人教版（2019）高中生物必修1导学案：第2单元 组成细胞的分子 第2课时 生命活动的主要承担者（含答案）

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第2单元 组成细胞的分子
第2课时　生命活动的主要承担者——蛋白质
1.说出蛋白质的组成元素及基本组成单位。
2.说明氨基酸的种类及结构特点。
3.简述氨基酸脱水缩合形成蛋白质的具体过程。
4.概述蛋白质的结构和功能。
课程重点:1.氨基酸的结构特点以及氨基酸形成蛋白质的过程;2.蛋白质的结构和功能;3.蛋白质的结构多样性的原因。
课程难点:1.氨基酸形成蛋白质的过程;2.蛋白质的结构多样性的原因;3.多肽形成过程中形成的肽键数、失水数、多肽分子量等的计算。
教学建议:了解组成生物体蛋白质的基本单位──氨基酸的元素组成、结构、氨基、羧基以及氨基酸的种类、数目;描述二肽的形成过程,比较多肽与蛋白质的关系以及蛋白质的多样性的原因;通过蛋白质的功能示例,认同蛋白质是生命活动的承担者;掌握有关蛋白质的计算方法和规律。
　　一、相关概念
1.氨基酸:蛋白质的基本组成单位,约有①　20　种。
2.脱水缩合:一个氨基酸分子的氨基(②　—NH2　)与另一个氨基酸分子的羧基(③　—COOH　)相连接,同时失去一分子水。
3.肽键:肽链中连接两个氨基酸分子的化学键(④　—NH—CO—　)。
4.二肽:由⑤　两个　氨基酸分子缩合而成的化合物,只含有一个肽键。
5.多肽:由⑥　三个或三个以上　的氨基酸分子缩合而成的链状结构。
6.肽链:多肽通常呈⑦　链状结构　,叫肽链。
二、氨基酸分子通式
⑧ 　。
三、氨基酸结构的特点
每种氨基酸分子⑨　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⑩　同一个碳原子　上。
四、蛋白质多样性的原因
组成蛋白质的氨基酸　数目　、　种类　、　排列顺序　不同,多肽链　空间结构　千变万化。
五、蛋白质的主要功能
构成　细胞和生物体　的重要物质,如肌动蛋白;　催化作用　,如酶;　调节作用　,如胰岛素、生长激素;　免疫作用　,如抗体;　运输作用　,如红细胞中的血红蛋白。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　。
1.(2015届厦门二中高一期中)区别组成生物体蛋白质的20种氨基酸的依据是(　　)。
A.氨基酸数目不同　　B.R基不同
C.羧基不同 D.碳原子数目不同
【解析】各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。
【答案】B
2.两个氨基酸缩合成二肽并生成水,这个水分子中的氧原子来自氨基酸的(　　)。
A.氨基　 　B.羧基　 　C.R基　 　D.氨基和羧基
【解析】两个氨基酸缩合成二肽并生成水,水分子中的氢分别来自氨基和羧基,而氧原子来自氨基酸的羧基。
【答案】B
3.下列与蛋白质的结构多样性无关的是(　　)。
A.氨基酸的种类和数目 B.氨基酸的排列顺序
C.氨基酸的连接方式 D.肽链的空间结构
【解析】氨基酸的种类、数目和排列顺序及肽链的空间结构不同,是细胞中蛋白质种类繁多的原因,与氨基酸的连接方式——脱水缩合无关。
【答案】C
4.(2015届厦门二中高一期中)下列关于蛋白质功能的举例合理的是(　　)。
A.催化——抗体 B.运输——唾液淀粉酶
C.调节——胰岛素 D.免疫——血红蛋白
【解析】酶具有催化作用,抗体具有免疫功能,激素起调节作用,血红蛋白有运输氧气的作用。
【答案】C
5.(2015届安徽安庆高一期中)形成蛋白质分子的结构层次,由小到大分别为(　　)。
①氨基酸分子　②C、H、O、N等元素　③氨基酸脱水缩合
④一条或几条多肽链连接在一起　⑤多肽链　⑥具有特定空间结构的蛋白质
