第2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(共44张PPT)

(共44张PPT)
第4节　蛋白质是生命活动的主要承担者
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.归纳概括氨基酸的结构通式和特点,阐明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。
2.分析蛋白质分子结构多样性和功能多样性的关系,举例说明蛋白质的结构是与功能相适应的。
3.说出氨基酸构成多肽链或蛋白质分子的过程。
4.阐明蛋白质是生命活动的主要承担者,认同蛋白质与人体营养、健康等关系密切。
问题探究·知识生成
新知探究一　蛋白质的功能多样性
建立概念·达成素养
问题探究
资料:冠状病毒是一类具有包膜、基因组为线状单链正链的RNA病毒,新型冠状病毒属于其中的一种。据研究,新型冠状病毒进入人体后,其表面的刺突蛋白S蛋白与人呼吸道上皮细胞及肺组织细胞表面的特异性受体ACE2(血管紧张素转化酶2)识别并结合,病毒由此进入宿主细胞并增殖。其结构如图1所示,其中S、M、E表示3种包膜糖蛋白,N代表核衣壳蛋白;图2为病毒侵入人体后发生的部分反应示意图。病毒衣壳在细胞内被有关蛋白质催化后水解,人体内依靠抗体与抗原结合从而清除病原体。
问题(1):包膜糖蛋白和核衣壳蛋白说明了蛋白质的什么功能
提示:是构成生物体结构的重要物质。
问题(2):人呼吸道上皮细胞及肺组织细胞表面的特异性受体ACE2说明了蛋白质的什么功能
提示:识别,进行信息交流。
问题(3):人的身体就像一座复杂的化工厂,一切生理代谢、化学反应都是由酶参与完成的,而酶绝大多数是具有生物催化作用的蛋白质。这说明蛋白质的什么功能
提示:催化。
问题(4):人体内的抗体都是蛋白质。抗体是活跃在血液中的一支“突击队”,具有保卫机体免受病菌和病毒的侵害,提高机体抵抗力的作用。说明蛋白质具有什么功能
提示:免疫。
问题(5):营养不良会出现贫血和免疫力下降等现象,从蛋白质的功能分析,其原因是什么
提示:蛋白质的摄入量不足导致营养不良,影响血红蛋白和抗体的生成,出现贫血和免疫力下降。
问题(6):通过加酒精、加热、加酸等可以杀灭新型冠状病毒的原因是什么
提示:加酒精、加热、加酸等引起细菌和病毒的蛋白质变性,可以达到消毒、灭菌的作用。
归纳总结
结构
蛋白质的功能
调节
类型 项目 功能 举例
. 蛋白 许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质 肌动蛋白、肌球蛋白等
. 作用 对细胞和生物体的生命活动有重要的调节作用 胰岛素、生长激素等
催化 作用 催化细胞内的各种化学反应 大多数酶等
运输 作用 有些蛋白质具有 功能 血红蛋白等
. 作用 能捕获侵入人体或高等动物体内的抗原物质 抗体等
运输
免疫
主要承担者
都离不开蛋白质,蛋白质是生命活动的 。
细胞的各项生命活动
即时应用
B
1.下列关于蛋白质功能的举例合理的是(　 　)
A.催化—抗体 B.运输—血红蛋白
C.调节—性激素 D.免疫—胰岛素
解析:抗体体现蛋白质的免疫功能,不是催化作用;血红蛋白可以协助O2和CO2运输,具有运输功能;性激素具有促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成,激发和维持第二性征等作用,但是其本质为固醇类物质,并非蛋白质;胰岛素的化学本质是蛋白质,具有调节生命活动的作用,不是免疫功能。
2.下列关于蛋白质生理功能的叙述中,错误的是(　 　)
A.作为细胞的结构成分 B.促进化学反应的进行
C.参与某些物质的运输 D.携带遗传信息
解析:作为细胞结构的组成成分,促进化学反应的进行,参与物质运输是蛋白质的功能;携带遗传信息是核酸的功能,不是蛋白质的功能。
D
新知探究二　氨基酸的特点及种类
问题探究
问题(1):由上述四种氨基酸的分子结构,归纳氨基酸的元素组成,并推测蛋白质的元素组成。
提示:氨基酸的组成元素至少含有C、H、O、N,有的还含有S。组成蛋白质的主要元素有C、H、O、N等。
问题(2):这些氨基酸在结构上有哪些共同点 又有哪些区别
提示:这些参与构成蛋白质的氨基酸分子至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH),并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上;不同的氨基酸分子,具有不同的R基(侧链基团)。
问题(3):组成蛋白质的氨基酸中至少含有一个氨基和一个羧基。如果氨基酸中不止一个氨基或羧基,多出的氨基或羧基可能在什么位置
