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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
1.生命观念
2.科学思维
3.科学探究
4.社会责任
教学目标
通过分析蛋白质功能与结构的关系，深刻理解并认同“结构决定功能”的生物学基本观点；认同蛋白质是生命活动的主要承担者。
通过分析几种氨基酸的结构式，归纳氨基酸的结构通式及特点； 通过分析实例，推理并归纳蛋白质结构多样性的原因；初步掌握与蛋白质合成相关的计算规律，培养逻辑推理能力
通过小组合作，模拟氨基酸脱水缩合过程，体验蛋白质的构建，提升动手实践和模型建构能力。
联系蛋白质变性、手术缝合线、疾病等生活实际和科学前沿，增强科学应用意识和社会责任感。
(1) 氨基酸脱水缩合过程及肽键的形成。
(2) 蛋白质结构多样性的原因。
(3) 与蛋白质形成过程相关的计算。
1.教学重点
2.教学难点
教学重难点
(1) 氨基酸的结构特点及脱水缩合过程。
(2) 蛋白质结构多样性的原因。
(3) 蛋白质功能的多样性。
一、蛋白质的功能
1.1 蛋白质的功能及实例
二、蛋白质的基本组成单位：氨基酸
2.2 组成元素
三、蛋白质的结构极其多样性
3.1 蛋白质的结构
3.2 蛋白质的结构的多样性
当堂训练
小结
三、目录 CONTENTS
2.1 氨基酸的结构通式
2.3 氨基酸的结构特点
四、蛋白质相关计算
4.1 肽键与氨基酸的关系
4.2 与蛋白质形成过程中有关的计算规律
从某些动物组织中提取胶原蛋白，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。
1.为什么这种缝合线可以被人体组织吸收？
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？
与组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。
手术缝合线要变成小分子物质才能被吸收。
问题探讨
思考
手术缝合线(视频)
一、蛋白质的功能
蛋白质功能 代表物质
【探究活动1】
阅读课本p28完成以下表格。
①功能1: 结构物质: 许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质。
一、蛋白质的功能
结构
蛋白
②功能2: 催化作用: 细胞中的化学反应离不开酶的催化。
胃蛋白酶结晶
一、蛋白质的功能
③功能3: 物质运输
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
血红蛋白运输氧气
④功能4: 免疫功能：
有些蛋白质有免疫功能，如抗体。
抗体消灭病毒（视频）
血红蛋白运输氧气(视频)
一、蛋白质的功能
⑤功能: 信息传递5:
有些蛋白质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
胰腺
胰岛
降低血糖
一、蛋白质的功能
蛋白质具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、免疫等重要功能
简记：
运结催免调运信储
细胞的各项生命活动都离不开蛋白质
蛋白质的种类和功能
具有多样性
蛋白质的
组成和结构
思考与讨论
氨基酸的结构特点
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
R基
1.氨基酸的结构具有什么共同特点？
—NH2 (氨基)
—COOH (羧基)
—H (氢原子)
3.“氨基酸”这一名词与其分子结构有怎样的对应关系？
“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中的主要部分—氨基和羧基。
2.各种氨基酸的结构的不同点体现在哪？
氨基酸结构不同点体现在R基团上。
二、蛋白质的基本组成单位：氨基酸
R基
R基
R基
每种氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并且都连接在同一个碳原子上；
这个碳原子还连接着一个氢原子和一个侧链基团(R表示)
各种氨基酸的不同点体现在R基上，即R基不同，氨基酸则不同。
H2N
氨基
C
OH
O
羧基
C
H
R
侧链基团
2.3 氨基酸的结构特点：
2.1 结构通式
二、蛋白质的基本组成单位：氨基酸
2.2 组成元素：
C、H、O、N
有些还含有S
与社会的联系
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
(2) 非必需氨基酸：人体细胞能够合成的。
组成人体蛋白质的氨基酸约有21种：
记忆口诀:甲携来一本亮色书
(1) 必须氨基酸：必须从外界环境中获取。
8种
二、蛋白质的基本组成单位：氨基酸
婴儿有9种：组氨酸
评价蛋白质营养价值的依据是什么？
必需氨基酸的种类与含量
当堂训练
1.下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸( )
