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课时2　蛋白质是生命活动的主要承载者
　阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成,它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构,细胞的功能主要由蛋白质完成。
1.运用结构与功能观,认同蛋白质的功能多样性源自其结构多样性。
2.运用模型与建模,建构氨基酸脱水缩合的模型。
3.基于批判性思维,关注与蛋白质相关的社会议题,并做出理性的分析与解释,明确蛋白质在生命活动中的重要作用。
一、蛋白质的功能
蛋白质不是能量供给的主要来源,但功能多样,如肌肉中的收缩蛋白、头发中的角蛋白、红细胞中的运输蛋白、种子中的储备蛋白等,都具有特殊的生物学功能。
二、蛋白质的结构
1.蛋白质的组成元素
主要由C、H、O、N四种元素组成,有些蛋白质还含有S。
2.氨基酸的结构特点和种类
(1)结构特点:一个中央碳原子上通过共价键连接着四个基团,即一个氨基和一个羧基、一个H和一个R基团(如图)。
(2)氨基酸的种类:构成绝大多数蛋白质的氨基酸约 20种。
3.氨基酸分子的结合方式——脱水缩合
分析二肽的形成过程(模式图):
(1)a过程表示脱水缩合;b结构表示肽键,物质c的名称为二肽;生成的水中的氧原子来自氨基酸的羧基。
(2)由2个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫二肽;由3个及更多个的氨基酸以肽键连成一长串的肽链,称为多肽。若肽链的首尾氨基酸的氨基与羧基发生脱水缩合,即形成环肽。
4.蛋白质结构多样性的原因
(1)氨基酸方面
(2)肽链方面
(1)含有一个氨基和一个羧基的化合物就是氨基酸。(　×　)
提示:氨基酸分子中,氨基和羧基必须连接在同一个中央碳原子上。
(2)不同蛋白质分子中的肽键结构可能不同。(　×　)
提示:不同蛋白质或同一蛋白质中的肽键结构均相同。
(3)蛋白质分子都是由20种氨基酸组成的化合物。(　×　)
提示:不同蛋白质分子中,氨基酸的种类数不同。
(4)不同氨基酸的种类差异主要区别在R基团、氨基和羧基的数量。(　×　)
提示:不同氨基酸的种类差异主要区别在R基团,与氨基和羧基的数量无关。
(5)R基团可以是较长的链,或是环状结构。R基团中也可能含有氨基(—NH2)或羧基(—COOH),有时还含有硫原子。(　√　)
(6)蛋白质分子都由一条肽链组成。(　×　)
提示:蛋白质分子由一条或几条肽链组成。
三、蛋白质分子的活性
1.维持正常活性的条件
正确的空间结构是蛋白质表现其特有的生物学活性所必需的,如组成毛发和指甲的蛋白质是纤维状的,血液中的血红蛋白是球形的。
2.活性丧失
蛋白质的空间结构并不稳定,会随着温度的升高而发生改变,即热变性。蛋白质的生物学活性会随着温度的改变而发生改变。
(1)氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构。(　√　)
(2)蛋白质和多肽分子是具有相同空间结构的化合物。(　×　)
提示:多肽与蛋白质的空间结构不同。蛋白质是多肽链经过盘曲、折叠等形成的具有一定空间结构的分子。
(3)生长激素和胰岛素都是人体内对生命活动起着重要调节作用的激素,但是二者的功能不同,其原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同。(　×　)
提示:生长激素和胰岛素的化学本质均是蛋白质,二者的功能由结构决定,蛋白质的结构与构成该蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序以及肽链的数目、盘曲和折叠的方式等均有密切关系。
(4)当温度超过40～50 ℃时,蛋白质的生物学活性就可能会完全丧失。(　√　)
一、氨基酸的结构和种类
[典例1-1] 下列分子中,与构成生物体的蛋白质的氨基酸不相符的是(　D　)
A.
B.
C.
D.H2N—CH2—CH2—COOH
解析:组成蛋白质的氨基酸分子中,至少含有一个氨基和一个羧基,且连接在同一个碳原子上,只有D项与构成蛋白质的氨基酸不相符,D符合题意。
[典例1-2]甲硫氨酸的R基团是—CH2—CH2—S—CH3,它的分子式是(　B　)
A.C3H7S　　　 B.C5H11O2NS
C.C4H11O2S D.C5H10O2N
解析:组成蛋白质的氨基酸的分子简式是 C2H4O2NR,已知甲硫氨酸的R基团是 —CH2—CH2—S—CH3,则甲硫氨酸的分子式是 C5H11O2NS,B符合题意。
判断组成蛋白质的氨基酸的结构
一看数量—至少有一个—NH2和一个—COOH
二看位置—必须有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上
二、氨基酸的脱水缩合与蛋白质的合成过程中的有关计算
[典例2-1] 如果组成蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128,测得某种含有三条肽链的蛋白质分子的相对分子质量为11 384。该蛋白质分子所含的肽键数是(　C　)
A.110 B.103 C.100 D.97
解析:设该蛋白质分子所含的肽键数为N,则该蛋白质所含的氨基酸数=肽链数+肽键数=
N+3;蛋白质的相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸的个数-脱去的水分子数×18,即 11 384=128×(N+3)-18×N,解得N=100,C符合题意。
1.归纳氨基酸数、肽链数、肽键数(或脱去的水分子数)之间的关系
提示:对于环肽来说,肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数。
2.蛋白质的相对分子质量的计算(不考虑二硫键的形成)
提示:每形成1个二硫链,蛋白质的相对分子质量应减2。
