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本节聚焦:
怎样理解蛋白质是生命活动的主要承担者？
氨基酸的结构有什么特点？
为什么细胞中蛋白质的种类如此多样？
必修1/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
从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作手术缝合线。手术后过一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。
讨论
1.为什么这种缝合线可以被人体组织吸收
手术缝合线
2.这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收 这对你认识蛋白质的化学组成有什么启示？
组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。
这种手术缝合线要变为小分子物质（氨基酸）才能被吸收，因此蛋白质在化学组成上应该可以分为更小的分子。
一.蛋白质的功能
结构蛋白
催化作用
运输作用
调节作用
免疫作用
组成细胞的有机物中含量最多的是蛋白质，从化学角度看，蛋白质也是目前已知的结构最复杂、功能最多样的分子，细胞核中的遗传信息，往往也要表达成蛋白质才能起作用。蛋白质是生命活动的主要承担者。
一.蛋白质的功能
许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，称为结构蛋白。例如，肌肉、头发、羽毛、蛛丝等的成分主要是蛋白质。
1.结构蛋白：
2.调节作用：
黄色区域的部分细胞能分泌胰岛素
有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素和生长激素等。
3.催化作用：
细胞中的化学反应离不开酶的催化。绝大多数酶都是蛋白质，如胃蛋白酶、胰蛋白酶。
胃蛋白质酶结晶
一.蛋白质的功能
4.运输作用：
有些蛋白质具有运输功能；如血红蛋白能运输氧、载体蛋白和通道蛋白参与物质跨膜运输。
血红蛋白
通道蛋白
5.免疫作用：
一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者
有些蛋白质有免疫功能。人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。
抗体结构示意图
二.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
氨基酸的结构特点
观察下列几种氨基酸的结构
在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种，氨基酸是组成蛋白质的基本单位。
缬氨酸
甘氨酸
丙氨酸
亮氨酸
氨基酸的结构特点
每种氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并连在同一个碳原子上。
讨论
1.这些氨基酸的结构具有什么共同特点？
缬氨酸
甘氨酸
丙氨酸
亮氨酸
氨基酸的结构特点
讨论
2.“氨基酸”这一名词与其分子结构有怎样的对应关系？
缬氨酸
甘氨酸
丙氨酸
亮氨酸
“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中的主要部分：氨基和羧基
二.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
1.组成蛋白质的元素：
主要含C、H、O、N。
（有的还含Fe、S等）
胰岛素结构
血红蛋白（局部）
二.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
2.氨基酸分子结构通式：
特点：每种氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并连在同一个碳原子上。氨基酸的不同之处是R基的不同。
决定氨基酸的种类
—NH2(氨基)
—COOH(羧基)
—R(侧链基团)
二.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
氨基羧基不同表示方法：
特别关注：
氨基、羧基、R基的正确书写格式分别为：
—NH2、—COOH、—R (基团前的“—”不能省略)
组成蛋白质的氨基酸至少都有一个氨基和一个羧基，“至少”说明氨基酸分子中的氨基和羧基的数目大于1个，其他的氨基和羧基位于R基上。
组成人体蛋白质的氨基酸有21种，其中有8种是人体细胞不能合成的，它们是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋（甲硫）氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸，这些氨基酸必须从外界环境中获取，因此，被称为必需氨基酸。经常食用牛奶制品、肉类、蛋类和大豆制品，人体一般不会缺乏必需氨基酸。另外13种氨基酸是人体细胞能够合成的，叫非必需氨基酸。
3.氨基酸的种类：
约21种。
必需氨基酸：
共8种，人体不能合成的氨基酸（婴儿9种，组氨酸）。
非必需氨基酸：
共13种，人体能合成的氨基酸。
一种食物往往不能含有我们所需的各种氨基酸,特别是必需氨基酸,所以不能偏食.
