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第二章 组成细胞的分子
第 4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
问题探讨
手术缝合线
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
组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质
问题探讨
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
分解为小分子物质才能被吸收；
初中学习过食物中的蛋白质要分解为氨基酸才能被吸收，因此说明蛋白质在化学组成上应该可以分解为更小的分子。
①结构蛋白
构成细胞和生物体的重要物质，如肌球蛋白、肌动蛋白等
④调节蛋白
胰岛素和生长激素等
②催化蛋白
生物催化作用，
如绝大多数酶
③运输蛋白
血红蛋白、细胞膜上的载体
⑤免疫蛋白
免疫过程中产生的抗体
一、蛋白质的功能
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
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
2、催化作用：如绝大数酶
3、运输作用：如血红蛋白、细胞膜上的载体
4、调节作用：胰岛素、生长激素等
5、免疫作用：抗体
一、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
C
OH
O
N
H
H
—NH2
—COOH
认识氨基：
认识羧基：
N
H
H
N
H
H
N
H
H
C
OH
O
C
HO
O
C
HO
O
基团前面的“—”必须写出来！！！
一、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
氨基酸的结构特点
思考.讨论
甘氨酸
缬氨酸
丙氨酸
亮氨酸
思考: 这些氨基酸的结构具有什么共同特点？
每个氨基酸至少含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH）连接在同一个碳原子上。
尝试推导出氨基酸的结构通式和元素组成。
一、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
1.元素组成：
主要是C、H、O、N，有的含S等
2.结构通式：
侧链基团
R
C
H
C
H2N
OH
O
氨基
羧基
每个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。
①特点
思考: 部分氨基酸分子中含有一个以上的氨基或羧基，那么它们存在什么位置呢？
多出来的氨基或羧基位于R基上
判断下列分子是不是氨基酸？如果是的话，R基是什么？
C
COOH
CH3
HOOC
H
C
NH2
CH3
H2N
H
C
H
HOOC
H
CH2
NH2
C
NH2
HOOC
H
CH2
NH2
CH
NH2
HOOC
CH
NH2
HOOC
1
2
3
4
6
×
×
×
√
√
COOH
CH2
H2N
√
5
思考:发挥你的想象力，能否将抽象的结构具体化，以便更好的掌握氨基酸的结构通式吗？
通过氨基酸的结构通式，总结出氨基酸结构特点？
C
R
C
H2N
OH
O
H
氨基
羧基
侧链基团
①每个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。
②这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团（-R表示）
③R基的不同决定了氨基酸分子的不同。（21种）
结构特点：
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
非必需氨基酸：
必需氨基酸：
组成人体蛋白质的21种氨基酸
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
共13种，人体可自身合成的氨基酸
共8种，人体不能自身合成的氨基酸
（婴儿9种，组氨酸）
（甲 携 来 一 本 亮 色 书）
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，假如我们吃了鸡肉，能直接变成我们自身的肌肉吗？物中的蛋白质能不能直接被人吸收？
蛋白质是一类生物大分子，种类多种多样。蛋白质必须经过消化，成为各种氨基酸，才能被人体吸收利用。
问题探讨
蛋白质→氨基酸→蛋白质
一、氨基酸的结合方式
我们知道人体中氨基酸有21种，蛋白质有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？
氨基酸：
21种
蛋白质：
1010～1012
脱水缩合
蛋白质是生物大分子，由许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键相连而成。
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，生成一个肽键的过程。
C
H
R1
NH2
OH
C
O
H2O
C
H
COOH
R2
H
N
H
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
一、氨基酸的结合方式
(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
一、氨基酸的结合方式
H2O
肽键数=脱去水分子数
=氨基酸数－肽链数
有的是环状，首尾两端的氨基、羧基也脱水缩合连接起来，成为环状多肽。
由几个氨基酸形成的就叫几肽
三肽、四肽……
统称为
多肽
肽链
呈链状
1条或多条
盘曲折叠
蛋白质
3. 三肽
三、蛋白质的结构及多样性
下图为脑啡肽的结构简式，据图回答：