[典例2-2] 下图表示某种蛋白质中相关基团和氨基酸的数目。下列有关图中蛋白质的叙述,正确的是(　B　)
A.此蛋白质共有 2 条肽链
B.此蛋白质的 R 基团中共含有 22 个氨基
C.共有 98 个肽键
D.99 个氨基酸形成此蛋白质时,共减少的相对分子质量为 1 764
解析:该蛋白质中,羧基总数为26,R基团上的羧基数是23,所以此蛋白质含有的肽链数=羧基总数-R基团上的羧基数=26-23=3(条),A错误;氨基总数=R基团上的氨基数+肽链数,
所以此蛋白质的R基团中共含有25-3=22(个)氨基,B正确;肽键数=氨基酸数-肽链数=
99-3=96(个),C错误;形成此蛋白质时,共减少的相对分子质量为96×18=1 728,D错误。
[典例2-3]某蛋白质由a条肽链b个氨基酸组成。理论上该蛋白质至少含有的氧原子数为(　C　)
A.(b-a)个 　 B.(b-2a)个
C.(a+b)个　　 D.(b+2a)个
解析:每个氨基酸至少含有2个氧原子,由a条肽链b个氨基酸组成的蛋白质分子中至少含有的氧原子数=b个氨基酸中至少含有的氧原子总数-脱去的水分子数(氨基酸数-肽链数)=
2b-(b-a)=(a+b)个,C符合题意。
1.蛋白质中游离的氨基或羧基的数目计算
提示:不考虑R基团上的氨基(或羧基)时,蛋白质中游离的氨基(或羧基)数最少;有多少条肽链,就至少含有多少个游离的氨基(或羧基)。
2.蛋白质中含有的氮、氧原子数的计算
(1)由于氮原子存在于—CO—NH—、氨基或R基团中,因此:
氮原子数=肽键数+肽链数+R基团上的氮原子数=各氨基酸中的氮原子总数
(2)由于氧原子存在于—CO—NH—、羧基或R基团中,因此:
氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基团上的氧原子数=各氨基酸中的氧原子总数-脱去的水分子数
(3)由n个氨基酸脱水缩合形成的一条多肽链中,至少含有n个氮原子和(n+1)个氧原子。
三、蛋白质的结构与功能的关系
[典例3-1] (精诚联盟高一联考)组成人体蛋白质的氨基酸约有20种,但是构成的蛋白质有1010～1012种。下列不属于构成蛋白质的种类多样的原因是(　B　)
A.氨基酸的数目成千上万
B.氨基酸脱水缩合的方式不同
C.肽链盘曲、折叠的方式千差万别
D.氨基酸的排列顺序千变万化
解析:构成蛋白质的种类多样的原因包括氨基酸的数目成千上万、氨基酸排列顺序千变万化及肽链盘曲、折叠的方式千差万别,A、C、D不符合题意;氨基酸脱水缩合的方式均相同,B符合题意。
[典例3-2]HSP是机体细胞受高温刺激后合成的一类热休克蛋白。该蛋白可发挥如图所示的作用,以保护机体细胞不受破坏。下图中HSP所起的作用是(　C　)
A.促进肽键的断裂
B.促进氨基酸数量的变化
C.对多肽链加工,促使肽链形成新的空间结构
D.维持蛋白质结构和功能的稳定性
解析:由图分析可知,HSP可以与多肽链结合,使其形成蛋白质,由此可以判断HSP的作用是对多肽链进行加工,促使肽链形成新的空间结构,其功能发生了一定的改变,C符合题意。
1.运用模型理解蛋白质的结构多样性与功能多样性的关系
2.辨析蛋白质结构的认知误区
(1)高温、过酸、过碱都会造成蛋白质的空间结构发生不可逆的改变,致使蛋白质失去生物学活性;低温只是抑制蛋白质的功能,未造成蛋白质的空间结构改变,不会造成蛋白质的生物学活性丧失,如酶的保存应选择在4 ℃低温下。
(2)蛋白质中的N存在于R基团、氨基及—CO—NH—中,主要存在部位为—CO—NH—。
(3)氨基酸脱水缩合时,H来自氨基(—NH2)和羧基(—COOH),O来自羧基。因此,肽键断裂水解时,H的去处为氨基和羧基,O的去处仅是羧基。
(4)通常情况下,一条肽链至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,二者分别位于肽链的两端。
　　1965年,我国科学家合成了具有全部生物活性(降血糖)的结晶牛胰岛素,这是世界上第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质。下图为牛胰岛素的肽链结构示意图,其中的数字为氨基酸序号,二硫键是由两个“—SH”连接而成的。
(1)据图判断,一个牛胰岛素分子由C、H、O、N、S等元素组成,具有2条肽链和49个肽键,由51个氨基酸经脱水缩合形成。
(2)氨基酸脱水缩合形成一个胰岛素分子后,相对分子质量比原来氨基酸的总相对分子质量少了888。
(3)胰岛素作为药物给药时,只能注射不能口服的原因是胰岛素为蛋白质分子,口服经过消化道时会被消化、分解失效。
(4)经过科学家测定,人胰岛素和牛胰岛素只有3个氨基酸不同,分别表现在A链的第8位、第10位和B链的第30位。糖尿病病人注射的胰岛素针剂若用等剂量的牛胰岛素替代,也会有一定的降血糖疗效,为什么 牛胰岛素和人胰岛素的结构高度相似,因而也具有相似的生理功能,即也有降血糖的作用。课时2　蛋白质是生命活动的主要承载者
素养测练
对点达标练
知识点1　氨基酸的结构和种类
1.对抗新冠病毒的抗体是蛋白质,其基本单位是(　D　)
A.甘油 B.果糖
C.胆固醇 D.氨基酸
解析:蛋白质的结构和功能的基本单位是氨基酸,D符合题意。
2.下图是某二肽分子的结构示意图。下列相关叙述错误的是(　D　)
A.①是肽键
B.②⑤统称为R基团
C.③是羧基
D.④是氨气
解析:由图可知,①是肽键,A正确;②⑤统称为R基团,能决定氨基酸的种类,B正确;③是羧基,C正确;④是氨基,D错误。
3.(丽水高一期末)氨基酸是组成蛋白质的基本单位。下列关于氨基酸的叙述,错误的是(　A　)
A.细胞吸收的氨基酸主要用于为各项生命活动提供能量
B.不同氨基酸的化学性质存在差别,与氨基酸R基的不同有关
C.氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基
D.氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键