三.蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸的脱水缩合
人体中氨基酸为21种，蛋白质为1010-1012种。那么21种氨基酸是如何形成种类繁多的蛋白质的呢？
OH
O
C
H
R1
NH2
C
C
H
COOH
R2
H
N
H
(1)二肽与肽键
脱水缩合：
一个氨基酸分子的羧基(-COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(-NH2)相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式叫作脱水缩合。
三.蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸的脱水缩合
(1)二肽与肽键
肽键：
连接两个氨基酸分子的化学键叫肽键。
二肽：
由两个氨基酸缩合而成的化合物叫二肽。
C
H
COOH
R2
H
N
H
+
→
H2O
+
OH
C
H
R1
NH2
C
O
C
H
R1
NH2
C
O
C
H
COOH
R2
H
N
肽键
二肽
脱水缩合过程中脱出来的H2O分子中的H来自_____________；O来自于_______。
氨基和羧基
羧基
C
O
H
N
CO
NH
三.蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸的脱水缩合
(2)多肽与肽链
C
H
R1
NH2
C
H
COOH
R2
C
O
H
N
C
H
COOH
R3
H
N
H
+
→
C
H
R1
NH2
C
H
R2
C
O
H
N
C
H
COOH
R3
CO
NH
H2O
+
肽链：
多肽通常呈链状结构，叫作肽链。
多肽：
由多个氨基酸缩合而成的化合物叫多肽。
三肽
两个氨基酸脱水缩合，生成____个水分子，形成____个肽键；三个氨基酸脱水缩合，生成____个水分子，形成_____个肽键；n个氨基酸脱水缩合形成一条肽链，生成________水分子，形成_______个肽健。
1
1
2
2
n-1
n-1
三.蛋白质的结构及其多样性
2.肽链盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质
肽链中的氨基酸间形成氢键，使肽链盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键如二硫键相互结合在一起。
—SH
—SH
+
—S—S—
+
2H
三.蛋白质的结构及其多样性
2.肽链盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质
这些肽链不呈直线，也不在同一个平面上，而是形成更为复杂的空间结构。例如，血红蛋白是一种由574个氨基酸组成的蛋白质，含四条多肽链。
氨基酸
肽链
脱水缩合
空间结构肽链
蛋白质
一条或多条盘曲折叠
盘曲折叠
氨基酸怎样构成蛋白质
观察图2-12，讨论并回答下列问题
1.从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？
氨基酸
蛋白质
多肽
脱水缩合
一条或多条盘曲折叠
2.进入人体消化道的蛋白质食物，要经过哪些消化酶的作用才能分解为氨基酸？这些氨基酸进入人体细胞后，需经过怎样的过程才能变为人体的蛋白质？人体中的蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗？
食物蛋白
胃、胰、肠蛋白酶
多肽
肠肽酶
氨基酸
吸收
合成
人体的蛋白质
人体内氨基酸
这些氨基酸进入人体细胞后，要脱水缩合形成二肽、三肽、多肽，由多肽链构成人体蛋白质。人体蛋白质与食物中的蛋白质不一样，其具有完成人体生命活动的结构和功能。
氨基酸怎样构成蛋白质
观察图2-12，讨论并回答下列问题
3.如果用21个不同的字母代表21种氨基酸，若写出由10个氨基酸组成的长链，可以写出多少条互不相同的长链？试着说出蛋白质种类多种多样的原因（提示：一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸）。
氨基酸数目、种类不同；排列顺序千变万化；肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。
10个氨基酸能够组成2110条互不相同的长链。
三.蛋白质的结构及其多样性
3.蛋白质的多样性原因
(2)氨基酸的种类不同决定蛋白质的多样性；
(3)氨基酸的排列顺序不同决定蛋白质的多样性
(1)氨基酸的数目不同决定蛋白质的多样性；
(4)肽链的折叠盘曲方式不同造成蛋白质空间结构不同，从而决定了蛋白质的多样性。
四.蛋白质的结构与功能的关系
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，就可能会影响其功能。
镰状细胞贫血症：人体正常血红蛋白的空间结构呈球状，如果血红蛋白某一处谷氨酸被缬氨酸所取代，就会形成异常的血红蛋白，这样的血红蛋白聚合成纤维状。由它参与组成的红细胞就会扭曲成镰刀状。导致运输氧的能力大为削弱。
蛋白质变性是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。例如，鸡蛋、肉类经煮熟后蛋白质变性就不能恢复原来状态。原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解，因此吃熟鸡蛋、熟肉容易消化。又如，经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。
蛋白质变性的因素：
化学因素（如强酸、强碱、重金属离子、酒精）、物理因素（如加热、剧烈振荡、超声波、射线等）
一般认为蛋白质的变性作用，主要是蛋白质的空间结构发生了改变。但在变性过程中，蛋白质分子中的肽键没有断裂，化学组成也没有改变。仍能与双缩脲试剂发生颜色反应。
五.蛋白质的水解、变性、和盐析
1.蛋白质水解
蛋白质在蛋白酶的作用下分解为多肽和氨基酸，或者多肽在肽酶的作用下肽键断裂分解为氨基酸的过程。（脱水缩合的逆过程）
水解：
双缩脲试剂与肽键发生反应，水解后肽键断裂。多肽完全水解之后不再与双缩脲试剂发生反应。
不完全水解(部分水解)：
产生各种大小不等的肽段和氨基酸。
完全水解(彻底水解)：
产生各种氨基酸的混合物。
水解
＋
五.蛋白质的水解、变性、和盐析
2.蛋白质变性
蛋白质在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失的现象。
