【同步课件】第2章 组成细胞的分子 4蛋白质是生命活动的主要承担者

(共67张PPT)
第2章　组成细胞的分子
课标要点 学法指导
1．阐明蛋白质通常由21种氨基酸分子组成
2．说明氨基酸的结构特点，氨基酸形成蛋白质的过程 1．生命观念：从结构与功能的角度阐明蛋白质的功能取决于氨基酸的种类、数目、序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成
2．科学思维：从氨基酸的结构特点理解氨基酸脱水缩合的过程，构建数学模型解答与蛋白质有关的计算问题
3．社会责任：从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系
知识导图
1．将下列实例与相应的蛋白质功能连接起来
功能　　　　　　　　　 实例
①结构蛋白　　　　 a．血红蛋白
②催化　　　　 b．胰岛素等蛋白质类激素
③运输　　　　　　　　　 c．抗体
④信息传递、调节　　　　 d．绝大多数酶
⑤防御　　　　　　　　　 e．肌肉蛋白
⑥运动　　　　　　　　　 f．羽毛、肌肉、头发等
蛋白质的功能
2．一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的____________。
主要承担者　
下列生命活动与蛋白质有关的是(　　)
①改变反应速率　②血液中运输O2　③与特定抗原结合　④构成细胞和生物体结构　⑤信息传递
A．仅①②③　　　 B．仅②③④
C．仅①②③④　　　 D．①②③④⑤
【答案】D　
【解析】能改变反应速率的是催化剂，在生物体内部分蛋白质具有催化作用，①正确；血红蛋白运输O2，②正确；与特定抗原结合的物质是抗体，抗体属于蛋白质，③正确；许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，④正确；有些蛋白质起信息传递作用，⑤正确。
1．种类
(1)生物体内组成蛋白质的氨基酸共有_____种，其区分为_____基不同。
(2)根据人体细胞能否合成分类
①人体细胞________合成的是必需氨基酸(共8种)。
②人体细胞______合成的是非必需氨基酸(共13种)。
蛋白质的基本组成单位——氨基酸
21　
R　
不能　
能　
2．氨基酸的结构
(1)结构通式(如图)
(2)组成元素：主要是____________，有些还含有_____元素。
(3)图中结构的名称：①______，②________，③________。
(4)结构特点
①每种氨基酸分子至少都含有一个_____________和一个_____________，并且都有一个____和一个____连接在同一个_____上。
②各种氨基酸之间的区别在于__________的不同。
C、H、O、N　
S　
氨基　
羧基　
R基　
氨基(—NH2)　
羧基(—COOH)　
氨基　
羧基　
碳原子　
R基(—R) 　
氨基酸中的氨基和羧基位于氨基酸的什么位置？
提示：氨基酸中都会有一个氨基和一个羧基位于中心碳原子上，在氨基酸的R基上也可能存在氨基和羧基。
微思考
甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是
(　　)
A．C5H11O2NS　　　 B．C3H7ONS
C．C5H11O2S　　　 D．C5H10O2NS
【答案】A　
【解析】将R基—CH2—CH2—S—CH3代入组成蛋白质的氨基酸的结构通式得甲硫氨酸的结构式如下图，因此其分子式为C5H11O2NS。
1．蛋白质的结构
(1)脱水缩合的过程
蛋白质的结构及其多样性
a．图示①过程称为__________，得到的化合物称为__________。该化合物至少含有________个氨基和________个羧基，如果还有其他氨基或羧基，则位于________上。
b．图示中②③④的名称依次为________、________、________。
c．①过程产生的H2O中H的来源：__________和______________；
H2O中O的来源：______________。
脱水缩合　
二肽　
一　
一　
R基
氨基　
肽键　
羧基　
氨基(—NH2)
羧基(—COOH)　
羧基(—COOH) 　
(2)蛋白质的结构层次
【答案】两个氨基酸分子　多个氨基酸分子　链状　空间结构
玉　
2．结构多样性
(1)氨基酸方面：氨基酸的__________、__________、__________不同。
(2)肽链方面：肽链的盘曲、折叠方式及其形成的__________千差万别。
种类　
数目　
排列顺序　
空间结构　
下列是两种氨基酸的结构式，它们在形成二肽时，最可能缩合的基团是(　　)
A．①③　
B．②⑥　　　　
C．②④　
D．③④
【答案】C　
【解析】氨基酸脱水缩合发生在一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基间为①⑤或②④，③和⑥是R基上的羧基和氨基，不参与脱水缩合，C符合题意。
1．氨基酸的结构通式及判断
(1)结构通式