解析:氨基酸不是能源物质,不能为各项生命活动提供能量,A错误;组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基,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和一个R基,氨基酸的不同在于R基的不同,B、C正确;氨基酸之间通过脱水缩合的方式形成肽键,D正确。
知识点2　氨基酸的脱水缩合与蛋白质的合成过程中的有关计算
4.(温州质检)两个氨基酸缩合成肽并生成水,这个水分子中的氢原子来自氨基酸的(　D　)
A.氨基 B.羧基
C.R基团 D.氨基和羧基
解析:两个氨基酸分子脱水缩合形成肽时,一个氨基酸上的氨基和另一个氨基酸上的羧基通过脱水缩合的方式形成肽键,同时氨基上的“—H”和羧基上的“—OH”结合生成水。所以水分子中的氢原子来自氨基酸的氨基和羧基,D符合题意。
5.下列关于二肽的叙述,正确的是(　B　)
A.二肽中有两个肽键
B.二肽中至少有一个—NH2
C.形成二肽时生成两分子H2O
D.所有的二肽分子都是相同的
解析:二肽中有一个肽键,A错误;二肽中至少有一个氨基和一个羧基,B正确;形成二肽时生成一分子H2O,C错误;组成蛋白质的氨基酸约为20种,因此不同的氨基酸脱水缩合形成的二肽分子不同,D错误。
6.科学家发现了生物体内的第21种氨基酸——硒半胱氨酸(R基团为—CH2—SeH)。由两个硒半胱氨酸和三个谷氨酸(R基团为—CH2—CH2—COOH)所构成的含有一条肽链的化合物,其名称、游离的羧基数分别为(　C　)
A.五肽、1 B.四肽、4
C.五肽、4 D.五肽、3
解析:由两个硒半胱氨酸和三个谷氨酸所构成的含有一条肽链的化合物共含有2+3=5个氨基酸,由5个氨基酸构成的化合物为五肽;硒半胱氨酸的R基团中不含羧基,谷氨酸的R基团中含有1个羧基,所以由两个硒半胱氨酸和三个谷氨酸所构成的含有一条肽链的化合物中含有游离的羧基数=肽链数+3个谷氨酸的R基团中含有的羧基数=1+1×3=4个,C符合题意。
知识点3　蛋白质的结构与功能
7.(浙江A9协作体高一联考)组成蛋白质分子的结构层次从低到高依次是(　B　)
①氨基酸　②多肽　③一条或多条肽链结合在一起 ④C、H、O、N等元素　⑤蛋白质
A.④→②→①→③→⑤
B.④→①→②→③→⑤
C.①→②→③→④→⑤
D.④→①→③→②→⑤
解析:蛋白质主要由C、H、O、N4种元素组成,基本组成单位是氨基酸,通过脱水缩合的方式形成多肽。所以组成蛋白质分子的结构层次从低到高依次是C、H、O、N等元素→氨基酸→多肽→一条或多条肽链结合在一起→蛋白质,B符合题意。
8.蛋白质有很多功能,每种特定的功能都取决于其特定的结构。下列与蛋白质分子多样性无关的是(　C　)
A.氨基酸的种类和数目
B.氨基酸的排列顺序
C.肽键的结构
D.蛋白质的空间结构
解析:蛋白质分子的结构多样性取决于氨基酸的种类、数目和排列顺序,还有肽链的数目及空间结构,而所有蛋白质的肽键结构均相同,C符合题意。
9.用氨基酸自动分析仪测定两种肽类化合物的氨基酸数目,结果如表所示。下表中两种物质的氨基酸数目虽然相同,但其生理作用截然不同。下列解释错误的是(　C　)
化合物名称 降钙素 胰高血糖素样多肽
氨基酸数目 34个 34个
A.多肽形成的空间结构不同
B.氨基酸的种类不同
C.脱水缩合形成多肽的方式不同
D.氨基酸的排列顺序不同
解析:尽管构成两种化合物的氨基酸数目相同,但氨基酸的种类、排列顺序不同也会导致二者的结构不同,进而导致其功能不同,此外,多肽形成的空间结构不同,也会导致二者的功能不同,A、B、D正确;氨基酸脱水缩合形成多肽的方式是相同的,均发生在氨基与羧基之间,C错误。
10.烫发时,先用还原剂使头发角蛋白的二硫键断裂,再用卷发器将头发固定形状,最后用氧化剂使角蛋白在新的位置形成二硫键。这一过程改变了角蛋白的(　A　)
A.空间结构
B.氨基酸的种类
C.氨基酸的数目
D.氨基酸的排列顺序
解析:据题意可知,烫发时,头发角蛋白的二硫键断裂,在新的位置形成二硫键,故这一过程改变了角蛋白的空间结构,A符合题意。
11.蛋白质是生命活动的主要承载者。下列关于组成生物体蛋白质的叙述,错误的是(　B　)
A.组成蛋白质分子的氨基酸约有20种
B.蛋白质分子的空间结构仅与碳骨架有关,而与R基团无关
C.某些物理或化学因素可改变蛋白质的生物学活性
D.蛋白质一般不作为生命活动的能源物质
解析:蛋白质的基本组成单位是氨基酸,氨基酸的种类由R基团决定,约有20种,A正确;蛋白质的空间结构不仅与碳骨架有关,也与R基团有关,B错误;蛋白质的生物学活性取决于其空间结构,而高温、过酸或过碱等理化因素均能引起蛋白质的变性,从而影响其生物学活性,C正确;蛋白质在生物体内一般不作为能源物质,它是各项生命活动的承载者,D正确。
综合提升练
12.(知恩中学高一期中)下图是某蛋白质的肽链结构示意图(图1,其中数字为氨基酸序号)及部分肽链放大示意图(图2)。请据图判断,下列叙述正确的是(　D　)
A.图2中含有的R基团是①②④⑥⑧
B.该蛋白质中含有1条肽链,124个肽键
C.图2中具有3种氨基酸,4个肽键
D.从图2可推知该肽链至少含有3个游离的羧基
解析:图2中含有的R基团是②④⑥⑧,A错误;该蛋白质含有1条肽链,肽键数=氨基酸数-肽链条数=124-1=123个,B错误;图2中具有4种氨基酸,3个肽键,C错误;由于⑥⑧上各含有1个羧基,所以该肽链至少含有3个游离的羧基,D正确。
13.下列关于氨基酸和蛋白质的叙述,错误的是(　B　)
A.缬氨酸的R基团是—C3H7,则它的分子式是C5H11O2N
B.分子式为C63H105O45N17S2的一条(非环状)多肽化合物中,最多含有的肽键数目是17个
C.两个氨基酸脱水缩合的过程中脱去的H2O中的氧来源于羧基
D.由10个氨基酸构成的一条多肽链至少有9个肽键,称为十肽
