1、课时2 蛋白质是生命活动的主要承载者1.基于实例分析,说出蛋白质的功能。2.概括蛋白质的结构多样性与功能多样性的关系。3.通过分析氨基酸的结构通式,总结氨基酸脱水缩合中的数量变化关系。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、组成蛋白质的氨基酸及其种类1.蛋白质的组
2、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元素。2.氨基酸的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(NH2)和一个羧基(COOH)、一个H和一个R基团。(如图)特别说明:R基团可以较小,如丙氨酸中的R为CH3,R基团也可以是较长的链或是环状结构,也可能含有氨基或羧基,有时还含有硫原子。3.氨基酸种类约20种。氨基酸的R基若为CH2COCH3,请尝试写出该氨基酸的分子式。提示:C5H9O3N。三、氨基酸分子结合方式脱水缩合1.二肽的形成过程(模式图)2.图示分析(1)a过程表示:脱水缩合; b结构表示:肽键,物质c名称:二肽。(2)由2个氨基酸分子脱水缩合而
3、成的化合物叫二肽;许多个氨基酸以肽键连成一长串的肽链,称为多肽。四、蛋白质分子多样性的原因1.不同种多肽的差别在于其中氨基酸的种类、数目和排列顺序各不相同。2.蛋白质分子可由一条或几条多肽链组成。每一种蛋白质都有其独特的空间结构,即三维立体结构。3.蛋白质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。五、蛋白质分子的活性1.维持正常活性的条件必须具有正确的空间结构。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。蛋白质的生物学活性会随着温度的升高而发生改变。催产素、牛加压素均是由9个氨基酸组成的多肽化合物,但其生理作用彼此不同,试分析原因。提示:蛋白质的结构多样性与氨
4、基酸的数目、种类、排列顺序,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构有关。催产素、牛加压素的氨基酸数目虽相同,但其生理作用彼此不同,这是因为它们的氨基酸种类、排列顺序以及肽链盘曲、折叠形成的蛋白质的空间结构不同。自主学习检测教材基础熟记于心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.氨基酸中R基团可以是较长的链或环状结构。()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,组成的氨基酸种类数不同,少则几种。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
5、别在R基团,与氨基和羧基无关。5.鸟的羽毛和人的头发、指甲均由角蛋白组成。()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。7.蛋白质变性是由肽键的断裂造成的。()提示:蛋白质变性是由其空间结构改变造成的。8.由氨基酸形成多肽链时,生成物H2O中的氢来自氨基和羧基。()任务一探究氨基酸的种类及功能任务突破运用概念图分析组成蛋白质的氨基酸的结构与种类迁移应用典例1 如图为氨基酸分子的结构通式,下列叙述正确的是(D)A.氨基酸脱水缩合产生水,水中的氢来自和B.每个氨基酸分子都只有一个和一个基团C.结构可含有的氨基或羧基参与脱水缩合D.结构为CH3的氨基酸可以由其他化合物
6、转化而来解析:氨基酸脱水缩合产生水,水中的氢来自羧基和氨基;每个氨基酸都至少含有一个和一个基团;结构为R基团,其中含有的氨基或羧基一般不参与脱水缩合;结构为CH3的氨基酸是丙氨酸,丙氨酸为非必需氨基酸,可在生物体内由其他化合物转化而来。任务二脱水缩合与蛋白质合成过程中的有关计算任务突破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(1)链状多肽:由于脱水缩合过程中,每形成一个肽键,就会形成一个水分子,因此有氨基酸数=肽链数+肽键数(或脱去的水分子数)。(2)环状多肽:氨基酸数=肽键数=脱去的水分子数。2.明确蛋白质中氨基和羧基的数目结合氨基酸结构特点及脱水缩合过程,分析可知:(
