第3講蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能(Ⅱ)1.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性決定功能的多樣性（生命觀念）2.蛋白質(zhì)的合成及計算；模型與建模：建立蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型（科學思維）3.結(jié)合蛋白質(zhì)與人體健康方面的關(guān)系，形成關(guān)注科學發(fā)展的意識（社會責任）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能1．組成蛋白質(zhì)的氨基酸及其種類2．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性(1)多肽的形成及過程①過程a名稱：脫水縮合；場所：核糖體。②物質(zhì)b：二肽。多個氨基酸發(fā)生a過程形成的產(chǎn)物被稱為多肽。③結(jié)構(gòu)c：肽鍵，其結(jié)構(gòu)簡式為—NH—CO—(或—CO—NH—)。④H2O中H原子的來源：H來自相鄰氨基酸的氨基(—NH2)和羧基(—COOH)；O來源于羧基(—COOH)。⑤由n個氨基酸形成的一條肽鏈上至少有1個游離的氨基和1個游離的羧基，分別位于肽鏈的兩端；其余的氨基(或羧基)在R基上。(2)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次氨基酸eq\o(→,\s\up10(脫水縮合))多肽eq\o(→,\s\up10(盤曲、折疊))蛋白質(zhì)(3)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因3．區(qū)別蛋白質(zhì)的三種變化(1)鹽析：是由溶解度的變化引起的，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。(2)變性：是由于高溫、過酸、過堿、重金屬等因素導致的，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆的變化，肽鏈變得松散，喪失了生物活性，但是肽鍵一般不斷裂。(3)水解：在蛋白酶作用下，肽鍵斷裂，蛋白質(zhì)分解為短肽和氨基酸。水解和脫水縮合的過程相反。4．蛋白質(zhì)的功能(連線)eq\a\vs4\al(實例)eq\a\vs4\al(蛋白質(zhì)功能)①肌肉、毛發(fā)等 a．免疫功能②絕大多數(shù)酶 b．信息傳遞和調(diào)節(jié)③血紅蛋白 c．催化作用④胰島素 d．運輸功能⑤抗體 e．構(gòu)成細胞和生物體[提示]①－e②－c③－d④－b⑤－a1．(人教版教材必修1P23“與生活的聯(lián)系”)在雞蛋清中加入食鹽會出現(xiàn)白色絮狀物，高溫加熱后雞蛋清會呈現(xiàn)白色固體狀，導致蛋白質(zhì)出現(xiàn)這兩種情況的原因相同嗎？說明理由。[提示]不同。在食鹽作用下析出蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)沒有改變，仍維持原有的生物活性；高溫加熱后蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，喪失了原有的生物活性。2．(人教版教材必修1P38“思維拓展”)1969年，人們在墜落于澳大利亞啟遜鎮(zhèn)的隕石中發(fā)現(xiàn)了氨基酸，這些氨基酸不是來自地球。由此你可以作出什么推測？運用了什么推理方式？[提示]運用了演繹推理。氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，蛋白質(zhì)是生命活動的承擔者。隕石中有氨基酸，推測地球外可能存在生命形式。1．具有氨基和羧基的化合物，都是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸。(×)[提示]構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都有一個氨基和一個羧基連在同一個碳原子上。2．非必需氨基酸不能在人體細胞內(nèi)合成。(×)[提示]不能在人體細胞內(nèi)合成的是必需氨基酸。3．血紅蛋白中不同肽鏈之間通過肽鍵連接。(×)[提示]血紅蛋白的不同肽鏈之間的化學鍵不是肽鍵，而是其他的化學鍵。4．所有的蛋白質(zhì)在核糖體上合成后已具有正常生理功能。(×)[提示]多數(shù)蛋白質(zhì)在核糖體上合成后需加工才具有正常生理功能。5．蛋白質(zhì)肽鏈的盤曲和折疊被解開時，其特定功能并未發(fā)生改變。(×)[提示]蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)被破壞，其特定功能會改變。