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第3讲　蛋白质的结构与功能
素养目标
考点一 蛋白质的结构和功能
夯实基础 精研教材
1.蛋白质的功能
催化功能
运输功能
胰岛素
抗体
2.构成蛋白质的氨基酸的结构和种类
氨基
羧基
3.蛋白质的合成
(1)多肽的合成方式——脱水缩合
①肽的名称确定:一条多肽链由几个氨基酸缩合而成就称为　　　　。
②产物H2O中各元素的来源:H来自　　　　　　　　　　,O来自　　　　。
③一条肽链上氨基数目或羧基数目的确定:一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,分别位于肽链的　　　　;其余的氨基(或羧基)在
　　　　上。
几肽
—COOH和—NH2
—COOH
两端
R基
(2)蛋白质的结构层次(以血红蛋白为例)
脱水缩
合
复杂的空间结构
4.蛋白质的结构多样性
种类
数目
排列
顺序
空间结构
教材深挖
1.(必修1 P32拓展应用3)在评价各种食物中蛋白质的营养价值时,人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量,这是因为
　　　　　　 　　　。
2.(必修1 P32与社会的联系延伸)人、畜误食铜盐、汞盐、铅盐等重金属盐而中毒,可以服用蛋清、牛奶或豆浆,是因为
　　　　　　　 　　。
3.(必修1 P30图2-11)图中胰岛素由　　　　条肽链构成,通过二硫键(—S—S—)相互结合在一起,其中共含有　　　　个二硫键。
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
蛋清、牛奶或豆浆中的蛋白质含量高,它们能与重金属盐迅速发生反应,从而减轻或避免由重金属盐引起的中毒
2
3
4.(必修1 P32与社会的联系)蛋白质变性后　　(填“能”或“不能”)用双缩脲试剂检测,理由是 　　 　　　　　　。
能
蛋白质变性后其空间结构改变,但没有破坏肽链中的肽键
易错排查
1.蛋白质变性可导致部分肽键断裂。(2023·湖北卷)(　　)
2.胶原蛋白的氮元素主要存在于氨基中。(2022·湖南卷)(　　)
3.蛋白质是生物体内重要的储能物质。(　　)
4.高温可破坏病原体蛋白质的空间结构,煮沸处理餐具可杀死大部分病原体。(　　)
5.蛋白质和DNA的组成元素都含有C、H、O、N,具有相同的空间结构。
(　　)
×
×
×
√
×
思维探究 考教衔接
(根据2024·湖北卷情境设计)人的前胰岛素原是由110个氨基酸组成的单链多肽。前胰岛素原经过一系列加工后转变为由51个氨基酸组成的活性胰岛素,才具有降血糖的作用。
(1)蛋白酶可以水解蛋白质,而在胰岛素形成过程中蛋白酶的作用是　　　　　　　　　　。水解前胰岛素原所需的水中的氢用于形成　　　　 　　　。由前胰岛素原
最终生成胰岛素的过程要有
　　　　　　　 　(细胞器)的参与。
去掉C肽和信号肽序列
—NH2和—COOH
内质网和高尔基体
(2)胰岛素分子由51个氨基酸经脱水缩合的方式形成两条肽链,这两条肽链通过一定的化学键,如图中的　　 　　相互连接在一起而形成。这些氨基酸形成蛋白质后,相对分子质量比原来减少了　　　　　　　。
(3)胰岛素原断链生成了没有活性的C肽和有活性的胰岛素。二者结构不同的直接原因是_________________________________________________
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　。
此过程说明　 　。
—S—S—
888
构成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序不同,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别
具有特定空间结构的蛋白质才能行使特定功能
(4)胰岛素流经肝脏时,会有一部分失活,而C肽不易被肝脏降解。对于接受胰岛素治疗的患者,测定其血液中的胰岛素水平,不能评价自身胰岛功能。可以通过测定血液中的C肽水平,来评价自身胰岛B细胞的功能,原因是
　。
(5)临床上低血糖的原因可以分为两种,一是胰岛素分泌过多,二是其他原因。如何通过测定C肽水平来判断低血糖的原因 请加以说明:
　。