7、1)每一条肽链中至少含有一个游离氨基和一个游离羧基,分别位于肽链的两端;环状肽主链中可以不含游离的氨基和羧基,环状肽中氨基、羧基数取决于构成环状肽氨基酸R基中氨基、羧基的数目。(2)蛋白质中游离氨基总数=肽链数目+R基中的氨基数目;蛋白质中游离羧基总数=肽链数目+R基中的羧基数目。3.运用质量守恒的方法分析蛋白质的相对分子质量由脱水缩合的关系式可知,反应物的总量=产物的总量。由此得出,蛋白质的相对分子质量=氨基酸数目氨基酸的平均相对分子质量-脱去的水分子数18。4.归纳蛋白质中含有的N、O原子数(1)由于N原子存在于肽键、氨基或R基团中,因此,N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基
8、酸中N原子总数。(2)由于O原子存在于肽键、羧基或R基团中,因此,O原子数=肽键数+2肽链数+R基上的O原子数=各氨基酸中O原子总数-脱去水分子数。(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N原子,至少含有(n+1)个O原子。迁移应用典例21 如图表示由153个氨基酸构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是(C)A.该蛋白质分子形成过程中共产生152个H2OB.参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有2个氨基酸的R基有氨基和2个氨基酸的R基有羧基C.形成该蛋白质分子的氨基酸中至少有2个氨基酸含硫元素D.该蛋白质分子彻底水解将产生20种氨基酸解析:该蛋白质分子形成过程中共产生153个H2O
9、,153个氨基酸形成肽链时共脱去152个水,另一个是R基中的氨基和羧基脱水缩合而成的;参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有1个氨基酸的R基有氨基和1个氨基酸的R基有羧基;二硫键(SS)是2个SH脱去2个H形成的,因此组成该蛋白质的氨基酸分子中至少有2个氨基酸含硫;组成蛋白质的氨基酸约有20种,因此该蛋白质分子彻底水解将产生最多20种氨基酸。典例22 如图表示某种蛋白质中相关基团和氨基酸数目,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
10、:该蛋白质中,羧基的总数为26,R基上的羧基数目是23,所以此蛋白质含有的肽链数=羧基总数-R基上羧基数目=26-23=3(条);由题意可知,氨基总数=R基上氨基数目+肽链数,所以此蛋白质的R基中共含有25-3=22(个)氨基;肽键数=氨基酸数-肽链数=99-3=96;形成此蛋白质时,共减少的相对分子质量为9618=1 728。任务三探究蛋白质的结构与功能的关系任务突破1.运用模型理解蛋白质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空间结构不可逆的改变,致使蛋白质失去生物学活性;低温只是抑制蛋白质的功能,未造成蛋白质空间结构的改变,不会造成蛋白
11、质生物学活性的丧失,如酶的保存应选择在低温下。(2)蛋白质中的N元素存在于R基团、氨基及肽键,主要存在部位为肽键。(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。迁移应用典例31 目前已知的蛋白质约两亿种,但只有一小部分蛋白质的结构被破解,破解过程极其艰难。在2020年11月的国际蛋白质结构预测竞赛上,某参会选手,成功解开了这一个难题。下列叙述错误的是(C)A.“蛋白质折叠问题”是一个研究蛋白质空间构象的问题B.每一种
12、生物的生命活动都与蛋白质的空间结构有密切关系C.该选手是根据蛋白质的空间结构模拟出其氨基酸的序列D.蛋白质发生空间结构的改变会影响其功能的发挥解析:“蛋白质折叠问题”是一个研究蛋白质空间构象的问题;蛋白质是生命活动的主要承载者,每一种生物的生命活动都与蛋白质的空间结构有密切关系;根据特定的生物功能,设计蛋白质的氨基酸序列,但不能根据蛋白质的空间结构模拟出其氨基酸的序列;蛋白质功能与其特定的空间结构存在必然联系,空间结构改变其功能会受到相应的影响。典例3-2 蛋白尿是诊断肾炎的重要依据,也是评定肾炎治疗效果的重要指标之一,鉴定尿中是否有蛋白质常用加热法来检验。以下说法正确的是(D)A.加热使蛋白质的肽链充分伸展并断裂B.加热使蛋白质发生变性,其原理与盐析相同C.加热可使蛋白质中氨基酸的排列顺序发生改变D.加热后的蛋白质分子比加热前更容易被蛋白酶水解解析:加热后,蛋白质的空间结构发生改变,但是肽链不会断裂;盐析是蛋白质的物理性质,析出的蛋白质的结构不变,因此蛋白质不会变性;加热改变蛋白质的空间结构,不会改变氨基酸的排列顺序;加热会使蛋白质的空间结构发生变化,空间结构松散,比加热前更容易被蛋白酶水解。
