一、蛋白質的功能及其組成單位——氨基酸1.蛋白質的功能(1)蛋白質不是　　　　供給的主要來源,但功能多樣,如肌肉中的　　　　蛋白、頭發(fā)中的　　　　　　、紅細胞中的　　　　蛋白、種子中的　　　　蛋白,都具有特殊的生物學功能。?(2)蛋白質的每種特定功能取決于其特定的　　　　。?
2.組成蛋白質的氨基酸及其種類(1)組成元素:　　　 　 ,有的還含有 　元素等。(2)結構特點①位置關系:都有一個　　　　　　　和一個　　　　　　　連接在　　　　　　　　　　　　上。?②數(shù)量關系:至少都含有一個　　　　　　和一個　　 　　。(多出的氨基或羧基在　　　　　　中)?③各種氨基酸之間的區(qū)別在于　　　　的不同,即　　　　的不同決定了氨基酸的種類。?
差異部分:R基團決定氨基酸的種類
(3)種類:約　　　種。?
預習反饋1.判斷正誤。(1)含有一個氨基和一個羧基的化合物就是氨基酸。(　　)(2)氨基酸中R基團可以是較長的鏈或環(huán)狀結構。(　　)(3)蛋白質分子都是由20種氨基酸組成的化合物。(　　)(4)不同氨基酸的種類差異主要區(qū)別在R基團、氨基和羧基的數(shù)量。(　　)
2.下列四種化合物中,屬于構成生物蛋白質的氨基酸的是(　　)
解析:氨基酸的結構特點是有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上,A項符合題意。
二、蛋白質的結構及其多樣性1.氨基酸分子結合方式——脫水縮合(1)二肽的形成過程模式圖(2)圖示分析①過程a名稱:　　　　　　　　;化學鍵b名稱:　　　　;物質c名稱:　　　　。?②由2個氨基酸分子脫水縮合而成的化合物叫　　　　;3個氨基酸分子脫水縮合而成的化合物叫　　　　;4個氨基酸分子脫水縮合而成的化合物叫　　　　,以此類推。由多個氨基酸分子脫水縮合而成的,以肽鍵連成一長串的肽鏈,稱為　　　　。?
2.蛋白質的結構層次3.蛋白質分子多樣性的原因(1)不同種多肽,差別在于其中的氨基酸的　　　　、　　　　和　　　　　　　　各不相同。?(2)蛋白質的種類差異還在于其獨特的　　　　　　　　。?4.蛋白質分子的活性喪失蛋白質分子的　　　　　　　　并不穩(wěn)定,會隨溫度的升高發(fā)生改變。蛋白質的生物學活性會隨著溫度的升高而發(fā)生改變,在溫度超過40~50 ℃時就可能喪失活性。?
預習反饋1.判斷正誤。(1)鳥的羽毛和人的頭發(fā)、指甲均由角蛋白組成。(　　)(2)蛋白質分子都由一條肽鏈組成。(　　)(3)蛋白質變性是由于肽鍵的斷裂造成的。(　　)(4)由氨基酸形成多肽時,生成物H2O中的氫來自氨基和羧基。(　　)(5)蛋白質與糖類和脂質不同,通常不是生物體內的能源物質。(　　)
2.人體內含有多種蛋白質,每種蛋白質(　　)A.都含有C、H、O、N、S這五種元素B.都是在細胞內發(fā)揮作用的C.都含有20種氨基酸D.都具有一定的空間結構
解析:人體內的蛋白質都含有C、H、O、N這四種元素,有的含有S元素,A項錯誤;人體內的蛋白質有的在細胞內發(fā)揮作用,有的在細胞外發(fā)揮作用(如消化酶、激素),B項錯誤;人體中的每種蛋白質最多含有20種氨基酸,C項錯誤;蛋白質是由多個氨基酸形成的具有一定空間結構的大分子物質,D項正確。
組成蛋白質的氨基酸及其種類問題情境請思考并回答下面的問題。1.若氨基酸中含有S元素,則該元素的存在部位在哪里???2.若氨基酸的R基團為—CH2—CO—CH3,請嘗試書寫出該氨基酸的分子式。??
