2.4蛋白质是生命活动的主要承担者课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1（共42张PPT）

(共42张PPT)
向 炯
生物学
必修1——分子与细胞
第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
问题探讨
从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作手术缝合线。手术后过一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。
1．为什么这种缝合线可以被人体组织吸收？
2．这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收？这对你认识蛋白质的化学组成有什么启示？
组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。
变为小分子物质才能被吸收，初中学习过食物中的蛋白质要分解为氨基酸才能被吸收，因此说蛋白质在化学组成上应该可以分为更小的分子。
一、蛋白质的功能
结构蛋白
免疫功能
调节功能
催化作用
蛋白酶
运输载体
思考：
1968年，第19届夏季奥林匹克运动会在墨西哥城举行。那里的海拔超过2200m，这使得那些平时只在低海拔地区训练的运动员无法获得理想的成绩，尤其是在像10000m耐力赛这样的比赛项目中。高海拔地区空气中的O2比较稀薄，人从低海拔地区进入高海拔地区后，身体将会发生如下反应：释放脾中储存的红细胞；加速制造红细胞；使血红蛋白更容易释放氧。在高海拔地区，血液循环中的血红蛋白含量会明显升高。
根据阅读获得的信息，思考下列问题：
1.为应对O2稀薄的环境，身体做出了哪些反应？
2.血红蛋白具有什么功能？
1.比较图中5种氨基酸结构的异同，圈出图中各氨基酸分子所共有的部分。
2.“氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系么？
二、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
羧基
或： —COOH
O
化学结构式： —C—OH
由一个碳原子，两个氧原子，一个氢原子组成
由一个氮原子，两个氢原子组成
或： —NH2
或： H2N—
H
化学结构式： —N—H
氨基
氨基酸的结构特点
结构通式：
(3)各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。
(1)每种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在同一个碳原子上。
(2)这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团，这个侧链基团用R表示。
二、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
二、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
活动——以小组为单位，利用给定工具组建如下氨基酸模型
以下哪些是组成蛋白质的氨基酸 R基是什么？
C
H
NH2
COOH
CH2
SH
C
H
NH2
COOH
CH2
SH
C
H
NH2
H
CH2
COOH
√
×
×
CH
NH2
HOOC
CH
NH2
HOOC
√
二、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
必需氨基酸：人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取的氨基酸，共8种。
非必需氨基酸：人体细胞能够合成的氨基酸，共13种。
（婴儿9种，组氨酸）
氨基酸的分类
衡量食品价值高低的一个很重要的指标是看必需氨基酸的种类。不同食物中必需氨基酸种类不同。
二、蛋白质的基本组成单位—氨基酸
三.蛋白质的结构及其多样性
1.脱水缩合
C
R1
C
H
H2N
OH
O
C
H
C
N
OH
O
R2
H
H
二肽
H2O
+
脱水缩合
肽键
C
O
C
R1
H
H2N
C
H
C
OH
O
R2
N
H
三.蛋白质的结构及其多样性
活动——利用氨基酸模型，组建脱水缩合模型
2H2O
+
三肽
+
+
三.蛋白质的结构及其多样性
三.蛋白质的结构及其多样性
多肽通常呈链状结构，称为肽链。
肽键：
由几个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物就叫几肽。
多个氨基酸脱水缩合形成的肽也叫多肽。
连接两个氨基酸分子的化学键叫肽键。
肽：
肽链：
