構(gòu)是C．每個(gè)氨基酸分子都只含有C、H、O、N四種元素D．組成人體的氨基酸都在人體內(nèi)合成[解析]氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為，不同的氨基酸R基不同，因此共有的結(jié)構(gòu)為；甲硫氨酸中含有C、H、O、N、S五種元素；必需氨基酸不能在人體內(nèi)合成。易混提醒：組成蛋白質(zhì)的氨基酸書寫的兩點(diǎn)提醒(1)“中心碳原子”有四個(gè)鄰居，其中三個(gè)固定不變，即—NH2、—COOH、—H，還有一個(gè)是可變的—R。(2)氨基、羧基和R基的正確書寫格式：—NH2、—COOH、—R(不要忘記前面要有短線“—”)。〔變式訓(xùn)練1〕兩種氨基酸(如下列結(jié)構(gòu)式)，它們在形成二肽化合物時(shí)，最可能縮合的基團(tuán)是(C)A．①③ B．②⑥C．②④ D．⑤⑥[解析]由氨基酸脫水縮合形成二肽化合物時(shí)，一個(gè)氨基酸分子的羧基和另一個(gè)氨基酸分子的氨基相連接，形成肽鍵，但不是R基團(tuán)上的羧基和氨基，因此，最可能縮合的是②④或①⑤。知識(shí)點(diǎn)2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能Zeq\o(\s\up7(重難拓展),\s\do5(hongnantuozhan))1．蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及氨基酸脫水縮合過程分析過程圖示分析1條肽鏈至少含有1個(gè)游離的—NH2和1個(gè)游離的—COOH，分別位于肽鏈的兩端。環(huán)狀肽中可能不含游離的—NH2和游離的—COOH。2．相關(guān)概念(1)脫水縮合：一個(gè)氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一個(gè)氨基酸分子的氨基(—NH2)相連接，同時(shí)脫去一分子水，這種結(jié)合方式就叫脫水縮合。(2)肽鍵：連接兩個(gè)氨基酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)叫肽鍵，結(jié)構(gòu)簡式為—CO—NH—或—NH—CO—。(3)肽：由兩個(gè)氨基酸分子經(jīng)脫水縮合而成的、含有一個(gè)肽鍵的化合物叫二肽；由三個(gè)氨基酸分子經(jīng)脫水縮合而成的、含有兩個(gè)肽鍵的化合物叫三肽；由多個(gè)氨基酸分子經(jīng)脫水縮合而成的、含有多個(gè)肽鍵的化合物叫多肽。(4)肽鏈：多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，稱為肽鏈。知識(shí)貼士①肽鍵有以下幾種寫法：—CO—NH—或—NH—CO—或(需注意的是，不管哪一種寫法，兩端均需要留有短線)。②氨基酸脫水縮合時(shí)，每形成一個(gè)肽鍵，就脫去一分子水。形成肽鍵時(shí)，相應(yīng)的—COOH失去—OH，相應(yīng)的—NH2失去—H，形成一分子H2O。③R基上的氨基和羧基一般不參與脫水縮合。3．蛋白質(zhì)多樣性原因的分析其中蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是最為重要的結(jié)構(gòu)，沒有特定的空間結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)就會(huì)失去其功能。知識(shí)貼士①蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因②蛋白質(zhì)分子可由一條或幾條肽鏈組成，不同的蛋白質(zhì)分子所含的膚鏈條數(shù)不同，因此肽鏈的數(shù)目也是蛋白質(zhì)具有多樣性的原因。③各肽鏈之間可通過一定的化學(xué)鍵(不是肽鍵)相連，如二硫鍵(—S—S—)。④高溫使蛋白質(zhì)變性的原因不是破壞了氨基酸之間的肽鍵，而是破壞了肽鏈盤曲折疊形成的空間結(jié)構(gòu)。⑤蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性是其功能多樣性的基礎(chǔ)。Deq\o(\s\up7(典例評(píng)析),\s\do5(ianlipingxi))典例2下圖是某蛋白質(zhì)的肽鏈結(jié)構(gòu)示意圖(圖甲中數(shù)字為氨基酸序號(hào))及部分肽鏈放大圖，請據(jù)圖判斷下列敘述中正確的是(D)A．該蛋白質(zhì)中含有l(wèi)條肽鏈，共124個(gè)肽鍵 B．圖乙中含有的R基是①②④⑥⑧C．