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第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
高中生物学
第二章 组成细胞的分子
素养目标
学习目标 核心素养
1.归纳概括氨基酸的结构通式，阐明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。 2.说出氨基酸构成多肽链或蛋白质分子的过程。 3.从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系。 1.通过分析蛋白质分子结构多样性和功能多样性的关系，理解蛋白质的结构是与功能相适应的。（生命观念）
2.归纳氨基酸结构，演绎氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程，通过推理、空间想象解答与蛋白质有关的计算问题。（科学思维）
3.通过学习蛋白质是生命活动的主要承担者，认同蛋白质与人体营养、健康等关系密切。
（社会责任）
许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质。如肌肉、头发、蛛丝、羽毛等的成分主要是蛋白质。
1
结构蛋白
[任务一] 根据材料总结归纳蛋白质的功能
一、蛋白质的功能
细胞内的化学反应离不开酶的催化。绝大多数酶都是蛋白质。
酶
2
催化功能
一、蛋白质的功能
有些蛋白质能够起信息传递的作用，调节机体的生命活动，如胰岛素、胰高血糖素。
胰岛素
糖尿病患者注射胰岛素
3
调节作用（信息传递）
一、蛋白质的功能
抗体是具有免疫功能的蛋白质，可帮助人体抵御细菌和病毒的侵害。
4
免疫功能
一、蛋白质的功能
有些蛋白质具有运输功能。如血红蛋白、载体蛋白。
细胞膜上具有物质运输功能的载体蛋白
O2分子
血红蛋白运输氧气
5
运输作用
一、蛋白质的功能
功能 运输 免疫
举例 肌肉、头发、 羽毛、蛛丝等 胃蛋白酶 胰岛素
归类
构成结构
催化
血红蛋白
膜载体蛋白
调节
结构蛋白
功能蛋白
(降血糖)
(信息传递)
抗体
(防御)
一、蛋白质的功能
小结
蛋白质
多数酶是 。
为什么蛋白质有这么多样的功能呢？与它的组成和结构有关吗？
蛋白质是生命活动的主要承担者。
记忆口诀：“催狗运面条”
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
氨基酸
作为手术缝合线的胶原蛋白之所以能被人体组织吸收，是因为胶原蛋白被分解为可以被人体吸收的 。
氨基酸
—NH2
—COOH
氨基：
羧基：
N
H
H
N
H
H
N
H
H
N
H
H
C
OH
O
C
OH
O
C
HO
O
C
HO
O
基团前面的“—”必须写出来！
认识
情境导入
思考
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。
为什么这种缝合线可以被人体组织吸收？
作为手术缝合线的胶原蛋白之所以能被人体组织吸收，是因为胶原蛋白被分解为可以被人体吸收的 。
氨基酸
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
氨基酸的组成元素
1
甘氨酸
缬氨酸
丙氨酸
亮氨酸
这些氨基酸的元素组成有什么共同特点？
观察下列4种氨基酸的结构，回答问题：
甲硫氨酸
氨基酸结构有什么特点呢？
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
氨基酸的结构特点
2
甘氨酸
缬氨酸
这些氨基酸有哪些共同的结构？具有什么共同特点？
丙氨酸
亮氨酸
氨基
羧基
中心碳原子
侧链基团(R基)
R
氨基
羧基
侧链基团：决定氨基酸的种类和理化性质
O
C OH
C
H
H
H N
中心碳原子
氢原子
简写：
R
H
H2N—C—COOH
C
H
R
NH2
COOH
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
C2H4O2N-R
分子式通式：
氨基酸的结构通式
3
典例应用
1.判断下列分子是不是构成蛋白质的氨基酸？如果不是为什么？
无氨基
无羧基
氨基和羧基未连在同一个碳原子上
氨基酸的种类有多少种呢？
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
氨基酸的种类
4
非必需氨基酸：
必需氨基酸：
②种类
甲硫氨酸，缬氨酸，赖氨酸，异亮氨酸，苯丙氨酸，亮氨酸，色氨酸，苏氨酸。
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
①分类依据：能否在人体内 。
组成人体蛋白质的氨基酸有21种。
