2024-2025學(xué)年新教材高中生物第2章組成細(xì)胞的分子第4節(jié)蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者學(xué)案新人教版必修13

PAGE10-第4節(jié)蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要擔(dān)當(dāng)者課標(biāo)內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對(duì)接闡明蛋白質(zhì)通常由21種氨基酸分子組成，它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成。1.生命觀念——通過對(duì)蛋白質(zhì)的學(xué)習(xí)，建立生命的物質(zhì)性的觀點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)與功能觀角度理解蛋白質(zhì)的多樣性。2．科學(xué)思維——從氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)理解氨基酸脫水縮合的過程，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型解答與蛋白質(zhì)有關(guān)的計(jì)算問題。3．社會(huì)責(zé)任——從蛋白質(zhì)功能多樣性角度明確蛋白質(zhì)與人體健康的關(guān)系。一、蛋白質(zhì)的功能1．蛋白質(zhì)是目前已知的結(jié)構(gòu)最困難、功能最多樣的分子。細(xì)胞核中的遺傳信息，往往要表達(dá)成蛋白質(zhì)才能起作用。2．主要功能及舉例類別功能舉例結(jié)構(gòu)蛋白很多蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白等功信息傳遞對(duì)細(xì)胞和生物體的生命活動(dòng)有重要的調(diào)整作用胰島素、生長激素等能催化作用催化細(xì)胞內(nèi)的多種化學(xué)反應(yīng)大多數(shù)酶等蛋運(yùn)輸作用有些蛋白質(zhì)具有運(yùn)輸功能血紅蛋白等白防衛(wèi)作用能抵擋侵入人體或高等動(dòng)物體內(nèi)的抗原物質(zhì)抗體等二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸1．種類(1)在人體中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有21種。(2)分類①依據(jù)：人體細(xì)胞能否合成。②必需氨基酸：8種。人體細(xì)胞內(nèi)不能合成，必需從外界環(huán)境中獲得。③非必需氨基酸：13種。人體細(xì)胞能夠合成，也可從外界環(huán)境中獲得。2．氨基酸的元素組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)組成氨基酸的共有元素是C、H、O、N，有的氨基酸含有S等元素。(2)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)數(shù)量關(guān)系：至少都含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基。位置關(guān)系：都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一碳原子上。各種氨基酸之間的區(qū)分在于R基的不同。三、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)推斷產(chǎn)物H2O中原子的來源eq\b\lc\{(\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))(4)多肽中氨基或羧基的含量：至少一個(gè)。2．蛋白質(zhì)的形成過程元素：C、H、O、N等↓氨基酸：蛋白質(zhì)的基本組成單位↓脫水縮合二肽：由兩個(gè)氨基酸分子縮合而成的化合物↓多肽(鏈)：由多個(gè)氨基酸分子縮合而成的化合物，通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)↓蛋白質(zhì)：具有肯定的空間結(jié)構(gòu)3．蛋白質(zhì)種類繁多的緣由在細(xì)胞中，組成一種蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目可能成千上萬，氨基酸形成肽鏈時(shí)，不同種類氨基酸的排列依次千變?nèi)f化，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別，因此，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)極其多樣。4．結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng)(1)每一種蛋白質(zhì)分子都有與它所擔(dān)當(dāng)功能相適應(yīng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，假如氨基酸序列變更或蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)變更，就可能會(huì)影響其功能。如鐮狀紅細(xì)胞中的血紅蛋白某一處的谷氨酸被纈氨酸取代，運(yùn)輸氧的實(shí)力會(huì)大大減弱。