6．在蛋白酶的作用下，蛋白質(zhì)水解過程中肽鍵斷裂。(√)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與功能多樣性的關(guān)系1．思考蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的兩個問題(1)從哪些方面能判斷兩個蛋白質(zhì)是否為同一種蛋白質(zhì)？[提示]從組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序與多肽鏈盤曲、折疊的方式及形成的空間結(jié)構(gòu)判斷。(2)蛋白質(zhì)的變性是蛋白質(zhì)的哪些方面結(jié)構(gòu)的改變？變性后的蛋白質(zhì)的生物活性是否可恢復？[提示]蛋白質(zhì)變性是空間結(jié)構(gòu)的改變，變性后的蛋白質(zhì)活性不可恢復。2．如圖表示蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次示意圖，據(jù)圖分析：(1)組成蛋白質(zhì)的化學元素中通常含有S，S元素在b中存在于哪部分？(2)若該蛋白質(zhì)是胰島素，那么②發(fā)生的場所是哪里？(3)圖中③和④分別是什么過程？有何區(qū)別？[提示](1)存在于b的R基中。(2)由多肽到成熟分泌蛋白的形成發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中。(3)③是變性的過程，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)喪失；④是水解的過程，蛋白質(zhì)中肽鍵斷裂。考查組成蛋白質(zhì)的氨基酸1．下列關(guān)于氨基酸結(jié)構(gòu)的敘述，錯誤的是()A．每個氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基，并且都連接在同一個碳原子上B．生物體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種，其結(jié)構(gòu)上的不同在于R基的不同C．亮氨酸的R基為—C4H9，則它的分子式為C6H13O2ND．半胱氨酸和甲硫氨酸均含有S，S一定位于R基中A[組成蛋白質(zhì)的氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基，并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上，而不是全部的氨基和羧基都連接在同一個碳原子上，如果還有氨基和羧基，一定是在R基上，A項錯誤。]2．(2019·山西四校聯(lián)考)下列關(guān)于人體氨基酸的敘述，正確的是()A．氨基酸是胰島素等各種激素分子的基本單位B．不同氨基酸的R基一定不同C．酪氨酸缺乏是人患白化病的根本原因D．非必需氨基酸的合成與基因的功能無關(guān)B[有些激素如性激素不是蛋白質(zhì)；氨基酸的不同在于R基的不同；患白化病的根本原因是基因突變造成酪氨酸酶缺少，合成黑色素減少；非必需氨基酸的合成需要酶的催化，該酶是蛋白質(zhì)，與基因功能有關(guān)。]“兩看法”判斷組成蛋白質(zhì)的氨基酸考查蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能3．(2019·濰坊期中)下列關(guān)于蛋白質(zhì)的敘述，正確的是()A．蛋白質(zhì)中的氮主要存在于氨基中B．蛋白質(zhì)中肽鍵的數(shù)量與蛋白質(zhì)多樣性有關(guān)C．胰島素具有信息傳遞作用，可直接參與細胞的代謝D．血紅蛋白中含有鎂元素，可運輸氧氣或二氧化碳B[蛋白質(zhì)中的氮主要存在于肽鍵中，A項錯誤；蛋白質(zhì)中肽鍵的數(shù)量與蛋白質(zhì)多樣性有關(guān)，B項正確；胰島素具有信息傳遞作用，但不直接參與細胞的代謝，C項錯誤；血紅蛋白中含有鐵元素，可運輸氧氣或二氧化碳，D項錯誤。]4．(2019·唐山期末)下列關(guān)于蛋白質(zhì)組成的細胞結(jié)構(gòu)的敘述，錯誤的是()A．由蛋白質(zhì)和糖類組成的結(jié)構(gòu)具有識別信號分子的作用B．由蛋白質(zhì)和DNA組成的結(jié)構(gòu)具有遺傳信息載體的功能C．由蛋白質(zhì)和RNA組成的結(jié)構(gòu)具有合成蛋白質(zhì)的功能D．