2018年秋高中生物 第二章 組成細(xì)胞的分子 第2節(jié) 生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)學(xué)案 新人教版必修1.doc

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第2節(jié)　生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．說出組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類及特點(diǎn)。(重點(diǎn)) 2．描述氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。(重、難點(diǎn)) 3．舉例說明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能的多樣性。(重、難點(diǎn)) 核心概念 氨基酸　肽鍵　多肽　脫水縮合　空間結(jié)構(gòu) 一、氨基酸的種類及結(jié)構(gòu) 1．種類(約__20____種) 2．氨基酸的結(jié)構(gòu)： (1)寫出圖中結(jié)構(gòu)名稱： a．__氨基____；b、d：__R基____；c：__羧基____。 (2)比較圖中兩種氨基酸，寫出氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式：______。 (3)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ①數(shù)量關(guān)系：至少都含有__一個(gè)氨基(—NH2)____和__一個(gè)羧基(—COOH)____。 ②位置關(guān)系：都有__一個(gè)氨基和一個(gè)羧基____連接在__同一個(gè)碳原子____上。 ③各種氨基酸之間的區(qū)別在于__R基____的不同。 二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性 1．氨基酸的脫水縮合： (1)此生理過程的名稱是__脫水縮合____。 (2)寫出字母代表的結(jié)構(gòu)或名稱：a.__肽鍵____，b.__二肽____。 (3)判斷產(chǎn)物H2O中原子的來源： 2．蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次 氨基酸__多肽____蛋白質(zhì) 3．結(jié)構(gòu)多樣性： (1)氨基酸方面：氨基酸的__種類____、__數(shù)目____、__排列順序____不同。 (2)肽鏈方面：肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的__空間結(jié)構(gòu)____千差萬別。 三、蛋白質(zhì)的功能 (1)一切生命活動(dòng)離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。 (2)蛋白質(zhì)功能舉例 功能 實(shí)例 作為結(jié)構(gòu)蛋白 羽毛、肌肉、頭發(fā)、蛛絲 __催化作用____ 絕大多數(shù)酶 __運(yùn)輸作用____ 載體、血紅蛋白 信息傳遞和調(diào)節(jié)作用 __胰島素____、生長(zhǎng)激素等蛋白類激素 免疫作用 __抗體____ ？思考 1．膠原蛋白是動(dòng)物結(jié)締組織中的主要成分，因其含有多種必需氨基酸，具有較高的滋補(bǔ)保健功能而受到廣大消費(fèi)者的青睞。實(shí)際上膠原蛋白并不能直接被人體吸收，試解釋膠原蛋白在人體中如何發(fā)揮其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值？ 提示：膠原蛋白在人體內(nèi)被消化分解為多種氨基酸，其中包括多種必需氨基酸，這些氨基酸可參與合成人體的蛋白質(zhì)。 2．氨基酸種類和數(shù)目相同的蛋白質(zhì)是同一種蛋白質(zhì)嗎？ 提示：不一定。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性取決于氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。 H　　判斷題 1．人體需要的是氨基酸稱為必需氨基酸。(　　) 2．組成蛋白質(zhì)的每種氨基酸分子只含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，且都連在同一個(gè)碳原子上。(　　) 3．含有兩個(gè)肽鍵的化合物稱為二肽。(　　) 4．蛋白質(zhì)肽鏈的盤曲和折疊被解開時(shí)，其特定功能會(huì)發(fā)生改變。(　√　) 5．具有氨基和羧基的化合物，都是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸。(　　) 6．蛋白質(zhì)是生物體主要的能源物質(zhì)。(　　) 7．所有氨基酸中一定含有C、H、O、N四種元素。(　√　) 知識(shí)點(diǎn)1　氨基酸及其種類 Z　 1．結(jié)構(gòu)通式 2．氨基酸分子中一個(gè)決定關(guān)鍵：R基 ①?zèng)Q定氨基酸的種類和理化性質(zhì)。 ②決定氨基酸中所含有氨基和羧基的數(shù)目：除了連接在同一碳原子上的氨基和羧基外，多余的氨基和羧基一定位于R基中。 ③決定氨基酸的組成元素：氨基酸結(jié)構(gòu)通式中含有C、H、O、N四種元素，若含有其他元素則一定位于R基中。 知識(shí)貼士 ①并不是含有氨基和羧基的有機(jī)物就屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，如H2N—CH2—CH2—COOH。 ②R基在形成蛋白質(zhì)時(shí)并不是都不參與反應(yīng)，如R基中的—SH會(huì)參與形成蛋白質(zhì)不同多肽鏈之間的—S—S—。 D　 典例1　(2018陜西西安高三期末)關(guān)于生物體內(nèi)氨基酸的敘述，正確的是(　B　) A．氨基酸是蛋白質(zhì)分子的基本單位，由氨基和羧基組成 B．組成蛋白質(zhì)的氨基酸共有的結(jié)構(gòu)是 C．每個(gè)氨基酸分子都只含有C、H、O、N四種元素 D．組成人體的氨基酸都在人體內(nèi)合成 [解析]　氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為，不同的氨基酸R基不同，因此共有的結(jié)構(gòu)為；甲硫氨酸中含有C、H、O、N、S五種元素；必需氨基酸不能在人體內(nèi)合成。 易混提醒：組成蛋白質(zhì)的氨基酸書寫的兩點(diǎn)提醒 (1)“中心碳原子”有四個(gè)鄰居，其中三個(gè)固定不變，即—NH2、—COOH、—H，還有一個(gè)是可變的—R。 (2)氨基、羧基和R基的正確書寫格式：—NH2、—COOH、—R(不要忘記前面要有短線“—”)。 〔變式訓(xùn)練1〕　兩種氨基酸(如下列結(jié)構(gòu)式)，它們?cè)谛纬啥幕衔飼r(shí)，最可能縮合的基團(tuán)是(　C　) A．①③　 B．②⑥ C．②④　 D．⑤⑥ [解析]　由氨基酸脫水縮合形成二肽化合物時(shí)，一個(gè)氨基酸分子的羧基和另一個(gè)氨基酸分子的氨基相連接，形成肽鍵，但不是R基團(tuán)上的羧基和氨基，因此，最可能縮合的是②④或①⑤。 知識(shí)點(diǎn)2　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 Z　 1．蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及氨基酸脫水縮合過程分析 過程圖示分析 1條肽鏈至少含有1個(gè)游離的—NH2和1個(gè)游離的—COOH，分別位于肽鏈的兩端。環(huán)狀肽中可能不含游離的—NH2和游離的—COOH。 2．相關(guān)概念 (1)脫水縮合：一個(gè)氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一個(gè)氨基酸分子的氨基(—NH2)相連接，同時(shí)脫去一分子水，這種結(jié)合方式就叫脫水縮合。 (2)肽鍵：連接兩個(gè)氨基酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)叫肽鍵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為—CO—NH—或—NH—CO—。 (3)肽：由兩個(gè)氨基酸分子經(jīng)脫水縮合而成的、含有一個(gè)肽鍵的化合物叫二肽；由三個(gè)氨基酸分子經(jīng)脫水縮合而成的、含有兩個(gè)肽鍵的化合物叫三肽；由多個(gè)氨基酸分子經(jīng)脫水縮合而成的、含有多個(gè)肽鍵的化合物叫多肽。 (4)肽鏈：多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，稱為肽鏈。 知識(shí)貼士 ①肽鍵有以下幾種寫法：—CO—NH—或—NH—CO—或 (需注意的是，不管哪一種寫法，兩端均需要留有短線)。 ②氨基酸脫水縮合時(shí)，每形成一個(gè)肽鍵，就脫去一分子水。形成肽鍵時(shí)，相應(yīng)的—COOH失去—OH，相應(yīng)的—NH2失去—H，形成一分子H2O。 ③R基上的氨基和羧基一般不參與脫水縮合。 3．蛋白質(zhì)多樣性原因的分析 其中蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是最為重要的結(jié)構(gòu)，沒有特定的空間結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)就會(huì)失去其功能。 知識(shí)貼士 ①蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因 ②蛋白質(zhì)分子可由一條或幾條肽鏈組成，不同的蛋白質(zhì)分子所含的膚鏈條數(shù)不同，因此肽鏈的數(shù)目也是蛋白質(zhì)具有多樣性的原因。 ③各肽鏈之間可通過一定的化學(xué)鍵(不是肽鍵)相連，如二硫鍵(—S—S—)。 ④高溫使蛋白質(zhì)變性的原因不是破壞了氨基酸之間的肽鍵，而是破壞了肽鏈盤曲折疊形成的空間結(jié)構(gòu)。 ⑤蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性是其功能多樣性的基礎(chǔ)。 D　 典例2　下圖是某蛋白質(zhì)的肽鏈結(jié)構(gòu)示意圖(圖甲中數(shù)字為氨基酸序號(hào))及部分肽鏈放大圖，請(qǐng)據(jù)圖判斷下列敘述中正確的是(　D　) A．