從圖乙推知該肽鏈只含有2個(gè)游離的羧基 D．從圖乙推知該肽鏈至少含有2個(gè)游離的氨基[解析]圖甲為一條肽鏈的示意圖，數(shù)字為氨基酸序號(hào)，可見其共由124個(gè)氨基酸組成，含有肽鍵數(shù)＝124－1＝123個(gè)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。圖乙為肽鏈某段的放大圖。圖中③⑤⑦所示結(jié)構(gòu)是肽鍵，R基是②④⑥⑧，①是氨基，B項(xiàng)錯(cuò)誤。圖乙只是肽鏈的一段，①為肽鏈一端完整的1個(gè)氨基，②中有1個(gè)氨基，⑥⑧中各有1個(gè)羧基，⑨不是羧基。推知該肽鏈至少含有3個(gè)游離的羧基，至少含有2個(gè)游離的氨基，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。易錯(cuò)提醒：多肽≠蛋白質(zhì)(1)多肽是由多個(gè)氨基酸分子縮合而成的，也叫做肽鏈，一般沒有生物活性。(2)蛋白質(zhì)是由一條或幾條肽鏈組成的，肽鏈經(jīng)盤曲、折疊而形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，才具有生物活性?！沧兪接?xùn)練2〕(2019·成都高一檢測)下列關(guān)于蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的敘述，錯(cuò)誤的是(D)A．不同蛋白質(zhì)含有的氨基酸數(shù)量不完全相同 B．有些結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)具有相似的功能C．組成蛋白質(zhì)的氨基酸可按不同排列順序脫水縮合 D．組成蛋白質(zhì)的氨基酸之間只通過脫水縮合進(jìn)行連接[解析]不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能不同，故所含有的氨基酸的數(shù)量不完全相同，A正確；結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)可能具有相似的功能，如唾液淀粉酶和胰淀粉酶，結(jié)構(gòu)不同，但都能催化淀粉水解，B正確；不同的蛋白質(zhì)，其組成的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，因而在合成蛋白質(zhì)時(shí)，氨基酸可按不同的排列順序脫水縮合，C正確，蛋白質(zhì)中的氨基酸多數(shù)通過脫水縮合相連，但鏈之間可以通過其他的鍵連接，如二硫鍵，D錯(cuò)誤。1．利用形成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖解完成相應(yīng)的計(jì)算規(guī)律肽鏈數(shù)目氨基酸數(shù)目肽鍵數(shù)目脫去水分子數(shù)多肽的相對(duì)分子質(zhì)量氨基數(shù)目羧基數(shù)目1條mm－1m－1ma－18(m－1)至少1個(gè)至少1個(gè)n條mm－nm－nma－18(m－n)至少n個(gè)至少n個(gè)注：設(shè)氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a。知識(shí)貼士①有時(shí)還要考慮其他化學(xué)變化過程，如肽鏈上出現(xiàn)二硫鍵(—S—S—)時(shí)(二硫鍵由—SH和—SH脫去2個(gè)H后構(gòu)成)，要再減去2(即兩個(gè)氫原子)，若無特殊說明，不考慮二硫鍵。②若為環(huán)狀多肽(肽鏈兩端的氨基和羧基脫水后會(huì)形成環(huán)狀多肽)，則可將公式中的肽鏈數(shù)視為零，再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。典例3下圖為某蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中“—S—S—”為由兩個(gè)“—SH”(巰基)構(gòu)成的二硫鍵，其作用是連接兩條相鄰肽鏈。若該蛋白質(zhì)分子共由m個(gè)氨基酸組成，則形成一個(gè)該蛋白質(zhì)分子時(shí)生成的水分子數(shù)和減少的相對(duì)分子質(zhì)量分別為(D)A．m,18mB．(m－4)，18(m－4)C．(m－3)，18(m－3)＋4D．(m－2)，18(m－2)＋4[解析]由圖可知，該蛋白質(zhì)分子有兩條肽鏈和一個(gè)環(huán)狀多肽，故形成該蛋白質(zhì)分子時(shí)失去水分子數(shù)為氨基酸數(shù)－鏈狀多肽數(shù)，即(m－2)，由于有2個(gè)二硫鍵，而形成一個(gè)二硫鍵失去2個(gè)“H”，所以形成該蛋白質(zhì)分子時(shí)減少的相對(duì)分子質(zhì)量為18(m－2)＋4。