组成蛋白质的氨基酸
[知识归纳]
(2)两个判断标准
①一个数目标准：至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)。
②一个位置标准：至少有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，且这个碳原子上还连接一个氢原子(—H)和一个R基。
2．氨基酸结构通式的形象记忆
氨基酸分子——人；氨基和羧基——两只手；氢——腿；R基——头；中心碳原子——躯干。
【易错点拨】组成蛋白质的氨基酸的正确书写：
(1)“中心碳原子”有四个邻居，其中三个固定不变，即—NH2、—COOH、—H，还有一个是可变的—R。
(2)氨基、羧基和R基的正确书写格式：—NH2、—COOH、—R(不要忘记前面要有短线“—”)。
某化合物中只要有氨基和羧基就一定是构成蛋白质的氨基酸吗？为什么？
提示：不一定，构成蛋白质的氨基酸不仅有氨基和羧基，而且至少有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
【方法技巧】
“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸：
1．下列物质中，属于构成人体蛋白质的氨基酸的是(　　)
①H2N—CH2—COOH
②H2N—CH2—CH2OH
A．①③⑤　　
B．①②③　　　
C．②③④　　
D．③④⑤
[对点精练]
【答案】A　
【解析】根据氨基酸分子的结构通式可知：②④不是构成蛋白质的氨基酸，因为②没有羧基；④的氨基和羧基没连在同一个碳原子上。
2．下列物质中属于组成蛋白质的氨基酸的是(　　)
【答案】B　
【解析】根据氨基酸分子的结构通式可知，构成蛋白质的氨基酸都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。
1．脱水缩合过程图解
蛋白质的形成过程
[知识归纳]
(1)参与脱水缩合的部位：一个氨基酸连在中心碳原子上的氨基和另一个氨基酸连在中心碳原子上的羧基。
(2)游离的氨基和羧基：一条肽链上至少有一个游离的—NH2和一个游离的—COOH，并分别位于肽链的两端。
(3)R基中的—NH2或—COOH：不参与肽键的形成。
2．多肽≠蛋白质
(1)多肽是由多个氨基酸分子缩合而成的，也叫作肽链，一般没有生物活性。
(2)蛋白质是由一条或几条肽链组成的，肽链经盘曲、折叠而形成具有一定空间结构的蛋白质，才具有生物活性。
1．高温使蛋白质变性后与双缩脲试剂还能有颜色反应吗？
提示：有颜色反应，因为肽键没有断裂。
2．多肽中的N元素主要分布于哪个部位？
提示：肽键的一端。此外末端的氨基中以及R基中也可能存在。
3．据下图思考问题：
多肽中R1中含有氨基，R2中含有羧基，它们参与脱水缩合吗？
提示：不参与。参与脱水缩合的分别是氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基。一般而言，R基中的氨基和羧基不参与脱水缩合。
1．下图是细胞中常见的反应，下列相关叙述正确的是(　　)
A．乙分子的R基为—H
B．化合物丙叫作二肽
C．化合物丙中含有一个游离羧基
D．水中的氢来自乙的氨基
[对点精练]
【答案】B　
【解析】根据氨基酸的结构通式可知，乙分子的R基为—CH2COOH，A错误；化合物丙由甲、乙两个氨基酸脱水缩合形成，称为二肽，B正确；由图可知，化合物丙中肽链右端和R基中各有一个羧基(—COOH)，共含有2个游离的羧基，C错误；由图可知，脱水缩合时，水中的氢来自甲的羧基和乙的氨基，D错误。
2．如图为一条肽链的分子结构简式，下列有关分析不正确的是
(　　)
A．这条肽链中的肽键数是2个
B．构成肽链的氨基酸数目是2个
C．合成蛋白质的生理过程称为脱水缩合
D．在合成该肽链时形成2个水分子
【答案】B　
【解析】根据图示结构可知，该肽链中含有2个肽键，说明该多肽是由3个氨基酸脱水缩合形成的，在此过程中形成了2分子水。
1．氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。
2．羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。
3．氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。
与蛋白质形成过程有关的计算规律
[知识归纳]
4．氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。
5．氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－2×脱去的水分子数。
6．假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链或环状多肽：
7．若蛋白质中含有二硫键(—S—S—)时，要考虑脱去氢的质量，每形成1个二硫键，脱去2个H。
形成的
多肽 形成
肽键数 脱去水
分子数 氨基
数目 羧基
