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第2章 组成细胞的分子
第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者　
【素养导引】
1.生命观念:运用结构与功能观,认同蛋白质是生命活动的主要承担者。
2.科学思维:理解氨基酸脱水缩合的过程,构建蛋白质相关的物理模型。
3.科学探究:关注蛋白质与人体健康的关系。
一、蛋白质的功能
　将下列蛋白质与其承担的功能连线
(1)血红蛋白　　　　　　　a.免疫功能
(2)抗体　　　　　　　　　b.结构成分
(3)胰岛素　　　　　　　　c.运输功能
(4)胃蛋白酶　　　　　　　d.催化功能
(5)肌肉纤维　　　　　　　e.调节功能
提示:(1)—c;(2)—a;(3)—e(4)—d;(5)—b
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
分析氨基酸的分子结构通式,完成有关问题:
1.元素组成:都含有的是C、H、O、N 。
2.写出字母代表的含义:
a:含义是氨基,化学式是 -NH2;
b:含义是羧基,化学式是-COOH;
c:含义是侧链基团,人体中一般有21种。
3.氨基酸中氨基和羧基的特点:
(1)数量特点:每种氨基酸都至少含有一个氨基和一个羧基。
(2)结构特点:都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
[思考]　氨基酸的不同种类和性质主要是由什么结构决定的 为什么
提示:R基。组成人体的21种氨基酸只有R基结构是不同的。
三、蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸的脱水缩合:
(1)此生理过程的名称是脱水缩合。
(2)写出字母代表的结构或名称:a.肽键,b.二肽。
(3)产物H2O中原子的来源。
2.蛋白质的结构多样性:
蛋白质结构多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构。
3.结构与功能的适应:
(1)每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构。
(2)蛋白质变性: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。
[思考]　催产素、牛加压素都是由9个氨基酸构成的多肽化合物,但生理功能不同,请从氨基酸的角度分析原因是什么。
提示:构成它们的氨基酸的种类和排列顺序不同。
人体新陈代谢、抗病免疫等无不与蛋白质密切相关,没有蛋白质就没有生命,所以蛋白质被称为人类的“第一营养素”或“生命素”。大豆所含的蛋白质中人体“必需氨基酸”含量充足、组成齐全,属于“优质蛋白质”。结合所学知识判断:
1.蛋白质的基本组成单位是氨基酸。 (√)
2.与免疫有关的蛋白质可能是抗体。 (√)
3.必需氨基酸是人体细胞不能合成的氨基酸。 (√)
4.成年人体的必需氨基酸有9种。 (×)
分析:成年人体的必需氨基酸有8种。
学习任务一:组成蛋白质的氨基酸结构通式的分析
1.元素组成:C、H、O、N,有的还含有S,S元素存在于R基中。
2.基团的作用:
(1)氨基:形成肽链时,与相邻氨基酸的羧基脱水缩合形成肽键,或在肽链的一端以游离状态存在。
(2)羧基:形成肽链时,与相邻氨基酸的氨基脱水缩合形成肽键,或在肽链的一端以游离状态存在。
(3)R基:肽链在形成空间结构时,在氨基酸之间形成二硫键或氢键。
　[思考探究]　同时含有氨基和羧基的有机物,都称为氨基酸,但并不是所有的氨基酸都能构成蛋白质,构成蛋白质的氨基酸有何特点
提示:至少有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
　　　　　　　【深化探究】
构成蛋白质的氨基酸的种类有多少种 这些氨基酸的理化性质不同,主要由哪种基团决定
提示:21种。R基。
【学习加点料】
1.思维易错:不同的氨基酸元素组成一定相同吗
提示:不一定。有些氨基酸含有S,有些氨基酸不含S。
2.教材开发:教材P30【与社会的联系】拓展