（1）脑啡肽分子是由_______种氨基酸形成的，造成氨基酸种类不同的原因是________不同。
（2）脑啡肽中含有____个肽键，脑啡肽的名称是_____肽，形成过程称为___________，形成过程中共脱去___个水分子。
4
R基
4
五
脱水缩合
4
多肽能够行使蛋白质的各项功能吗？从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？
第一步：找肽键
第二步：找R基
第三步：看头尾
—SH
—SH
+
—S—S—
+
2H
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
由于氨基酸之间能够形成氢键等，从而使得肽链能盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
两条肽链
总结：二硫键可以形成在肽链内，也可以形成在肽链间
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
一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠
这条肽链进一步盘绕形成一定的空间结构
四条肽链聚集在一起形成复杂空间结构
由氨基酸形成血红蛋白的示意图
蛋白质必须具备复杂的空间结构才具备生物活性
三、蛋白质的结构及多样性
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。
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
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)。
2110
由n个氨基酸所构成的肽链的种类数是21n种
三、蛋白质的结构及多样性
氨基酸的种类不同
合作探究1：观察以下四条多肽链，找出它们不同的原因？
(2)原因二：
(1)原因一：
氨基酸的数目不同
合作探究2：3位同学为一组，模拟3种不同的氨基酸合成一条肽链，能形成多少种不同的肽链？
氨基酸的排列顺序不同
(3)原因三：
种类
数量
排列顺序
空间结构
结构多样
种类繁多
氨基酸
肽链：
功能多样
决 定
功能蛋白
结构蛋白
(组成细胞和生物体)
________
(蛋白质类激素)
________
(大多数酶)
________
(载体蛋白)
________
(抗体)
调节
催化
运输
免疫
5. 蛋白质结构多样性的原因
结构决定功能
三、蛋白质的结构及多样性
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。
1.煮熟的鸡蛋容易消化的原因？
高温使蛋白质空间结构变得伸展、松散，肽键暴露，易被蛋白酶水解
2.加热、加酸、加酒精可以消毒、灭菌的原因？
加热、加酸、加酒精等可引起细菌和病毒的蛋白质变性
3. 汞中毒早期，服用大量乳制品或鸡蛋清进行解毒的原因？
乳制品或鸡蛋清中的蛋白质与消化道中的汞结合成变性的不溶解物，以阻止有毒的汞离子被人体吸收
结构多样性
功能多样性
决定
氨基酸______
氨基酸______
氨基________
肽链数目和盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同
功能蛋白
结构蛋白
(组成细胞和生物体)
________
(蛋白质类激素)
________
(大多数酶)
________
(载体蛋白，
血红蛋白)
________
(抗体，溶菌酶，淋巴因子)
种类
数目
排列顺序
调节
催化
运输
免疫
不同生物体：基因多样性
________
(糖蛋白)
识别
直接原因：
根本原因：
同一生物体：基因的选择性表达
胰岛素、生长激素
课堂小结
氨基酸数和肽链数、肽键数、脱水数之间的关系
氨基酸
肽键
2
1
1
6
3
8
5
2
6
2
5
6
－
=
－
=
－
=
=
=
=
氨基酸数 肽链数 肽键数 脱水数
链状=氨基酸数-肽链数=肽键数=脱去的水分子数
四、蛋白质的相关计算
环肽：氨基酸数=肽键数=脱去的水分子数
氨基酸数和肽链数、肽键数、脱水数之间的关系
氨基酸数 肽链数 肽键数 脱水数
5
5
5
0
氨基酸数和肽链条数 肽键数 脱水数
n个氨基酸形成一条肽链
n个氨基酸形成m条肽链
3-1
3-1
2-1
2-1
n-1
n-1
8-2
8-2
n-m
n-m
★规律1：肽键数 =脱水数=氨基酸数-肽链数
1.肽键数、脱水数的计算
n个氨基酸形成环状多肽
n
n
C
H
H2N
O
R1
C
H
H2N
COOH
R2
C
OH
H2O
C
H
H2N
O
R1
C
H
N
COOH
R2
C
H
＋
＋
①H2O中H来源于 ；O来源于 。
②三个氨基酸脱水缩合得到 ，产生 分子水，形成 个肽键。
③n个氨基酸脱水缩合形成一条肽链得到 ，产生 分子水（肽键）。
氨基和羧基
羧基
三肽
n肽
2
n-1
n个氨基酸脱水缩合形成m条肽链产生 分子水（肽键）
n-m
2
某种蛋白质是由10个氨基酸脱水缩合形成的1条多肽链构成的，若每个氨基酸分子质量平均是120，则该蛋白质的相对分子量是？
蛋白质分子量
＝氨基酸分子总质量
—
脱去的水的 分子总质量
＝120×10
(10-1) ×18
—
假设有n个氨基酸形成m条肽链，每个氨基酸的平均相对分子质量为a，那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为
2.蛋白质相对分子质量的计算
氨基酸数 氨基酸的平均分子质量 肽链条数 蛋白质相对分子质量X
n a 1条肽链
m条肽链
环状肽链
X=an-18(n-1)
X=an-18(n-m)
X=an-18n
★规律2：蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均分子质量－18×脱去水分子数。