合成
(共13种)
人体 的氨基酸。
可自身合成
人体不能自身合成，必须从外界环境获取的氨基酸。
(共8种)
婴儿有9种，比 成人多的一种是组氨酸
口诀：甲 携 来 一 本 亮 色 书
氨基酸：
21种
蛋白质：
1010～1012
脱水缩合
二、蛋白质的基本单位-氨基酸
那么氨基酸是如何形成种类繁多的蛋白质的呢？
肽键
C
H
R1
NH2
OH
C
O
H2O
C
H
COOH
R2
H
N
H
脱水缩合
氨基和羧基
羧基
三、蛋白质的结构及其多样性
氨基酸的结合方式—脱水缩合
1
二肽
两个
一分子
-NH-CO-或-CO-NH-
肽键
肽键
1.肽键：连接两个氨基酸分子的化学键： 。
2.二肽：由 氨基酸分子缩合而成的化合物。
水中H来自： 。
水中O来自： 。
3.生成一个肽键，脱去（ ）水
注意：由几个氨基酸构成，就称为几肽。
◆三肽（多肽）： 。
◆肽链： 。
C
C
H
R1
NH2
C
O
C
H
R2
H
N
O
C
H
COOH
R2
H
N
肽键
肽键
三肽
由三个或多个氨基酸分子缩合而成的化合物
多肽通常呈链状结构，所以多肽通常又叫肽链
三、蛋白质的结构及其多样性
氨基酸的结合方式—脱水缩合
1
—C
H2N
H
H
—C—
O
N—
H
C—
CH3
H
COOH
—C—
O
N—
H
C—
H
CH2
C
O
NH2
—C—
O
N—
H
H
CH2
C
COOH
①
②
④
⑥
⑤
⑦
⑧
③
（1）该化合物中，①表示_____⑦表示______③ 表示_____ ；
（2）该化合物由____个氨基酸通过____________ 反应，失去____个水分子形成的，有氨基___个，有羧基__个，含有____个肽键。
（3）该化合物称为 _______
氨基
羧基
肽键
2
2
四肽
4
脱水缩合
3
3
三、蛋白质的结构及其多样性
典例应用
氨基酸脱水缩合形成的多肽链，就是蛋白质吗？
氨基酸之间脱水缩合形成肽链
1
一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠
2
肽链进行进一步盘绕形成一定的空间结构
3
四条肽链聚集形成复杂空间结构
4
三、蛋白质的结构及其多样性
肽链形成蛋白质
为什么肽链能够折叠？
空间结构靠什么维持？
2
----二硫键
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。
二硫键
两条肽链
二硫键可以形成在肽链内，也可以形成在肽链间
—SH
—SH
+
—S—S—
+
2H
巯基：
三、蛋白质的结构及其多样性
肽链的连接方式：
2
α-螺旋
β-折叠
氨基酸______
氨基酸______
氨基酸_________
肽链数目和盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同
决定
________
(蛋白质类激素)
________
(大多数酶)
________
(载体蛋白)
________
(抗体)
种类
数目
排列顺序
________
(头发、蛛丝)
调节
催化
运输
免疫
结构
三、蛋白质的结构及其多样性
蛋白质结构多样性的原因
3
结构多样性
功能多样性
1.氨基酸层面
2.肽链层面
三、蛋白质的结构及其多样性
蛋白质结构与功能相适应
4
蛋白质空间结构改变或破坏
蛋白质的功能减弱或丧失
导致
β链6号
缬氨酸
替 换
β链6号
谷氨酸
正常血红蛋白(球状)
异常血红蛋白(纤维状)
正常β链
异常β链
正常圆饼状
异常镰刀状
镰状细胞贫血患者血红蛋白运输氧的能力大为削弱
帕金森病、囊性纤维化、阿尔茨海默病等——直接源于 。
肽链折叠错误
还有其他方式可以改变蛋白质的构象吗？
蛋白质溶液
三、蛋白质的结构及其多样性
蛋白质变性、盐析、水解
5
高温、强酸碱、
重金属盐、酒精等
空间结
构改变
丧失生物学活性
水溶性下降
更易水解
不可逆
①变性
②盐析
肽键都没断裂
加入相应酶
③水解
水解酶
彻底水解
短肽
氨基酸
水解酶
初步水解
蛋白质
可逆
加入某些盐
空间结构不变，形成沉淀而析出
都能与双缩脲
试剂产生紫色
不可逆
源于必修1 P32“与社会的联系”①熟鸡蛋更容易消化的原因是___
_________________________________________________________。
②蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？并说明理由：_______
_______________________________________________________。
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
能。因