提示:组成蛋白质的氨基酸中至少有一个羧基(—COOH)和一个氨基(—NH2)且连在同一个碳原子上,多出的—COOH或—NH2在R基上。
问题(4):判断构成蛋白质的氨基酸的依据有哪些
提示:构成蛋白质的氨基酸必须具备两个条件:①至少含有一个氨基和一个羧基。②都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
问题(5):若要你制订评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时,你会格外注重什么 请说明理由。
提示:会格外注重其中必需氨基酸的种类和含量,因为必需氨基酸在人体细胞中不能合成,只能从外界环境中获取,与人体的健康关系密切。
归纳总结
(1)构成蛋白质的氨基酸的结构特点
每种氨基酸分子至少含有一个 和一个 ,并且都有一个氨基和一个羧基连接在 上。
(2)不同的氨基酸分子,具有不同的R基,可以根据R基的不同,将氨基酸区别为不同的种类。
①R基决定氨基酸的 和 性质。
②基和羧基外,多R基决定氨基酸中所含有氨基和羧基的数目:除了连接在同一碳原子上的氨余的氨基和羧基一定位于 中。
③R基决定氨基酸的组成元素:氨基酸结构通式中至少含有C、H、O、N四种元素,若含有其他元素(如S)则一定位于 中。
氨基(—NH2)
羧基(—COOH)
同一个碳原子
种类
理化
R基
R基
(3)氨基酸的结构通式
(4)还可按细胞能否合成将氨基酸分类
即时应用
D
3.关于生物体内的氨基酸和蛋白质的叙述正确的是(　 　)
A.氨基酸都至少含有一个氨基和一个羧基,且都连接在同一个碳原子上
B.加酸、加碱都不能引起细菌和病毒的蛋白质变性
C.每种氨基酸的基本组成元素是C、H、O、N、S,氨基酸中的R基可能含有其他元素
D.食物中的蛋白质分解成必需氨基酸和非必需氨基酸才能被人体吸收
解析:组成生物体的每种氨基酸分子,至少都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;在强酸、强碱条件下,蛋白质变性,加酸、加碱都可能引起细菌和病毒的蛋白质变性;每种氨基酸的基本组成元素是C、H、O、N;蛋白质是大分子物质,不能被直接吸收,食物中的蛋白质分解成必需氨基酸和非必需氨基酸才能被人体吸收。
4.如图是4种构成蛋白质的氨基酸的结构简式,下列叙述错误的是(　 　)
D
A.构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N
B.上述4种氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2COOH
C.R基中也可以有氨基或羧基
D.氨基酸可与双缩脲试剂发生作用,产生紫色反应
解析:根据氨基酸通式来看,构成题述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N;根据氨基酸通式,题述4种氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、
—CH2COOH;氨基酸的R基中也可以有氨基或羧基;双缩脲试剂鉴定的是含有两个或两个以上肽键的化合物,氨基酸不能与双缩脲试剂反应生成紫色络合物。
新知探究三　蛋白质的结构及其多样性
问题探究
活动1:完善下图中两个氨基酸的连接过程。
问题(1):a表示的结合方式叫什么 如何发生 形成的化合物b的名称是什么 在框内写出b的结构式。
提示:脱水缩合。一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)脱去一分子水而连接起来。二肽:
问题(2):通过a过程形成的连接两个氨基酸分子的化学键名称是什么 用箭头标出肽键的位置。
提示:肽键。
活动2:结合脱水缩合过程,并参考如下多肽链的模式图分析:
问题(3):若R基中含有氨基或羧基,在脱水缩合反应中,R基中的氨基或羧基是否参与了反应 生成的肽链中氨基或羧基位于何处
提示:R基中的氨基或羧基未参与反应。生成的肽链中的氨基或羧基位于肽链的一端或R基中。
问题(4):多肽通常被称为肽链,肽链构成蛋白质的过程中主要变化是什么
提示:1条或几条肽链盘曲、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质。
问题(5):若4个氨基酸形成1条肽链,则该过程要脱去水分子多少个 形成多少个肽键 该多肽链的名称是什么
提示:会脱去3个分子水。形成3个肽键。该多肽链称为四肽。
问题(6):若m个氨基酸形成1条肽链,则该过程要脱去水分子多少个 形成多少个肽键 该多肽链至少有几个氨基和几个羧基
提示:会脱去(m-1)个水分子。形成(m-1)个肽键。该多肽链至少含有1个氨基和1个羧基。