該蛋白質(zhì)中含有l(wèi)條肽鏈，共124個(gè)肽鍵　 B．圖乙中含有的R基是①②④⑥⑧ C．從圖乙推知該肽鏈只含有2個(gè)游離的羧基　 D．從圖乙推知該肽鏈至少含有2個(gè)游離的氨基 [解析]　圖甲為一條肽鏈的示意圖，數(shù)字為氨基酸序號(hào)，可見其共由124個(gè)氨基酸組成，含有肽鍵數(shù)＝124－1＝123個(gè)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。圖乙為肽鏈某段的放大圖。圖中③⑤⑦所示結(jié)構(gòu)是肽鍵，R基是②④⑥⑧，①是氨基，B項(xiàng)錯(cuò)誤。圖乙只是肽鏈的一段，①為肽鏈一端完整的1個(gè)氨基，②中有1個(gè)氨基，⑥⑧中各有1個(gè)羧基，⑨不是羧基。推知該肽鏈至少含有3個(gè)游離的羧基，至少含有2個(gè)游離的氨基，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。 易錯(cuò)提醒：多肽≠蛋白質(zhì) (1)多肽是由多個(gè)氨基酸分子縮合而成的，也叫做肽鏈，一般沒有生物活性。 (2)蛋白質(zhì)是由一條或幾條肽鏈組成的，肽鏈經(jīng)盤曲、折疊而形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，才具有生物活性。 〔變式訓(xùn)練2〕　(2018成都高一檢測(cè))下列關(guān)于蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的敘述，錯(cuò)誤的是(　D　) A．不同蛋白質(zhì)含有的氨基酸數(shù)量不完全相同　 B．有些結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)具有相似的功能 C．組成蛋白質(zhì)的氨基酸可按不同排列順序脫水縮合　 D．組成蛋白質(zhì)的氨基酸之間只通過脫水縮合進(jìn)行連接 [解析]　不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能不同，故所含有的氨基酸的數(shù)量不完全相同，A正確；結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)可能具有相似的功能，如唾液淀粉酶和胰淀粉酶，結(jié)構(gòu)不同，但都能催化淀粉水解，B正確；不同的蛋白質(zhì)，其組成的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，因而在合成蛋白質(zhì)時(shí)，氨基酸可按不同的排列順序脫水縮合，C正確，蛋白質(zhì)中的氨基酸多數(shù)通過脫水縮合相連，但鏈之間可以通過其他的鍵連接，如二硫鍵，D錯(cuò)誤。 1．利用形成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖解完成相應(yīng)的計(jì)算規(guī)律 肽鏈 數(shù)目 氨基酸 數(shù)目 肽鍵 數(shù)目 脫去水 分子數(shù) 多肽的相對(duì)分子質(zhì)量 氨基 數(shù)目 羧基 數(shù)目 1條 m m－1 m－1 ma－18(m－1) 至少 1個(gè) 至少 1個(gè) n條 m m－n m－n ma－18(m－n) 至少 n個(gè) 至少 n個(gè) 注：設(shè)氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a。 知識(shí)貼士 ①有時(shí)還要考慮其他化學(xué)變化過程，如肽鏈上出現(xiàn)二硫鍵(—S—S—)時(shí)(二硫鍵由—SH和—SH脫去2個(gè)H后構(gòu)成)，要再減去2(即兩個(gè)氫原子)，若無特殊說明，不考慮二硫鍵。 ②若為環(huán)狀多肽(肽鏈兩端的氨基和羧基脫水后會(huì)形成環(huán)狀多肽)，則可將公式中的肽鏈數(shù)視為零，再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。 典例3　下圖為某蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中“—S— S—”為由兩個(gè)“—SH”(巰基)構(gòu)成的二硫鍵，其作用是連接兩條相鄰肽鏈。若該蛋白質(zhì)分子共由m個(gè)氨基酸組成，則形成一個(gè)該蛋白質(zhì)分子時(shí)生成的水分子數(shù)和減少的相對(duì)分子質(zhì)量分別為(　D　) A．m,18m B．(m－4)，18(m－4) C．(m－3)，18(m－3)＋4 D．(m－2)，18(m－2)＋4 [解析]　由圖可知，該蛋白質(zhì)分子有兩條肽鏈和一個(gè)環(huán)狀多肽，故形成該蛋白質(zhì)分子時(shí)失去水分子數(shù)為氨基酸數(shù)－鏈狀多肽數(shù)，即(m－2)，由于有2個(gè)二硫鍵，而形成一個(gè)二硫鍵失去2個(gè)“H”，所以形成該蛋白質(zhì)分子時(shí)減少的相對(duì)分子質(zhì)量為18(m－2)＋4。 