内容正文:
组成细胞的分子
第2章
第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
[目标导学] 1.概述蛋白质的主要功能。2.说明氨基酸的结构特点及其种类。3.描述氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程。4.阐明蛋白质结构及其多样性。
内容索引
NEIRONGSUOYIN
学习任务二 蛋白质的结构及其多样性
学习任务一 蛋白质的功能及其基本组成单位——氨基酸
课时作业 巩固提升
备选题库 教师独具
蛋白质的功能及其基本组成单位——氨基酸
学习任务一
1.蛋白质的功能
(1)蛋白质是生命活动的______________。
(2)
梳理 归纳教材知识
主要承担者
细胞和生物体
催化作用
免疫作用
2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸
C、H、O、N
氨基
羧基
同一个
非必需
必需
[正误辨析]
(1)蛋白质具有催化、免疫、遗传、调节等功能。( )
(2)蛋白质是目前已知的结构最复杂、功能最多样的分子。( )
(3)氨基酸分子的氨基和羧基都连在同一个碳原子上。( )
(4)非必需氨基酸是指人不一定需要的氨基酸。( )
×
√
×
×
1.怎样理解蛋白质是生命活动的主要承担者?
提示:蛋白质是细胞的基本组成成分,具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、防御等重要功能;人体内有数万种不同的蛋白质,能够承担多种多样的功能,细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。
探究 要点合作突破
2.观察下列四种氨基酸的结构,探究以下问题。
(1)这四种氨基酸分子的R基分别是___________________________________
_______________。
—CH3、—CH2—SH、—(CH2)4—NH2、
—CH2—COOH
(2)“氨基酸”这一名词与其分子结构有怎样的对应关系?
提示:“氨基酸”代表了其分子结构中的主要部分,即氨基和羧基。
(3)组成蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个羧基吗?若有一个以上的氨基或羧基,多出来的氨基或羧基分布在哪里?
提示:每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基,并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,部分氨基酸分子中含有一个以上的氨基或羧基,多出来的氨基或羧基位于R基上。
3.评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时,人们为什么格外注重其中必需氨基酸的种类和含量?
提示:必需氨基酸是人体细胞不能合成的氨基酸,必须从食物中获得,因此在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时,人们注重其中必需氨基酸的种类和含量。
[归纳总结]
1.形象记忆氨基酸结构通式
2.氨基酸分子的判断
(1)两个判断标准
①一个数目标准:至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)。
②一个位置标准:都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,且这个碳原子上还连接一个氢原子(—H)和一个R基。
(2)一个决定关键:R基。
①决定氨基酸的种类和理化性质。
②决定氨基酸中所含有氨基和羧基的数目:除了连接在同一碳原子上的氨基和羧基外,其他的氨基和羧基一定位于R基中。
③决定氨基酸的组成元素:氨基酸结构通式中含有C、H、O、N四种元素,若含有其他元素则一定位于R基中。
1.下列不属于动物体内蛋白质功能的是( )
A.构成毛发的主要成分
B.催化细胞内化学反应的酶
C.供给细胞代谢的主要能源物质
D.细胞吸收物质的载体
强化 题点对应训练
C
蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质,如结构蛋白是构成毛发的主要成分;部分蛋白质具有催化功能,如大多数酶;细胞代谢的主要能源物质是糖类,不是蛋白质;部分蛋白质是细胞吸收物质的载体,如载体蛋白。
2.下列化合物中,属于构成蛋白质的氨基酸的是( )
B
A.①②③④ B.①②③
C.①② D.②④
①②③中的化合物中都至少含有一个氨基和一个羧基且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,都是组成蛋白质的氨基酸,①②③正确;④中化合物的氨基和羧基不连接在同一个碳原子上,不是组成蛋白质的氨基酸,④错误。
3.亮氨酸的分子式是C6H13O2N,其R基为( )