A.②—①—③—④—⑥—⑤
B.①—②—③—④—⑤—⑥
C.②—①—⑥—③—④—⑤
D.②—①—③—⑤—④—⑥
【解析】蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N等,由基本元素组成蛋白质的基本组成单位氨基酸,氨基酸分子通过脱水缩合反应形成多肽链,多肽链经过盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质,因此蛋白质分子由简到繁的结构层次是:C、H、O、N等元素→氨基酸→氨基酸分子脱水缩合→多肽→一定空间结构的蛋白质分子。
【答案】D
知识点一:蛋白质的构成及其结构和功能的多样性
1.组成蛋白质的氨基酸有多少种 其结构有何特点 氨基酸种类不同的原因是什么
答案:氨基酸约有20种。构成蛋白质的氨基酸至少都有一个—NH2和一个—COOH,且有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上。此点为判断某化合物是不是构成蛋白质的氨基酸的依据。氨基酸种类因R基的不同而不同。
2.请细化从元素到蛋白质分子的各级构成(用字母、文字和箭头的形式表示)。
答案:C、H、O、N(P、S)→氨基酸→多肽→蛋白质。
3.写出两个氨基酸之间脱水缩合形成二肽的反应式(用虚线框表示出肽键)。
答案:
4.蛋白质结构的多样性体现在哪些方面 举例说明蛋白质的功能。
答案:蛋白质结构的多样性体现在以下四个方面:组成蛋白质分子的氨基酸的种类不同、数目不同、排列顺序变化多端以及肽链的空间结构千差万别。蛋白质的种类不同,功能也不尽相同,功能有:构成细胞和生物体的重要物质——结构蛋白(如肌肉、头发),催化作用(如酶)、调节作用(如胰岛素)、运输作用(如血红蛋白)、免疫作用(如抗体)等。
知识总结
在本知识点的学习中,要重点掌握氨基酸的脱水缩合过程,蛋白质多样性的原因及蛋白质的功能。同时要注意以下几点:
1.每脱去一个水就要消耗一个氨基和一个羧基。
2.肽键数=脱水数=氨基酸数-肽链数。
例1　请据下图所示的化合物结构简式,回答问题:
(1)该化合物属于　　　　,由　　　　种氨基酸构成,形成这种化合物的不同氨基酸的R基编号是　　　　。
(2)该化合物是由　　　　个氨基酸失去　　　　分子的水形成的,这种反应叫作　　　　　　。
(3)该化合物中有　　　　个肽键,编号是　　　　　　。
(4)人的胰岛素的化学本质是蛋白质,它在人体中起　　　　　　　　作用。
【解析】脱水缩合形成的肽键就是水解断裂的化学键。
【答案】(1)三肽　3　b、d、g　(2)3　2　脱水缩合　(3)2
c、e　(4)调节
　 技巧归纳
解题过程中要把握几个解题的思路:回答多肽的名称——数氨基酸数目;求氨基酸的种类数——找R基,并求R基的种类数;求肽键数目——找几处发生了脱水缩合。胰岛素属于蛋白质类激素,具有降低血糖浓度的作用。
　　知识点二:与蛋白质结构相关的计算
1.一条m肽的形成,需要多少个氨基酸 多肽形成过程中脱去的水分子数目、形成的肽键数、多肽的相对分子质量以及多肽中至少含有的氨基(—NH2)和羧基(—COOH)的数目分别是多少 请列表说明。(假设氨基酸平均相对分子质量为 a)
答案:
肽链数 氨基 酸数目 肽键 数目 脱去水 分子数目 多肽相对 分子质量 至少含有 的氨基数目 至少含有 的羧基数目
1条 m m-1 m-1 ma-18(m-1) 1个 1个
　　2.由m个氨基酸形成的具2条链的多肽中,至少含有的氨基数目及羧基数目分别是多少 m个氨基酸形成n条链的情况呢
答案:2个和2个。n个和n个。
3.设有A、B、C三种氨基酸,试从以下两方面列表说明所能形成的二肽、三肽及一条多肽链的种类数:①每种氨基酸数目不限;②每种氨基酸只有一个。
答案:
