2.4蛋白质是生命活动的主要承担者课件(共82张PPT) 高一上学期生物 人教版 必修1

(共82张PPT)
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
本节聚焦：
怎样理解蛋白质是生命活动的主要承担者？
氨基酸的结构有什么特点？
为什么细胞中蛋白质的种类如此多样？
以下含有蛋白质的有？
全都含有蛋白质
蛋白质是细胞中含量最高的有机物，是生物体内重要的营养物质。
组成生物体的常见蛋白质有哪些？蛋白质承担着怎样的功能呢？
功能 实例
结构蛋白
催化作用
运输作用
信息传递和调节
抗体
一、蛋白质的功能
功
能
蛋
白
任务：看书P28完成下表
免疫作用
羽毛、肌肉、头发、蛛丝
绝大多数酶
载体蛋白、血红蛋白
胰岛素等蛋白类激素
这种构成细胞和生物体结构的重要物质，称之为结构蛋白。
运输作用：
具有运输物质的功能，如血红蛋白运输氧。
▲细胞膜上具有物质运输功能的载体蛋白
▲血红蛋白运输氧气
O2分子
催化作用：发生在细胞内的化学反应离不开酶的催化，而绝大多数酶的化学本质都是蛋白质。
免疫作用：
如抗体，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。
抗原和抗体
调节作用：有些蛋白质能起到信息传递的作用，进而来调节机体的生命活动。如胰岛素
功能 实例
羽毛、肌肉、头发、蛛丝
绝大多数酶
载体蛋白、血红蛋白
胰岛素等蛋白类激素
免疫作用
结构蛋白
催化作用
运输作用
信息传递和调节
抗体
蛋白质的功能
功
能
蛋
白
细胞的各项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。
构催运免调
“狗催运面条”
蛋白质的应用：
从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来做手术缝合线，一段时间后就可以被人体吸收，避免拆线的痛苦。
2、缝合线发生什么变化才能吸收？
缝合线要分解成氨基酸才能被吸收，说明蛋白质在化学组成上可以分解成更小的分子。
2024年诺贝尔化学奖的主题是蛋白质。化学奖得主大卫·贝克构建出全新的蛋白质，成功完成了几乎不可能的壮举。戴密斯·哈萨比斯与约翰·朱默帕开发了一种人工智能模型，解决了一个 50 年前的问题：预测蛋白质的复杂结构。
世界上第一个人工合成蛋白质是在1965年由中国科学家在实验室成功合成的结晶牛胰岛素，合成的结晶牛胰岛素具有与天然胰岛素相同的降低血糖的作用。
以下是人工合成结晶牛胰岛素的大致过程：
1. 理论研究与方案设计：
分析了牛胰岛素的化学结构，它是由
两条多肽链组成的蛋白质分子，A链含
有21个氨基酸，B链含有30个氨基酸。
2. 氨基酸的制备：
3. 肽链的合成：
使用化学方法将氨基酸连接成小肽段，这一步骤需要精确控制反应条件，以确保氨基酸按照正确的顺序连接。 采用逐步延长的方法，将小肽段连接成较长的肽链。
4. 肽链折叠与修饰：
合成的肽链需要正确的折叠成天然胰岛素的三维结构才能具有生物活性。 在此过程中，科学家们还要对肽链进行必要的化学修饰，比如二硫键的形成，这对于蛋白质的正确折叠和功能至关重要。
思考：氨基酸形成蛋白质步骤？
氨基酸 — 肽链 — 蛋白质
氨基酸代表了氨基酸分子结构中的主要部分
----氨基和羧基
羧基：
化学结构式： —C—OH
或： —COOH
O
氨基
化学结构式： —N—H
H
或： —NH2
或： H2N—
一、蛋白质的基本组成单位——氨基酸（21种）
1、
1、氨基酸通式及特点
C
H
C
H
H2N
OH
O
甘氨酸
C
H
C
H2N
OH
O
CH3
CH3
缬氨酸
C
H
C
H2N
OH
O
CH3
丙氨酸
C
H
C