数目 多肽相对
分子质量
1条肽链 n－1 n－1 至少
1个 至少
1个 na－18(n－1)
m条肽链 n－m n－m 至少
m个 至少
m个 na－18(n－m)
环状多肽 n n 最少
为0 最少
为0 na－18n
【易错点拨】环状肽的结构与计算：
环状肽如图所示：
根据图示可知：肽键数＝脱去的水分子数＝氨基酸数(由于环状肽首尾氨基酸彼此相连，故形成一个环状肽时比形成一条直链肽要多生成一个水分子)。
提示：9
2．若20个氨基酸(同学)脱水缩合形成环状多肽(即首尾的两个同学手牵手形成环状)，环状多肽相当于肽链数为0，则此时氨基酸数与肽键数之间的数量关系为：________________。
提示：氨基酸数＝肽键数
1．X个氨基酸合成的蛋白质结构如图所示(内含环肽)，其中—S—S—表示连接两条相邻多肽的二硫键(每个二硫键由两个—SH脱去2个H形成)。下列叙述中不正确的是(　　)
[对点精练]
A．此蛋白质中至少含2个氨基与2个羧基
B．形成二硫键可增加蛋白质结构的稳定性
C．此蛋白质中应含有(X－3)个肽键
D．该蛋白质合成时减少的相对分子质量为(X－2)×18＋4
【答案】C　
【解析】一条肽链至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基，环肽不考虑，所以此蛋白质中至少含2个氨基与2个羧基，A正确；该蛋白质由3条肽链构成，形成二硫键可增加蛋白质结构的稳定性，B正确；该蛋白质含有2条链状肽链和1条环肽，所以蛋白质合成时形成的肽键数目＝氨基酸总数－链状肽链数＝X－2，C错误；蛋白质合成时减少的相对分子质量为失去的水的相对分子质量与脱去H的相对分子质量的和，即(X－2)×18＋4，D正确。
2．如果组成人体蛋白质的21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(　　)
A．110 B．103 C．100 D．97
【答案】C　
【解析】设该蛋白质分子所含肽键数为N，则：(1)该蛋白质所含的氨基酸数目＝肽链数＋肽键数＝N＋3；(2)蛋白质分子量＝氨基酸分子量×氨基酸个数－水的个数×18，即11 384＝128×(N＋3)－18×N，解得N＝100。
易错易混：关于氨基酸与蛋白质的3个易错点
1．“两看”法判断组成生物体内蛋白质的氨基酸
一看“数量”——至少有一个—NH2和一个—COOH。如下列分子不属于构成生物体蛋白质的氨基酸：
(1)H2N—CH2—CH2OH 缺少—COOH
(2)HOOC—CH2—CH2—COOH 缺少—NH2
二看“位置”——必须有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上。
如下不属于构成生物体蛋白质的氨基酸：
(H2N)2CHCH2CH2COOH 虽有氨基和羧基，但二者未连在同一个碳原子上。
3．蛋白质分子结构多样性的原因有：氨基酸的种类、数目和排列顺序不同；多肽链的条数及形成的空间结构不同。蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性。
(1)变性：高温、过酸、过碱或在重金属离子的作用下，蛋白质的分子结构变得伸展、松散，失去活性。属于化学变化。
(2)水解：蛋白质或者多肽中肽键断裂，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者肽酶的催化。如食物中的蛋白质在消化道内最终成为氨基酸。
例1　某二十二肽的水解结果如图所示，则这些短肽的氨基总数最小值及肽键总数依次是(　　)
—————四肽
———三肽
———三肽
——————————六肽
——————————六肽
A．6　18 B．5　18　
C．5　17 D．6　17
错因分析：不理解脱水缩合和水解反应的实质和联系。
【答案】C　
【解析】分析时注意图文转化，该图可以转化为22个氨基酸形成了5条肽链，每一个短肽的氨基总数至少为1个，所以5个短肽，氨基总数至少有5个；氨基酸个数减去肽链数等于肽键数，22－5＝17，故选C项。
解题技巧：推理题的答题方法
例2　(2019·湖南株洲质检)如图表示胰岛素分子(两条肽链，51个氨基酸)中的一条多肽链，其中有3个甘氨酸(R基：—H)分别位于第8、20、23位。下列叙述正确的是 (　　)
A．该多肽含有一个游离的羧基，位于第1位
B．用特殊水解酶除去3个甘氨酸，形成的产物比原多肽多5个氧原子
C．用特殊水解酶除去3个甘氨酸，形成的产物中有4条多肽
D．胰岛素分子形成时至少失去了 49个水分子
审题流程：
第一步　解读题干，还原过程。
根据题干信息可知，本题考查的是胰岛素分子形成过程中的部分变化，涉及了一条肽链合成，剪切和加工；合成过程有脱水缩合和水解两大化学反应；合成时有方向性，上一个氨基酸的羧基与下一个氨基酸的氨基脱水缩合。
第二步　对接教材，迁移知识。
弄清考查的知识点，对应教材中的相关章节。
根据题意与教材中第2章第4节“ 蛋白质是生命活动的主要承担者”密切相关：
1．蛋白质中肽键数及相对分子质量的计算