每种氨基酸数目不限 每种氨基酸只有一个
二肽 32=9种 3×2=6种
三肽 33=27种 3×2×1=6种
n肽(n>4) 3n种 -
　　例2　某肽链由51个氨基酸组成,如果用肽酶把其分解成1个二肽、2个五肽、3个六肽、3个七肽,则这些短肽的氨基总数的最小值、肽键总数依次是(　　)。
A.9、42　　B.2、42　　C.2、51　　D.9、51
【解析】每条肽链至少含有一个氨基,故氨基总数的最小值=肽链的条数=1+2+3+3=9;肽键总数=1+2×(5-1)+3×(6-1)+3×(7-1)=42。
【答案】A
1.(2015届厦门二中高一期中)组成蛋白质的氨基酸分子结构通式是(　　)。
A.　　　　B.
C. D.
【答案】D
2.下列物质有的是构成生物体蛋白质的氨基酸,有的不是。其中构成生物体蛋白质的氨基酸各1分子通过缩合形成的化合物名称、含有氨基数、羧基数、水解所需水分子数依次是(　　)。
①　②
③
④　⑤
A.一肽、2、2、1 B.四肽、3、2、4
C.三肽、2、2、2 D.二肽、2、2、2
【解析】根据氨基酸的结构通式可知,只有①③⑤属于氨基酸,并且有4个氨基和4个羧基,而在脱水缩合形成三肽过程中要消耗2个氨基和2个羧基,因此通过缩合形成的化合物叫三肽,含2个肽键,含有氨基数、羧基数、水解所需水分子数依次是2、2、2。
【答案】C
3.谷氨酸的R基为—C3H5O2,1分子谷氨酸含有的C、H、O、N原子数依次是(　　)。
A.5、9、4、1 B.4、8、5、1
C.5、8、4、1 D.4、9、4、1
【解析】本题考查氨基酸的结构通式:,因为一个氨基酸分子中只有R基结构不固定,所以结合通式,联系给出的R基即可得出答案。
【答案】A
4.若组成蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量是130,那么一个由1条肽链共280个氨基酸所组成的蛋白质在形成过程中共产生的水分子数是(　　)。
A.279　　　B.280　　　C.5022　　　D.36270
【解析】此蛋白质由1条肽链组成,则其合成过程中失水的个数为(280-1),此计算与氨基酸的平均相对分子质量无关。
【答案】A
5.下列为某一多肽化合物的分子结构式,请完成下列有关问题。
(1)上述结构中,代表氨基的结构式为　　　　　　,代表肽键的结构式为　　　　　　。
(2)上述化合物是由　　　　　　种氨基酸组成的。
(3)该化合物是由3个氨基酸失去2分子水形成的,失去的水分子中的氢原子来自一个氨基酸分子中的　　　　和另一个氨基酸分子中的　　　　　　。该多肽化合物能与双缩脲试剂发生　　　　　　反应。此过程需要进行加热处理吗 　　　　。
【解析】(1)考查氨基酸的结构通式。(2)氨基酸的种类是由R基决定的,根据R基的结构可以数出有2种氨基酸。(3)氨基酸通过脱水缩合形成的水分子中的氢来自一个氨基酸中的—COOH和另一个氨基酸中的—NH2;多肽分子中有肽键,能与双缩脲试剂发生紫色反应,此过程不需要加热。
【答案】(1)—NH2　—CO—NH—　(2)2　(3)羧基(或—COOH)　氨基(或—NH2)　紫色　不需要
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.双缩脲试剂可以鉴定蛋白质,是由于蛋白质有(　　)。
A.肽键　　　B.氨基酸　　　C.羧基　　　D.氨基
【解析】本题的关键是理解双缩脲试剂与蛋白质发生反应的本质,此反应是与蛋白质中的肽键有关。
【答案】A
2.(2014年辽宁师大附中高一月考)下列氨基酸中,不是组成蛋白质的氨基酸的是(　　)。
A.