A.—C4H9 B.—C5H9
C.—C6H13 D.—C4H8
A
由氨基酸结构通式可知,氨基酸的分子式可表示为C2H4O2NR,由题干知亮氨酸的分子式是C6H13O2N,故亮氨酸的R基为—C4H9。
[易错提醒]
氨基、羧基、R基的书写
(1)正确的格式:—NH2、—COOH、—R(千万不要忘记在原子团前面加“—”)。
(2)避免两种错误格式
①写成NH2、COOH、R。
②写成NH3、—NH3、HCOOH等。
(3)结构通式及氨基和羧基不同表达形式的辨别
蛋白质的结构及其多样性
学习任务二
1.蛋白质的结构层次
梳理 归纳教材知识
羧基
氨基
两个氨基酸
链状
氢键
2.脱水缩合的过程
脱水缩合
(1)过程①名称:________。
(2)物质②名称:________。
(3)结构③名称:________。
二肽
肽键
3.蛋白质种类多样性的原因
在细胞内,组成一种蛋白质的氨基酸________可能成千上万,氨基酸形成肽链时,不同种类氨基酸的________千变万化,肽链的________________________________________千差万别,因此,蛋白质分子的结构极其多样。
数目
排列顺序
盘曲、折叠方式及其形成的空间结构
4.蛋白质的变性
(1)概念:蛋白质变性是指蛋白质在某些____________因素作用下其特定的_________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。
物理和化学
空间构象
(2)应用
①鸡蛋、肉类煮熟后由于高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散,容易被________水解,因而易于消化。
②经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的__________,可以达到消毒、灭菌的目的。
蛋白酶
蛋白质变性
[正误辨析]
(1)含有两个肽键的化合物叫作二肽。( )
(2)蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的。( )
(3)变性的蛋白质也能与双缩脲试剂发生紫色反应。( )
(4)蛋白质变性是可逆的化学反应。( )
×
×
√
×
1.下面是氨基酸之间发生一系列反应形成血红蛋白的过程,结合教材内容完成以下探究。
探究 要点合作突破
(1)描述从氨基酸到蛋白质的形成过程:氨基酸→二肽→多肽→肽链盘曲、折叠→具有一定________的蛋白质。
(2)参与脱水缩合的部分:两个相邻氨基酸,一个氨基酸_________________________________________________。
(3)由2个氨基酸脱水缩合形成的化合物的名称是_____,其内含有______个肽键,在形成过程中脱去________分子水。
(4)由n个氨基酸形成的含一条肽链的化合物名称是________,共形成________个肽键,失去________分子水。
二肽
氨基中的—H和另一个氨基酸羧基中的—OH
1
1
空间结构
n肽
(n-1)
(n-1)
2.血红蛋白是由4条多肽链组成的蛋白质。如图展示了血红蛋白的水解和变性过程,回答相关问题。
(1)蛋白质变性和水解有什么区别?
提示:水解是蛋白质或者多肽中肽键断裂,分解为氨基酸的过程,和脱水缩合的过程相反。变性是蛋白质空间结构被破坏的过程,此过程肽键不断裂。
(2)食用熟鸡蛋比生鸡蛋更易于人体消化吸收,请分析其中的原因。
提示:高温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。
[归纳总结]
1.蛋白质变性和水解的辨析
2.双缩脲试剂能与蛋白质或多肽中的肽键发生反应形成紫色络合物。变性不发生肽键断裂,故变性后的蛋白质均可与双缩脲试剂产生紫色反应。
1.如图为细胞中蛋白质合成过程简图,①~④表示相关变化过程,下列分析正确的是( )
A.①~④过程都叫作脱水缩合
B.④过程不相同,合成的蛋白质也就不相同
C.①②③过程形成的化学键相同,④过程一定没有新化学键形成
D.蛋白质独特的空间结构是不同蛋白质功能不同的根本原因
强化 题点对应训练
B
④过程是肽链盘曲、折叠,不是脱水缩合过程,A错误;肽链的盘曲、折叠方式不同,形成的蛋白质也就不同,B正确;④过程也可能有新化学键形成,如二硫键等,C错误;不同蛋白质空间结构不同是蛋白质功能不同的直接原因,D错误。
2.(多选)从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。下列相关说法错误的是( )
A.合成胶原蛋白过程中产生的水分子中的氢来自氨基
B.胶原蛋白分解为氨基酸后被人体吸收
C.高温破坏胶原蛋白的肽键使其失去功能
D.氨基酸仅通过脱水缩合方式就可以合成胶原蛋白
ACD
在核糖体上合成胶原蛋白时,产生的水分子中的氢分别来自氨基和羧基,A错误;胶原蛋白是生物大分子,分解成小分子的氨基酸后能被人体吸收,B正确;高温加热可以破坏胶原蛋白的空间结构,但不会破坏肽键,C错误;氨基酸通过脱水缩合方式形成的是多肽,多肽经加工后形成具有空间结构的蛋白质,D错误。