结合人体中氨基酸的分类,分析平衡膳食的合理性。
提示:人体中的氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸两类,而必需氨基酸人体细胞无法合成,不同的食物中含有人体所需的不同的必需氨基酸,平衡膳食可以保证必需氨基酸的摄入,利于身体健康。
　(2022·日照高一检测)下列化合物中,属于组成蛋白质的氨基酸的是 (　　)
A.①②③④　　　　 B.①②③ C.①② D.②④
[解题思维]
提取关键点 组成蛋白质的氨基酸
转化知识点 组成蛋白质的氨基酸的结构特点
排除障碍点 ④中氨基与羧基没有连接在同一个碳原子上
【解析】选B。由分析可知,①②③④四种化合物,①②③都有连接在同一个碳原子上的氨基和羧基,是组成蛋白质的氨基酸,④的氨基和羧基不连接在同一个碳原子上,不是组成蛋白质的氨基酸。即B正确。
　[借题发挥]　题中①②③三种氨基酸的R基分别是什么
提示:
1.某氨基酸分子中含有两个氨基,其中一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,则另一个氨基 (　　)
A.在羧基上 B.和羧基连接在同一个碳原子上
C.在R基上 D.在氨基上
【解析】选C。组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基,且连接在同一个碳原子上,其他的氨基、羧基都位于R基上。
2.下列关于人体内氨基酸的叙述,正确的是 (　　)
A.氨基酸的组成元素只有C、H、O、N
B.不同氨基酸的R基一定不同
C.酪氨酸属于构成蛋白质的一种氨基酸,因为它含有氨基和羧基
D.人体内的氨基酸都必须从饮食中获取
【解析】选B。在人体中,氨基酸至少含有C、H、O、N 4种元素,有的还含有S,A错误。氨基酸的种类取决于R基的种类,B正确;酪氨酸属于蛋白质的基本单位之一,因为它含有氨基和羧基,且还得满足氨基和羧基连接在同一个碳原子上,C错误;人体内的氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸,前者必须从饮食中获取,后者可以在细胞内合成,D错误。
学习任务二:蛋白质的结构及其多样性
1.蛋白质结构多样性与功能多样性的关系:
(1)空间结构的形成,依靠的是氢键和二硫键。
(2)空间结构指的是肽链盘曲折叠形成的空间结构,与氨基酸的空间结构无关。
　[思考探究]　朊蛋白是哺乳动物细胞中一种正常的蛋白质,朊病毒是一种与朊蛋白氨基酸组成及排列顺序完全相同的一种病毒蛋白,但功能却不同,试分析二者功能不同的原因是什么。
提示:二者盘曲折叠形成的空间结构不同。
2.氨基酸在脱水缩合时有关数量的变化:
项目 1条肽链 m条肽链
氨基酸平均相对分子质量 a a
氨基酸数目 n n
肽键数目 n-1 n-m
脱去水分子数 n-1 n-m
多肽链相对分子质量 an-18(n-1) an-18(n-m)
氨基数目 至少1个 至少m个
羧基数目 至少1个 至少m个
(1)肽键数=失去水分子数=氨基酸数-肽链数(对于环状多肽来说,肽键数=氨基酸数=失去水分子数)。
(2)蛋白质的相对分子质量=氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量-脱去水分子数×18-二硫键数×2
　[思考探究]　如图是牛胰岛素的结构图:
(1)形成牛胰岛素的过程,相对分子质量减少多少
提示:51个氨基酸形成牛胰岛素时,减少的相对分子质量=脱去的水的相对分子质量+形成“-S-S-”时脱去的H的相对分子质量=18×(51-2)+2×3=888。
(2)牛胰岛素分子中至少含有几个氨基
提示:2个。
　【拓展归纳】
氨基酸的排列与多肽种类的关系
若有A、B、C三种氨基酸,则由这三种氨基酸组成肽的情况可分下列两种情形分析:
(1)每种氨基酸数目不限的情况下,可形成肽化合物的种类:
形成三肽的种类:[33=27(种)]　3　　3　　3　
形成二肽的种类:[32=9(种)]　3　　3　
形成多肽的种类:3n(种)
(2)每种氨基酸只有一个的情况下,形成肽化合物的种类:
形成多肽的种类:[3×2×1=6(种)]　3　　2　　1　
