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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
一、蛋白质的功能
蛋白质是细胞内重要的有机物
蛋白质是细胞中含量最高的有机物，是生物体内重要的营养物质。
组成生物体的常见蛋白质有哪些？蛋白质承担着怎样的功能呢？
一、蛋白质的功能
组成生物体的常见蛋白质
如何验证这些结构是由蛋白质组成的呢？
蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应。
血红蛋白
指甲
角蛋白
一、蛋白质的功能
结构
调节
免疫
运输
催化
蛋白质是生命活动的主要承担者
活动1：阅读教材P28，举例说出蛋白质承担的功能
1.构成细胞和生物体结构的重要物质(结构蛋白)
一、蛋白质的功能
头发
蛛丝
肌肉
许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质。
肌肉纤维
2.催化(功能蛋白)
一、蛋白质的功能
细胞中的化学反应离不开酶的催化。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。
胃蛋白酶结晶
3.运输(功能蛋白)
一、蛋白质的功能
有些蛋白质具有运输功能。如血红蛋白（参与氧气运输）、载体蛋白（参与物质跨膜运输）。
血红蛋白
通道蛋白
4.调节(功能蛋白)
一、蛋白质的功能
有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素、生长激素。
图中黄色区域的部分细胞能分泌胰岛素
4.调节(功能蛋白)
一、蛋白质的功能
细胞间传递信息的调节蛋白，通过蛋白质间的特异性结合，实现信息的精准传递。
5.免疫(功能蛋白)
一、蛋白质的功能
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。
5.免疫(功能蛋白)
一、蛋白质的功能
抗体通过与抗原特异性结合，实现免疫防御功能。
抗原
抗体可变区
抗原
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。
①结构功能：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。例如肌肉纤维。
②催化功能：起生物催化作用，如绝大多数酶。
③运输功能：运输功能，如血红蛋白能运输氧。
④调节功能：调节生命活动，如胰岛素和生长激素等。
⑤免疫功能：免疫过程中产生的抗体，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
中午吃了一份宫保鸡丁，那么其中的蛋白质是否直接变成了他自己身体内的蛋白质呢？如果不是，那这些蛋白质最终以什么形式被他吸收呢？
蛋白质要在胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠肽酶等酶的作用下分解成氨基酸，才被人体小肠吸收，进而被细胞利用合成相应的人体蛋白质。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位。
1.氨基酸的结构通式
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
C
H
C
H
H2N
OH
O
C
H
C
H2N
OH
O
CH3
CH3
CH
C
H
C
H2N
OH
O
CH3
C
H
C
H2N
OH
O
CH2
CH3
CH3
CH
甘氨酸
缬氨酸
丙氨酸
亮氨酸
几种氨基酸的结构式
活动2：观察四种氨基酸的结构式，概括氨基酸结构通式
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
1.氨基酸的结构通式
氨基酸分子结构通式
C
H
H2N
R
氨基
羧基
侧链基团
C
OH
O
决定氨基酸的种类
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
2.氨基酸的结构特点
①每个氨基酸分子都至少含有一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH），并连在同一个碳原子上。
②氨基酸种类由R基决定。
3.氨基酸的元素组成
C、H、O、N,少数还含有P、S等元素。
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
1.氨基酸的结构通式
氨基酸
C
H
H
H
H
COOH
NH2
H
R
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
1.氨基酸的结构通式
针对练习
哪些是组成蛋白质的氨基酸
C
H
NH2
COOH
CH2
SH
C
H
NH2
COOH
CH2
SH
CH
NH2
COOH
CH2
OH
C
H
NH2
H
CH2
COOH
√
√
×
×
关键看是否有一个羧基和一个羧基连在同一个碳原子
【方法点拨】
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
3.氨基酸的种类
必需氨基酸：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。动物性食物和豆类食品一般含必需氨基酸较多。经常食用奶制品、肉类、蛋类和大豆制品，人体一般就不会缺乏必需氨基酸。
非必需氨基酸：另外13种氨基酸是可以在体内由其他物质转化而来的，称为非必需氨基酸，如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、酪氨酸和半胱氨酸等。
二、蛋白质的基本单位——氨基酸
3.氨基酸的种类
组成人体蛋白质的氨基酸(21种)
非必需氨基酸
必需氨基酸
人体能自身合成(可以在体内由其他物质转化而来的)的氨基酸,共13种.
