2.氨基酸的結構和種類
教材深挖[必修1第28頁“問題探討”]用膠原蛋白制成的手術縫合線可以不用拆線,其原理是什么?
提示 作為手術縫合線的膠原蛋白能被分解為人體可以吸收的氨基酸。
3.蛋白質(zhì)的合成(1)多肽的形成過程
①肽的名稱確定:一條多肽鏈由幾個氨基酸縮合而成就稱為　　　　。?②H2O中各元素的來源:H來自　　　　　　　 　,O來自　 　　　。?③一條肽鏈上氨基數(shù)目或羧基數(shù)目的確定:一條肽鏈上至少有一個游離的氨基和一個游離的羧基,分別位于肽鏈的　　　　;其余的氨基(或羧基)在　　　　上。?
(2)蛋白質(zhì)的結構層次(以血紅蛋白為例)
4.蛋白質(zhì)結構多樣性
教材深挖1.[必修1第32頁“與社會的聯(lián)系”]熟雞蛋更容易消化的原因是　　 　　。提示 高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結構變得伸展、松散,容易被蛋白酶水解2.[必修1第32頁圖2-13]人正常血紅蛋白的空間結構呈球狀,由它參與組成的紅細胞呈兩面凹的圓盤狀,如果血紅蛋白某一處的谷氨酸被纈氨酸取代,就可能形成異常的血紅蛋白。由它參與組成的紅細胞就會扭曲成鐮刀狀,運輸氧的能力會大大削弱。結合鐮狀細胞貧血的致病原理說明蛋白質(zhì)結構與功能的關系。提示 每一種蛋白質(zhì)分子都有與它所承擔功能相適應的獨特結構,如果氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)的空間結構改變,就可能會影響其功能。
鏈高考·前掛后連(1)蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)重要的貯能物質(zhì)。[2020·浙江卷](　　)(2)氨基酸序列相同的多肽鏈可能折疊成不同的空間結構。[2017·海南卷](　　)(3)α-鵝膏蕈堿是一種環(huán)狀八肽,分子中含有8個肽鍵。[2017·江蘇卷](　　)(4)蛋白質(zhì)變性是由肽鍵的斷裂造成的。[2017·江蘇卷](　　)(5)變性蛋白質(zhì)不能與雙縮脲試劑發(fā)生反應。[2017·江蘇卷](　　)(6)蛋白質(zhì)和DNA的組成元素都含有C、H、O、N,具有相同的空間結構。[2020·北京卷](　　)
1.明辨蛋白質(zhì)的鹽析、變性和水解(1)鹽析:是由溶解度的變化引起的,蛋白質(zhì)的空間結構沒有發(fā)生變化。(2)變性:是由于高溫、過酸、過堿、重金屬鹽等因素導致的蛋白質(zhì)的空間結構發(fā)生了不可逆的變化,肽鏈變得松散,喪失了生物活性,但是肽鍵一般不斷裂。(3)水解:在蛋白酶等作用下,肽鍵斷裂,蛋白質(zhì)分解為短肽和氨基酸。水解和脫水縮合的過程相反。
2.常考蛋白質(zhì)的分布和功能
練思維·考教銜接1.組成蛋白質(zhì)的元素一定存在于氨基酸中嗎?為什么?