H2N
OH
O
CH2
CH3
CH3
亮氨酸
CH
CH
氨基
羧基
思考：这些氨基酸的结构有什么共同特点？提示：从中间往四边
甘氨酸
缬氨酸
丙氨酸
亮氨酸
任务：你能将不同的部分用共同的字母R表示，从而写出氨基酸的通式吗？
提示：1、先把一样的部分写出来，再把不同的用R代替。
2、与课本对比看自己写的对不对
C
H
氨基酸的结构通式
H
H
H
甲烷
NH2
COOH
R
酸
氨基
C
NH2
COOH
H
R
酸
氨基
氨基酸的结构通式
氨基酸具有空间结构
平面图上连接中心C原子的四个基团位置可以互换。
空间结构
平面结构
一个中心，四个基本点
1.氨基酸通式及特点
每种氨基酸分子　　　都含有　　　　（　　　）
　和　　　　　（　　　　）。
且都有一个氨基和一个羧基连接在　　　　　　上。
氨基酸分子不同，就不同在 。
至少
一个氨基
—NH2
一个羧基
—COOH
同一个碳原子
R基
氨基
羧基
C
R
H
C
O
OH
N
H
H
从结构通式上看氨基酸的结构具有什么特点？
C
R
H
COOH
H2N
【多选】判断哪些是构成蛋白质的氨基酸（ ）
A.
B.
C.
D.
B、D
C
NH2
HOOC
H
CH2
NH2
请同学们圈出R基
方法: “一查”: 是否有氨基和羧基；
“二看”: 是否有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。（同时）
课本P32
A
每种氨基酸都只有一个氨基和一个羧基吗？若有一个以上的氨基或羧基，多出来的分布在哪里？
CH2 —CH2 —COOH
　　 │
H2N—C —COOH
│
H 谷氨酸
CH2 —CH2 —CH2 —CH2 —NH2
│
H—C —COOH
│
NH2 赖氨酸
思考
2、氨基酸组成元素：________________
C、H、O、N
半胱氨酸
甲硫氨酸
C
H
H2N
COOH
CH2
CH2
S
CH3
SH
C
H
H2N
COOH
CH2
巯基
有的还含有S、Se
3.氨基酸种类：
判断：
（1）必需氨基酸是指人必需的氨基酸（ ）
（2）非必需氨基酸是指人不一定需要的氨基酸（ ）
×
×
看书课本P30
3．种类
(1)组成人体蛋白质的氨基酸有21种。
(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)。
不能
能
动物体内甲种氨基酸通过转氨基作用生成乙种氨基酸，可以肯定的是
A、甲种氨基酸是必需氨基酸
B、甲种氨基酸是非必需氨基酸
C、乙种氨基酸是必需氨基酸
D、乙种氨基酸是非必需氨基酸
思考：
3.在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时，人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量，这是为什么？
思考：人工合成牛胰岛素第3步是肽链的合成，请问17种，51个氨基酸如何形成肽链？
请阅读P30，思考下列问题：
（1）氨基酸结合的方式是什么？
（2）什么是肽键、二肽、多肽、多肽链？
（3）氨基酸脱水缩合过程中，形成一个肽键，脱去几分子水？
二、蛋白质的结构及其多样性
脱水缩合-动画演示
C
H
COOH
R2
H
N
二肽
C
H
R1
H2N
OH
C
O
H
肽键
H2O
特别提醒：寻找肽键的方法
肽键
2个氨基酸
请写出2个氨基酸脱水缩合形成二肽的过程：画出2个氨基酸，圈出是什么结构生成水，画出二肽
1. 水中氢来自：
2. 水中氧来自：
3、二肽：由 个氨基酸分子缩合而成的化合物。
4、生成一个肽键，脱去多少 分子水
肽键数=脱水数
C
H
COOH
R3
H
N
肽键
OH
H
C
C
H
R1
NH2
