第4節蛋白質是生命活動的主要承擔者學習目標核心素養1．認同蛋白質是生命活動的主要承擔者。2．說出氨基酸的結構特點。(重點)3．說明蛋白質的形成過程、結構和功能。(重點)1．通過對蛋白質結構多樣性決定功能多樣性的學習，形成結構決定功能的生命觀。2．通過對蛋白質合成及相關計算學習，養成歸納與演繹的科學思維方式。一、蛋白質的功能1．將下列實例與相應的蛋白質功能連接起來[連線]功能實例①結構蛋白 a．血紅蛋白②催化 b．胰島素等蛋白質類激素③運輸 c．抗體④信息傳遞、調節 d．絕大多數酶⑤防御 e．肌肉蛋白⑥運動 f．羽毛、肌肉、頭發等提示：①－f②－d③－a④－b⑤－c⑥－e2．一切生命活動都離不開蛋白質，蛋白質是生命活動的主要承擔者。二、蛋白質的基本組成單位——氨基酸1．種類：組成人體蛋白質的氨基酸有21種eq\o(→,\s\up14(人體細胞能否合成))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\o(\s\up(必需氨基酸：必須從外界環境中直接獲取,非必需氨基酸：可在人體細胞合成，也可,從外界環境中獲取))))2．結構(1)寫出圖中結構名稱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構通式：。(3)氨基酸的結構特點①數量關系：至少都含有一個氨基和一個羧基。②位置關系：都有一個氨基和一個羧基連接在同一碳原子上。③各種氨基酸之間的區別在于R基的不同。三、蛋白質的結構及其多樣性1．氨基酸的脫水縮合(1)此生理過程的名稱是脫水縮合。(2)寫出字母代表的結構或名稱：a.肽鍵，b.二肽。(3)由多個氨基酸通過該過程形成的化合物，通常呈鏈狀結構，叫作肽鏈。2．蛋白質的結構層次eq\o(→,\s\up14(C、H、O和N),\s\do12(等元素))氨基酸eq\o(→,\s\up14(脫水縮合))多肽eq\o(→,\s\up14(盤曲、折疊))蛋白質。3．結構多樣性(1)氨基酸方面：氨基酸的種類、數目、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構千差萬別。1．人體需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是由R基決定的。 ()3．每種氨基酸分子只含有一個氨基和一個羧基，且都連在同一個碳原子上。 ()4．氨基、羧基、R基的書寫格式分別是NH2、COOH、R。 ()5．氨基酸種類、數量及排列順序都相同的蛋白質是同一種蛋白質。 ()6．高溫會使蛋白質的肽鍵斷裂。 ()7．蛋白質的空間結構破壞后，功能不變。 ()提示：1．×必需氨基酸是指人體不能合成，必須從外界環境中直接吸收的氨基酸。2．√3．×組成蛋白質的每種氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基。4．×書寫格式應為—NH2，—COOH，—R。5．×空間結構不同，蛋白質的結構不同。6．×高溫破壞蛋白質的空間結構，不破壞肽鍵。7．×蛋白質的空間結構破壞后，功能喪失。蛋白質的功能[問題探究]1．朊病毒蛋白(PrP)有兩種：一種是PrPc，一種是PrPsc。PrPsc是由PrPc轉變形成的，它們的比較如下表所示：朊病毒蛋白項目PrPcPrPsc空間結構螺旋為主折疊為主溶解度高低致病性不致病致病上述兩種蛋白質表現出不同性質的直接原因是什么？提示：蛋白質的空間結構不同。2．吃熟雞蛋容易消化，道理是什么？提示：高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。3．營養不良會出現貧血和免疫力下降等現象，試從蛋白質的功能角度分析原因。提示：營養不良導致蛋白質攝入不足，影響血紅蛋白和抗體的合成。血紅蛋白具有運輸O2的功能，抗體具有免疫功能。[歸納總結]蛋白質結構多樣性與功能多樣性的關系1．下列關于蛋白質功能的敘述，錯誤的是()A．構成細胞和生物體的重要物質B．參與人體的免疫活動C．參與生物體內的信息傳遞D．決定生物的遺傳性狀D[參與構建細胞和生物體是蛋白質的功能之一，如結構蛋白，A正確；參與人體的免疫活動是蛋白質的功能之一，如抗體，B正確；參與生物體的信息傳遞、調節機體生命活動是蛋白質的功能之一，如胰島素，C正確；生物的遺傳性狀是由核酸控制的，核酸通過控制蛋白質的合成控制生物的性狀，D錯誤。](1)哪些因素會破壞蛋白質的空間結構，使其喪失生物活性？提示：高溫、強酸和強堿。