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第二章 组成细胞的分子
第四节 蛋白质是生命活动的主要承担者
【学习目标】
1.举例说明蛋白质的功能。
2.理解并掌握氨基酸的结构特点及种类。
3.理解蛋白质的结构及其多样性。
4.会进行与蛋白质有关的计算。
【基础梳理】
一、蛋白质的功能
1.结构蛋白
构成细胞和生物体结构的重要物质，如 。
2.功能蛋白：
绝大多数 （细胞中化学反应的催化剂）都是蛋白质；
有些蛋白质具有 功能。例如，血红蛋白能够运输氧；
有些蛋白质能够 。例如胰岛细胞分泌的胰岛素能够参与血糖的代谢调节，降低血液中葡萄糖的含量；
有些蛋白质有 功能，如抗体。
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
1. 是组成蛋白质的基本单位。在人体中，组成蛋白质的氨基酸有 种，其中赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸必须从外界环境中获取，因此称为 。
2.每种氨基酸至少都含有一个氨基（ ）和一个羧基（ ），并且都有一个氨基和一个羧基连接在 上。
3.氨基酸的分子结构通式为： 。
4.各种氨基酸之间的区别在于 的不同。
三、蛋白质的结构及其多样性
1.一个氨基酸分子的氨基（—NH2）和另一个氨基酸分子的羧基（—COOH）相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式称为 。连接两个氨基酸分子的化学键叫做 。由两个氨基酸分子缩合而成的化合物叫做 。
2.组成一种蛋白质的氨基酸数目成千上万，氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化 、 及其 ，因此蛋白质分子的结构极其多样。
3.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，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能 。
【拓展延伸】
与蛋白质有关的计算
1.蛋白质的相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和脱去水分子数的关系
（1）肽键数=脱去水分子数=氨基酸数-肽链数（对于环肽来说，肽键数=氨基酸数）；
（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（若有p个二硫键生成，则还应减去2p）。
肽链数目 氨基酸数 肽键数目 脱去水分子数 氨基数目 羧基数目 多肽（蛋白质）
1条 n n-1 n-1 至少1个 至少1个 an-18×（n-1）
m条 n n-m n-m 至少m个 至少m个 an-18×（n-m）
2.蛋白质中游离氨基或羧基数的计算
（1）至少含有的游离氨基或羧基数=肽链数；
（2）游离氨基或羧基数=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数；
（3）环肽中游离氨基或羧基数取决于构成环肽的氨基酸的R基中的氨基或羧基数。
3.蛋白质中原子数目的计算
（1）氮原子数=肽键数+肽链数+R基上的氮原子数=各氨基酸中氨原子数之和；
（2）氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的氧原子数=各氨基酸中氧原子数之和-脱去水分子数；
（3）氢原子数=各氨基酸中氢原子数之和-脱去水分子数×2（若有p个二硫键生成，则还应减去2p）。
4.氨基酸的排列与多肽种类的计算
（1）假如有足量的n种氨基酸形成一个m肽，则形成链状多肽的种类有nm种。
（2）假如有n种氨基酸形成一个n肽，且每种氨基酸只有一个，则形成链状n肽的种类有n×（n-1）×（n-2）×…×1=n！种。
【课堂练习】
1.蛋白质是生命活动的主要承担者，但在正常生理活动中它不能作为细胞的（ ）
A.重要结构物质 B.重要调节物质
C.主要供能物质 D.机体免疫物质
2.下图是一类有机小分子的结构通式，以此为基本单位组成的物质是（ ）