提示 不一定。有些氨基酸形成的肽鏈在構成蛋白質(zhì)的空間結構時需要結合其他的元素,比如人體沒有含鐵的氨基酸,但是有含鐵的血紅蛋白。
2.下圖表示,一分子的胰島素原切去C肽(圖中箭頭表示切點)可轉變成一分子的胰島素(圖中數(shù)字表示氨基酸序號,—S—S—是由2個—SH脫去2個H形成的。據(jù)圖回答下列問題。(1)圖中胰島素的肽鏈是在核糖體上通過　　　　　作用形成的。胰島素原進入高爾基體后,需經(jīng)　　　　　　酶的作用切去C肽。?(2)胰島素原斷鏈生成了沒有活性的C肽和有活性的胰島素。二者結構不同的直接原因是　　　　　　　　　　。此過程說明　 ?　。?提示 構成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序不同,肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構千差萬別　具有復雜空間結構的蛋白質(zhì)才能行使特定功能
考向一 借助氨基酸種類與結構,考查理解能力1.硒代半胱氨酸是近年來發(fā)現(xiàn)的構成人體蛋白質(zhì)的第21種氨基酸,其結構與半胱氨酸類似,只是其中的硫原子被硒(Se)取代。下列相關敘述錯誤的是(　　)A.硒代半胱氨酸的硒元素位于氨基酸的R基上B.硒代半胱氨酸能與雙縮脲試劑在常溫下發(fā)生紫色反應C.發(fā)生脫水縮合時,水中的氫既可來自硒代半胱氨酸的氨基也可來自其羧基D.構成硒代半胱氨酸的元素有C、H、O、N、Se
解析 雙縮脲試劑鑒定的是蛋白質(zhì)(多肽)中的肽鍵,硒代半胱氨酸沒有肽鍵,不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應,B項錯誤。
考向二 圍繞蛋白質(zhì)的結構與功能,考查結構與功能觀2.(2024·廣東惠州統(tǒng)考)氨基酸是構成蛋白質(zhì)的基本單位,而蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者。下列正確的是(　　)A.沸水浴加熱之后,構成蛋白質(zhì)的肽鏈充分伸展并斷裂B.氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和空間結構決定了蛋白質(zhì)的功能C.不同氨基酸的R基一定不同,人體細胞可合成非必需氨基酸D.性激素作為信號分子調(diào)節(jié)生命活動,這體現(xiàn)了蛋白質(zhì)的信息傳遞功能
解析 沸水浴加熱之后,蛋白質(zhì)變性,構成蛋白質(zhì)的肽鏈充分伸展,蛋白質(zhì)空間結構改變,肽鍵不被破壞,因而肽鏈沒有斷裂,A項錯誤;氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和蛋白質(zhì)的空間結構決定了蛋白質(zhì)的功能,B項錯誤;不同氨基酸的R基一定不同,人體細胞可合成非必需氨基酸,人體不能合成的必須從食物中獲取的氨基酸為必需氨基酸,C項正確;性激素不是蛋白質(zhì),D項錯誤。
3.研究人員在實驗室中研究蛋白質(zhì)的折疊時發(fā)現(xiàn),尿素可以使蛋白質(zhì)去折疊(或變性),成為失去自然構象的松散肽鏈,當去掉尿素時,蛋白質(zhì)又可以自發(fā)地重新折疊(或復性)成原來的構象,如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)A.蛋白質(zhì)的結構與組成該蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序有關B.去除尿素后,變性的蛋白質(zhì)恢復它們原來的構象,功能也可能隨之恢復C.暴露在高濃度尿素溶液中的變性的蛋白質(zhì)能與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應D.當?shù)鞍踪|(zhì)和細胞內(nèi)的其他分子發(fā)生相互作用時,其構象不會發(fā)生變化
解析 蛋白質(zhì)結構多樣性與構成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和肽鏈盤曲、折疊方式及其形成的空間結構相關,A項正確;分析題圖可知,高濃度尿素可以使蛋白質(zhì)變性,除去尿素后,蛋白質(zhì)結構恢復,結構決定功能,所以蛋白質(zhì)功能也可能隨之恢復,B項正確;暴露在高濃度尿素溶液中的變性的蛋白質(zhì)只是空間結構發(fā)生變化,肽鍵并未斷裂,所以能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應,C項正確;當?shù)鞍踪|(zhì)和細胞內(nèi)的其他分子發(fā)生相互作用時,其構象可能會發(fā)生變化,D項錯誤。