A. CH3—CH2—COOH B. R—CH2—NH2
C. D.
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。
当堂训练
2.食用花卉是一类富含氨基酸且有利于人体氨基酸营养平衡的天然绿色食品。下列有关食用花卉中氨基酸的叙述，正确的是（ ）
A.各种氨基酸都含有元素C、H、O、N、S
B.食用花卉中的氨基酸可以用双缩脲试剂来检测
C.必需氨基酸的种类和含量是评价食物营养价值的重要指标
D.通过检测氨基酸的种类可鉴定区分不同种类的花卉
有些氨基酸含S元素，甘氨酸
双缩脲试剂与蛋白质中的肽键发生紫色反应，而氨基酸不含肽键
通过检测氨基酸的种类不能鉴定区分不同种类的花卉，因为氨基酸不具有种的特异性
3.1蛋白质的结构
脱水缩合
C
H
R1
NH2
OH
C
O
C
H
COOH
R2
H
N
H
一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水的过程。
问题思考：脱去的水分子中的H、O原子来自哪里？
H2O
肽键
H原子：来自一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基
O原子：来自氨基酸的羧基。
三、蛋白质的结构极其多样性
氨基酸脱水缩合过程(视频)
(1)氨基酸的脱水缩合：
三、蛋白质的结构及其多样性
3.1蛋白质的结构：
(1)氨基酸的脱水缩合
①合成场所：
核糖体(所有生物）
②条件（翻译）：
氨基酸、酶、ATP、tRNA、mRNA
病毒的脱水缩合发生在宿主细胞的核糖体中
④多肽的命名：
由几个氨基酸构成，就称几肽
③H2O中各元素的来源：
H来自于______________，O来自于_____
氨基和羧基
羧基
图2-11
某种胰岛素的二硫键示意图
三、蛋白质的结构极其多样性
明晰肽键、氢键、二硫键在多肽链中的作用。
肽键
化学键
作用
连接相邻两个氨基酸
氢键
二硫键
肽链能盘曲折叠
连接两条或多条肽链
连接同一条肽链上的氨基酸
3.1蛋白质的结构：
(2)蛋白质的形成过程
氨基酸形成蛋白质的过程(视频)
三、蛋白质的结构极其多样性
3.1蛋白质的结构：
(2)蛋白质的形成过程
氨基酸之间
脱水缩合形
成肽链
1
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
一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠
2
(2)蛋白质的形成过程
三、蛋白质的结构极其多样性
一级结构
二级结构
三级结构
四级结构
3.1蛋白质的结构：
3.1蛋白质的结构：
(2)蛋白质的形成过程
三、蛋白质的结构及其多样性
元素：
　
氨基酸：
　
二肽：
　
多肽(链)：
　
蛋白质：
盘曲折叠
具有一定的空间结构
C、H、O、N等
蛋白质的基本组成单位
由两个氨基酸缩合而成的化合物
由多个氨基酸缩合而成的，含有多个肽键的化合物，通常呈链状结构（少数环状）
脱水缩合（核糖体）
三肽及以上可以称多肽或肽链
脱水缩合（核糖体）
三、蛋白质的结构及其多样性
氨基酸的数目不同
氨基酸的种类不同
(2)原因二：
(1)原因一：
观察以下四条多肽链，总结出它们不同的原因？
【探究活动1】
3.2 蛋白质的结构的多样性
三、蛋白质的结构及其多样性
【探究活动2】
(3)蛋白质的多样性
氨基酸的排列顺序不同
(3)原因三：
3位同学模拟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？
3.1蛋白质的结构：