典例4　某蛋白質(zhì)由n條肽鏈組成，氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a，該蛋白質(zhì)所含的氨基酸個(gè)數(shù)為b/3，則該蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量約為(　C　) A．2/3ab－6b＋18n　 B．1/3ab－6b C．1/3ab＋18n－6b　 D．1/3ab－18n－6b [解析]　個(gè)氨基酸總相對(duì)分子質(zhì)量為a，脫去水的相對(duì)分子質(zhì)量為18，所以該蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為a－18＝ab－6b＋18n。 2．利用原子守恒法完成蛋白質(zhì)的計(jì)算 在一個(gè)氨基酸中，若不考慮R基，至少含有2個(gè)碳原子、2個(gè)氧原子、4個(gè)氫原子和1個(gè)氮原子。氨基酸在脫水縮合形成多肽(無特殊說明時(shí)，通常指鏈狀多肽)時(shí)，要失去部分水分子，但是碳原子、氮原子的數(shù)目不會(huì)減少。 (1)C原子數(shù)＝氨基酸分子數(shù)2＋R基上的C原子數(shù)。 (2)H原子數(shù)＝各氨基酸中H原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)2。 (3)O原子數(shù)＝各氨基酸中O原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)。 (4)N原子數(shù)＝肽鍵數(shù)＋肽鏈數(shù)＋R基上的N原子數(shù)＝各氨基酸中N原子的總數(shù)。 (5)由于R基上的碳原子數(shù)不好確定，且氫原子數(shù)較多，所以以氮原子數(shù)或氧原子數(shù)為突破口，計(jì)算氨基酸的分子數(shù)。 典例5　經(jīng)分析某個(gè)多肽中有O原子p個(gè)，N原子q個(gè)，它徹底水解后，只得到下列四種氨基酸。經(jīng)分析推算可知，1分子該多肽水解得到的賴氨酸個(gè)數(shù)為(　D　) A．p－q　 B．q－p C．p－q＋1　 D．q－p＋1 [解析]　根據(jù)觀察可知，四種氨基酸的R基中都不含O原子，只有賴氨酸的R基中含有1個(gè)N原子。多肽中O原子數(shù)＝各氨基酸中的O原子總數(shù)－脫去水分子數(shù)，由于R基中都不含O原子，所以O(shè)原子數(shù)＝氨基酸數(shù)＋1，N原子數(shù)＝各氨基酸中N原子數(shù)＝氨基酸數(shù)＋R基中N原子數(shù)，故根據(jù)O原子數(shù)計(jì)算出多肽中的氨基酸數(shù)為p－1，多肽中含有的賴氨酸數(shù)＝N原子數(shù)－氨基酸數(shù)＝q－(p－1)＝q－p＋1。 典例6　分析多肽E和多肽F(均有一條肽鏈組成)得到以下結(jié)果(單位：個(gè))，多肽E和多肽F中氨基酸的數(shù)目可能是(　D　) 元素或基團(tuán) C H O N 氨基 羧基 多肽E 201 348 62 53 3 2 多肽F 182 294 55 54 6 1 A．199和181　 B．340和281 C．58和53　 D．51和49 [解析]　本題主要考查多肽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。N元素存在于氨基(—NH2)或R基上，對(duì)于一條多肽鏈來說，一端是氨基，如果還有氨基存在，則只能在R基上，所以多肽E和多肽F的R基中分別有2個(gè)和5個(gè)氨基，且一般分別位于不同的氨基酸上。所以多肽E的氨基酸數(shù)可能為53－2＝51(個(gè))，多肽F的氨基酸數(shù)可能為54－5＝49(個(gè))。 1．每種氨基酸至少都含有一個(gè)氨基(—NH2)和一個(gè)羧基(—COOH)，且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。氨基酸的種類由R基(側(cè)鏈基團(tuán))決定。 2．脫水縮合是一個(gè)氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一個(gè)氨基酸分子的氨基(—NH2)相連接，同時(shí)脫去一分子水的過程。 3．氨基酸分子以脫水縮合的方式形成肽鍵，由肽鍵連接氨基酸分子形成肽鏈，肽鏈盤曲、折疊形成具有—定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。 4．一個(gè)氨基酸分子的氨基和另一個(gè)氨基酸分子的羧基脫水縮合失去一分子的水。連接兩個(gè)氨基酸分子的化學(xué)鍵叫作肽鍵。 5．構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序，以及肽鏈的數(shù)目及其形成的空間結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能的多樣性。 6．蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，具有催化、運(yùn)輸、免疫、信息傳遞等許多功能。一切生命活動(dòng)都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者和體現(xiàn)者。 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)