解析:根据氨基酸分子的结构通式可知,在氨基酸分子中除R基团外,分子中含有2个C,4个H,2个O,1个 N,因此缬氨酸的分子式是C5H11O2N,A正确;氨基酸脱水缩合的过程中不会丢失N,若构成该蛋白质的氨基酸的侧链基团均不含N,则每个氨基酸只含1个N,此时该蛋白质含N的数目最少,与构成该蛋白质的氨基酸的数量相同,该化合物分子中含有17个N,则最多有17个氨基酸参与构成该肽链,最多含有的肽键数目是16个,B错误;氨基酸脱水缩合的过程中,脱去的H2O是由羧基提供的氧和羧基、氨基提供的氢组成的,因此两个氨基酸脱水缩合的过程中脱去的H2O中的氧来源于羧基,C正确;由10个氨基酸构成的多肽称为十肽,由10个氨基酸构成的一条多肽链至少有10-1=9个肽键,D正确。
14.绿色荧光蛋白是从发光水母中分离出来的一种结构蛋白,其相关数据如表所示。若其R基团上的羧基和氨基不会脱水形成肽键,则下列相关叙述错误的是(　D　)
氨基酸数目 126 R基团上的羧基数 15
游离的羧基总数 17 游离的氨基总数 17
A.R基团上的氨基有15个,该蛋白质含有2条肽链
B.该蛋白质水解时,水分子中的氢参与形成氨基和羧基
C.合成一分子该蛋白质时,脱去的水的相对分子质量为2 232
D.该蛋白质中的N主要存在于游离的 —NH2中
解析:该蛋白质共含有17个游离的羧基和17个游离的氨基,其中有15个羧基在R基团上,说明该蛋白质含有2条肽链,R基团上的氨基有15个,A正确;氨基酸经脱水缩合形成蛋白质时,脱去的水中的氢来自氨基酸中的羧基和氨基,所以该蛋白质水解时,水分子中的氢参与形成羧基和氨基,B正确;合成该蛋白质时脱去了124个水分子,则合成一分子该蛋白质时,脱去的水的相对分子质量为124×18=2 232,C正确;该蛋白质中的N主要存在于 —NH—CO— 中,而不是在游离的氨基中,D错误。
15.赖氨酸是人体的必需氨基酸,缺乏会影响体内蛋白质的合成,人体出现营养不良。赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢 某兴趣小组利用下列材料和用具就此问题进行了探究,请补充并完善下列实验方案。
材料和用具:20只生长发育状况相同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸、不含蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。
(1)实验方案
①配食:



配制成食物A(对照组);


　　　　　　　 　　　　配制成食物B。
②分组:将20只大鼠平均分成甲、乙两组,分别称量其体重。
③饲喂:甲组每天饲喂适量的食物A;

　。
④观测:

　。
(2)实验结果预测及结论
①若两组大鼠的营养状况和体重基本相同,则赖氨酸不是大鼠的必需氨基酸。
②若
　,则赖氨酸是大鼠的必需氨基酸。
解析:由题意可知,本实验的目的是探究赖氨酸是否是大鼠的必需氨基酸。实验原理是赖氨酸若是必需氨基酸,缺乏则会影响体内蛋白质的合成,大鼠出现营养不良;赖氨酸若不是必需氨基酸,缺乏则不影响体内蛋白质的合成,大鼠不会出现营养不良。实验的自变量是食物中是否含有赖氨酸;实验的因变量是大鼠的营养状况和体重。根据实验目的、原理设计实验方案。
答案:(1)①取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物,加入含量和比例适宜的20种氨基酸　另取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物,加入除赖氨酸以外的19种氨基酸,其含量和比例与食物A相同
③乙组每天饲喂与食物A等量的食物B,两组大鼠其他饲养条件相同且适宜
④分别测量甲、乙两组大鼠的体重,并计算体重的增加量
(2)②乙组大鼠出现营养不良、体重的增加量小于甲组大鼠课时2　蛋白质是生命活动的主要承载者
素养测练
对点达标练
知识点1　氨基酸的结构和种类
1.对抗新冠病毒的抗体是蛋白质,其基本单位是( )
A.甘油 B.果糖
C.胆固醇 D.氨基酸
2.下图是某二肽分子的结构示意图。下列相关叙述错误的是( )
A.①是肽键
B.②⑤统称为R基团
C.③是羧基
D.④是氨气
3.(丽水高一期末)氨基酸是组成蛋白质的基本单位。下列关于氨基酸的叙述,错误的是( )
A.细胞吸收的氨基酸主要用于为各项生命活动提供能量
B.不同氨基酸的化学性质存在差别,与氨基酸R基的不同有关
C.氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基
D.氨基酸之间通过脱水缩合形成肽键
知识点2　氨基酸的脱水缩合与蛋白质的合成过程中的有关计算
4.(温州质检)两个氨基酸缩合成肽并生成水,这个水分子中的氢原子来自氨基酸的( )
A.氨基 B.羧基
C.R基团 D.氨基和羧基
5.下列关于二肽的叙述,正确的是( )
A.二肽中有两个肽键
B.二肽中至少有一个—NH2
C.形成二肽时生成两分子H2O
D.所有的二肽分子都是相同的
6.科学家发现了生物体内的第21种氨基酸——硒半胱氨酸(R基团为—CH2—SeH)。由两个硒半胱氨酸和三个谷氨酸(R基团为—CH2—CH2—COOH)所构成的含有一条肽链的化合物,其名称、游离的羧基数分别为( )
A.五肽、1 B.四肽、4
C.五肽、4 D.五肽、3
知识点3　蛋白质的结构与功能
7.(浙江A9协作体高一联考)组成蛋白质分子的结构层次从低到高依次是( )
①氨基酸　②多肽　③一条或多条肽链结合在一起 ④C、H、O、N等元素　⑤蛋白质
A.④→②→①→③→⑤
B.④→①→②→③→⑤
C.①→②→③→④→⑤
D.④→①→③→②→⑤
8.蛋白质有很多功能,每种特定的功能都取决于其特定的结构。下列与蛋白质分子多样性无关的是( )
A.氨基酸的种类和数目
B.氨基酸的排列顺序
C.肽键的结构
D.蛋白质的空间结构
9.用氨基酸自动分析仪测定两种肽类化合物的氨基酸数目,结果如表所示。下表中两种物质的氨基酸数目虽然相同,但其生理作用截然不同。下列解释错误的是( )
化合物名称 降钙素 胰高血糖素样多肽
氨基酸数目 34个 34个
A.多肽形成的空间结构不同
B.氨基酸的种类不同
C.脱水缩合形成多肽的方式不同
D.氨基酸的排列顺序不同