三.蛋白质的结构及其多样性
1.二个氨基酸形成二肽，形成几个肽键，失去几分子水？
2.三个氨基酸形成三肽，形成几个肽键，失去几分子水？
3.n 个氨基酸形成一条肽链，形成几个肽键，失去几分子水？
4.n 个氨基酸形成二条肽链，形成几个肽键，失去几分子水？
5.n 个氨基酸形成三条肽链，形成几个肽键，失去几分子水？
6.n 个氨基酸形成m条肽链，形成几个肽键，失去几分子水？
肽键数 = 脱去水分子数 = 氨基酸数-肽链数
蛋白质分子计算问题
蛋白质分子计算问题
肽键数与氨基酸数目的关系：
15个氨基酸组成的环状多肽
肽键数=氨基酸数=脱去的水分子数
如m个氨基酸构成n个环状多肽，有____个肽键
（环状结构）
m
三.蛋白质的结构及其多样性
蛋白质分子计算问题
蛋白质中游离氨基和羧基的数目：
C
H
C
R1
H2N
O
N
H
C
H
C
R2
O
N
H
C
H
C
R3
O
N
H
C
H
C
R4
O
N
H
C
H
C
R5
O
N
H
C
H
C
R6
O
N
H
C
H
COOH
R7
蛋白质中氨（羧）基数=
1
+ R基上氨（羧）基数
1
至少含有的氨（羧）基数=
三.蛋白质的结构及其多样性
蛋白质相对分子质量的计算：
蛋白质相对分子质量=氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量—脱去的水分子数×18
—二硫键数×2
H2O
C
H
H2N
C
R1
O
OH
COOH
H
C
R2
N
H
H
S
S
SH +
HS
+ 2H
三.蛋白质的结构及其多样性
蛋白质分子计算问题
D、4、蛋白质中N、O原子数计算：
C
H
C
R1
H2N
O
N
H
C
H
C
R2
O
N
H
C
H
C
R3
O
N
H
C
H
C
R4
O
N
H
C
H
C
R5
O
N
H
C
H
C
R6
O
N
H
C
H
COOH
R7
N原子数=
肽键数＋肽链数＋R基上N原子数
=各氨基酸N原子总数
O原子数=
肽键数＋2×肽链数＋R基上O原子数
=各氨基酸O原子总数－脱去水分子数
C原子数=
氨基酸数×2+R基上C原子数
三.蛋白质的结构及其多样性
三.蛋白质的结构及其多样性
由于氨基酸之间能够形成氢键、二硫键等，从而使得肽链能盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
2.由肽链形成蛋白质
氢键
二硫键
+
-SH＋-SH→-S-S-
这些肽链不呈直线，也不在同一个平面上，而是形成更为复杂的空间结构。
右下为血红蛋白的结构——一种由574个氨基酸组成的蛋白质，含四条多肽链。
三.蛋白质的结构及其多样性
2.由肽链形成蛋白质
3.氨基酸形成蛋白质的过程
氨基酸之间脱水缩合形成肽链
1
一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠
2
肽链进行进一步盘绕形成一定的空间结构
3
四条肽链聚集形成复杂空间结构
4
氨基酸
二肽
蛋白质
三肽
多肽
......
→
→
→
三.蛋白质的结构及其多样性
该环状肽是由 个氨基酸脱水缩合而成的,有　 个游离的氨基, 　个游离的羧基。
②若m个氨基酸经脱水缩合形成一个环状肽,则该环状肽至少有氨基数和羧基数分别是　　　　个。
从1958年开始，中国科学院上海生物化学研究所、上海有机化学研究所和北京大学三家单位联合攻关，终于在1965年人工合成了具有全部生物活性的结晶牛膜岛素。图a为牛胰岛素肽链结构示意图，其中的数字为氨基酸序号，二硫键是由两个“—SH”连接而成的；图b是胰岛素部分肽链放大图。
（1）生物体中不同的蛋白质具有不同的生物活性和功能。胰岛素是动物胰岛细胞分泌的能够降低血糖的一种蛋白质类激素。与结晶牛胰岛素的生物活性没有直接关系的选项是（ ）A.胰岛素分子中氨基酸的种类和肽键的数目 B.胰岛素中二硫键的数目和位置
C.胰岛素分子两条链的空间结构 D.胰岛素分子中氨基酸缩合的方式
（2）一个牛胰岛素分子由51个氨基酸缩合而成。根据图a判断，一个胰岛素分子中含有
条肽链， 个肽键。氨基酸形成胰岛素后，相对分子质量比原来的总相对分子质量减少了 。
（3）图b中表示R基的序号是 ，含有肽键的序号是 。
氨基酸层面
氨基酸的种类不同
氨基酸的数量不同
氨基酸的排列顺序千变万化
肽链层面
多肽链盘曲、折叠的方式及其形成的空间结构千差万别
蛋白质结构多样性的原因
三.蛋白质的结构及其多样性
进入人体消化道的蛋白质食物，要经过哪些消化酶的作用才能分解为氨基酸？这些氨基酸进入人体细胞后，需经过怎样的过程才能变为人体的蛋白质？人体中的蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗？
如果用21个不同的字母代表21种氨基酸，若写出由10个氨基酸组成的长链，可以写出多少条互不相同的长链？