B.
C.
D.
【解析】根据组成生物体蛋白质的氨基酸特点: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。D中的氨基和羧基没有连在同一个碳原子上。
【答案】D
3.(2015届山东德州高一月考)下图表示蛋白质结构的一部分,图中A、B、C、D标出分子中不同的化学键,当蛋白质发生水解反应时,断裂的化学键是(　　)。
【解析】蛋白质发生水解反应时,断裂的是肽键。
【答案】C
4.某氨基酸的R基为-C2H5O,在这个氨基酸分子中,含有碳和氧的原子数分别为(　　)
A.4,3　　　B.3,4　　　C.4,5　　　D.2,1
【解析】本题是对氨基酸结构简式应用的考查。氨基酸的结构通式是C2H4O2NR,根据R基的组成可写出此氨基酸的结构简式,可以看出碳和氧的原子数分别是4和3。
【答案】A
5.科学家培育出一种类似于细菌的“人造细胞”。这种简单的“细胞”并不是真正的生命体,它不能分裂和分化,但能连续数日生成蛋白质。下列关于蛋白质的叙述中,正确的是(　　)。
A.蛋白质是肽链以一定方式形成的具有复杂空间结构的高分子化合物
B.每种蛋白质都由20种氨基酸组成
C.每种蛋白质都含有C、H、O、N、S、Fe等元素
D.氨基酸种类、数量和排列顺序都相同的蛋白质是同一种蛋白质
【解析】组成蛋白质的氨基酸约有20种,但并不是每一种蛋白质都含有20种氨基酸;蛋白质必含的元素为C、H、O、N,有的含有S和Fe;肽链的空间结构也是决定蛋白质多样性的一个方面。
【答案】A
6.今有4种氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸。由这4种氨基酸各一个所组成的分子最少肽键数是(　　)。
A.4个 B.3个 C.2个 D.1个
【解析】据题意,该分子是四肽,若由一条链组成则含3个肽键,若由两条肽链组成则含2个肽键。
【答案】C
7.现有4种氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸,由这4种氨基酸所组成的含4个肽键的分子最多有(　　)。
A.44种 B.24种 C.45种 D.120种
【解析】从题中“含4个肽键的分子”获取信息:该分子为五肽,由4种氨基酸形成五肽,说明每种氨基酸可重复参与形成五肽,因此该五肽可表示为:
【答案】C
8.蛋白质分子能被肽酶降解,至于哪一肽键被断裂则取决于肽酶的类型。如图,肽酶P能断裂带有侧链R4的氨基酸和相邻氨基酸的羧基基团之间的肽键。下列说法正确的是(　　)。
A.该肽链一定由五种氨基酸脱水缩合而成
B.肽酶P可以催化1处的化学键断裂
C.在肽酶P的作用下,经过脱水缩合可以形成两条肽链
D.该肽链中含有游离的氨基和羧基各一个
【解析】由于氨基酸的种类取决于R基,图中所示的肽链为五肽,最多由五种氨基酸脱水缩合而成;在肽酶P的作用下,经过水解最多可以形成两条肽链,即一条二肽和一条三肽;肽酶P可以催化1处的化学键——肽键的断裂;由于组成该肽链的各氨基酸的R基是未知的,所以该肽链中含有游离的氨基和羧基至少各一个。
【答案】B
9.假设右图为某蛋白质的结构示意图,请据图回答:
(1)该蛋白质由　　　个氨基酸组成,共含有　　条肽链,　　　个肽键,肽键可表示为　　　　　　。
(2)理论上分析,该蛋白质至少有　　　个—COOH,至少有　　　个—NH2。
(3)在氨基酸形成该蛋白质后,相对分子质量比原来减少了　　　　。
(4)写出该蛋白质中不同多肽链之间可能的区别:

　。