10.烫发时,先用还原剂使头发角蛋白的二硫键断裂,再用卷发器将头发固定形状,最后用氧化剂使角蛋白在新的位置形成二硫键。这一过程改变了角蛋白的( )
A.空间结构
B.氨基酸的种类
C.氨基酸的数目
D.氨基酸的排列顺序
11.蛋白质是生命活动的主要承载者。下列关于组成生物体蛋白质的叙述,错误的是( )
A.组成蛋白质分子的氨基酸约有20种
B.蛋白质分子的空间结构仅与碳骨架有关,而与R基团无关
C.某些物理或化学因素可改变蛋白质的生物学活性
D.蛋白质一般不作为生命活动的能源物质
综合提升练
12.(知恩中学高一期中)下图是某蛋白质的肽链结构示意图(图1,其中数字为氨基酸序号)及部分肽链放大示意图(图2)。请据图判断,下列叙述正确的是( )
A.图2中含有的R基团是①②④⑥⑧
B.该蛋白质中含有1条肽链,124个肽键
C.图2中具有3种氨基酸,4个肽键
D.从图2可推知该肽链至少含有3个游离的羧基
13.下列关于氨基酸和蛋白质的叙述,错误的是( )
A.缬氨酸的R基团是—C3H7,则它的分子式是C5H11O2N
B.分子式为C63H105O45N17S2的一条(非环状)多肽化合物中,最多含有的肽键数目是17个
C.两个氨基酸脱水缩合的过程中脱去的H2O中的氧来源于羧基
D.由10个氨基酸构成的一条多肽链至少有9个肽键,称为十肽
14.绿色荧光蛋白是从发光水母中分离出来的一种结构蛋白,其相关数据如表所示。若其R基团上的羧基和氨基不会脱水形成肽键,则下列相关叙述错误的是( )
氨基酸数目 126 R基团上的羧基数 15
游离的羧基总数 17 游离的氨基总数 17
A.R基团上的氨基有15个,该蛋白质含有2条肽链
B.该蛋白质水解时,水分子中的氢参与形成氨基和羧基
C.合成一分子该蛋白质时,脱去的水的相对分子质量为2 232
D.该蛋白质中的N主要存在于游离的 —NH2中
15.赖氨酸是人体的必需氨基酸,缺乏会影响体内蛋白质的合成,人体出现营养不良。赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢 某兴趣小组利用下列材料和用具就此问题进行了探究,请补充并完善下列实验方案。
材料和用具:20只生长发育状况相同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸、不含蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。
(1)实验方案
①配食:



配制成食物A(对照组);


　　　　　　　 　　　　配制成食物B。
②分组:将20只大鼠平均分成甲、乙两组,分别称量其体重。
③饲喂:甲组每天饲喂适量的食物A;

　。
④观测:

　。
(2)实验结果预测及结论
①若两组大鼠的营养状况和体重基本相同,则赖氨酸不是大鼠的必需氨基酸。
②若
　,则赖氨酸是大鼠的必需氨基酸。 课时2　蛋白质是生命活动的主要承载者
　阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成,它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构,细胞的功能主要由蛋白质完成。
1.运用结构与功能观,认同蛋白质的功能多样性源自其结构多样性。
2.运用模型与建模,建构氨基酸脱水缩合的模型。
3.基于批判性思维,关注与蛋白质相关的社会议题,并做出理性的分析与解释,明确蛋白质在生命活动中的重要作用。
一、蛋白质的功能
蛋白质不是 供给的主要来源,但功能多样,如肌肉中的 蛋白、头发中的 、红细胞中的 蛋白、种子中的 蛋白等,都具有特殊的生物学功能。
二、蛋白质的结构
1.蛋白质的组成元素
主要由 四种元素组成,有些蛋白质还含有 。
2.氨基酸的结构特点和种类
(1)结构特点:一个中央碳原子上通过共价键连接着四个基团,即一个氨基和一个羧基、一个H和一个 基团(如图)。
(2)氨基酸的种类:构成绝大多数蛋白质的氨基酸约 种。
3.氨基酸分子的结合方式——脱水缩合
分析二肽的形成过程(模式图):
(1)a过程表示 ;b结构表示 ,物质c的名称为 ;生成的水中的氧原子来自氨基酸的 。
(2)由2个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫 ;由3个及更多个的氨基酸以 连成一长串的肽链,称为 。若肽链的首尾氨基酸的氨基与羧基发生脱水缩合,即形成 。
4.蛋白质结构多样性的原因
(1)氨基酸方面
(2)肽链方面
(1)含有一个氨基和一个羧基的化合物就是氨基酸。(　×　)
(2)不同蛋白质分子中的肽键结构可能不同。(　×　)
(3)蛋白质分子都是由20种氨基酸组成的化合物。(　×　)
(4)不同氨基酸的种类差异主要区别在R基团、氨基和羧基的数量。(　×　)
(5)R基团可以是较长的链,或是环状结构。R基团中也可能含有氨基(—NH2)或羧基(—COOH),有时还含有硫原子。(　√　)
(6)蛋白质分子都由一条肽链组成。(　×　)
三、蛋白质分子的活性
1.维持正常活性的条件
正确的 是蛋白质表现其特有的生物学活性所必需的,如组成毛发和指甲的蛋白质是 状的,血液中的血红蛋白是 形的。
2.活性丧失
蛋白质的 并不稳定,会随着温度的升高而发生改变,即热变性。蛋白质的生物学活性会随着温度的改变而发生改变。
(1)氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构。(　√　)
(2)蛋白质和多肽分子是具有相同空间结构的化合物。(　×　)
(3)生长激素和胰岛素都是人体内对生命活动起着重要调节作用的激素,但是二者的功能不同,其原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序不同。(　×　)
(4)当温度超过40～50 ℃时,蛋白质的生物学活性就可能会完全丧失。(　√　)
一、氨基酸的结构和种类
[典例1-1] 下列分子中,与构成生物体的蛋白质的氨基酸不相符的是(　D　)
A.