胰岛素原转变成胰岛素时,C肽与胰岛素以等分子数进入血液循环中,胰岛素流经肝脏时,会有一部分失活,而C肽不易被肝脏降解。因此对于接受胰岛素治疗的患者在临床上可以通过测定血液中的C肽水平来了解胰岛B细胞的功能
若C肽的值超过正常范围,可认为是胰岛素分泌过多所致;若C肽的值不超过正常范围,则为其他原因所致
考法练透 素养提升
考法一　组成蛋白质的氨基酸的种类与结构
1.(2025·广东珠海模拟)科学家将编码天然蜘蛛丝蛋白的基因导入家蚕,使其表达出一种特殊的复合纤维蛋白,该复合纤维蛋白的韧性优于天然蚕丝蛋白。下列有关该复合纤维蛋白的叙述,正确的是(　　)
A.该复合纤维蛋白的基本组成单位与天然蜘蛛丝蛋白的不同
B.该复合纤维蛋白的氨基酸连接方式与天然蜘蛛丝蛋白的不同
C.该复合纤维蛋白的彻底水解产物可与双缩脲试剂产生紫色反应
D.该复合纤维蛋白的韧性较好,可能与其独特的空间结构有关
D
解析 该复合纤维蛋白的基本组成单位是氨基酸,与天然蜘蛛丝蛋白的基本组成单位相同,A项错误;氨基酸是组成蛋白质的基本单位,该复合纤维蛋白的肽链是由氨基酸脱水缩合形成的,该过程与天然蜘蛛丝蛋白的相同,B项错误;该蛋白的彻底水解产物为氨基酸,不具有肽键,不能与双缩脲试剂产生紫色反应,C项错误;与天然蚕丝蛋白相比,该蛋白的韧性较好,说明其空间结构与天然蚕丝蛋白不同,即该蛋白的韧性较好,可能与其独特的空间结构有关,D项正确。
考法二　蛋白质的结构与功能
2.(2024·黑吉辽卷)钙调蛋白是广泛存在于真核细胞的Ca2+感受器。小鼠钙调蛋白两端有近似对称的球形结构,每个球形结构可结合2个Ca2+。下列叙述错误的是(　　)
A.钙调蛋白的合成场所是核糖体
B.Ca2+是钙调蛋白的基本组成单位
C.钙调蛋白球形结构的形成与氢键有关
D.钙调蛋白结合Ca2+后,空间结构可能发生变化
B
解析 钙调蛋白的本质是蛋白质,蛋白质的合成场所是核糖体,A项正确;Ca2+不是钙调蛋白的基本组成单位,蛋白质的基本组成单位是氨基酸,B项错误;肽链上不同氨基酸之间可形成氢键等化学键,从而使肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质分子,C项正确;钙调蛋白是广泛存在于真核细胞的Ca2+感受器,结合Ca2+后,其空间结构发生改变,从而向下游传递信号,D项正确。
3.(2024·江西吉安模拟)实验小组在研究蛋白质的折叠时发现,尿素可以使蛋白质变性,使其丧失特定的空间结构,除去尿素后,蛋白质又可以自发的重新折叠,完全恢复为原来的构象,该现象可以说明(　　)
A.蛋白质的空间结构主要由其氨基酸序列决定
B.变性后的蛋白质都能重新恢复原来的构象
C.该蛋白质变性过程中肽键会发生断裂
D.蛋白质变性后不能和双缩脲试剂发生紫色反应
A
解析 根据图示过程可知,变性后的蛋白质的氨基酸序列是没有改变的,该蛋白质能重新折叠恢复为原来的构象,说明蛋白质的空间结构主要由其氨基酸序列决定,但并非所有变性的蛋白质都能重新恢复原来的构象,A项符合题意,B项不符合题意;蛋白质变性过程中其空间结构改变,但肽键没有断裂,C项不符合题意;蛋白质变性后肽键没有断裂,仍能与双缩脲试剂发生紫色反应,D项不符合题意。
考点二 有关蛋白质的计算
考法练透 素养提升
考法一　依据蛋白质的结构进行相关计算
1.(2024·山东枣庄质检)如图所示,该蛋白质分子共由67个氨基酸构成,包括两条多肽链和一个环状肽。数字代表两条多肽链上氨基酸的起止数字,该蛋白质由二硫键(两个—SH形成—S—S—)相连,假设氨基酸的平均相对分子质量为a,下列说法错误的是(　　)
A.该蛋白质分子至少有2个游离的氨基和2个游离的羧基
B.该蛋白质分子至少含有67个氧原子
C.该蛋白质分子含有65个肽键
D.该蛋白质的相对分子质量为67a-1 174
B
解析 环状肽中可能没有游离的氨基和羧基,所以该蛋白质分子至少含有2个游离的氨基和2个游离的羧基,A项正确;该蛋白质分子至少含有氧原子的数量为(18-1+2)+(14-1+2)+35=69(个),B项错误;该蛋白质共有肽键(32-2)+35=65(个),C项正确;该蛋白质分子由两条多肽链(含32个氨基酸)和一个环状肽(含35个氨基酸)组成,且它们之间由二硫键(两个—SH形成—S—S—)相连,则该蛋白质的相对分子质量为(32+35)×a-(65×18+2×2)
=67a-1 174,D项正确。
(2)蛋白质相对分子质量=氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量(假设为a)-脱去水分子数×18(不考虑形成二硫键)。