提示:C5H9O3N。
3.下圖為三聚氰胺分子的結構式,若某奶粉中加入該物質,能否提高奶粉中蛋白質含量?試說明原因。
提示:不能。蛋白質由氨基酸構成。分析圖示可知,三聚氰胺中不含有氨基酸結構,該物質不是蛋白質,因此在奶粉中添加三聚氰胺后不能提高蛋白質的含量。
典例剖析下面關于氨基酸概念的敘述中正確的是(　　)A.氨基酸是蛋白質的組成單位,是由氨基和羧基組成B.氨基酸分子中至少含有一個氨基和一個羧基,且連接在同一個碳原子上C.一個氨基酸的氨基和另一個氨基酸的羧基脫水縮合形成多肽D.每個氨基酸分子都只含有一個氨基和一個羧基
解析:氨基酸是蛋白質的組成單位,氨基酸至少含有一個氨基(—NH2)和一個羧基(—COOH),并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上,這個碳原子還連接一個氫原子和一個R基團,A項錯誤、B項正確;一個氨基酸的氨基和另一個氨基酸的羧基脫水縮合形成二肽,C項錯誤;每個氨基酸分子都至少含有一個氨基和一個羧基,D項錯誤。
活學活練如圖為某同學寫的氨基酸的結構通式,下列說法正確的是(　　)A.該同學所寫的結構通式是正確的B.最簡單的氨基酸的R基團為—HC.構成生物蛋白質的氨基酸的R基團有100多種D.每個氨基酸只有一個氨基和一個羧基,且連在同一個碳原子上
解析:構成蛋白質的基本單位是氨基酸,其結構通式是 ,氨基應該為—NH2,該同學所寫的結構通式是錯誤的,A項錯誤;氨基酸的不同在于R基團的不同,最簡單的氨基酸的R基團為—H,B項正確;構成生物蛋白質的氨基酸的R基團約為20種,C項錯誤;每個氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基,且都有一個氨基和一個羧基連在同一個碳原子上,D項錯誤。
蛋白質結構和功能的關系問題情境用氨基酸自動分析儀測定幾種多肽化合物和蛋白質的氨基酸數(shù)目如下:
請思考并回答以下問題。1.表中1、2、3的氨基酸數(shù)目雖相同,但其生理作用彼此不同,試分析原因。??2.表中3與4,5與6雖功能相似,但各自具有專一性。試分析原因。
提示:蛋白質的結構多樣性與氨基酸的數(shù)目、種類、排列順序,肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構有關,表中1、2、3的氨基酸數(shù)目雖相同,但其生理作用彼此不同,這是因為它們的氨基酸種類、排列順序、肽鏈盤曲折疊及其形成的蛋白質的空間結構不同。
提示:蛋白質的結構多樣性與氨基酸的數(shù)目、種類、排列順序,肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構有關,表中3與4,5與6雖功能相似,但是氨基酸數(shù)目不同,氨基酸的種類、排列順序和蛋白質的空間結構也不同。
3.如果用20個不同的字母分別代表20種氨基酸來寫出由10個氨基酸組成的長鏈,可以寫出多少條互不相同的長鏈?嘗試說出蛋白質種類眾多的原因(注:一個蛋白質分子往往含有成百上千個氨基酸)。?
提示:10個氨基酸能夠組成2010條互不相同的長鏈。氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序以及蛋白質空間結構的不同是蛋白質多種多樣的原因。
典例剖析下列關于蛋白質組成與結構的敘述,正確的是(　　)A.蛋白質通常是生物體內的能源物質B.蛋白質水解過程中肽鍵數(shù)會增加C.組成人的頭發(fā)與指甲的主要蛋白質種類不同D.正確的空間結構是蛋白質表現(xiàn)其特有的生物學活性所必需的
解析:蛋白質是生命活動的主要承擔者,通常不作為生物體的能源物質,但在特殊情況下可以作為能源物質被利用,A項錯誤;蛋白質徹底水解的產物是氨基酸,在此過程中因肽鍵斷裂而導致肽鍵數(shù)減少,B項錯誤;組成人的指甲的化學成分與頭發(fā)相似,主要由含硫豐富的角蛋白構成,C項錯誤;蛋白質的特定功能是由其特定的結構決定的,換言之,正確的空間結構是蛋白質表現(xiàn)其特有的生物學活性所必需的,D項正確。
歸納提升圖解蛋白質結構多樣性與功能多樣性的關系
易錯提醒 高溫、過酸、過堿都會造成蛋白質空間結構不可逆的改變,致使蛋白質失去生物學活性;低溫只是抑制蛋白質的功能,未造成蛋白質空間結構的改變,不會造成蛋白質生物學活性的喪失,如酶的保存應在低溫下,而非其最適溫度。
活學活練1.(2020浙江七彩陽光聯(lián)盟高一期中改編)魚肉和羊肉之間有差別,其原因不可能是(　　)A.肽鍵的種類不同B.蛋白質的空間結構不同C.氨基酸排列順序不同D.組成蛋白質的氨基酸種類和數(shù)量不同
解析:氨基酸脫水縮合后,形成肽鍵,肽鍵種類相同,A項錯誤;蛋白質是生命活動的主要承擔者,蛋白質具有多樣性的原因是組成蛋白質的氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序不同以及蛋白質的空間結構不同,B、C、D三項正確。
2.下列有關蛋白質結構、功能多樣性的說法正確的是(　　)A.蛋白質結構的多樣性只與氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序有關B.已知某化合物含有C、H、O、N、S等元素,且具有催化功能,可以推斷此物質為磷脂C.不同蛋白質分子中肽鍵形成時均有水生成D.高溫、過酸、過堿可以使蛋白質空間結構改變,但不影響其生物學活性
解析:蛋白質結構的多樣性的原因是氨基酸的種類不同、數(shù)目不同、排列順序千變萬化以及蛋白質的空間結構不同,A項錯誤;磷脂不具有S元素,且不具有催化功能,B項錯誤;蛋白質分子中一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基脫水縮合形成肽鍵,該過程均有水分子生成,C項正確;高溫、過酸、過堿可以使蛋白質空間結構改變,可能會導致蛋白質失去生物學活性,這種改變是不可逆的,D項錯誤。
氨基酸脫水縮合及計算問題情境1.圖示中的“φ”表示什么結構?該化學鍵由氨基酸的什么基團形成?指出具體的形成過程。
提示:φ表示化學鍵肽鍵,由一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基脫水縮合形成。
2.一條由30個氨基酸組成的多肽鏈,經蛋白酶水解后得到2個二肽,4個四肽,2個五肽。則水解后的化合物中,至少含有幾個氨基,幾個羧基,幾個肽鍵?