(2)蛋白質(zhì)變性：指蛋白質(zhì)在某些物理和化學(xué)因素作用下其特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的變更和生物活性丟失的現(xiàn)象。推斷對(duì)錯(cuò)(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)1．人體須要的氨基酸稱為必需氨基酸。 ()2．不同氨基酸之間的差異是由R基引起的，21種氨基酸的理化性質(zhì)是由R基確定的。 ()3．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。 ()4．氨基、羧基、R基的書寫格式分別是NH2、COOH、R。 ()5．氨基酸種類、數(shù)量及排列依次都相同的蛋白質(zhì)是同一種蛋白質(zhì)。 ()6．高溫會(huì)使蛋白質(zhì)的肽鍵斷裂。 ()7．蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞后，功能不變。 ()提示：1.×必需氨基酸是指人體不能合成，必需從外界環(huán)境中獲得的氨基酸。2．√3．×組成蛋白質(zhì)的每種氨基酸至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基。4．×?xí)鴮懜袷綉?yīng)為—NH2，—COOH，—R。5．×空間結(jié)構(gòu)不同，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同。6．×高溫破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，不破壞肽鍵。7．×蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞后，功能丟失。蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸1．氨基酸的結(jié)構(gòu)通式及推斷(1)結(jié)構(gòu)通式(2)組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸的推斷標(biāo)準(zhǔn)①數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)：至少有一個(gè)“—NH2”和一個(gè)“—COOH”?！鞍被帷边@一名詞與其分子結(jié)構(gòu)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，“氨基酸”代表了其分子結(jié)構(gòu)中主要的部分——氨基(堿性)和羧基(酸性)，分子結(jié)構(gòu)中缺少其一，都不是氨基酸。如：H2N—CH2—CH2OH?缺少—COOHHOOC—CH2—CH2—COOH?缺少—NH2②位置標(biāo)準(zhǔn)：都有一個(gè)“—NH2”和一個(gè)“—COOH”連接在同一個(gè)碳原子(中心碳原子)上。2．氨基與羧基的書寫方法提示：千萬不要遺忘在基團(tuán)前面加“—”。實(shí)踐應(yīng)用：養(yǎng)分學(xué)家認(rèn)為，最好的飲食其實(shí)是平衡膳食，要增加食物的多樣性和均衡性，五谷雜糧、肉類等要均衡。試從氨基酸角度分析平衡膳食的合理性。提示：組成蛋白質(zhì)的氨基酸有必需氨基酸和非必需氨基酸兩類，必需氨基酸人體細(xì)胞不能合成，只能從外界環(huán)境中獲得，平衡膳食可保證人體對(duì)必需氨基酸的攝入，利于身體健康。1．關(guān)于人體氨基酸的敘述，正確的是()A．人體內(nèi)全部蛋白質(zhì)都由21種氨基酸構(gòu)成B．只要含有氨基和羧基的分子就是組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸C．不同氨基酸的R基肯定不同D．非必需氨基酸不能在人體中合成C[人體內(nèi)組成蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，并不是每種蛋白質(zhì)都由21種氨基酸構(gòu)成，A錯(cuò)誤；組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸分子至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，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，B錯(cuò)誤；氨基酸的不同在于R基的不同，C正確；非必需氨基酸能在人體內(nèi)合成，不能在人體內(nèi)合成的氨基酸是必需氨基酸，D錯(cuò)誤。]2．下列哪項(xiàng)不是構(gòu)成人體蛋白質(zhì)的氨基酸()B[構(gòu)成人體蛋白質(zhì)的氨基酸至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，且連接在同一個(gè)碳原子上，B項(xiàng)中的氨基和羧基沒有連接在同一個(gè)碳原子上，因此不是構(gòu)成人體蛋白質(zhì)的氨基酸。]蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性1．