典例4某蛋白質(zhì)由n條肽鏈組成，氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a，該蛋白質(zhì)所含的氨基酸個(gè)數(shù)為b/3，則該蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量約為(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)個(gè)氨基酸總相對(duì)分子質(zhì)量為eq\f(b,3)·a，脫去水的相對(duì)分子質(zhì)量為18·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b,3)－n))，所以該蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為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質(zhì)的計(jì)算在一個(gè)氨基酸中，若不考慮R基，至少含有2個(gè)碳原子、2個(gè)氧原子、4個(gè)氫原子和1個(gè)氮原子。氨基酸在脫水縮合形成多肽(無特殊說明時(shí)，通常指鏈狀多肽)時(shí)，要失去部分水分子，但是碳原子、氮原子的數(shù)目不會(huì)減少。(1)C原子數(shù)＝氨基酸分子數(shù)×2＋R基上的C原子數(shù)。(2)H原子數(shù)＝各氨基酸中H原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)×2。(3)O原子數(shù)＝各氨基酸中O原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)。(4)N原子數(shù)＝肽鍵數(shù)＋肽鏈數(shù)＋R基上的N原子數(shù)＝各氨基酸中N原子的總數(shù)。(5)由于R基上的碳原子數(shù)不好確定，且氫原子數(shù)較多，所以以氮原子數(shù)或氧原子數(shù)為突破口，計(jì)算氨基酸的分子數(shù)。典例5經(jīng)分析某個(gè)多肽中有O原子p個(gè)，N原子q個(gè)，它徹底水解后，只得到下列四種氨基酸。經(jīng)分析推算可知，1分子該多肽水解得到的賴氨酸個(gè)數(shù)為(D)A．p－q B．q－pC．p－q＋1 D．q－p＋1[解析]根據(jù)觀察可知，四種氨基酸的R基中都不含O原子，只有賴氨酸的R基中含有1個(gè)N原子。多肽中O原子數(shù)＝各氨基酸中的O原子總數(shù)－脫去水分子數(shù)，由于R基中都不含O原子，所以O(shè)原子數(shù)＝氨基酸數(shù)＋1，N原子數(shù)＝各氨基酸中N原子數(shù)＝氨基酸數(shù)＋R基中N原子數(shù)，故根據(jù)O原子數(shù)計(jì)算出多肽中的氨基酸數(shù)為p－1，多肽中含有的賴氨酸數(shù)＝N原子數(shù)－氨基酸數(shù)＝q－(p－1)＝q－p＋1。典例6分析多肽E和多肽F(均有一條肽鏈組成)得到以下結(jié)果(單位：個(gè))，多肽E和多肽F中氨基酸的數(shù)目可能是(D)元素或基團(tuán)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]本題主要考查多肽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。N元素存在于氨基(—NH2)或R基上，對(duì)于一條多肽鏈來說，一端是氨基，如果還有氨基存在，則只能在R基上，所以多肽E和多肽F的R基中分別有2個(gè)和5個(gè)氨基，且一般分別位于不同的氨基酸上。所以多肽E的氨基酸數(shù)可能為53－2＝51(個(gè))，多肽F的氨基酸數(shù)可能為54－5＝49(個(gè))。1．每種氨基酸至少都含有一個(gè)氨基(—NH2)和一個(gè)羧基(—COOH)，且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。氨基酸的種類由R基(側(cè)鏈基團(tuán))決定。2．脫水縮合是一個(gè)氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一個(gè)氨基酸分子的氨基(—NH2)相連接，同時(shí)脫去一分子水的過程。3．氨基酸分子以脫水縮合的方式形成肽鍵，由肽鍵連接氨基酸分