C
O
C
H
R2
H
N
O
二肽
H2O
H2O
氨基酸
脱水缩合-动画演示
肽键
三肽
三肽: 由____个氨基酸分子缩合而成的化合物。
多肽: 由____个氨基酸分子缩合而成的化合物。
三
多
三肽形成几个肽键？
脱去几个水？
二、蛋白质的结构及其多样性
1、氨基酸的结合方式：
连接两个氨基酸分子的化学键叫什么？
脱下的水中的氢和氧分别来自哪里？
肽键
氨基和羧基；羧基
2、多肽的形成
氨基酸
二肽
三肽
……
多肽
多肽通常呈链状结构，叫做肽链。
由多个氨基酸缩合而成的含有多个肽键的化合物，叫多肽。
脱水缩合
思考：N个氨基酸脱水缩合形成一条肽链，脱水______个，形成 ______个肽键，形成的化合物叫做________。
N-1
N-1
多肽
总结：氨基酸数、肽键数、脱去的水分子数的关系
判断：含有两个肽键的化合物叫作二肽(　　)
练习：
【及时巩固】2.某种脑啡肽具有镇痛作用，可以作为药物来使用，它的基本组成单位是氨基酸。下面是该脑啡肽的结构式。回答下列问题。
(1)构成一个脑啡肽的氨基酸数目是_____;
有______种氨基酸参与了脱水缩合反应;生成的水分子数目是_______。
(2)请在图中标出其中的一个肽键。
课本P32
5
4
4
这个物质叫____________。
五肽
肽链中游离氨基或羧基的计算
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＝肽链数＋R基中含有的氨基数或羧基数。
思考：肽链中还有没有游离的氨基和羧基？如果有，它们位于哪里？
有。位于肽链的两端，R基中也可能有。
—C
NH2
H
H
—C—
O
N—
H
C—
CH3
H
COOH
—C—
O
N—
H
C—
H
CH2
C
O
NH2
—C—
O
N—
H
H
CH2
C
COOH
①
②
④
⑥
⑤
⑦
⑧
⑨
③
（1）该化合物中，①表示________， ③ 表示________ ，⑦表示________。
（2）该化合物有氨基________个，有羧基________个。该化合物的名称是______________。
氨基
羧基
肽键
2
2
多肽
（四肽）
（3）该化合物形成的过程叫 脱氢的是 脱氧的是
脱水缩合
氨基和羧基
羧基
练习：
课本P32拓展2
思考：人工合成结晶牛胰岛素的第4步是肽链折叠与修饰，请问肽链如何折叠与修饰形成空间结构复杂的蛋白质胰岛素的？
2、许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键如二硫键相互结合在一起。
1、肽链上不同氨基酸之间能够形成氢键等，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。
思考：肽链如何形成空间结构复杂的蛋白质？
3、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。
1、肽链中的氨基酸间形成氢键，使肽链盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
—SH
—SH
+
—S—S—
+
—2H
2、许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键如二硫键相互结合在一起。
二硫键
1、氨基酸之间能够形成氢键等，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。
两条肽链
3、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。
氨基酸形成蛋白质（血红蛋白）的过程
三肽
多肽链
氨基酸
脱水缩合...