3.若組成蛋白質的氨基酸的平均相對分子質量是130,那么一個由4條肽鏈共280個氨基酸所組成的蛋白質相對分子質量是多少?
提示:分析題干信息,30個氨基酸組成的多肽鏈水解得到的肽鏈數(shù)是2+4+2=8(條),因此水解后的化合物中,至少含有8個氨基和8個羧基,肽鍵數(shù)是30-8=22(個)。
提示:一個蛋白質分子中肽鍵數(shù)(脫去的水分子數(shù))=氨基酸數(shù)-肽鏈條數(shù)=280-4=276(個);蛋白質相對分子質量=氨基酸總相對分子質量-脫去的水的相對分子質量=氨基酸的平均相對分子質量×氨基酸數(shù)-水的相對分子質量×脫去水的個數(shù)=130×280-18×276=31 432。
典例剖析有關圖中蛋白質的敘述,正確的是(　　)某種蛋白質中相關基團和氨基酸數(shù)目A.此蛋白質共有2條肽鏈B.此蛋白質的R基團中共含有22個氨基C.共有95個肽鍵D.99個氨基酸形成此蛋白質時,共減少的相對分子質量為1 764
解析:該蛋白質中,羧基的總數(shù)為26,R基團上的羧基數(shù)目是23,所以此蛋白質含有的肽鏈數(shù)=羧基總數(shù)-R基團上羧基數(shù)目=26-23=3(條),A項錯誤;由上述分析可知,該蛋白質由3條肽鏈構成,所以此蛋白質的R基團中共含有25-3=22(個)氨基,B項正確;肽鍵數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)=99-3=96(個),C項錯誤;形成此蛋白質時,共減少的相對分子質量為脫去的水分子的相對分子質量=96×18=1 728,D項錯誤。
歸納提升蛋白質合成過程中的有關計算(1)鏈狀多肽:氨基酸數(shù)=肽鏈數(shù)+肽鍵數(shù)(或水分子數(shù));環(huán)狀多肽:氨基酸數(shù)=肽鍵數(shù)=水分子數(shù)。(2)有關氨基和羧基數(shù)目的計算①每一條肽鏈中至少含有一個游離氨基和一個游離羧基,分別位于肽鏈的兩端;環(huán)狀肽主鏈中可以不含游離的氨基和羧基,環(huán)狀肽中氨基、羧基數(shù)取決于構成環(huán)狀肽的氨基酸R基團中氨基、羧基的數(shù)目。②蛋白質中游離氨基總數(shù)=肽鏈數(shù)目+R基團中的氨基數(shù)目;蛋白質中游離羧基總數(shù)=肽鏈數(shù)目+R基團中的羧基數(shù)目。
(3)蛋白質相對分子質量的計算(原理:質量守恒)一般情況下:蛋白質的相對分子質量=氨基酸數(shù)目×氨基酸的平均相對分子質量-脫去的水分子數(shù)×18。(4)蛋白質中含有N、O原子數(shù)的計算①N原子數(shù)=肽鍵數(shù)+肽鏈數(shù)+R基團上的N原子數(shù)=各氨基酸中N原子總數(shù)。②O原子數(shù)=肽鍵數(shù)+2×肽鏈數(shù)+R基團上的O原子數(shù)=各氨基酸中O原子總數(shù)-脫去水分子數(shù)。③由n個氨基酸組成的一條多肽鏈中,至少含有n個N原子,至少含有(n+1)個O原子。
易錯提醒 氨基酸脫水縮合時,H來自氨基(—NH2)和羧基(—COOH),O來自羧基。因此,肽鍵斷裂水解時,水中的H的去處為氨基和羧基,O的去處僅是羧基。
活學活練1.有n個氨基酸共含m個氨基,則由該n個氨基酸組成的一條多肽鏈中氨基數(shù)為(　　)A.m-n-1B.m+n+1C.m+n-1D.m-n+1
解析:有n個氨基酸共含m個氨基,則該n個氨基酸的R基團中含有的氨基數(shù)=m-n個,由這些氨基酸縮合成的一條多肽鏈中含有的氨基數(shù)=肽鏈數(shù)+R基團中含有的氨基數(shù)=1+m-n=m-n+1(個)。

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版本： 浙科版 (2019)

年級： 必修1《分子與細胞》

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