由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)具有流動性的功能特點D[由蛋白質(zhì)和糖類組成的結(jié)構(gòu)是糖蛋白，位于細胞膜上，具有識別信號分子的作用，A正確；由蛋白質(zhì)和DNA組成的結(jié)構(gòu)是染色體，染色體是遺傳信息的載體，B正確；由蛋白質(zhì)和RNA組成的細胞器是核糖體，具有合成蛋白質(zhì)的功能，C正確；細胞膜主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，其結(jié)構(gòu)特點是流動性，功能特點是選擇透過性，D錯誤。]幾種常見蛋白質(zhì)的分布和功能名稱分布功能絕大多數(shù)酶細胞內(nèi)或細胞外降低化學反應(yīng)的活化能(催化作用)載體蛋白細胞膜運輸某些物質(zhì)，如離子、氨基酸等通道蛋白細胞膜運輸水、K＋、Na＋等糖蛋白細胞膜外表面保護、潤滑、識別等核孔復合體核膜核質(zhì)之間物質(zhì)交換、信息交流某些激素(如生長激素、促甲狀腺激素、胰島素、胰高血糖素等)內(nèi)環(huán)境中傳遞信息、調(diào)節(jié)生命活動抗體內(nèi)環(huán)境中消滅抗原血紅蛋白紅細胞內(nèi)主要運輸氧氣和部分二氧化碳蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)計算有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的計算規(guī)律1．氨基數(shù)和羧基數(shù)的計算。(1)氨基數(shù)＝肽鏈數(shù)＋R基中的氨基數(shù)＝氨基酸中所有的氨基數(shù)－肽鍵數(shù)。(2)羧基數(shù)＝肽鏈數(shù)＋R基中的羧基數(shù)＝氨基酸中所有的羧基數(shù)－肽鍵數(shù)。2．肽鍵數(shù)、脫去水分子數(shù)和蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的計算。假設(shè)氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為a，由n個氨基酸分別形成1條鏈狀多肽或m條鏈狀多肽：形成肽鏈數(shù)形成肽鍵數(shù)脫去水分子數(shù)氨基數(shù)目羧基數(shù)目多肽相對分子質(zhì)量1n－1n－1至少1個至少1個an－18(n－1)mn－mn－m至少m個至少m個an－18(n－m)1．一條肽鏈中只含有一個游離的氨基和一個游離的羧基。(×)[提示]一條肽鏈至少含有一個游離的氨基和一個游離的羧基。2．某蛋白質(zhì)由m條肽鏈、n個氨基酸組成，該蛋白質(zhì)至少含有—COOH、—NH2、氧原子的個數(shù)分別為m、m、n＋m。(√)3．某甜味肽的分子式為C13H16O5N2，則該甜味肽可能是二肽。(√)4．環(huán)狀肽中一定不含游離的氨基和羧基。(×)[提示]R基中可能有游離的氨基和羧基。利用原子守恒法計算肽鏈中原子數(shù)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式是解答此類題目的突破口。在一個氨基酸中，若不考慮R基，至少含有2個碳原子、2個氧原子、4個氫原子和1個氮原子。在脫水縮合形成多肽時，要失去部分氫、氧原子，但是碳原子、氮原子的數(shù)目不會減少。其相關(guān)數(shù)量關(guān)系如下：1．碳原子數(shù)＝氨基酸的分子數(shù)×2＋R基上的碳原子數(shù)。2．氫原子數(shù)＝各氨基酸中氫原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)×2。3．氧原子數(shù)＝各氨基酸中氧原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)。4．氮原子數(shù)＝肽鏈數(shù)＋肽鍵數(shù)＋R基上的氮原子數(shù)＝各氨基酸中氮原子的總數(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，因此以氮原子數(shù)或氧原子數(shù)的計算為突破口，計算氨基酸的分子式或氨基酸個數(shù)最為簡便。如圖為無活性的胰島素原加工為有活性的胰島素的過程，據(jù)圖填寫相關(guān)內(nèi)容。(1)切除C肽過程需要什么酶？在哪一細胞器中完成？(2)有活性的胰島素至少含有幾個氨基？幾個羧基？幾個肽鍵？[提示](1)蛋白酶高爾基體(2)2249考查多肽或蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1．(2019·甘肅靈臺二中月考)如圖是某一多肽鏈的分子結(jié)構(gòu)式，據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是()A．①是氨基，⑤是羧基B．該多肽鏈中只有一個肽鍵，是④C．該多肽鏈中的R基有②③⑥D(zhuǎn)．