三、蛋白质的结构及其多样性
(3)蛋白质的多样性
氨基酸层次
肽链层次
氨基酸的种类不同
氨基酸的数量不同
氨基酸的排列顺序千变万化
多肽链盘曲、折叠的方式及其形成的空间结构千差万别
蛋白质功能的多样性
蛋白质的多样性
3.1蛋白质的结构：
三、蛋白质的结构及其多样性
蛋白质的盘曲折叠过程（视频）
肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构多样
(4)原因四：
(3)蛋白质的多样性
3.1蛋白质的结构：
三、蛋白质的结构极其多样性
人类许多疾病与人体细胞内肽链的折叠错误有关，
如囊性纤维化、阿尔兹海默症、帕金森病
囊性纤维化
阿尔兹海默症
帕金森病
(4)蛋白质的功能异常
3.1蛋白质的结构：
三、蛋白质的结构极其多样性
缬氨酸
组氨酸
亮氨酸
苏氨酸
脯氨酸
谷氨酸
谷氨酸
赖氨酸
缬氨酸
组氨酸
亮氨酸
苏氨酸
脯氨酸
缬氨酸
谷氨酸
赖氨酸
正常红细胞
运氧能力强
镰状红细胞
运氧能力弱
镰状细胞贫血的病因
氨基酸序列改变
蛋白质功能
影响
(4)蛋白质的功能异常
3.1蛋白质的结构：
三、蛋白质的结构及其多样性
蛋白质变性：在某些物理和化学因素作用下其特定的空间结构遭到破坏，导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象，称为蛋白质变性。
蛋白质
变性原因
① 高温
②强酸、强碱
③重金属盐
注意：蛋白质变性不可逆，空间结构改变，肽键一般不断裂。
与社会的联系
三、蛋白质的结构及其多样性
盐析
蛋白质在盐溶液中溶解度降低，使蛋白质凝聚从溶液中析出，可逆。
变性
肽键断裂，蛋白质分解为短肽或氨基酸。与脱水缩合相反，需要酶的催化
水解
空间结构发生改变，肽键未断裂。 一般不可逆
仍能与双缩脲试剂发生紫色反应
使蛋白质的空间结构变得伸展、松散，使肽键暴露
（应用：煮熟的食物容易消化吸收）
脱水缩合：减水
水解：加水
(4)蛋白质的功能异常
3.1蛋白质的结构：
当堂训练
1. 下列关于蛋白质结构与功能的叙述，错误的是（ ）
A. 构成蛋白质的单体是氨基酸，氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键
B. 蛋白质分子的空间结构主要由氢键、二硫键等化学键维持
C. 蛋白质是细胞中重要的遗传物质，能储存和传递遗传信息
D. 蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性，可参与催化、运输、调节等生命活动
遗传物质是核酸（DNA或RNA）
当堂训练
2. 结构蛋白质组学是当前研究热点，它整合了交联质谱（XL-MS）、氢氘交换质谱（HDX-MS）和人工智能预测等技术。下列有关蛋白质结构多样性的叙述中，错误的是（ ）
A. 蛋白质的空间结构千差万别
B. 氨基酸的排列顺序千变万化
C. 氨基酸之间的连接方式不同
D. 多肽链的盘曲折叠方式不同
相同
当堂训练
3. 清华大学团队在2025年提出了蛋白质预训练新范式ProfileBFN，用于解密蛋白质家族进化。下列与蛋白质多样性相关的叙述中，正确的是（ ）
A. 不同种类的蛋白质含有的氨基酸种类一定不同
B. 蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性
C. 具有催化功能的酶都是蛋白质
D. 蛋白质功能多样性仅由氨基酸序列决定，与空间结构无关
不一定相同
有些酶也是RNA
有关
图示 氨基酸数 脱水数 肽键数
3
5
7
10
n
①1条肽链时：
…………
2
2
4
4
6
6
9
9
n-1