三.蛋白质的结构及其多样性
思考
结构与功能相适应
正常血
红蛋白
异常血
红蛋白
镰状细胞贫血患者的血红蛋白运输氧的能力会大为削弱
三.蛋白质的结构及其多样性
三.蛋白质的结构及其多样性
阅读下面资料，重点关注血红蛋白的功能与结构之间的关系。
1910年，人们发现一个严重贫血的患者其红细胞是镶刀状的，该病被称为镶状细胞贫血。1945年，鲍林（LinusPauling，1901—1994）等人应用电泳技术发现镶状细胞贫血是由细胞中含有异常的血红蛋白引起的。异常血红蛋白与正常血红蛋白在一级结构上只有一个氨基酸不同，即其中的一个谷氨酸变为了氨酸。
根据阅读获得的信息，思考下列问题：
1.血红蛋白功能异常的原因是什么？
2.镶状细胞贫血患者的血红蛋白携氧能力降低，说明蛋白质的结构与其功能之间有怎样的联系
人类许多疾病与人体细胞内肽链的折叠错误有关，如囊性纤维病、阿尔茨海默症、帕金森病等
※蛋白质的盐析
加入某种无机盐，是使物质溶解度降低而析出的过程。
※蛋白质的变性
高温 X射线 超声波
① 物理因素
② 化学因素
重金属盐、强酸、强碱
与生活的联系
蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。
注意：变性的蛋白质肽键没有被破坏，还能与双缩脲试剂发生紫色反应
小结
肽键数=
1、肽键数与氨基酸数目的关系：
氨基酸数－1
=脱去的水分子数
（链式结构）
肽键数=
氨基酸数－2
=脱去水分子数
公式1：肽键数 = 脱去水分子数 = 氨基酸数-肽链数
（链式结构）
拓展——与蛋白质相关的计算
1、肽键数与氨基酸数目的关系：
10个氨基酸组成的环状多肽
肽键数=氨基酸数=脱去的水分子数
如m个氨基酸构成n个环状多肽，有____个肽键
（环状结构）
m
拓展——与蛋白质相关的计算
2、蛋白质中游离氨基和羧基的数目：
C
H
C
R1
H2N
O
N
H
C
H
C
R2
O
N
H
C
H
C
R3
O
N
H
C
H
C
R4
O
N
H
C
H
C
R5
O
N
H
C
H
COOH
R6
蛋白质中氨（羧）基数=
1
+ R基上氨（羧）基数
1
至少含有的氨（羧）基数=
拓展——与蛋白质相关的计算
1条肽链：
蛋白质中至少含有的游离的氨基或羧基数=肽链的条数。
2、蛋白质中游离氨基和羧基的数目：
C
H
C
R1
H2N
O
N
H
C
H
C
R2
O
N
H
C
H
C
R3
O
N
H
H
C
H
R5
COOH
C
C
CH2
O
N
H
S
S
2HC
C
C
R6
O
N
H
C
H
C
R7
O
N
H
H
C
H
COOH
R8
NH2
公式2：游离氨（羧）基数目=肽链数+R基中氨（羧）基数
拓展——与蛋白质相关的计算
H2O
C
H
H2N
C
R1
O
OH
COOH
H
C
R2
N
H
H
拓展——与蛋白质相关的计算
3、蛋白质相对分子质量的计算：
H2O
C
H
H2N
C
R1
O
OH
COOH
H
C
R2
N
H
H
拓展——与蛋白质相关的计算
公式3：蛋白质相对分子质量=氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量 - 脱去的水分子数×18
3、蛋白质相对分子质量的计算（存在二硫键）：
拓展——与蛋白质相关的计算
3、蛋白质相对分子质量的计算：
公式3变：蛋白质相对分子质量=氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量 - 脱去的水分子数×18
- 二硫键数×2
H2O
C
H
H2N
C
R1
O
OH
COOH
H
C
R2
N
H
H
S
S
SH +
HS
+ 2H
拓展——与蛋白质相关的计算
4、蛋白质中N、O、C、H原子数计算：
C
H
C
R1
H2N
O
N
H
C
H
C
R2
O
N
H
C
H
C
R3
O
N
H
C
H
C
R4
O
N
H
C
H
C
R5
O
N
H
C
H
C
R6
O
N
H
C
H
COOH
R7
公式4：N原子数=
肽键数＋肽链数＋R基上N原子数
=各氨基酸N原子总数
公式5：O原子数=
肽键数＋2×肽链数＋R基上O原子数
=各氨基酸O原子总数－脱去水分子数
公式6：C原子数=
氨基酸数×2+R基上C原子数
拓展——与蛋白质相关的计算
公式7：H原子数=
各氨基酸H原子总数－2×肽键数(－2×二硫键数)
拓展——与蛋白质相关的计算
肽 链 数 氨基酸 平均相对 分子质量 氨基酸 数目 肽键 数目 脱去 水分子 数目 多肽的 相对 分子质量 氨基 数目 羧基
数目
1 a n 至少 个 m a n 至少 个 环状多肽 a n 至少 个 n-1
n-1
na-18(n-1)
1
n-m
n-m
n
n
na-18(n-m)
na-18n
m
0