在高温、过酸、过碱、重金属条件下，蛋白质会变性。
只是空间结构发生改变，肽键并未断裂，任能和双缩脲试剂发生反应。
3.蛋白质盐析
向某些蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液（如NaCl等）后，可以降低蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出，这种现象叫做盐析
盐析是物理变化，盐析过程中蛋白质的结构不发生变化，可复原可与双缩脲试剂发生反应。
含义：
特点：
六.蛋白质计算相关问题
例1：由13个氨基酸脱水缩合而成的一条肽链，如下图所示：
问：1.脱去几分子的水？
2.形成几个肽键？
3.至少有几分子游离的氨基或羧基？
4.由n个氨基酸脱水缩合而成的一条肽链呢？
COOH
NH2
12
12
一分子
脱去的水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数 – 1(肽链数)
项目 氨基酸数目 肽键数 脱水数 游离氨基或羧基数
一条肽链 n
n-1
n-1
至少1个
问：1.脱去几分子的水？
2.形成几个肽键？
3.至少有几分子游离的氨基或羧基？
4.由n个氨基酸脱水缩合而成的m条肽链呢？
六.蛋白质计算相关问题
例2：由13个氨基酸脱水缩合而成的两条肽链，如下图所示：
COOH
NH2
NH2
COOH
11
11
两分子
项目 氨基酸数目 肽键数 脱水数 游离氨基或羧基数
m条肽链 n
n-m
n-m
至少m个
脱去的水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数 – m(肽链数)
六.蛋白质计算相关问题
例3：由13个氨基酸脱水缩合而成环状，如下图所示：
问：1.脱去几分子的水？
2.形成几个肽键？
3.至少有几分子游离的氨基或羧基？
4.由n个氨基酸脱水缩合形成一个环状多肽呢？
13
13
0个
项目 氨基酸数目 肽键数 脱水数 游离氨基或羧基数
环状多肽 n
n
n
至少0个
脱去的水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数
六.蛋白质计算相关问题
项目 氨基酸数目 肽键数 脱水数 游离氨基或羧基数 氨基酸平均分子质量 形成的多肽相对分子质量
一条肽链 n a
m条肽链 n a
环状多肽 n a
n-1
至少1个
n-m
n
至少m个
至少0个
na-18(n-1)
na-18(n-m)
na-18n
n-1
n-m
n
(1)每条肽链至少含有1个氨基、1个羧基（分布在两端）；
(2)脱水数＝肽键数＝氨基酸数－肽链数；
(3)肽链中至少含有的氨基数=羧基数=肽链数；
(4)游离氨基或羧基数=肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数；
(5)蛋白质相对分子质量＝氨基酸数x氨基酸平均相对分子质量－18×脱水数。
六.蛋白质计算相关问题
思考：多肽中它的N原子数怎么算呢？
COOH
NH2
N原子总数= 肽键数+ 肽链数+ R基上的N原子数
一个肽键中有一个N；
一条肽链至少有一个游离的氨基；
R基上也可能有N原子。
C
O
H
N
六.蛋白质计算相关问题
思考：多肽中它的O原子数怎么算呢？
COOH
NH2
一个肽键中有一个O；
一条肽链至少有一个游离的羧基；
R基上也可能有O原子。
O原子数 = 肽键数+ 2×肽链数 + R基上的O原子数
=各氨基酸中O原子总数 - 脱去水数
C
O
H
N
课堂小结
蛋白质是生命活动的主要承担者
功能
结构
元素组成---CHON(S)
基本单位---氨基酸
化学结构---多肽链
空间结构---蛋白质
种类数目排列顺序
盘曲折叠成空间结构
结构多样性
结构物质
功能物质
结构蛋白---肌肉纤维
催化-酶
运输-载体
免疫-抗体
调节-激素
功能多样性
决定
练习与应用
一.概念检测
1.判断下列有关蛋白质的表述是否正确。
(1)蛋白质彻底水解的产物是氨基酸。 ( )
(2)氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质。 ( )
(3)只有细胞内才有蛋白质分布。 ( )
(4)蛋白质的空间结构与其功能密切相关。 ( )
X
X
√
√
练习与应用
一.概念检测
2.质量相等的下列食物中，蛋白质含量最多的是 ( )
A.烧牛肉 B.烤甘薯
C.馒头 D.米饭
A
3.下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是 ( )
A.NH2—CH2—COOH B.NH2—CH2—CH2OH
C.NH2—CH—(CH2)2—COOH D.HOOC—CH—CH2—COOH
NH2 COOH
A
练习与应用
一.概念检测
4.下列物质中，不属于蛋白质的是 ( )
A.胰岛素 B.胆固醇
C.胃蛋白酶 D.抗体
B
练习与应用
二.拓展应用
1.民间有一种“吃什么补什么”的说法，如吃鱼眼能明目，喝虎骨酒可以壮筋骨。请你运用本节所学知识对这种说法作出评价。
食物中蛋白质是大分子有机物，都要通过消化吸收成小分子进入人体后重新合成不同的蛋白质，在人体内执行不同的功能。
(1)构成一个脑啡肽的氨基酸数目是______；有______种氨基酸参与了脱水缩合反应；生成的水分子数目是__________。
(2)请在图中标出其中的一个肽键。
(3)如果上图中的氨基酸顺序发生了改变，它还会具有脑啡肽的功能吗 为什么
练习与应用
二.拓展应用
2.某种脑啡肽具有镇痛作用，可以作为药物来使用，它的基本组成单位是氨基酸。下面是该脑啡肽的结构式。回答下列问题。
5
4
4
不能。因为氨基酸的排列顺序决定了脑啡肽的功能，如果氨基酸的排列顺序改变了，新的物质就不具有脑啡肽的镇痛功能。
练习与应用
二.拓展应用
3.在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时，人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量，这是为什么？
必需氨基酸是人体细胞不能合成的氨基酸，必须从食物中获得，因此在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时，人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量。

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