为蛋白质变性后空间结构改变，并没有破坏氨基酸之间的肽键
三、蛋白质的结构及其多样性
规律一：在链状多肽中，氨基酸数－肽链数=肽键数=脱去的水分子数
1
肽键与氨基酸的关系
氨基酸数 肽链数 肽键数 脱水数
8
8
8
1
2
3
7
6
5
7
6
5
－
－
－
=
=
=
=
=
=
四、蛋白质的相关计算
氨基酸
肽键
规律二：在环肽中，氨基酸数=肽键数=脱去的水分子数
氨基酸数 肽键数 脱水数
=
=
5
3
5
3
3
5
=
=
1
肽键与氨基酸的关系
四、蛋白质的相关计算
注：环状多肽，可将肽链条数看作0
1.人体血红蛋白的一条肽链有145个肽键，形成这条肽链的氨基酸分子数以及它们在缩合过程中生成的水分子数分别是（ ）
A.145和144 B.145和145
C.145和146 D.146和145
D
肽键数=水分子数
氨基酸数=肽键数+肽链数
习题巩固
◆2.游离氨基数和羧基数计算：
一条肽链至少含有____个羧基和_____个氨基。
一
一
②游离氨基(羧基)数=肽链数+R基上的氨基(羧基)数
m条肽链至少含有____个羧基和_____个氨基。
m
m
四、蛋白质的相关计算
①至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数
2.二硫键“—S—S—”是蛋白质中连接两条肽链之间的一种化学键。如图是由280个氨基酸组成的某蛋白质的结构图，下列相关叙述正确的是( )
A.该蛋白质至少有280个氨基
B.形成该蛋白质的过程中脱去了280个水分子
C.该蛋白质至少有2个游离的羧基
D.该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类和排列顺序三方面决定
C
2个
280-2个
还与肽链盘曲折叠形成的空间结构有关
习题巩固
蛋白质相对分子质量=
氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量 - 脱去的水分子数×18
已知21种氨基酸的平均相对分子质量是128，现有一蛋白质分子由1条肽链组成，共有氨基酸数100个，此蛋白质的相对分子量最接近于
=100×128 - 99 ×18
m蛋白质=
m氨基酸总
-m水
四、蛋白质的相关计算
◆3.蛋白质相对分子质量
公式：蛋白质相对分子质量 = 氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量
- 脱去的水分子数×18 - 二硫键数×2
图2-1 某胰岛素通过二硫键连接
S
二硫键
H
H
H2
S
四、蛋白质的相关计算
◆3.蛋白质相对分子质量
如果形成二硫键，需考虑每形成一个二硫键需去掉两个H。
例3：某胰岛素的结构如下图，该胰岛素的相对分子质量是多少？
（氨基酸平均相对分子质量为128）
=51×128 - 49×18 - 3×2
四、蛋白质的相关计算
四、蛋白质的相关计算
例4：如果有足量的3种氨基酸，分别为甲、乙、丙，则它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类最多是
27=3×3
×3
6=3×2
×1
1.假若有n种氨基酸（数量不限）形成一个三肽，那么形成该三肽的种类有n3种
2.假若有n种氨基酸（数量不限）形成一个m肽，则形成的多肽的种类有nm种
3.假若有n种氨基酸形成一个三肽，且每种氨基酸只有一个，则形成三肽的种类有n(n-1)(n-2)
◆5.N原子数和O原子数计算
-NH2（肽链数）
= -CO-NH-
-R中N数
N原子数
-COOH×2（肽链数×2）
= -CO-NH-
-R中O数
O原子数
N个数=氨基酸数+R基上N
O个数=氨基酸数+肽链数+R基上O
四、蛋白质的相关计算
氨基酸数（n） ； 氨基酸平均分子相对质量（a）
一条肽链 m条肽链 环肽
肽键
脱去水分子
减轻的质量
多肽相对分子质量
至少含有的氨基或羧基数
H2N——
——COOH
n-1
n-1
18（n–1）
na-18(n–1)
1
n-m
n-m
18（n–m）
na-18(n–m)
m
n
n
18n
na-18n
0
四、蛋白质的相关计算
组成元素
C、H、O、N、（S）
氨基酸
种类：
通式：
C
H
C
H2N
OH
O
R
特点：
脱水缩合
多肽
组成蛋白质的氨基酸种类不同
氨基酸的数目不同
氨基酸排列顺序不同
多肽的空间结构不同
折叠盘旋
蛋白质
结构多样性
功能多样性
构成生物体，如结构蛋白
运输作用，如血红蛋白
催化作用，如酶
调节作用，如胰岛素
免疫作用，如抗体
组成
基本单位：
形成
导致
21种
至少有一个－NH2和一个－COOH连在同一个C原子上
核糖体
课堂小结

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