　　【解析】首先从图中读出该蛋白质含有两条肽链,然后计算肽键数=(101+81)-2=180;在氨基酸缩合成的一条多肽链中,至少两端的两个氨基酸中的一个含有一个—NH2,另一个含有一个—COOH(R基中也可能含有—NH2和—COOH);氨基酸形成蛋白质时减少的相对分子质量为18×180=3240。
【答案】(1)182　2　180　—CO—NH—　(2)2　2　(3)3240
(4)氨基酸种类、数目、排列次序和肽链的空间结构不同
10.C10H17O6N3S是存在于动植物和微生物细胞中的重要三肽,它是由谷氨酸(C5H9O4N)、甘氨酸(C2H5O2N)和半胱氨酸缩合而成的,则半胱氨酸的分子式可能为(　　)。
A.C3H3NS B.C3H7O2NS
C.C3H5ONS D.C3H3O2NS
【解析】本题首先根据三个氨基酸形成三肽(C10H17O6N3S)时,脱去两分子水(H2O),推出三个氨基酸所含有的C、H、O、N、S原子总个数是C=10、H=17+4=21、O=6+2=8、N=3、S=1。因此,半胱氨酸中C、H、O、N、S原子个数就可以根据三个氨基酸中的原子总数减去已知谷氨酸(C5H9O4N)、甘氨酸(C2H5O2N)的各原子个数而得出。C=10-5-2=3、H=21-9-5=7、O=8-4-2=2、N=3-1-1=1、S=1,故分子式为C3H7O2NS。
【答案】B
11.有关下图中某蛋白质的叙述,正确的是(　　)。
A.形成该蛋白质时共脱掉126个水分子
B.该蛋白质含有2条肽链
C.该蛋白质的R基中共含16个氨基
D.该蛋白质共有125个肽键
【解析】由图可知,该蛋白质中羧基一共有17个,而R基上的羧基数目是15个,说明有2条肽链,故B正确;形成蛋白质时应脱去126-2=124个水分子,形成124个肽键,故A、D错;该蛋白质R基中含有17-2=15个氨基,故C错。
【答案】B
12.蛋白质是一切生命活动的体现者。对于生物体而言,蛋白质的“生老病死”至关重要。2004年诺贝尔化学奖获得者研究发现:一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中起重要作用。泛素激活酶E1将泛素分子激活,然后由E1将泛素交给泛素结合酶E2,最后在泛素连接酶E3的指引下将泛素转移到靶蛋白上。这一过程不断重复,靶蛋白就被绑上一批泛素分子。被泛素标记的靶蛋白很快被送往细胞内一种称为蛋白酶体的结构中进行降解,整个过程如下图所示。请分析回答:
(1)蛋白质在生物体内具有多种重要功能。依上述材料可推测出蛋白质的一项具体功能是　　　　　　。
(2)泛素调节的蛋白质降解过程中所需能量主要来自　　　　　　物质。
(3)蛋白酶体所含的酶最可能是　　　　　　。
(4)细胞内E1、E2、E3在蛋白质降解过程中所起的作用不同,从分子水平上分析,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【解析】本题重在考查阅读能力、信息提取与处理能力,以及分析、推理能力。就知识而言,主要考查了酶和蛋白质的相关知识。(1)题干信息显示泛素可使靶蛋白在蛋白酶体中降解,整个过程离不开泛素结合酶、连接酶等,而它们在反应前后并未改变,说明蛋白质具有催化作用。(2)在细胞和生物体的生命活动中,能量的主要来源是糖类,需能的蛋白质降解也不例外。(3)蛋白酶体可将靶蛋白降解(即水解),因此,其中所含酶应为蛋白质水解酶(蛋白酶)。(4)各种酶的催化功能不同是由其分子结构所决定的。
【答案】(1)催化作用　(2)糖类　(3)蛋白酶　(4)它们虽然都是蛋白质,但分子结构不同
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