n-1
脱水数=肽键数
氨基酸数－肽键数=1
4.1 肽键与氨基酸的关系
四、蛋白质相关计算
脱去的水分子数 =肽键数=
氨基酸分子数-肽链条数
(1)在链状多肽中:
四、蛋白质相关计算
【易错提醒】环状肽和链状肽的区别
链状肽 环状肽
①肽键数=脱去的水分子数=氨基酸分子数-肽链条数
②主链上有一个游离的氨基，一个游离的羧基
①肽键数=氨基酸数=脱去的水分子数
②主键上没有游离的氨基和羧基
4.2 与蛋白质形成过程中有关的计算规律
(1) 氨基数=肽链数+R基上的氨基数=各氨基酸中的氨基总数-肽键数
(2) 羧基数=肽链数+R基上的氨基数=各氨基酸中的氨基总数-肽键数
(3) 氮原子数=肽链数+肽键数+R基上的氮原子数=各氨基酸中的氮原子数
(4) 氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的氧原子数=各氨基酸中的氧原子的总数- 脱去的水分子数
(5) 氢原子数=各氨基酸中的氢原子的总数-2×脱去水分子数
四、蛋白质相关计算
四、蛋白质相关计算
(1)肽链中氨基、羧基、蛋白质的相对分子质量计算：
请找出下图蛋白质中游离氨基和羧基的数目及蛋白质的相对分子质量，并找出规律？
C
H
C
R1
H2N
O
N
H
C
H
C
R2
O
N
H
C
H
C
R3
O
N
H
C
H
C
R4
O
N
H
C
H
C
R5
O
N
H
C
H
COOH
R6
（1）游离氨（羧）基数目=
（2）蛋白质相对分子质量=
肽链数+R基中氨(羧)基数
氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量 - 脱去的水分子数×18
4.2 与蛋白质形成过程中有关的计算规律
★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
四、蛋白质相关计算
四、蛋白质相关计算
(2)多肽中原子数计算：
(2)O原子数=
肽键数+2×肽链数+R基上的O原子数
(1)N原子数=
肽键数+肽链数+R基上的N原子数
请找出下图蛋白质中N原子数和O原子数，并找出规律？
小结
蛋白质是生命活动的主要承担者
1.蛋白质的功能
① 结构物质
②催化作用
③物质运输
④ 免疫功能
⑤ 信息传递
2.蛋白质的
基本组成单位
结构通式
组成元素：C、H、0、N、P
种类：21种：必须氨基酸和非必需氨基酸
3.蛋白质的结构及其多样性
4.蛋白质相关计算
1.催产素是由下丘脑神经细胞合成的九肽类激素，具有催产及使乳腺排乳的作用。下图为催产素结构简式，据此判断，下列有关叙述正确的是( )
A.催产素中含有九个肽键
B.催产素彻底水解后共得到8种氨
基酸
C.催产素彻底水解需要9个水分子
D.形成催产素的过程中相对分子质量减少了144
9-1=8
肽键数=脱去水分子数=8
8×18＋2＝146
当堂训练
当堂训练
2.（2023·湖北·高考真题）球状蛋白分子空间结构为外圆中空，氨基酸侧链极性基团分布在分子的外侧，而非极性基团分布在内侧。蛋白质变性后，会出现生物活性丧失及一系列理化性质的变化。下列叙述错误的是（　　） A．蛋白质变性可导致部分肽键断裂
B．球状蛋白多数可溶于水，不溶于乙醇
C．加热变性的蛋白质不能恢复原有的结构和性质
D．变性后生物活性丧失是因为原有空间结构破坏
B选项:球状蛋白氨基酸侧链极性基团分布在分子的外侧，而非极性基团分布在内侧，说明外侧主要是极性基团，可溶于水，酒精可以使蛋白质变性，蛋白质一般难溶于乙醇
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