B.
C.
D.H2N—CH2—CH2—COOH
[典例1-2]甲硫氨酸的R基团是—CH2—CH2—S—CH3,它的分子式是(　B　)
A.C3H7S　　　 B.C5H11O2NS
C.C4H11O2S D.C5H10O2N
判断组成蛋白质的氨基酸的结构
一看数量—至少有一个—NH2和一个—COOH
二看位置—必须有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上
二、氨基酸的脱水缩合与蛋白质的合成过程中的有关计算
[典例2-1] 如果组成蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128,测得某种含有三条肽链的蛋白质分子的相对分子质量为11 384。该蛋白质分子所含的肽键数是(　C　)
A.110 B.103 C.100 D.97
N+3;蛋白质的相对分子质量=氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸的个数-脱去的水分子数×18,即 11 384=128×(N+3)-18×N,解得N=100,C符合题意。
1.归纳氨基酸数、肽链数、肽键数(或脱去的水分子数)之间的关系
2.蛋白质的相对分子质量的计算(不考虑二硫键的形成)
[典例2-2] 下图表示某种蛋白质中相关基团和氨基酸的数目。下列有关图中蛋白质的叙述,正确的是(　B　)
A.此蛋白质共有 2 条肽链
B.此蛋白质的 R 基团中共含有 22 个氨基
C.共有 98 个肽键
D.99 个氨基酸形成此蛋白质时,共减少的相对分子质量为 1 764
所以此蛋白质的R基团中共含有25-3=22(个)氨基,B正确;肽键数=氨基酸数-肽链数=
99-3=96(个),C错误;形成此蛋白质时,共减少的相对分子质量为96×18=1 728,D错误。
[典例2-3]某蛋白质由a条肽链b个氨基酸组成。理论上该蛋白质至少含有的氧原子数为(　C　)
A.(b-a)个 　 B.(b-2a)个
C.(a+b)个　　 D.(b+2a)个
2b-(b-a)=(a+b)个,C符合题意。
1.蛋白质中游离的氨基或羧基的数目计算
2.蛋白质中含有的氮、氧原子数的计算
(1)由于氮原子存在于—CO—NH—、氨基或R基团中,因此:
氮原子数=肽键数+肽链数+R基团上的氮原子数=各氨基酸中的氮原子总数
(2)由于氧原子存在于—CO—NH—、羧基或R基团中,因此:
氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基团上的氧原子数=各氨基酸中的氧原子总数-脱去的水分子数
(3)由n个氨基酸脱水缩合形成的一条多肽链中,至少含有n个氮原子和(n+1)个氧原子。
三、蛋白质的结构与功能的关系
[典例3-1] (精诚联盟高一联考)组成人体蛋白质的氨基酸约有20种,但是构成的蛋白质有1010～1012种。下列不属于构成蛋白质的种类多样的原因是(　B　)
A.氨基酸的数目成千上万
B.氨基酸脱水缩合的方式不同
C.肽链盘曲、折叠的方式千差万别
D.氨基酸的排列顺序千变万化
[典例3-2]HSP是机体细胞受高温刺激后合成的一类热休克蛋白。该蛋白可发挥如图所示的作用,以保护机体细胞不受破坏。下图中HSP所起的作用是(　C　)
A.促进肽键的断裂
B.促进氨基酸数量的变化
C.对多肽链加工,促使肽链形成新的空间结构
D.维持蛋白质结构和功能的稳定性
1.运用模型理解蛋白质的结构多样性与功能多样性的关系
2.辨析蛋白质结构的认知误区
(1)高温、过酸、过碱都会造成蛋白质的空间结构发生不可逆的改变,致使蛋白质失去生物学活性;低温只是抑制蛋白质的功能,未造成蛋白质的空间结构改变,不会造成蛋白质的生物学活性丧失,如酶的保存应选择在4 ℃低温下。
(2)蛋白质中的N存在于R基团、氨基及—CO—NH—中,主要存在部位为—CO—NH—。
(3)氨基酸脱水缩合时,H来自氨基(—NH2)和羧基(—COOH),O来自羧基。因此,肽键断裂水解时,H的去处为氨基和羧基,O的去处仅是羧基。
(4)通常情况下,一条肽链至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,二者分别位于肽链的两端。
　　1965年,我国科学家合成了具有全部生物活性(降血糖)的结晶牛胰岛素,这是世界上第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质。下图为牛胰岛素的肽链结构示意图,其中的数字为氨基酸序号,二硫键是由两个“—SH”连接而成的。
(1)据图判断,一个牛胰岛素分子由 等元素组成,具有 条肽链和 个肽键,由 个氨基酸经脱水缩合形成。
(2)氨基酸脱水缩合形成一个胰岛素分子后,相对分子质量比原来氨基酸的总相对分子质量少了 。
(3)胰岛素作为药物给药时,只能注射不能口服的原因是 。