該多肽鏈形成時失去了兩分子水B[分析題圖，圖中①為氨基，⑤為羧基，A項正確。該多肽鏈中共有兩個肽鍵，B項錯誤。該多肽鏈中的R基有三個，為圖中②③⑥，C項正確。該多肽鏈中有兩個肽鍵，形成時失去了兩分子水，D項正確。]2．(2018·江蘇高考)哺乳動物的催產(chǎn)素具有催產(chǎn)和排乳的作用，加壓素具有升高血壓和減少排尿的作用。兩者結(jié)構(gòu)簡式如圖，各氨基酸殘基用3個字母縮寫表示。下列敘述正確的是()A．兩種激素都是由八肽環(huán)和三肽側(cè)鏈構(gòu)成的多肽類化合物B．氨基酸之間脫水縮合形成的水分子中氫全部來自氨基C．肽鏈中游離氨基的數(shù)目與參與構(gòu)成肽鏈的氨基酸種類無關(guān)D．兩種激素間因2個氨基酸種類不同導致生理功能不同D[據(jù)圖可知，兩種激素中的環(huán)狀肽都是由6個氨基酸構(gòu)成的，故為六肽環(huán)，A錯誤；氨基酸之間脫水縮合形成的水分子中的氫分別來自一個氨基酸的氨基和另一個氨基酸的羧基，B錯誤；肽鏈中游離的氨基數(shù)目與參與構(gòu)成肽鏈的氨基酸的種類有關(guān)，C錯誤；根據(jù)分析可知，兩種激素在兩個氨基酸種類上不同，進而導致兩者的功能不同，D正確。]考查蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算3．胰腺合成的胰蛋白酶原進入小腸后，在腸激酶作用下形成有活性的胰蛋白酶，該激活過程如圖所示(圖中數(shù)據(jù)表示氨基酸位置)，下列分析不正確的是()A．胰蛋白酶原是一條由229個氨基酸組成的多肽B．胰蛋白酶比胰蛋白酶原少了6個肽鍵C．腸激酶激活胰蛋白酶的過程可避免胰蛋白酶破壞自身細胞D．激活過程是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中進行的D[胰蛋白酶原含有229個氨基酸，共228個肽鍵，胰蛋白酶含有223個氨基酸，共222個肽鍵，因此胰蛋白酶比胰蛋白酶原少了6個肽鍵。該激活過程是在小腸腔內(nèi)進行的，不需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的參與，D錯誤。]4．(2019·衡水中學二調(diào))如圖是某蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中“▲、★、■、●”等表示不同種類的氨基酸。圖中A鏈由21個氨基酸組成，B鏈由19個氨基酸組成；圖中“—S—S—”是在蛋白質(zhì)加工過程中由兩個“—SH”脫下2個H形成的。下列有關(guān)敘述中，錯誤的是()A．該蛋白質(zhì)多樣性的原因之一是氨基酸的排列順序B．該蛋白質(zhì)分子中含有兩個羧基和兩個氨基C．圖中肽鏈中肽鍵是在核糖體中形成的D．形成該蛋白質(zhì)分子時相對分子質(zhì)量減少了686B[蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因是組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，以及肽鏈盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別，可見，該蛋白質(zhì)多樣性的原因之一是氨基酸的排列順序，A正確；一條肽鏈中至少有一個游離的氨基和一個游離的羧基，該蛋白質(zhì)分子含兩條肽鏈，所以至少含有兩個羧基和兩個氨基，B錯誤；核糖體是蛋白質(zhì)的合成場所，所以圖中肽鏈中肽鍵是在核糖體中形成的，C正確；形成該蛋白質(zhì)分子時，共產(chǎn)生了(21－1)＋(19－1)＝38個水分子，又由于蛋白質(zhì)加工過程中有兩個“—SH”脫下2個H形成—S—S—，所以相對分子質(zhì)量減少了38×18＋2＝686，D正確。](1)計算多肽的相對分子質(zhì)量時，除了考慮水分的減少外，還要考慮其他化學變化過程，如肽鏈上出現(xiàn)一個二硫鍵(—S—S—)時，要再減去2(即兩個氫原子)，若無特殊說明，不考慮二硫鍵。(2)若為環(huán)狀多肽，則可將相對分子質(zhì)量計算公式na－18(n－m)中的肽鏈數(shù)(m)視為零，再進行相關(guān)計算。1.組成蛋白質(zhì)的元素一定有C、H、O、N，一般還含有S元素。2．多肽和蛋白質(zhì)的區(qū)別：多肽沒有明顯的空間結(jié)構(gòu)，必須經(jīng)過加工后，才能形成具有一定空間結(jié)構(gòu)和特定功能的蛋白質(zhì)。3．煮熟的食物易被人體消化，是因為高溫破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，肽鏈變得松散，易被蛋白酶分解。4．高溫、過酸、過堿、重金屬鹽，都會使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化，但低溫不會。