问题(7):若m个氨基酸形成了n条肽链,上述问题的答案又分别是什么
提示:脱去(m-n)个水分子,形成(m-n)个肽键,至少含有n个氨基和n个羧基。
问题(8):若m个氨基酸形成1条环状的多肽,如图。则该过程要脱去水分子多少个 形成多少个肽键
提示:脱去水分子m个。形成m个肽键。
问题(9):若氨基酸的平均相对分子质量为120,则20个氨基酸形成1条肽链时,所形成肽链的相对分子质量是多少
提示:120×20-18×(20-1)=2 058。
资料:血红蛋白是由4条多肽链组成的蛋白质。如图展示了血红蛋白的水解和变性过程。
问题(10):水解和变性的区别是什么
提示:水解是蛋白质或多肽中肽键断裂,分解为氨基酸的过程,和脱水缩合的过程相反。变性是蛋白质空间结构被破坏的过程,此过程肽键一般不断裂。
归纳总结
(1)蛋白质的结构层次
羧基
氨基
一分子水
肽键
两个氨基酸
由多个氨基酸
空间结构
(2)氨基酸脱水缩合过程相关计算公式
①脱水数=肽键数= -肽链数=水解需要水分子数。
②氨基数=肽链数+ =各氨基酸中氨基的总数-肽键数。
③羧基数= + =各氨基酸中羧基的总数-肽键数。
氨基酸数
R基上的氨基数
肽链数
R基上的羧基数
1.蛋白质相关计算方法规律
(1)已知形成某蛋白质的氨基酸个数为m,肽链数为n,氨基酸的平均相对分子质量为a,则该蛋白质:
拓展
肽键数 m-n
脱去的水分子数 m-n
平均相对分子质量 am-18(m-n)
氨基数 ≥n
羧基数 ≥n
N原子数 ≥m
O原子数 ≥m+n
(2)环肽的脱水数目和氨基酸数目相等。
(3)二硫键“—S—S—”是由两个“—SH”脱下2个H形成的,计算相对分子质量时需要考虑。
(4)蛋白质中含有N、O原子数的计算
①N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基酸中N原子总数。
②O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-脱去的水分子数。
2.蛋白质的水解、变性和盐析
(1)水解:蛋白质或多肽中肽键断裂,分解为氨基酸的过程称为水解,与脱水缩合的过程相反,这个过程需要蛋白酶或肽酶的催化。如食物中的蛋白质在消化道内最终成为氨基酸。
(2)变性:蛋白质由于高温、强酸、强碱、重金属盐等因素导致空间结构被破坏的过程称为变性。变性的过程一般肽键不断裂。如鸡蛋煮熟后,无法再孵化。
(3)盐析:向蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后,可降低蛋白质的溶解度,使蛋白质凝聚而从溶液中析出,这种作用叫盐析,这是物理变化,可复原。如向鸡蛋清中加入一些食盐,出现白色絮状物,加水稀释后絮状物消失。
即时应用
D
5.下列关于氨基酸和蛋白质的叙述,错误的是(　 　)
A.R基决定氨基酸的种类和理化性质
B.R基中的氨基和羧基通常不参与肽键的形成
C.蛋白质水解时,水中的氢原子参与形成氨基和羧基
D.变性后的蛋白质不能与双缩脲试剂呈现紫色颜色反应
解析:构成蛋白质的氨基酸的不同在于R基的不同,所以R基决定氨基酸的种类和理化性质;R基中的氨基和羧基通常不参与肽键的形成;氨基酸脱水缩合时一个氨基酸的氨基提供一个氢,另一个氨基酸的羧基提供—OH,脱去一分子水,同时形成肽键。而蛋白质水解时,需要断裂肽键,所需要的水中的氢原子参与形成氨基和羧基;变性后的蛋白质,仍然有肽键存在,故能与双缩脲试剂反应呈现紫色。
6.如图为某多肽的结构简式,有关说法正确的是(　 　)
A
A.该化合物是由5个氨基酸脱水缩合形成
B.形成该化合物过程中失去6分子水
C.该化合物含有3种氨基酸
D.箭头标识的结构为肽键,共有5个
解析:该多肽是由5个、4种氨基酸脱水缩合形成的;图中箭头所指为肽键;该多肽中含有4个肽键,失去4个水分子。
联系实际·素养落实
[生活情境]
胰岛素是人体内唯一可以降低血糖的蛋白质激素,同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成。外源性胰岛素主要用来治疗糖尿病。一分子的胰岛素原切去C肽(图中阴影部分)可转变成一分子的胰岛素(图中数字表示氨基酸序号)。
知识迁移·培养能力
探究:(1)构成胰岛素原的基本单位是什么
提示:氨基酸。
(2)由图中数据推测合成胰岛素原的过程中共失去多少个水分子
提示:120。
(3)外源性胰岛素用来治疗糖尿病时能不能口服 为什么
提示:不能。因为蛋白质口服后被消化分解成各种氨基酸,而失去效用。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.蛋白质的功能:结构物质、催化、运输、调节和免疫等。