(4)经过科学家测定,人胰岛素和牛胰岛素只有3个氨基酸不同,分别表现在A链的第8位、第10位和B链的第30位。糖尿病病人注射的胰岛素针剂若用等剂量的牛胰岛素替代,也会有一定的降血糖疗效,为什么 (共35张PPT)
第一章 细胞的分子组成
第二节
生物大分子以碳链为骨架
课时2
蛋白质是生命活动的主要承载
者
课程标准
阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其
形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成。
素养定位
1.运用结构与功能观，认同蛋白质的功能多样性源自其结构多样性。
2.运用模型与建模，建构氨基酸脱水缩合的模型。
3.基于批判性思维，关注与蛋白质相关的社会议题，并做出理性的分析与
解释，明确蛋白质在生命活动中的重要作用。
读教材·相信我能行
一、蛋白质的功能
蛋白质不是______供给的主要来源，但功能多样，如肌肉中的______蛋白、
头发中的________、红细胞中的______蛋白、种子中的______蛋白等，都
具有特殊的生物学功能。
能量
收缩
角蛋白
运输
储备
二、蛋白质的结构
1.蛋白质的组成元素
主要由_____________四种元素组成，有些蛋白质还含有___。
C、、、
2.氨基酸的结构特点和种类
（1）结构特点：一个中央碳原子上通过共价键连接着四个基团，即一个
氨基和一个羧基、一个 和一个___基团（如图）。
（2）氨基酸的种类：构成绝大多数蛋白质的氨基酸约 ______种。
氨基酸分子的结构通式
20
3.氨基酸分子的结合方式——脱水缩合
分析二肽的形成过程（模式图）：
（1）过程表示__________;结构表示______,物质 的名称为______；生
成的水中的氧原子来自氨基酸的______。
（2）由2个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫______;由3个及更多个的
氨基酸以______连成一长串的肽链,称为______。若肽链的首尾氨基酸的
氨基与羧基发生脱水缩合，即形成______。
脱水缩合
肽键
二肽
羧基
二肽
肽键
多肽
环肽
4.蛋白质结构多样性的原因
种类不同
数目不同
__________不同
数目不同
盘曲、折叠的方式及其形成的__________不同
排列顺序
空间结构
（1）氨基酸方面
（2）肽链方面
思维点拨
（1）含有一个氨基和一个羧基的化合物就是氨基酸。( )
×
提示：氨基酸分子中,氨基和羧基必须连接在同一个中央碳原子上。
（2）不同蛋白质分子中的肽键结构可能不同。( )
×
提示：不同蛋白质或同一蛋白质中的肽键结构均相同。
（3）蛋白质分子都是由20种氨基酸组成的化合物。( )
×
提示：不同蛋白质分子中,氨基酸的种类数不同。
（4）不同氨基酸的种类差异主要区别在 基团、氨基和羧基的数量。
( )
×
提示：不同氨基酸的种类差异主要区别在 基团,与氨基和羧基的数量无关。
（5）基团可以是较长的链,或是环状结构。 基团中也可能含有氨基
或羧基 ,有时还含有硫原子。( )
√
（6）蛋白质分子都由一条肽链组成。( )
×
提示：蛋白质分子由一条或几条肽链组成。
三、蛋白质分子的活性
1.维持正常活性的条件
正确的__________是蛋白质表现其特有的生物学活性所必需的，如组成毛
发和指甲的蛋白质是______状的，血液中的血红蛋白是____形的。
2.活性丧失
蛋白质的__________并不稳定,会随着温度的升高而发生改变，即热变性。
蛋白质的生物学活性会随着温度的改变而发生改变。
空间结构
纤维
球
空间结构
思维点拨
（1）氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构。( )
√
（2）蛋白质和多肽分子是具有相同空间结构的化合物。( )
×
提示：多肽与蛋白质的空间结构不同。蛋白质是多肽链经过盘曲、折叠等
形成的具有一定空间结构的分子。
（3）生长激素和胰岛素都是人体内对生命活动起着重要调节作用的激素,
但是二者的功能不同,其原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列
顺序不同。( )
×
提示：生长激素和胰岛素的化学本质均是蛋白质,二者的功能由结构决定,
蛋白质的结构与构成该蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序以及肽链
的数目、盘曲和折叠的方式等均有密切关系。
（4）当温度超过 时，蛋白质的生物学活性就可能会完全丧失。
( )
√
攻难点·让我更出色
一、氨基酸的结构和种类
［典例1-1］ 下列分子中，与构成生物体的蛋白质的氨基酸不相符的是
( )
D
A. B.
C. D.
解析：组成蛋白质的氨基酸分子中，至少含有一个氨基和一个羧基，且连
接在同一个碳原子上，只有D项与构成蛋白质的氨基酸不相符，D符合题意。
［典例1-2］ 甲硫氨酸的基团是 ，它的分子式是
( )