A.糖类 B.脂肪 C.核酸 D.蛋白质
3.亮氨酸的R基为-C4H9，在一个亮氨酸分子中，含有碳和氧的原子数分别是（ ）
A.7、2 B.6、1 C.5、2 D.6、2
4.氨基酸有很多种，天然存在于生物体的氨基酸约有21种。下列属于构成生物体氨基酸的是（ ）
A.① B.②④ C.①②③ D.①②③④
5.组成蛋白质的氨基酸之间的肽键结构式是（ ）
A.NH—CO B.-NH-CO C.-NH2-COOH- D.NH2—COOH
6.现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3种氨基酸，它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类分别最多有（ ）
A.9种，9种 B.27种，6种 C.18种，6种 D.6种，3种
7.形成蛋白质结构的层次，从小到大依次是（ ）
①氨基酸
②C、H、O、N等元素
③氨基酸脱水缩合
④多肽链盘曲、折叠 ⑤多肽
⑥蛋白质
A.②→①→③→④→⑤→⑥ B.②→①→③→⑤→④→⑥
C.②→①→⑥→⑤→③→④ D.①→②→③→⑤→④→⑥
8.蛋白质是生命活动的主要承担者，其基本组成单位是氨基酸，现有两种氨基酸，丙氨酸的R基为CH3，赖氨酸的R基为C4H10N，在它们缩合成的二肽分子中，含有的C、H、O、N原子数分别为（ ）
A.9、19、3、3 B.9、21、4、3 C.9、19、4、3 D.9、19、3、2
【答案以及解析】
1.答案：C
解析：A、有的蛋白质是细胞核生物体的重要的组成成分，A错误； B、有的蛋白质具有调节机体生命活动的功能，如胰岛素，B错误； C、蛋白质可以氧化分解提供能量，但不是主要的能源物质，细胞生命活动主要的能源物质是糖类，C正确； D、蛋白质具有免疫功能，如抗体，D错误。
故选：C。
2.答案：D
解析： A、糖类中的多糖的基本单位是葡萄糖，不是氨基酸，A错误；B、脂肪的基本组成单位是甘油和氨基酸，不是氨基酸，B错误；C、核酸的基本单位是核苷酸，不是氨基酸，C错误；D、蛋白质的基本单位是氨基酸，为图中的结构所示，D正确。故选D。
3.答案：D
解析：由题意知，亮氨酸的R基为-C4H9，因此亮氨酸的分子式为C6H13O2N。含有碳和氧的原子数分别是6、2.即D正确，ABC错误。
故选D。
4.答案：C
解析：组成生物体蛋白质的氨基酸特点：每个氨基酸分子至少有一个氨基（一NH2），一个羧基（一COOH），而且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个R基团，R基不同，氨基酸不同。
①②③中有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个基，属于构成生物体氨基酸①②③正确；
④中有一个氨基和一个羧基，但没连接在同一个碳原子上，不属于构成生物体氨基酸，④错误。ABD错误，C正确。
故选C。
5.答案：B
解析：由脱水缩合反应可知羧基（-COOH）与氨基（-NH2）脱去1分子水后形成的部分是-CO-NH，是连接两个氨基酸分子的化学键，即肽键。故选:B。
6.答案：B
解析：若3种氨基酸形成三E肽，每种氨基酸的数目不限，则构成的三肽有33=27 （种） ； 若是包含3种氨基酸的三肽，第一个位置的氨基酸有3种情况，第二个位置只能从剩余2种氨基酸中任选一种，第三个位置只能安放剩余的1种，共有321=6 （种）。故答案为B。
7.答案：A
解析：蛋白质的基本单位是氨基酸，氨基酸由C、H、O、N等元素组成：氨基酸经过脱水缩合形成多肽；一条或几条多肽链连接在一起，形成一定的空间结构，构成蛋白质。所以形成蛋白质分子结构的层次，从小到大依次是②→①→③→④→⑤→⑥。故选A。
8.答案：A
解析：根据氨基酸的化学式C2H4NO2R和丙氨酸的R基为-CH3，赖氨酸的R基为-C4H10N，可推知丙氨酸的化学式是C3H7NO2，赖氨酸的化学式是C6H14N2O2。因此，它们缩合成的二肽分子中含有的C、H、O、N原子数分别为3+6=9，7+14-2=19、2+2-1=3、1+2=3。故选：A。

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