5．一些功能物質(zhì)的化學本質(zhì)如下：(1)絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，少數(shù)酶是RNA；激素中，有些是蛋白質(zhì)，有些不是蛋白質(zhì)。(2)抗體和載體的本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，但結(jié)構(gòu)各不相同。蛋白質(zhì)與酶、激素、抗體、載體的關(guān)系如圖所示：1.組成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸分子至少都含有一個氨基(—NH2)和一個羧基(—COOH)，并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。2．脫水縮合是一個氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一個氨基酸分子的氨基(—NH2)相連接，同時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子形成肽鏈，肽鏈盤曲、折疊形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。4．組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的直接原因。5．蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，具有催化、運輸、免疫、信息傳遞等許多功能。一切生命活動都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者和體現(xiàn)者。真題體驗|感悟高考淬煉考能1．(2019·江蘇高考)下列關(guān)于細胞內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸的敘述，正確的是()A．核酸和蛋白質(zhì)的組成元素相同B．核酸的合成需要相應(yīng)蛋白質(zhì)的參與C．蛋白質(zhì)的分解都需要核酸的直接參與D．高溫會破壞蛋白質(zhì)和核酸分子中的肽鍵B[核酸的組成元素為C、H、O、N、P，蛋白質(zhì)的組成元素主要包括C、H、O、N，有的還含有S，二者不相同，A錯誤；核酸的生物合成需要多種化學本質(zhì)為蛋白質(zhì)的酶參與，B正確；蛋白質(zhì)的分解需要化學本質(zhì)為蛋白質(zhì)的酶的參與，不需要核酸的直接參與，C錯誤；高溫會破壞蛋白質(zhì)和核酸的空間結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)和核酸發(fā)生變性，但不會破壞蛋白質(zhì)中的肽鍵，核酸分子中無肽鍵，D錯誤。]2．(2018·全國卷Ⅱ)下列關(guān)于人體中蛋白質(zhì)功能的敘述，錯誤的是()A．漿細胞產(chǎn)生的抗體可結(jié)合相應(yīng)的病毒抗原B．肌細胞中的某些蛋白質(zhì)參與肌肉收縮的過程C．蛋白質(zhì)結(jié)合Mg2＋形成的血紅蛋白參與O2運輸D．細胞核中某些蛋白質(zhì)是染色體的重要組成成分C[漿細胞產(chǎn)生的特異性抗體可與相應(yīng)抗原結(jié)合而發(fā)揮免疫功能，A項正確；肌細胞中的肌球蛋白、肌動蛋白等參與肌肉收縮的過程，B項正確；參與氧氣運輸?shù)难t蛋白中有Fe2＋，而沒有Mg2＋，C項錯誤；染色體主要由蛋白質(zhì)和DNA組成，所以細胞核中某些蛋白質(zhì)是染色體的重要組成成分，D項正確。]3．(2017·海南高考)有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的敘述，錯誤的是()A．蛋白質(zhì)的生物活性與蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)B．數(shù)量相同的5種氨基酸可以組成不同的多肽鏈C．將抗體溶于NaCl溶液中會造成其生物活性的喪失D．氨基酸序列相同的多肽鏈可折疊成不同的空間結(jié)構(gòu)C[抗體的化學本質(zhì)是免疫球蛋白，蛋白質(zhì)遇強酸、強堿、高溫會變性失活，而在NaCl溶液中會發(fā)生鹽析現(xiàn)象，生物活性并不改變，C錯誤。]4．(2017·江蘇高考)下列關(guān)于肽和蛋白質(zhì)的敘述，正確的是()A．α-鵝膏蕈堿是一種環(huán)狀八肽，分子中含有8個肽鍵B．蛋白質(zhì)是由2條或2條以上多肽鏈構(gòu)成的C．蛋白質(zhì)變性是由于肽鍵的斷裂造成的D．變性蛋白質(zhì)不能與雙縮脲試劑發(fā)生反應(yīng)A[環(huán)狀八肽的分子中含有8個肽鍵，A正確；蛋