B
A. B. C. D.
解析：组成蛋白质的氨基酸的分子简式是，已知甲硫氨酸的
基团是，则甲硫氨酸的分子式是 ，B
符合题意。
拓展提升
判断组成蛋白质的氨基酸的结构
一看数量—至少有一个和一个
二看位置—必须有一个和一个连在同一个碳原子上
二、氨基酸的脱水缩合与蛋白质的合成过程中的有关计算
［典例2-1］ 如果组成蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128，
测得某种含有三条肽链的蛋白质分子的相对分子质量为11 384。该蛋白质
分子所含的肽键数是( )
C
A.110 B.103 C.100 D.97
解析：设该蛋白质分子所含的肽键数为，则该蛋白质所含的氨基酸数
肽链数肽键数；蛋白质的相对分子质量 氨基酸的平均相对分子
质量×氨基酸的个数-脱去的水分子数 ，即
，解得 ，C符合题意。
拓展提升
1.归纳氨基酸数、肽链数、肽键数（或脱去的水分子数）之间的关系
提示：对于环肽来说，肽键数脱去的水分子数 氨基酸数。
2.蛋白质的相对分子质量的计算（不考虑二硫键的形成）
提示:每形成1个二硫链，蛋白质的相对分子质量应减2。
［典例2-2］ 下图表示某种蛋白质中相关基团和氨基酸的数目。下列有关
图中蛋白质的叙述，正确的是( )
B
A.此蛋白质共有2条肽链
B.此蛋白质的 基团中共含有22个氨基
C.共有98个肽键
D.99个氨基酸形成此蛋白质时，共减少的相
对分子质量为1 764
解析：该蛋白质中，羧基总数为26， 基团上的羧基数是23，所以此蛋白
质含有的肽链数羧基总数基团上的羧基数 （条），A
错误；氨基总数基团上的氨基数肽链数，所以此蛋白质的 基团中共
含有（个）氨基，B正确；肽键数 氨基酸数-肽链数
（个），C错误；形成此蛋白质时，共减少的相对分子质量
为 ，D错误。
［典例2-3］ 某蛋白质由条肽链 个氨基酸组成。理论上该蛋白质至少含
有的氧原子数为( )
C
A.个 B.个 C.个 D. 个
解析：每个氨基酸至少含有2个氧原子，由条肽链 个氨基酸组成的蛋白
质分子中至少含有的氧原子数 个氨基酸中至少含有的氧原子总数-脱去
的水分子数（氨基酸数-肽链数） 个，C符合题意。
拓展提升
1.蛋白质中游离的氨基或羧基的数目计算
提示：不考虑 基团上的氨基（或羧基）时，蛋白质中游离的氨基
（或羧基）数最少；有多少条肽链，就至少含有多少个游离的氨基
（或羧基）。
2.蛋白质中含有的氮、氧原子数的计算
（1）由于氮原子存在于、氨基或基团中,因此：
氮原子数肽键数肽链数基团上的氮原子数各氨基酸中的氮原子总数
（2）由于氧原子存在于、羧基或基团中,因此：
氧原子数肽键数 肽链数基团上的氧原子数各氨基酸中的氧原
子总数-脱去的水分子数
（3）由个氨基酸脱水缩合形成的一条多肽链中,至少含有个氮原子和
个氧原子。
三、蛋白质的结构与功能的关系
［典例3-1］ （精诚联盟高一联考）组成人体蛋白质的氨基酸约有20种，
但是构成的蛋白质有 种。下列不属于构成蛋白质的种类多样
的原因是( )
B
A.氨基酸的数目成千上万 B.氨基酸脱水缩合的方式不同
C.肽链盘曲、折叠的方式千差万别 D.氨基酸的排列顺序千变万化
解析：构成蛋白质的种类多样的原因包括氨基酸的数目成千上万、氨基酸
排列顺序千变万化及肽链盘曲、折叠的方式千差万别，A、C、D不符合题
意；氨基酸脱水缩合的方式均相同，B符合题意。
［典例3-2］ 是机体细胞受高温刺激后合成的一类热休克蛋白。该蛋
白可发挥如图所示的作用，以保护机体细胞不受破坏。下图中 所起的
作用是( )
C
A.促进肽键的断裂
B.促进氨基酸数量的变化
C.对多肽链加工，促使肽链形成新的
空间结构
D.维持蛋白质结构和功能的稳定性
解析：由图分析可知， 可以与多肽链结合，使其形成蛋白质，由此可
以判断 的作用是对多肽链进行加工，促使肽链形成新的空间结构，其
功能发生了一定的改变，C符合题意。
拓展提升
1.运用模型理解蛋白质的结构多样性与功能多样性的关系
2.辨析蛋白质结构的认知误区
（1）高温、过酸、过碱都会造成蛋白质的空间结构发生不可逆的改变,致
使蛋白质失去生物学活性;低温只是抑制蛋白质的功能,未造成蛋白质的空
间结构改变,不会造成蛋白质的生物学活性丧失,如酶的保存应选择在
低温下。
（2）蛋白质中的存在于基团、氨基及中，主要存在部位
为。
（3）氨基酸脱水缩合时,来自氨基和羧基,来自羧基。
因此,肽键断裂水解时,的去处为氨基和羧基,的去处仅是羧基。
（4）通常情况下,一条肽链至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,二者
分别位于肽链的两端。
链生活·实践我在行
1965年，我国科学家合成了具有全部生物活性（降血糖）的结晶牛胰
岛素，这是世界上第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质。下图为牛
胰岛素的肽链结构示意图，其中的数字为氨基酸序号，二硫键是由两个“
”连接而成的。
（1）据图判断，一个牛胰岛素分子由________________等元素组成，具
有___条肽链和____个肽键，由____个氨基酸经脱水缩合形成。
（2）氨基酸脱水缩合形成一个胰岛素分子后，相对分子质量比原来氨基
酸的总相对分子质量少了_____。
（3）胰岛素作为药物给药时，只能注射不能口服的原因是_____________
___________________________________________。
C、、、、
2
49
51
888
胰岛素为蛋白
质分子，口服经过消化道时会被消化、分解失效
（4）经过科学家测定，人胰岛素和牛胰岛素只有3个氨基酸不同，分别表
现在A链的第8位、第10位和B链的第30位。糖尿病病人注射的胰岛素针剂
若用等剂量的牛胰岛素替代，也会有一定的降血糖疗效，为什么？______
________________________________________________________________
_____________
牛胰
岛素和人胰岛素的结构高度相似，因而也具有相似的生理功能，即也有降
血糖的作用。

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