4.(2023·江蘇南京模擬)于無聲處聽驚雷,2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者正是從人類最習以為常的感覺入手研究,發(fā)現(xiàn)了觸覺受體Piez。它由三個相同的Piez蛋白組成“螺旋槳狀”三聚體,能直接響應細胞膜上的機械力刺激并介導陽離子進入細胞。如圖為Piez的結構模式圖及可能的作用機理基本示意圖,下列相關敘述不正確的是(　　)A.Piez蛋白是一種跨膜蛋白,一定含有元素C、H、O、N、PB.Piez蛋白在核糖體上合成,需要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工C.機械力刺激導致Piez蛋白構象改變、中央孔打開,離子內(nèi)流D.開發(fā)能抑制Piez功能的藥物有望用來治療機械超敏痛(觸摸痛)
解析 Piez蛋白是一種跨膜蛋白,蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸,一定含有元素C、H、O、N,但不一定含P,A項錯誤;由題意可知,Piez蛋白是細胞膜上的觸覺受體,需要在核糖體上合成,并通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工并運輸?shù)郊毎?B項正確;由圖可知,機械力刺激導致Piez蛋白“帽”區(qū)域構象改變、中央孔打開,離子內(nèi)流,C項正確;結合題意和圖示可知,抑制Piez功能,機體不能感受到機械力刺激,因此開發(fā)能抑制Piez功能的藥物有望用來治療機械超敏痛(觸摸痛),D項正確。
考向三 蛋白質(zhì)合成過程相關計算5.(2023·湖北模擬)某種腦啡肽是人工合成的具有鎮(zhèn)痛功能的藥物,下圖為該化合物的結構式,下列各項分析合理的是(　　)A.該腦啡肽是人體細胞都能合成的蛋白質(zhì)B.該腦啡肽含有5個氨基和1個羧基C.參與該腦啡肽組成的基本單位有4種D.該腦啡肽含有4個肽鍵,是四肽化合物
解析 由題意可知,該腦啡肽是人工合成的蛋白質(zhì),A項不合理;分析題圖可知,該化合物首端有一個氨基,尾端有一個羧基,B項不合理;組成蛋白質(zhì)的氨基酸中,R基不同,氨基酸不同,分析題圖可知,該化合物中共有4種R基,即參與該腦啡肽組成的基本單位有4種,C項合理;分析圖可知,該化合物由5個氨基酸脫水縮合而成,所以是五肽化合物,有4個肽鍵,D項不合理。
6.(2023·山東德州期末)龍蝦的血藍蛋白由6條肽鏈組成,每條肽鏈都含有3個結構區(qū)域。區(qū)域Ⅰ為前175個氨基酸,有大量的螺旋結構。區(qū)域Ⅱ是由第176~400位氨基酸組成的活性中心,兩個銅離子分別與活性部位的三個組氨酸側鏈結合,是結合O2分子所必需的。第401~658位氨基酸以折疊的形式構成區(qū)域Ⅲ。下列關于龍蝦血藍蛋白的說法,正確的是(　　)A.一分子血藍蛋白含655個肽鍵B.血藍蛋白由多種氨基酸及不同結構區(qū)域組成,具有多樣性C.銅參與維持血藍蛋白的空間結構,是組成龍蝦細胞的大量元素D.區(qū)域Ⅰ與區(qū)域Ⅱ的結構改變可能會影響區(qū)域Ⅱ活性中心的功能
解析 一分子血藍蛋白含有6條肽鏈,題中顯示其中的1條肽鏈含有的氨基酸數(shù)目為658個,則其中的肽鍵數(shù)目為658-1=657(個),6條肽鏈相同,則一分子血藍蛋白中含有657×6=3 942(個)肽鍵,A項錯誤;血藍蛋白由多種氨基酸及不同結構區(qū)域組成,具有特異性,B項錯誤;銅參與維持血藍蛋白的空間結構,是組成龍蝦細胞的微量元素,C項錯誤;結構與功能相適應,區(qū)域Ⅰ與區(qū)域Ⅱ的結構改變可能會影響區(qū)域Ⅱ活性中心的功能,D項正確。
1.(2023·海南卷)科學家將編碼天然蜘蛛絲蛋白的基因導入家蠶,使其表達出一種特殊的復合纖維蛋白,該復合纖維蛋白的韌性優(yōu)于天然蠶絲蛋白。下列有關該復合纖維蛋白的敘述,正確的是(　　)A.該蛋白的基本組成單位與天然蜘蛛絲蛋白的不同B.該蛋白的肽鏈由氨基酸通過肽鍵連接而成C.該蛋白徹底水解的產(chǎn)物可與雙縮脲試劑發(fā)生作用,產(chǎn)生紫色反應D.高溫可改變該蛋白的化學組成,從而改變其韌性
2.(2023·湖北卷)球狀蛋白分子空間結構為外圓中空,氨基酸側鏈極性基團分布在分子的外側,而非極性基團分布在內(nèi)側。蛋白質(zhì)變性后,會出現(xiàn)生物活性喪失及一系列理化性質(zhì)的變化。下列敘述錯誤的是(　　)A.蛋白質(zhì)變性可導致部分肽鍵斷裂B.球狀蛋白多數(shù)可溶于水,不溶于乙醇C.加熱變性的蛋白質(zhì)不能恢復原有的結構和性質(zhì)D.變性后生物活性喪失是因為原有空間結構破壞