肽链 数目 氨基 酸数 肽键 数目 脱去水 分子数 多肽链相 对分子量 氨基 数目 羧基
数目
1条 m m-1 m-1 am-18(m-1) 至少1个 至少1个
n条 m m-n m-n am-18(m-n) 至少n个 至少n个
考法二　利用原子守恒计算肽链中的原子数
2. 蛋白水解酶分为内切酶和外切酶两种,其中内切酶作用于肽链内部特定的区域,若酶1作用于天冬氨酸(C4H7NO4)氨基端的肽键,酶2作用于亮氨酸(C6H13NO2)两侧的肽键,某五十肽经酶1和酶2分别作用后产生的肽链如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.将该五十肽加热处理后,用双缩脲试剂检测不会出现紫色
B.该五十肽的第23号位为亮氨酸,亮氨酸的R基为—C4H10
C.若酶1和酶2同时作用于此多肽,可形成4条肽链和1个氨基酸
D.经酶1作用后形成的肽链A、B、C和原五十肽相比少了1个氧原子
D
解析 将该五十肽加热处理后,并没有破坏肽键,用双缩脲试剂检测会出现紫色,A项错误;该五十肽的第23号位为亮氨酸,亮氨酸的R基为—C4H9,B项错误;若酶1和酶2同时作用于此多肽,可形成4条肽链和2个氨基酸(分别是第23、50号位的氨基酸),C项错误;经酶1作用后形成的肽链A、B、C和原五十肽相比,少了1个天冬氨酸,1个天冬氨酸含有4个氧原子,故少了4个氧原子,经酶1作用需要消耗3分子水,增加了3个氧原子,所以共少了1个氧原子,D项正确。
聚焦表达 回扣落实
1.(识记表达类)请叙述氨基酸的结构特点:
　　　　　　　　 　　　。2.(原因分析类)抗体和头发的主要成分均为蛋白质,但功能却相差极大,请从氨基酸角度分析,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3.(原因分析类)烤熟的鸭子中的蛋白质一定发生了变性,食物加工过程中蛋白质变性　　　　　(填“影响”或“不影响”)蛋白质的营养价值。煮熟的蛋白质　　　(填“容易”或“不容易”)消化,原因是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
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同一个碳原子上,这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团
组成抗体和头发的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同
不影响　
容易
高温改变了蛋白质的空间结构,使肽键暴露,易被蛋白酶催化水解
4.(原理推断类)人正常血红蛋白的空间结构呈球状,由它参与组成的红细胞呈两面凹的圆盘状,如果血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸取代,就可能形成异常的血红蛋白。这样的血红蛋白可聚合成纤维状,性质也与正常血红蛋白有差异,由它参与组成的红细胞就会扭曲成镰刀状,运输氧的能力会大大削弱。请结合镰状细胞贫血的致病原理说明蛋白质结构与功能的关系。
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。
5.(实验探究类)蛋白质的空间结构遭到破坏,其生物活性就会丧失,这称为蛋白质的变性。高温、强碱、强酸、重金属盐等都会使蛋白质变性。现利用提供的材料用具,请设计实验,探究乙醇能否使蛋白质变性。
材料用具:质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、质量分数为2%的新鲜淀粉酶溶液、蒸馏水、质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液、质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液、无水乙醇、烧杯、试管、量筒、滴管、温度计、酒精灯。
由实验目的和实验材料确定实验原理是 　。
淀粉酶能催化淀粉水解成还原糖,还原糖可以与斐林试剂在水浴加热的条件下反应生成砖红色沉淀,若乙醇能使蛋白质变性,则淀粉酶活性丧失,上述过程不会出现砖红色沉淀,若乙醇不能使蛋白质变性,则淀粉酶具有活性,上述过程会出现砖红色沉淀

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