人体不能自身合成，必须从食物中吸收的氨基酸,共8种。
三、蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸到蛋白质的结构层次
氨基酸
二肽
三肽
多肽
一条多肽链折叠形成蛋白质
几条多肽链折叠形成蛋白质
氨基酸
二肽
多肽
蛋白质
三、蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸到蛋白质的结构层次
氨基酸
二肽
三肽
多肽
一条多肽链折叠形成蛋白质
几条多肽链折叠形成蛋白质
折叠盘曲成空间结构
三、蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸到蛋白质的结构层次
由氨基酸形成血红蛋白的示意图
2.氨基酸结合形成肽链的方式——脱水缩合
三、蛋白质的结构及其多样性
C
R1
C
H
H2N
OH
O
C
H
C
N
OH
O
R2
H
H
C
R1
CO
H
H2N
C
H
C
HN
OH
O
R2
二肽
H2O
+
脱水缩合
肽键
三、蛋白质的结构及其多样性
2.氨基酸结合形成肽链的方式——脱水缩合
肽键
氨基酸脱水缩合，形成肽键，通过肽键连接成肽链。
H H O
H N C C
R1
H H O
N C C OH
R2
H2O
H H O
H N C C OH
R1
H H O
H N C C OH
R2
二肽
3.相关名词解释
三、蛋白质的结构及其多样性
连接两个氨基酸分子的化学键(－NH－CO－)
由两个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物
由3个或3个以上氨基酸分子脱水缩合而成的，含有多个肽键
多肽通常呈链状结构，称为肽链。
肽键
二肽
多肽
肽链
三、蛋白质的结构及其多样性
4.氨基酸脱水缩合过程中的相关计算
肽键数=6-1
肽键数=8-1
肽链数为1时：肽键数 = 脱去水分子个数 = n-1
肽键数=14-2
肽链数为2时：肽键数 = 脱去水分子个数= n-2
肽键数 = 脱去水分子数 = 氨基酸数-肽链条数= n-m
（环状肽肽键数=氨基酸数）。
（n表示氨基酸数、m表示肽链数）
(1)肽键数和水分子数计算
三、蛋白质的结构及其多样性
4.氨基酸脱水缩合过程中的相关计算
(2)蛋白质相对分子量的计算
蛋白质相对分子质量＝氨基酸平均相对分子质量×氨基酸数量－失去水分子数×18
— C
NH2
H
R1
— C —
O
N—
H
C
H
R2
—C—
O
N —
H
C —
COOH
H
R3
4.氨基酸脱水缩合过程中的相关计算
三、蛋白质的结构及其多样性
—C
NH2
H
R1
—C —
O
N—
H
C
H
R2
—C—
O
N—
H
C—
COOH
H
R3
一条肽链至少含有___个游离的羧基和___个游离的氨基。
一
一
m条肽链至少含有__个游离的羧基和___个游离的氨基。
m
m
蛋白质中至少含有的游离的氨基或羧基数=肽链的条数。
(3)游离氨基数和游离羧基数的计算
三、蛋白质的结构及其多样性
4.氨基酸脱水缩合过程中的相关计算
(4)蛋白质中的N、O原子的计算
蛋白质（多肽）中N原子数=肽链数+肽键数+R基中的N原子数=各氨基酸脱水前的N原子总数
蛋白质（多肽）中O原子数=R基中的O原子数+2×肽链数+肽键数=各氨基酸脱水前的O原子总数- 肽键数
—C
NH2
H
R1
—C—
O
N—
H
C
H
R2
—C—
O
N—
H
C—
COOH
H
R3
技能训练
某蛋白质由3条多肽链、N个氨基酸组成，下列关于该蛋白质说法正确的是 ( )
A．形成该蛋白质时产生了N个水分子 　　
B．该蛋白质中至少含有N个肽键
C．该蛋白质中至少含有3个游离的羧基
D．合成该蛋白质至少需要20种氨基酸
C
2.氨基数或羧基数（至少）=肽链数
【方法点拨】
1.肽键数=水分子数=氨基酸数-肽链数
技能训练
假设一个蛋白质由100个氨基酸组成，形成一条肽链，氨基酸平均分子量为128，问
(1)氨基酸脱水缩合过程有无分子量损失，若有，是多少？
失去水分子量=18 （水分子量）×（100-1）
(2)最终该蛋白质的分子量是多少？
蛋白质分子量=氨基酸平均分子量×氨基酸个数-失去水分子量=128 ×100- 18 ×（100-1）
(3)如果这100个氨基酸形成两条肽链，上面两题答案又如何？
18 ×（100-2） 128 ×100- 18 ×（100-2）