多肽中氨基數(shù)、羧基數(shù)、氨基酸數(shù)、肽鍵數(shù)和脫水?dāng)?shù)的計(jì)算氨基酸平均相對(duì)分子質(zhì)量氨基酸數(shù)目肽鍵數(shù)目脫去水分子數(shù)目多肽或蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量氨基數(shù)目羧基數(shù)目一條肽鏈ann－1n－1na－18×(n－1)至少1個(gè)至少1個(gè)m條肽鏈ann－mn－mna－18×(n－m)至少m個(gè)至少m個(gè)環(huán)狀多肽annnna－18n最少為0最少為0(1)蛋白質(zhì)的水解可看作蛋白質(zhì)合成的逆過程，即合成過程中脫去水分子的數(shù)目，就是水解過程中需加入水分子的數(shù)目。(2)若肽鏈間有二硫鍵(—S—S—)，則蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量＝na－18(n－m)－2k(k為二硫鍵的個(gè)數(shù)，n為氨基酸數(shù)，m為肽鏈數(shù)，a為氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量)。(3)涉及多肽結(jié)構(gòu)圖的問題，首先，從圖中精確分辨出肽鍵；其次，確定圖中共有多少個(gè)氨基酸及每個(gè)氨基酸的R基，尤其留意R基上有無氨基、羧基；最終審清題目，按要求解答。2．蛋白質(zhì)中含有N、O原子數(shù)的計(jì)算(1)N原子數(shù)＝肽鍵數(shù)＋肽鏈數(shù)(肽鏈一端游離的氨基數(shù))＋R基上的N原子數(shù)＝各氨基酸中N原子總數(shù)。(2)O原子數(shù)＝肽鍵數(shù)＋2×肽鏈數(shù)(肽鏈一端游離的羧基數(shù))＋R基上的O原子數(shù)＝各氨基酸中O原子總數(shù)－脫去水分子數(shù)(肽鍵數(shù))。(3)H原子數(shù)＝各氨基酸H原子總數(shù)－2×肽鍵數(shù)(－2×二硫鍵數(shù))。3．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性4．氨基酸的排列與多肽種類的關(guān)系若有A、B、C三種氨基酸，則由這三種氨基酸組成肽的狀況可分下列兩種情形分析：深化探究：哺乳動(dòng)物的催產(chǎn)素具有催產(chǎn)和排乳的作用，加壓素具有上升血壓和削減排尿的作用。兩者結(jié)構(gòu)簡式如圖所示，其中各氨基酸殘基用3個(gè)字母縮寫表示。(1)結(jié)合圖示，分析催產(chǎn)素與加壓素功能不同的緣由。(2)依據(jù)催產(chǎn)素的結(jié)構(gòu)簡式圖，某同學(xué)認(rèn)為催產(chǎn)素所含游離氨基數(shù)目與參加構(gòu)成肽鏈的氨基酸種類有關(guān)。你是否同意他的說法？說出你的理由。提示：(1)兩種激素間有2個(gè)氨基酸種類不同。(2)同意。不同的氨基酸中游離的氨基數(shù)目不同，所以催產(chǎn)素含游離氨基數(shù)目與參加構(gòu)成肽鏈的氨基酸種類有關(guān)。1．下列有關(guān)如圖所示多肽的敘述中，正確的是()A．由5個(gè)氨基酸縮合而成B．有游離的氨基和羧基各1個(gè)C．有4種不同的側(cè)鏈基團(tuán)D．形成過程中失去了3分子水D[分析圖解可知，圖中多肽有三個(gè)肽鍵(—CO—NH—)，即含有4個(gè)氨基酸，A錯(cuò)誤；圖中多肽有兩個(gè)游離的羧基和一個(gè)游離的氨基，B錯(cuò)誤；圖中氨基酸的R基團(tuán)分別為—CH2—CH2—COOH、—CH3、—CH2SH、—CH3，即表示有3種不同的側(cè)鏈基團(tuán)，C錯(cuò)誤；4個(gè)氨基酸脫水縮合過程中要失去3分子水，D正確。]2．已知丙氨酸的R基是—CH3，則下列關(guān)于5個(gè)丙氨酸形成多肽的過程的敘述，正確的是()A．產(chǎn)物中含有4個(gè)肽鍵稱為四肽B．產(chǎn)物多肽的相對(duì)分子質(zhì)量比反應(yīng)物削減了90C．產(chǎn)物多肽含有5個(gè)氨基和5個(gè)羧基D．產(chǎn)物水中的H既來自氨基又來自羧基，O只來自羧基D[5個(gè)丙氨酸脫水縮合形成含有4個(gè)肽鍵的化合物稱為五肽，A錯(cuò)誤；形成該產(chǎn)物的過程中脫去了4分子水，產(chǎn)物多肽的相對(duì)分子質(zhì)量比反應(yīng)物削減了18×4＝72，B錯(cuò)誤；丙氨酸的R基中沒有氨基和羧基，因此產(chǎn)物多肽含有1個(gè)氨基和1個(gè)羧基，C錯(cuò)誤；氨基酸脫水縮合時(shí)，一個(gè)氨基酸的氨基脫去1個(gè)—H，另一個(gè)氨基酸的羧基脫去1個(gè)—OH，二者結(jié)合形成水，所以產(chǎn)物水中的H既來自氨基又來自羧基，O只來自羧基，D正確。]3．如圖表示一個(gè)由三條多肽鏈形成的蛋白質(zhì)分子，共含271個(gè)氨基酸，圖中每條虛線表示由兩個(gè)R基中的巰基(—SH)脫氫形成一個(gè)二硫鍵(—S—S—)。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．組成該分子的氨基酸最多有21種B．氨基酸合成該分子后相對(duì)分子質(zhì)量削減了4824C．該分子至少含有3個(gè)游離的氨基D．該物質(zhì)遇到雙縮脲試劑會(huì)發(fā)生紫色反應(yīng)B[組成蛋白質(zhì)的氨基酸最多有21種，A正確；由271個(gè)氨基酸合成該蛋白質(zhì)分子時(shí)，脫去268個(gè)水分子，同時(shí)在形成4個(gè)二硫鍵時(shí)脫去8個(gè)氫，即削減的相對(duì)分子質(zhì)量為268×18＋8＝4832，B錯(cuò)誤；該分子由三條多肽鏈組成，至少含有3個(gè)游離的氨基，C正確；蛋白質(zhì)遇到雙縮脲試劑會(huì)發(fā)生紫色反應(yīng)，D正確。]4．某條四十肽中有丙氨酸4個(gè)(相應(yīng)位置如圖)，現(xiàn)脫掉其中的丙氨酸，得到四條多肽鏈和五個(gè)游離氨基酸。