★特别提醒：计算多肽的相对分子质量时，除了考虑水分子的减少外，还要考虑其他化学变化过程。
如肽链上二硫键(-S-S-)的形成，一个-S-S-是有两个-SH脱去两个H原子连接而成的，
即“-SH”+“-SH”→“-S-S-”+2H。
所以当有k个二硫键时，
蛋白质的相对分子质量= 。
na-18(n-m)-2k
3.游离的氨基或羧基数目的计算
①每个氨基酸分子中至少含有 个氨基， 个羧基。其他的氨基和羧基来自 。
②一条多肽链中至少含有 个氨基， 羧基。其他的氨基和羧基来自 。
③n条多肽链中至少含有有 个氨基， 羧基。其他的氨基和羧基来自 。
1
1
R基
1
1
R基
n
n
R基
★规律3：
(1)肽链中至少含游离的氨基数或羧基数= 。
(2)肽链中含游离的氨基数或羧基数 =
(3)环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目
肽链条数
肽链条数+R基中的氨基或羧基=各氨基酸中氨基或羧基总数-肽键数
练习1：n个氨基酸共有m个氨基，则这些氨基酸脱水缩合形成的一条多肽中的氨基是 个。
练习2：现有100个氨基酸，共含有116个羧基和106个氨基，这些氨基酸脱水缩合形成6条多肽链时共含有
个氨基， 个羧基。
1+m-n
12
22
4.N、O原子数的计算
—C
NH2
H
R1
—C—
O
N—
H
C—
H
R2
—C—
O
N—
H
C
H
R3
COOH
（1）N原子数
（2）O原子数
=肽链数+肽键数+R基上的N原子数
=各氨基酸中N原子的总数
=肽链数.2+肽键数+R基上的O原子数
=各氨基酸中O原子的总数-脱水分子数
练习3：某蛋白质有m条肽链、n个氨基酸组成，则该蛋白质至少含有氧原子的个数为 。
n+m
练习4：分子式为C63H105O45N17S2的多肽化合物中，最多的肽键数是 个。
练习5：甜味肽的分子式为C13H16O5N2 , 则甜味肽一定是一种
肽。
（3）利用N原子个数求氨基酸的个数
16
二
氨基酸通式中N的数目最少，一般只出现在氨基中，若氨基酸R基中没有氨基，则N原子数=氨基酸数；若R基中含1个氨基，则氨基酸个数=N原子个数-1。
组成元素
C、H、O、N（S）等
导致
氨基酸
种类：21种
必需氨基酸：8种
非必需氨基酸：13种
结构通式：
C
H
C
H2N
OH
O
R
特点：至少有一个－NH2和一个－COOH连在同一个C原子上
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
导致
脱水数=肽键数=氨基酸数—肽链数=n—m
m条肽链构成的蛋白质，至少m个氨基，至少m个羧基
M（pro）=na—（n—m）18
课堂小结
计算
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
298=(300-2)
2.300个氨基酸组成两条肽链的蛋白质时，问脱掉多少个水分子,
形成多少个肽键
肽键数=水分子数
氨基酸数=肽键数+肽链数
习题巩固
3.如图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个
“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为（ ）
A.m，18m B.(m－4)，18(m－4)
C.(m－3)，18(m－3)＋4 D.(m－2)，18(m－2)＋4
D
水分子数=氨基酸数-肽链数
减少的相对分子质量
=水+二硫键
习题巩固
4.现有1000个氨基酸，共有氨基1020个，羧基1050个，有他们合成的4条肽链中，肽键、氨基、羧基是数目分别是（ ）
A、999、1016、1046
B、996、1、 1
C、996、24、 54
D、996、1016、1046
C
肽键数=1000-4
氨基=20+4
羧基=50+4
习题巩固
5.现有足量的a、b两种氨基酸，则这两种氨基酸脱水缩合可以形成二肽的种类数是（ ）
A.6 B.2 C.4 D.8
C
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. 6种，3种
C. 18种，6种 D. 27种，6种
D
三肽种类=33
包含3种氨基酸的三肽种类=3×2×1
二肽种类=22
习题巩固
7.某50肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图所示)，得到4条多肽链和5个氨基酸(脱下的氨基酸均以游离态正常存在)。下列有关叙述错误的是（ ）
A.该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子
B.若将得到的5个氨基酸缩合成5肽，则有5种不同的氨基酸序列
C.若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4个H2O
D.新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基
C
脱下的5个氨基酸=4个Ala+第50位的氨基酸
断8个肽键，消耗8个H2O
3个H2O
习题巩固
8.某十一肽的分子式为C61H83O20N12，已知它由下列5种
氨基酸组成：甘氨酸（C2H5O2N）、丙氨酸（C3H7O2N）、
苯丙氨酸（C9H11O2N）、谷氨酸（C5H9O4N）、
赖氨酸（C6H9O2N2），那么该多肽彻底水解可产生谷氨酸和赖氨酸的分子数分别为（ ）
A.4个、2个
B.5个、1个
C.6个、2个
D.4个、1个
D
氨基酸分子式：C2H4O2N-R
只有Glu有4个O2，用O原子数计算，
假设Glu有y个，则剩余氨基酸数为11-y。
O原子数= 各氨基酸中的O原子数 – 脱去水分子数
=4y+2（11-y)-(11-1)=20
十一肽有11个N，分子式为12个N，则Lys只有1个。
习题巩固

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