蛋白质分子量 = 氨基酸数×氨基酸平均分子量－
失去的水分子数×18
技能训练
某蛋白质由124个氨基酸组成，其中有8个—SH，在肽链形成空间结构（如图）时，生成4个二硫键（—S—S—），若氨基酸平均分子量为125，则该蛋白质的分子量约为
A.13278 B.13286 C.13294 D.15500
氨基酸数×氨基酸平均分子量－失去水分子量-生成二硫
键失去分子量=124 ×125-18 ×（124-1)-4 ×2=13278
A
【方法点拨】
三、蛋白质的结构及其多样性
5.蛋白质结构多样性的原因
某种胰岛素空间结构示意图
人体组织蛋白酶
三、蛋白质的结构及其多样性
5.蛋白质结构多样性的原因
球状蛋白质
纤维状蛋白质
三、蛋白质的结构及其多样性
5.蛋白质结构多样性的原因
◇-◇-◇-◇-◇-◇-◇-◇-◇-◇
◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎　
(2)氨基酸种类不同，蛋白质结构不同
◇-◇-◇-◇-◇-◇
◇-◇-◇-◇
(3)氨基酸排列顺序不同，蛋白质结构不同
◇-◇-◎-◎-
◇-◇-◎-◎-
◎-◎-
◇-◇
-◎-◇-◇-◎-
(4)肽链空间结构不同，蛋白质种类不同
(1)氨基酸数目不同， 蛋白质结构不同
三、蛋白质的结构及其多样性
5.蛋白质结构多样性的原因
氨基酸种数不同
氨基酸数目不同
氨基酸序列不同
肽链空间结构不同
蛋白质结构
多种多样
蛋白质种类
多种多样
结构多样性决定了功能多样性!
三、蛋白质的结构及其多样性
5.蛋白质结构多样性的原因
蛋白质空间结构的重要性
血红蛋白β链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，形成了异常的血红蛋白S（HbS），取代了正常血红蛋白（HbA），氧分压下降时血红蛋白S分子之间相互作用，聚合成为螺旋形多聚体，使红细胞扭曲成镰状细胞（即镰变现象），导致运输氧的能力大为削弱。
左下为镰状红细
1.变性
四、蛋白质的性质
(1)概念
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。
(2)致变因素
化学因素有强酸、强碱、重金属盐、尿素、丙酮等；物理因素有加热（高温）、紫外线及X射线照射、超声波、剧烈振荡或搅拌等。
1.变性
四、蛋白质的性质
(3)结果
生物活性丧失；粘度增加、扩散系数降低；容易聚集沉淀。
(4)特点
空间结构遭到破坏，不可逆。
(5)应用
①鸡蛋、肉类等经高温后蛋白质变性，更易消化。
②细菌、病毒经过加热、酸、重金属处理后因蛋白质变性而灭活。（消毒灭菌）
③高温、强酸、强碱使酶失活。
④很多毒素是蛋白质，经甲醛固定，减毒、封闭毒性碱基团作类毒素抗原，制作抗毒素。
2.盐析
四、蛋白质的性质
(1)概念
是指在蛋白质水溶液中加入盐后，随着盐浓度增大而使蛋白质沉淀出来的现象。
(2)特点
空间结构未破坏，可逆。
3.水解
四、蛋白质的性质
(1)概念
是指蛋白质在酶或酸、碱等的作用下，蛋白质分子中的肽键断裂，生成氨基酸或小分子肽的过程。
(2)本质
初步水解（不完全水解）和彻底水解（完全水解）。
(3)类型
肽键断裂
蛋白酶水解 产物是多肽和氨基酸
(4)实例
肽酶水解 产物是氨基酸
课堂反馈
1．下列关于蛋白质功能的举例合理的是 （ ）
A．催化—抗体 B．运输—唾液淀粉酶
C．调节—胰岛素 D．免疫—血红蛋白
C
课堂反馈
2．催产素、牛加压素、血管舒缓素等多肽化合物的氨基酸数量相同，但其生理功能却不同，原因有 （ ）
①氨基酸种类不同　 ②合成的场所不同
③氨基酸的排列顺序不同 ④肽链的折叠盘曲方式不同
A．①②③ B．①③④
C．②③④ D．①②③④
B
课堂反馈
3．下列物质中，不是构成蛋白质的氨基酸（ ）
D
A．
B．
C．
D．
课堂反馈
4．有关下图中某蛋白质的叙述，正确的是（ ）
B
A．形成该蛋白质时共脱掉126个水分子
B．该蛋白质含有两条肽链
C．该蛋白质的R基中共含16个氨基
D．该蛋白质共有111个肽键
课堂反馈
5．如图表示有关蛋白质分子的简要概念图，下列对图示分析正确的是（ ）
B
A．A中肯定含有S元素
B．①过程发生伴随着水的生成
C．多肽中B的数目等于C的数目
D．蛋白质结构和功能的多样性是细胞多样性的根本原因
课堂小结

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