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.該四十肽水解得到的產(chǎn)物，比原四十肽增加了4個(gè)氧原子B．若水解得到的多肽鏈共有5個(gè)羧基，則必有1個(gè)羧基在R基上C．若將得到的游離氨基酸縮合成五肽，則氨基酸序列有5種可能D．若將得到的四條多肽鏈連接成一條長鏈，則會(huì)新生成3個(gè)肽鍵A[脫掉這4個(gè)丙氨酸需斷開8個(gè)肽鍵，每斷開1個(gè)肽鍵須要1分子水，因此氧原子數(shù)目增加8個(gè)，A錯(cuò)誤；若不考慮R基中的羧基，則4條多肽鏈含有4個(gè)羧基，若新生成的4條多肽鏈總共有5個(gè)羧基，那么其中必有1個(gè)羧基在R基上，B正確；得到的5個(gè)氨基酸中有4個(gè)均為丙氨酸，因此將這5個(gè)氨基酸縮合成五肽，則有5種不同的氨基酸序列，C正確；將新生成的4條多肽鏈重新連接成一條長鏈，將脫去3個(gè)H2O，形成3個(gè)肽鍵，D正確。][課堂小結(jié)]知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納1.蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要擔(dān)當(dāng)者。2.蛋白質(zhì)是細(xì)胞的基本組成成分，具有參加組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)、催化、運(yùn)輸、信息傳遞、防衛(wèi)等重要功能。3.氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。4.每種氨基酸至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，并且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。5.蛋白質(zhì)多樣性的緣由是組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列依次不同，以及肽鏈形成的空間結(jié)構(gòu)不同。6.我國科學(xué)家1965年完成了結(jié)晶牛胰島素的合成，摘取了人工合成蛋白質(zhì)的桂冠。1．下列有關(guān)蛋白質(zhì)功能的敘述，正確的是()A．蛋白質(zhì)就是一種多肽B．具催化作用的酶都是蛋白質(zhì)C．胰島素具有調(diào)整作用D．血紅蛋白具有免疫作用C[蛋白質(zhì)具有空間結(jié)構(gòu)，多肽沒有空間結(jié)構(gòu)；絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)；胰島素具有降低血糖濃度的功能；血紅蛋白具有運(yùn)輸氧的功能。所以C選項(xiàng)正確。]2．(多選)下列各項(xiàng)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性有關(guān)的是()A．氨基酸的數(shù)目、種類和排列依次B．構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈的數(shù)目C．氨基酸至少含一個(gè)氨基和羧基D．構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽形成的空間結(jié)構(gòu)ABD[構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的數(shù)目、種類、排列依次不同，蛋白質(zhì)則不同；構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈條數(shù)不同，蛋白質(zhì)也不同；構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈形成的空間結(jié)構(gòu)不同，蛋白質(zhì)也不同。因此A、B、D三項(xiàng)都是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的緣由，只有C項(xiàng)不是。]3．谷氨酸的R基為—CH2CH2COOH，則谷氨酸的分子式是()A．C5H9O4N B．C4H9O4NC．C5H8O4N D．C4H9O5NA[由題意可知，谷氨酸的R基為—CH2CH2COOH，將谷氨酸的R基代入氨基酸的結(jié)構(gòu)通式中，整理可得谷氨酸的分子式是C5H9O4N。]4．免疫球蛋白IgG的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中—S—S—表示連接兩條相鄰肽鏈的二硫鍵。若該IgG由m個(gè)氨基酸構(gòu)成，則該IgG有肽鍵數(shù)()A．m個(gè) B．(m＋1)個(gè)C．(m－2)個(gè) D．(m－4)個(gè)D[由氨基酸脫水縮合成蛋白質(zhì)的過程中，存在這樣的關(guān)系：肽鍵數(shù)＝脫去水分子數(shù)＝氨基酸數(shù)－肽鏈數(shù)(對(duì)于非環(huán)狀多肽而言)。從圖中給出的信息可以推斷出IgG的結(jié)構(gòu)中有4條肽鏈，由于共有m個(gè)氨基酸，因此可以得出肽鍵的數(shù)量為(m－4)個(gè)。]5．依據(jù)下圖所示化合物的結(jié)構(gòu)分析回答：(1)該化合物中，①表示________，⑦表示________。(2)該化合物由________個(gè)氨基酸失去________個(gè)水分子而形成，這種反應(yīng)叫作________。