(2)煮熟的雞蛋，恢復常溫不能變成蛋清。冷凍的雞蛋恢復常溫還能變成蛋清。由此分析低溫和高溫對蛋白質結構的影響是否相同？提示：高溫會破壞蛋白質的空間結構，低溫不破壞蛋白質的空間結構。(3)溶解在NaCl溶液中的蛋白質析出后其生物活性會改變嗎？提示：溶解在NaCl溶液中的蛋白質，其結構沒有改變，析出后生物活性也不會改變。2．下列關于蛋白質功能的敘述，錯誤的是()A．許多蛋白質是構成細胞和生物體結構的重要物質，稱為結構蛋白B．有些蛋白質起信息傳遞作用，能夠調節機體的生命活動，如體內的各種酶C．人體內的抗體是蛋白質，可以幫助人體抵御病菌和病毒等的侵害D．一切生命活動都離不開蛋白質，蛋白質是生命活動的主要承擔者B[羽毛、頭發等結構的主要成分是蛋白質，稱為結構蛋白，A正確；體內的各種酶的化學本質是蛋白質，酶在體內各種化學反應中起催化作用(不是信息傳遞和調節作用)，B錯誤；人體內的抗體是蛋白質，可以幫助人體抵御病菌和病毒等的侵害，體現了蛋白質的免疫功能，C正確；一切生命活動都離不開蛋白質，蛋白質是生命活動的主要承擔者，蛋白質的結構多樣，在細胞中承擔的功能也多樣，D正確。]組成蛋白質的氨基酸[問題探究]1．若組成蛋白質的氨基酸中不止一個氨基或羧基，多出的氨基或羧基可能在什么位置？提示：在R基上。2．判斷構成蛋白質的氨基酸的依據有哪些？提示：構成蛋白質的氨基酸必須具備兩個條件：(1)至少含有一個氨基和一個羧基；(2)都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。3．谷氨酸的R基為—C3H5O2，在一個谷氨酸中，碳和氧的原子數分別是多少？提示：碳和氧的原子數分別是5和4。[歸納總結]1．氨基酸的組成元素基本組成元素是C、H、O、N，有的含有S等元素。2．氨基酸的結構通式及判斷(1)結構通式(2)兩個判斷標準①一個數目標準：至少含有一個氨基(—NH2)和一個羧基(—COOH)。②一個位置標準：至少有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上，且這個碳原子上還連接一個氫原子(—H)和一個R基。3．氨基酸的分類組成蛋白質的氨基酸根據能否在人體內合成，分為必需氨基酸和非必需氨基酸。(1)必需氨基酸：人體細胞中不能合成，必須從食物中獲取，共8種。(2)非必需氨基酸：既可以從食物中獲得，又可以在人體內由其他化合物轉化而來，共13種。易錯提醒：組成蛋白質的氨基酸書寫的兩點提醒1“中心碳原子”有四個鄰居，其中三個固定不變，即—NH2、—COOH、—H，還有一個是可變的—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“—”。1．關于人體氨基酸的敘述，正確的是()A．人體內所有蛋白質都由21種氨基酸構成B．只要含有氨基和羧基的分子就是組成人體蛋白質的氨基酸C．不同氨基酸的R基一定不同D．非必需氨基酸不能在人體中合成C[人體內組成蛋白質的氨基酸有21種，并不是每種蛋白質都由21種氨基酸構成，A錯誤；組成人體蛋白質的氨基酸分子至少都含有一個氨基和一個羧基，且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上，B錯誤；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合成，不能在人體內合成的氨基酸是必需氨基酸，D錯誤。]2．下列哪項不是構成人體蛋白質的氨基酸()B[構成人體蛋白質的氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基，且連接在同一個碳原子上，B項中的氨基和羧基沒有連接在同一個碳原子上，因此不是構成人體蛋白質的氨基酸。]氨基酸的脫水縮合[問題探究]1．結合脫水縮合過程，分析失去的水分子中的氫和氧元素的來源，肽鍵和失去水分子的數量關系。提示：(1)氫來源于—NH2和—COOH，氧來源于—COOH。(2)形成肽鍵數＝失去水分子數。2．據下圖思考問題：多肽中R1中含有氨基，R2中含有羧基，它們能參與脫水縮合嗎？提示：不能。參與脫水縮合的分別是兩個氨基酸中與中心碳原子相連的氨基和羧基。一般而言，R基中的氨基和羧基不參與脫水縮合。3．(1)如果把一個氨基酸比作一個同學，四個同學手牽手形成的3個“手結”就相當于肽鍵，如圖所示：，那么10個氨基酸(同學)形成一條肽鏈時，脫掉幾個水分子？形成幾個肽鍵？提示：肽鍵數＝失去的水分子數＝10－1＝9。