氨基酸之间脱水缩合形成肽链
一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠
这条肽链进一步盘绕形成一定的空间结构
四条肽链聚集在一起形成复杂空间结构
1．从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？
氨基酸怎样构成蛋白质
氨基酸脱水缩合形成二肽，三肽......多肽；一条肽链按照一定形态折叠、盘曲构成空间结构；多条肽链构成更为复杂的空间结构
2、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
食物蛋白
胃、胰、肠蛋白酶
多肽
肠肽酶
氨基酸
吸收
合成
人体的蛋白质
（具有完成人体生命活动的结构和功能）
人体内氨基酸
吃啥补啥？
3．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？试着说出蛋白质种类多种多样的原因（提示：一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸）。
氨基酸怎样构成蛋白质
2110条
3．蛋白质结构多样性的原因
种类
数目
排列顺序
空间结构
思考：若图甲血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸取代，就可能形成聚合成纤维状的异常血红蛋白，则由其参与组成的红细胞运输氧的能力将______(填“不变”“减弱”或“失去”)。由此能得到什么结论？___________________________。
减弱
蛋白质结构与功能相适应
4.蛋白质的结构与功能相适应
蛋白质有什么功能？
高温加热
蛋白质发生了什么变化？
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结构被破坏，从而导致其理化性质和生物活性丧失的现象。例如，鸡蛋、肉类煮熟后蛋白质变性就不能回复原来状态。原因是高温结构使蛋白质分子的空间结构变得伸展。松散，容易被蛋白酶水解，因此吃熟鸡蛋等更容易消化。又如，经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的
五、蛋白质的变性与水解
思考：
1、变性是指什么被破坏？
2、什么因素引起变性？
3、煮熟的鸡蛋更容易被消化的原因是
高温、过酸、过碱、重金属、酒精等。
变性使蛋白质的空间结构变得伸展、松散
思考1：血红素是由4条多肽链组成的蛋白质，下图展开了血红素的水解和变性过程，二者有何区别？
变性是蛋白质空间结构被破坏的过程，此过程肽键不断裂。
水解是蛋白质或者多肽中肽键断裂，
分解为多肽和氨基酸的过程，和脱水缩合的过程相反。
思考2：蛋白质分别经过变性与彻底水解后，再用双缩脲试剂检测(主要检测蛋白质中的肽键)，还会出现紫色吗？
变性，肽键未断裂，可以检测；
彻底水解，蛋白质水解为氨基酸，肽键断裂，无现象。
双缩脲试剂可检测含两个以上肽键化合物
思考3：糖尿病病人只能注射而不能口服胰岛素
因为胰岛素是一种蛋白质，口服会在消化道里以蛋白质的形式被消化成氨基酸，而失去胰岛素的功能。
组成元素
C、H、O、N（S）
导致
氨基酸
种类：21种
必需氨基酸：8种
非必需氨基酸：13种
通式：
C
H
C
H2N
OH
O
R
脱水缩合
多肽
组成蛋白质的氨基酸种类不同
氨基酸的数目不同
氨基酸排列顺序不同
多肽的空间结构不同
折叠盘旋
蛋白质
结构多样性
功能多样性
构成生物体，如结构蛋白
运输作用，如血红蛋白
催化作用，如酶
调节作用，如胰岛素
免疫作用，如抗体
基本单位
导致
总结：
微专题一
六、与蛋白质的合成和水解过程相关的计算
一、蛋白质的相对分子质量、氨基(羧基)数、肽键数和脱水数的计算
1.链状肽可以用如下的模式图表示：
(1)肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数。
(2)、蛋白质相对分子质量的计算：假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸形成1条肽链，则该多肽的相对分子质量是多少？若形成m条肽链呢？
　na－18(n－1)；na－18(n－m)。
H2O
C
H
H2N
C
R1
O
OH
COOH
H
C
R2
N
H
H
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
肽键数与氨基酸数目的关系：
10个氨基酸组成的环状多肽
m个氨基酸构成环状多肽，有____个肽键
（环状结构）
m
拓展1：
注：若出现环状多肽，可将肽链数看做？
蛋白质相对分子质量的计算（存在二硫键）：
公式2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2：
(3)肽链中游离氨基或羧基的计算
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＝肽链数＋R基中含有的氨基数或羧基数。
思考：若是环状肽，则至少含有的氨基数？至少含有的羧基数？
注意：(1)环状肽的主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基或羧基数目。