2.氨基酸是组成蛋白质的基本单位。组成生物体蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH),并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
3.脱水缩合是一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接,同时脱去一分子水形成一个肽键的过程。
4.氨基酸分子以脱水缩合的方式形成肽键,由肽键连接氨基酸分子形成肽链,肽链盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
5.蛋白质多样性的直接原因:组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同及肽链形成的空间结构不同。
随堂反馈
1.氨基酸是蛋白质的基本组成单位,下列有关组成人体蛋白质的氨基酸的叙述正确的是(　 　)
A.至少有1个氨基和1个羧基连接在不同碳原子上
B.氨基酸种类数与R基的种类数均为21
C.人体细胞可以合成所需的所有氨基酸
D.人体内最简单氨基酸的R基为—CH3
B
解析:根据氨基酸结构通式可知,每个氨基酸分子中至少有1个氨基和1个羧基连接在同一个碳原子上;氨基酸的种类取决于R基,因此,氨基酸的种类数与R基的种类数相同,都是21种;某些氨基酸在人体内无法合成,必须从外界摄取,称为必需氨基酸;人体内最简单的氨基酸是甘氨酸,其R基为—H。
2.现有氨基酸800个,其中氨基总数为810个,羧基总数为808个,已知R基中的羧基和氨基不参与脱水缩合,则由这些氨基酸合成的含有3条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次分别为(　 　)
A.797、13和11 B.798、13和11
C.799、1和1 D.797、3和2
A
解析:由题意可知,该蛋白质是由800个氨基酸形成的3条肽链,因此蛋白质中的肽键数是800-3=797(个);800个氨基酸中含有氨基数是810个,因此氨基酸的R基中的氨基数是810-800=10(个),所以蛋白质中的氨基数是3+10=13(个);800个氨基酸中含有羧基总数为808个,因此氨基酸的R基中的羧基数是808-800=8(个),所以蛋白质中的羧基数是3+8=11(个)。
3.下列哪项不是蛋白质在人体内的生理功能(　 　)
A.生物体和细胞的“建筑”材料
B.作为具有催化作用的有机物
C.组织修复的原料
D.能量的主要来源
D
解析:人体内的蛋白质具有下列生理功能:细胞内的组成成分(A、C选项体现)、催化作用(B选项体现)、运输物质、调节生命活动、免疫作用等。虽然蛋白质分解也能释放能量,但不是主要的供能物质,细胞主要的能源物质是糖类。
4.如图是人体内蛋白质分子的概念图,下列有关分析不正确的是(　 　)
A.相对分子质量较大的蛋白质中可能有21种甲
B.图中①可表示脱水缩合反应
C.蛋白质功能的多样性直接取决于甲的多样性
D.多肽中甲的数目一般大于乙的数目
C
解析:分析题图可知,甲为氨基酸,乙为肽键,人体内组成蛋白质的氨基酸约有21种,故相对分子质量较大的蛋白质中可能含有全部21种氨基酸;图中①是由氨基酸合成多肽的过程,可表示脱水缩合反应;蛋白质功能的多样性直接取决于蛋白质结构的多样性,而不是甲(氨基酸)的多样性;多肽链中肽键的数目=氨基酸的数目-肽链的数目,所以多肽中甲(氨基酸)的数目一般大于乙(肽键)的数目。
5.据图回答问题。
(1)该图中,E的名称是　　　　。
(2)该图所示化合物的名称是　　　　;该化合物含有　　　　个肽键。
(3)该化合物是由氨基酸分子通过　　　　　　反应而形成的;若将其水解需消耗的水分子数为　　　　。
解析:(1)根据题图可知,E是羧基。
(2)由题图分析可知,该化合物含有3个肽键,是四肽化合物。
(3)该化合物是由4个氨基酸脱去3分子水形成的;氨基酸脱水形成肽链的反应叫脱水缩合;若将其水解需消耗3个水分子。
答案:(1)羧基　(2)四肽　3 (3)脱水缩合　3
(4)该图中所示的氨基酸种类不同,是由图中　　 　(填字母编号)决定的。
(5)如果图中氨基酸的平均相对分子质量为180,则该化合物的相对分子质量是　　。
(6)该物质如果是一种药物,只有皮下注射才有效,而不能口服,主要原因是　 。
解析:(4)氨基酸种类不同是由R基决定的,是由题图中D决定的。
(5)如果题图中氨基酸的平均相对分子质量为180,则该化合物的相对分子质量是180×4-3×18=666。
(6)该物质是由4个氨基酸形成的四肽化合物,若口服会被消化分解失去作用,故只有皮下注射才有效。
答案:(4)D (5)666　(6)如果口服此药物,在消化道内药物被消化液分解,失去药效