形成二肽的种类:[3×2=6(种)]　3　　2　
【学习加点料】
1.思维易错:氨基酸种类、数目、排列顺序相同的蛋白质,功能一定相同吗
提示:不一定。蛋白质的功能还与肽链盘曲折叠形成的空间结构有关。
2.教材开发:教材P32【与社会的联系】拓展
蛋白酶可以使肽键断裂,从而将蛋白质水解成小分子多肽或氨基酸,从多肽链与蛋白质的区别的角度分析,为什么煮熟的鸡蛋更容易被消化
提示:生鸡蛋中蛋白质具有复杂的空间结构,蛋白酶不易与肽键结合而发挥作用,而高温可以使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散,蛋白酶易与肽键结合而起作用。
　(2022·苏州高一检测)由n个氨基酸①组成的某蛋白质分子含有3条肽链②,下列有关该蛋白质分子的叙述,正确的是 (　　)
A.共含有n个肽键 B.至少含有3个游离的氨基
C.共含有21种氨基酸 D.水解时需要n+3个水分子
[解题思维]
提取关键点 ①n个氨基酸,②3条肽链
转化知识点 脱水缩合过程中相关计算
排除障碍点 构成人体蛋白质的氨基酸共有21种,但不是每种蛋白质都有21种氨基酸
【解析】选B。蛋白质中肽键数=脱水数=氨基酸数-肽链数,故n个氨基酸形成的3条肽链,肽键数=n-3,水解需要的水分子数=n-3,A、D错误;一条肽链至少含一个游离的氨基,故该蛋白质分子至少含3个游离的氨基,B正确;组成蛋白质的氨基酸共有21种,但每种蛋白质中不一定都含有21种氨基酸,C错误。
[借题发挥]　在形成该蛋白质的过程中,相对分子质量减少多少
提示:(n-3)×18。
1.如图为胰岛素部分肽链示意图。该部分肽链所含氨基酸的R基种类、游离的羧基数、此部分肽链形成时的脱水数依次是 (　　)
A.3、0、3　　B.4、0、3　　C.3、1、3　　D.4、1、3
【解析】选D。根据图示可以看出该结构含有3个肽键,因此由4个氨基酸构成,根据R基的不同可以观察到4个氨基酸种类均不相同,所以R基的种类有4种,游离的羧基只有1个,形成了3个肽键因此脱水数为3,D正确。
2.(2022·三亚高一检测)蜂毒素是由26个氨基酸组成的一条多肽,则蜂毒素分
子 (　　)
A.至少含有一个游离的氨基和羧基
B.水解后一定能得到21种氨基酸
C.能与双缩脲试剂产生蓝色反应
D.氮元素只能存在于氨基中
【解析】选A。蜂毒素是由26个氨基酸组成的一条多肽,所以至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基,A正确;蜂毒素是由26个氨基酸组成的,最多含有21种氨基酸,所以水解后最多能得到21种氨基酸,B错误;蜂毒素中含有肽键,能与双缩脲试剂产生紫色反应,C错误;蜂毒素是由26个氨基酸组成的一条多肽,氮元素存在于氨基、肽键或R基中,D错误。
人体内第21种氨基酸——硒代半胱氨酸
　　硒是人体必需的微量元素,有抗氧化的作用,硒的抗氧化作用可阻断活性氧和自由基的致病作用,从而起到防癌作用。食物中硒含量高和血硒水平较高的地区,乳腺癌、结肠癌、前列腺癌以及白血病的患病率很低。
　　硒代半胱氨酸(Sec)是人类发现的第21种氨基酸,存在于少数一些酶中,如谷胱甘肽过氧化酶、甘氨酸还原酶等,硒代半胱氨酸的结构和半胱氨酸类似,只是其中的硫原子被硒取代。
探究:
(1)硒代半胱氨酸和半胱氨酸除含C、H、O、N以外还含有的元素分别是Se、S。
(2)硒代半胱氨酸已经被发现是25种硒酶的活性中心,是含硒酶(尤其是抗氧化酶)的灵魂。如果没有硒代半胱氨酸,含硒酶就无法工作。含硒酶这种蛋白质有什么功能 除此之外,蛋白质还有什么其他方面的功能
提示:含硒酶具有催化作用。蛋白质还有运输、免疫、调节和结构蛋白等功能。
(3)硒在人体内有重要作用,是不是人摄入的硒越多越好
提示:硒是人体内的微量元素,不需要摄入太多。
情境载体 情境类型为生活、学习和实践情境,突出与生活的联系
关键能力↓信息转化 ①硒代半胱氨酸是硒替代半胱氨酸中的硫
②硒代半胱氨酸存在于少数一些酶中
学科素养 培养生命观念中的结构与功能观、合理膳食适量补充相应元素的社会责任
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