解析 蛋白質(zhì)變性過程中,空間結構改變,但是肽鍵不會斷裂,A項錯誤;大多數(shù)球狀蛋白具有較強的水溶性,但是很難在乙醇中溶解,B項正確;高溫會破壞蛋白質(zhì)的結構,使其失去原有的結構和生物活性,一旦蛋白質(zhì)發(fā)生加熱變性,通常很難恢復其原有的結構和性質(zhì),C項正確;蛋白質(zhì)的生物活性往往依賴于其特定的空間結構,當?shù)鞍踪|(zhì)發(fā)生變性時,其原有的空間結構被破壞,從而喪失生物活性,D項正確。
3.(2023·湖南卷)南極雌帝企鵝產(chǎn)蛋后,由雄帝企鵝負責孵蛋,孵蛋期間不進食。下列敘述錯誤的是(　　)A.帝企鵝蛋的卵清蛋白中N元素的質(zhì)量分數(shù)高于C元素B.帝企鵝的多糖和蛋白質(zhì)合成過程中都有水的產(chǎn)生C.帝企鵝蛋孵化過程中有mRNA和蛋白質(zhì)種類的變化D.雄帝企鵝孵蛋期間主要靠消耗體內(nèi)脂肪以供能
解析 蛋白質(zhì)中N元素的質(zhì)量分數(shù)低于C元素,A項錯誤;多糖和蛋白質(zhì)都是大分子物質(zhì),都是由單體經(jīng)過脫水縮合形成的,脫水縮合過程中都有水的產(chǎn)生,B項正確;帝企鵝蛋孵化過程中一些基因要進行選擇性表達,所以細胞中會有mRNA和蛋白質(zhì)種類的變化,C項正確;由于雄帝企鵝在孵蛋過程中不進食,所以孵蛋期間主要靠消耗體內(nèi)的脂肪供能,D項正確。
4.(2022·湖南卷)膠原蛋白是細胞外基質(zhì)的主要成分之一,其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。下列敘述正確的是(　　)A.膠原蛋白的氮元素主要存在于氨基中B.皮膚表面涂抹的膠原蛋白可被直接吸收C.膠原蛋白的形成與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體有關D.膠原蛋白比蛋清蛋白的營養(yǎng)價值高
解析 蛋白質(zhì)是由氨基酸經(jīng)脫水縮合形成多肽后再盤曲折疊形成一定的空間結構,其氮元素主要存在于氨基殘基中,A項錯誤;膠原蛋白是大分子物質(zhì),不能被皮膚的表皮細胞直接吸收,B項錯誤;膠原蛋白位于細胞外基質(zhì)中,屬于分泌蛋白,參與其形成與分泌的細胞器主要有核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等,C項正確;必需氨基酸只能從外界環(huán)境中獲取,自身不能合成,而膠原蛋白的非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高,則其必需氨基酸含量低,因此膠原蛋白比蛋清蛋白的營養(yǎng)價值低,D項錯誤。
5.(2021·遼寧卷)蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者。下列有關敘述錯誤的是(　　)A.葉綠體中存在催化ATP合成的蛋白質(zhì)B.胰島B細胞能分泌調(diào)節(jié)血糖的蛋白質(zhì)C.唾液腺細胞能分泌水解淀粉的蛋白質(zhì)D.線粒體膜上存在運輸葡萄糖的蛋白質(zhì)
解析 葉綠體類囊體薄膜是光反應的場所,能合成ATP,存在催化ATP合成的酶,ATP合成酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì),A項正確;胰島B細胞能分泌胰島素,胰島素能降低血糖,且其化學本質(zhì)是蛋白質(zhì),B項正確;唾液腺細胞能分泌唾液淀粉酶,唾液淀粉酶屬于分泌蛋白,能水解淀粉,C項正確;細胞呼吸中葡萄糖分解的場所在細胞質(zhì)基質(zhì),線粒體膜上不存在運輸葡萄糖的蛋白質(zhì),D項錯誤。
1.(必修1第28頁圖2-8)抗體和頭發(fā)的主要成分均為蛋白質(zhì),但功能卻相差極大,請從氨基酸及蛋白質(zhì)空間結構角度分析,原因是?? 　。?提示 組成抗體和頭發(fā)的氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序及肽鏈的盤曲、折疊方式、形成的空間結構不同2.(必修1第30頁“與社會的聯(lián)系”、第32頁“拓展應用3”)玉米中含有的賴氨酸較少,長期以玉米為主食的人容易因賴氨酸缺乏而導致疾病,所以玉米不是良好的蛋白質(zhì)來源,其原因是　　　　 　　　。提示 賴氨酸是人體的必需氨基酸,必須從食物中獲得,而玉米等谷類食物中缺少賴氨酸評價食物中蛋白質(zhì)成分的營養(yǎng)價值主要依據(jù)食物中　 　　　　　　 。
必需氨基酸的種類和含量

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