(1)蛋白质中的肽键数＝脱去的水分子数＝水解消耗水分子数＝氨基酸分子个数－肽链数。
(2)蛋白质的相对分子质量＝氨基酸分子个数×氨基酸平均相对分子质量－失水量(18×脱去的水分子数)。
(3)假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链。
形成
肽链数 形成
肽键数 脱去水
分子数 氨基
数目 羧基
数目 多肽相对
分子质量
1 n－1 n－1 至少
1个 至少
1个 na－18(n－1)
m n－m n－m 至少
m个 至少
m个 na－18(n－m)
2．蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算
(1)至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
(2)游离氨基或羧基数目＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。
3．利用原子守恒法计算肽链中的原子数
(1)N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。
(2)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。
第三步　各项击破，正确解答。
逐个选项分析，结合教材知识判断正误。
【答案】D　
【解析】该多肽至少含有一个游离的羧基，但不能确定位于哪一端，A错误；除去3个甘氨酸需要加上6个H2O分子，破坏6个肽键，形成的产物中氧原子的数目比原多肽多6个氧原子，B错误；除去3个甘氨酸后，形成的肽有4种，分别是一分子二肽、两分子七肽、一分子十一肽，七肽和十一肽是多肽，二肽不是多肽，C错误；胰岛素分子是由一条长的肽链剪切加工形成，就成熟胰岛素分子(两条肽链，51个氨基酸)来看至少失去了 49个水分子，D正确。故选D。
1．下列关于生物体中氨基酸的叙述，正确的是(　　)
A．组成生物体蛋白质的氨基酸共有20种
B．含有两个碳原子的氨基酸是最小的氨基酸
C．人体中有13种氨基酸自身不能合成
D．缩合时是前一氨基酸的氨基与后一氨基酸的氨基反应
【答案】B　
【解析】组成生物体蛋白质的氨基酸共有21种，A错误；含有两个碳原子的氨基酸(甘氨酸)是最小的氨基酸，B正确；人体中自身不能合成的氨基酸是必需氨基酸，有8种，C错误；脱水缩合是指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，同时脱去一分子水的过程，D错误。
2．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，但是功能不同，与此无关的是(　　)
A．氨基酸的数目、种类和排列顺序
B．构成蛋白质肽链的数目
C．构成蛋白质的空间结构
D．组成蛋白质的化学元素的种类
【答案】D　
【解析】结构决定功能，生长激素和胰岛素功能不同，是由于二者的结构不同。造成结构多样性的原因：氨基酸的数目、种类和排列顺序不同，构成蛋白质肽链的数目不同，构成蛋白质的空间结构不同等，而与组成蛋白质的化学元素的种类无关，故选D。
3．能正确表示蛋白质分子由简到繁的结构层次的一组顺序是
(　　)
①氨基酸　②C、H、O、N等元素　③氨基酸分子脱水缩合形成多肽　④肽链由于氨基酸分子之间形成的氢键盘曲折叠　⑤形成一定的空间结构
A．①③④②⑤　　 B．②①④③⑤
C．②①③⑤④　　 D．②①③④⑤
【答案】D　
【解析】组成氨基酸的元素包括C、H、O、N等，氨基酸通过脱水缩合形成多肽链，多肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，D正确。
4．观察下列生物体内组成蛋白质的两种氨基酸，可以确定共同的结构特点是(　　)
A．都只含有一个氨基(—NH2)
B．都只含有一个羧基(—COOH)
C．都含有一个氨基和一个羧基，且有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上
D．都只含有一个氮原子
【答案】C　
【解析】这两种氨基酸的共同点是，都有一个氨基和一个羧基并且连接在同一个碳原子上。
5．下列关于人体中蛋白质功能的叙述，错误的是(　　)
A．淋巴细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原
B．蛋白质可以为人体提供能量
C．蛋白质结合碘离子形成的血红蛋白参与氧气运输
D．细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分
【答案】C　
【解析】淋巴细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原，产生抗原抗体复合物，A正确；蛋白质可以为人体提供能量，B正确；蛋白质结合Fe2＋形成的血红蛋白参与O2运输，C错误；细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分，D正确。