(2)若n個氨基酸形成m條肽鏈呢？提示：肽鍵數＝失去水分子數＝n－m。(3)試總結形成肽鍵數與氨基酸數和肽鏈條數的關系。提示：肽鍵數＝失去水分子數＝氨基酸數－肽鏈條數。4．一條肽鏈中至少含有多少個游離的—NH2和—COOH？若m條肽鏈呢？為什么是至少？提示：1個；m個。因為R基中可能含有—NH2或—COOH。[歸納總結]1．脫水縮合過程圖解(1)參與脫水縮合的部位：一個氨基酸連在中心碳原子上的氨基和另一個氨基酸連在中心碳原子上的羧基。(2)游離的氨基和羧基：一條肽鏈上至少有一個游離的—NH2和一個游離的—COOH，并分別位于肽鏈的兩端。(3)R基中的—NH2或—COOH：不參與肽鍵的形成。2．氨基酸形成蛋白質的相關數量計算規律假設氨基酸的平均相對分子質量為a，由n個氨基酸分別形成1條肽鏈或m條肽鏈：形成肽鏈數形成肽鍵數脫去水分子數氨基數目羧基數目1n－1n－1至少1個至少1個mn－mn－m至少m個至少m個(1)當R基中不存在氨基和羧基時，每一條肽鏈中含有一個氨基和一個羧基。(2)當R基中存在氨基和羧基時，由于R基不參與脫水縮合，所以每一條肽鏈中含有的氨基數或羧基數就等于1＋R基中的氨基數或羧基數。易錯提醒：多肽≠蛋白質1多肽是由多個氨基酸分子縮合而成的，也叫作肽鏈，一般沒有生物活性。2蛋白質是由一條或幾條肽鏈組成的，肽鏈經盤曲、折疊而形成具有一定空間結構的蛋白質，才具有生物活性。1．免疫球蛋白IgG的結構如圖所示，其中—S—S—表示連接兩條相鄰肽鏈的二硫鍵。若該IgG由m個氨基酸構成，則該IgG有肽鍵數()A．m個 B．(m＋1)個C．(m－2)個 D．(m－4)個D[由氨基酸脫水縮合成蛋白質的過程中，存在這樣的關系：肽鍵數＝脫去水分子數＝氨基酸數－肽鏈數(對于非環狀多肽而言)。從圖中給出的信息可以判斷出IgG的結構中有4條肽鏈，由于共有m個氨基酸，因此可以得出肽鍵的數量為(m－4)個。]2．下列有關如圖所示多肽的敘述中，正確的是()A．由5個氨基酸縮合而成B．有游離的氨基和羧基各1個C．有4種不同的側鏈基團D．形成過程中失去了3分子水D[分析圖解可知，圖中多肽有三個肽鍵(—CO—NH—)，即含有4個氨基酸，A錯誤；圖中多肽有兩個游離的羧基和一個游離的氨基，B錯誤；圖中氨基酸的R基團分別為：—CH2—CH2—COOH、—CH3、—CH2SH、—CH3，即表示有3種不同的側鏈基團，C錯誤；4個氨基酸脫水縮合過程中要失去3分子的水，D正確。][課堂小結]知識網絡構建核心語句背誦1．蛋白質是生命活動的主要承擔者。2.蛋白質是組成細胞和生物體的重要物質，具有催化、運輸、調節和免疫等功能。3.氨基酸是組成蛋白質的基本單位。4.每種氨基酸分子至少含有一個氨基和一個羧基，且都有一個氨基和一個羧基連在同一個碳原子上。5.蛋白質多樣性的原因是：組成蛋白質的氨基酸的種類、數目、排列順序不同，以及肽鏈形成的空間結構不同。6.我國科學家1965年完成了結晶牛胰島素的合成，摘取了人工合成蛋白質的桂冠。1．從氨基酸分子結構通式看，組成人體蛋白質的氨基酸的區別是()A．—NH2不同 B．R基不同C．—COOH不同 D．—H不同[答案]B2．如果一個氨基酸分子的結構中有兩個羧基，那么這兩個羧基分別位于()A．碳原子上和氨基上B．羧基上和R基上C．氨基上和R基上D．中心碳原子上和R基上[答案]D3．氨基酸脫水縮合而成的化合物稱為肽。下列關于二肽的敘述正確的是()A．含兩個肽鍵的化合物B．由兩個氨基酸脫水后縮合而成的化合物C．含兩個肽鏈的化合物D．由兩種氨基酸脫水后縮合而成的化合物[答案]B4．兩個氨基酸縮合成二肽并生成水，這個水分子中的氫原子和氧原子分別來自氨基酸的()A．氨基、羧基 B．羧基、氫基C．R基、氨基和羧基 D．氨基和羧基、羧基D[氨基酸脫水縮合所產生的水中，氫來自氨基和羧基，氧只來自羧基。]5．形成蛋白質結構的層次從小到大依次是()①氨基酸②C、H、O、N等元素③氨基酸脫水縮合④一條或幾條多肽鏈連接在一起⑤多肽⑥蛋白質A．②→①→③→④→⑤→⑥B．②→①→③→⑤→④→⑥C．②→①→⑥→⑤→③→④D．①→②→③→④→⑤→⑥B[蛋白質的基本組成單位為氨基酸，而氨基酸是由C、H、O、N等元素組成的。多個氨基酸經過脫水縮合形成多肽鏈，蛋白質由一條或幾條多肽鏈經盤曲折疊而形成。]6．根據下圖所示化合物的結構分析回答：(1)該化合物中，①表示________，⑦表示________。(2)該化合物由________個氨基酸失去________個水分子而形成，這種反應叫作_____