(2)若出现环状多肽，可将肽链条数看作0，再进行计算。
例1　如图为牛胰岛素结构图，该物质中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的。下列说法正确的是
A.牛胰岛素含有50个肽键
B.牛胰岛素中至少含有2个—NH2和2个
—COOH
C.牛胰岛素水解产物含有21种不同的氨基酸
D.牛胰岛素形成时，减少的相对分子质量为882
√
例2　如图表示某蛋白质(无环状肽)中氨基酸和相关基团的数目。下列有关叙述错误的是
A.共有2条肽链
B.共有124个肽键
C.形成此蛋白质时，相对分子质量减少2 250
D.R基中共含有15个氨基
√
例3　如图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个“—SH”
(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为
A.(m－3)，18(m－3)＋4
B.(m－4)，18(m－4)
C.(m－2)，18(m－2)＋4
D.m，18m
√
二、蛋白质中各原子数的计算
观察如图所示的三肽化合物
计算依据：
1.碳原子数、氮原子数在肽链形成前后均不变，而计算氢原子与氧原子的数目时要注意脱掉的氢原子与氧原子。
2.游离的氨基中含一个氮原子，游离的羧基中含两个氧原子。
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
计算公式：
1.碳原子数＝R基中碳原子数＋氨基酸个数×2。
2.氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去水分子数×2＝R基中氢原子数＋(氨基酸个数＋肽链数)×2。
3.氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去水分子数＝R基上的氧原子数＋氨基酸个数＋肽链数。
4.氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数＝R基上的氮原子数＋肽键数＋肽链数＝R基上的氮原子数＋氨基酸个数。
特别提醒
由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
例4　某多肽化合物M可被水解成1个五肽、2个三肽、3个四肽、4个二肽，下列有关分析错误的是
A.这些短肽中至少共含有10个氨基
B.这些短肽中共含有21个肽键
C.这些短肽中至少共含有62个氧原子
D.多肽化合物M中共含有31个氨基酸
√
例5　某多肽长链分子式为C42H65N11O9，它彻底水解后只得到如图3种氨基酸，则此多肽中含有赖氨酸的个数为
A.2个 B.3个 C.5个 D.8个
√
三、氨基酸的排列与多肽种类的计算
1.假若有n种氨基酸(数量不限)形成一个三肽，那么形成该三肽的种类有n3种。
2.假若有n种氨基酸(数量不限)形成一个m肽，则形成的多肽种类有nm种。
3.假若有n种氨基酸形成一个三肽，且每种氨基酸只有一个，则形成三肽的种类有n(n－1)(n－2)种。
例6　如果有足量的3种氨基酸，分别为甲、乙、丙，则它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类最多是
A.9种　9种 B.6种　3种
C.27种　6种 D.3种　3种
√
1.多个氨基酸分子脱水缩合成含有2条肽链的蛋白质时，相对分子质量减少了900，由此可推测该蛋白质分子是由多少个氨基酸反应形成的及肽键数分别是
A.52、50 B.50、50 C.52、52 D.50、49
√
跟踪训练
2.由m个氨基酸构成的一个蛋白质分子，含有n个多肽，其中z个是环状多肽。该蛋白质分子形成过程中脱去的水分子数为
A.m－z＋n B.m－n－z C.m－n＋z D.m＋z＋n
√
跟踪训练
3.某蛋白质由574个氨基酸、4条肽链组成，分子式是C3 032H4 816O872N780S8Fe4，那么它的R基上氨基数目最多有
A.205个 B.206个 C.207个 D.217个
√
跟踪训练
4.某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图所示)，得到4条多肽链和5个氨基酸(脱下的氨基酸均以游离态正常存在)。下列有关叙述错误的是
A.新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基
B.该五十肽水解得到的几种有机物比原五十肽
增加了8个氧原子
C.若将得到的5个氨基酸缩合成五肽，则有5种不同的氨基酸序列
D.若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4个H2O
√
跟踪训练
跟踪训练
5.有一条多肽链，分子式为CxHyOpNqS，
将它彻底水解后，只得到下列四种氨基
酸，据分析推算可知，该多肽的肽键个
数为
A.q－2 B.p－2 C.q＋2 D.p＋2
√
跟踪训练
6.现有氨基酸500个，其中氨基总数为506个，羧基总数为505个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次为
A.498、2和2 B.499、6和5
C.499、1和1 D.498、8和7
√