课堂小结
备选题库 教师独具
1.科学家研究和鉴定一些动物谷胱甘肽过氧化物酶的作用时,发现了人体第21种氨基酸——硒代半胱氨酸,是蛋白质中硒的主要存在位置,人体内硒含量很少,合成硒代半胱氨酸的原料需要不断从食物中获取。下列有关叙述错误的是( )
A.硒元素属于微量元素
B.硒位于硒代半胱氨酸的R基中
C.硒代半胱氨酸是非必需氨基酸
D.人体的蛋白质均含有硒
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D
由题意可知,体内硒含量很少,硒元素属于微量元素,A正确;氨基酸的区别在于R基的不同,硒位于硒代半胱氨酸的R基中,B正确;硒代半胱氨酸可以在人体内合成,是非必需氨基酸,C正确;并不是所有的蛋白质都含有硒,D错误。
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4
2.(多选)组成人体蛋白质的氨基酸中有两种氨基酸含有S元素,已知某一蛋白质分子中含有一个S原子。下列说法错误的是( )
A.该蛋白质分子除含有S外,还含有C、H、O、N
B.该蛋白质分子完全水解后最多可以得到21种氨基酸
C.该蛋白质可能由一条、两条或多条肽链组成
D.该蛋白质分子中有“—N—C—N—C—”的重复结构
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BD
C、H、O、N是组成蛋白质的基本元素,A正确;人体内组成蛋白质的氨基酸有21种,其中有2种氨基酸含有S元素,而该蛋白质分子中只含有一个S原子,说明该蛋白质只有1种含S的氨基酸,故组成该蛋白质的氨基酸最多有20种,B错误;根据题干信息不能确定该蛋白质所含的肽链数,故该蛋白质可能由一条、两条或多条肽链组成,C正确;根据氨基酸的结构和脱水缩合的过程可知,蛋白质分子中含有“—N—C—C—N—C—C—”的重复结构,D错误。
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4
3.生长激素和胰岛素都是人体内对生命活动起重要调节作用的激素,但是两者功能不同,与此无关的是( )
A.氨基酸的数目、种类和排列顺序
B.构成蛋白质肽链的数目
C.蛋白质的空间结构
D.氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基
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D
蛋白质功能不同的原因在于结构不同,结构多样性的原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序及肽链的数目和盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。
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4.根据下列化合物的结构分析回答问题。
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4
(1)该化合物含有________个肽键,图中表示肽键的编号有________。
3
③⑤⑥
(1)由题图可知,该化合物中含有3个肽键,表示肽键的编号为③⑤⑥。
(2)该化合物称为________________,形成该化合物的化学反应称为________________。
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1
4
四肽或多肽
脱水缩合
(2)由题图可知,此多肽含有4个氨基酸,则形成的化合物为四肽或多肽。
(3)该化合物由________种氨基酸构成,各种氨基酸的区别在于R基不同,图中表示R基的编号有____________。
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4
②④⑧⑨
(3)决定氨基酸种类的4个R基(②④⑧⑨)结构各不相同,所以构成该化合物的氨基酸有4种。
(4)该化合物中含有的氨基数目和羧基数目分别是_____、_____。
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2
(4)由题图可知,①表示肽链末端氨基,⑦表示肽链末端羧基,而⑧和⑨中分别存在一个羧基和一个氨基,则该化合物中含有的氨基数目和羧基数目分别是2个和2个。
课时作业 巩固提升
[基础巩固练]
1.蛋白质是生命活动的体现者,但在正常生理活动中它不能作为细胞的( )
A.重要结构物质 B.重要调节物质
C.重要能源物质 D.机体免疫物质
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C
重要的能源物质是糖类而不是蛋白质。
2.科学家在分子水平上发现了“生命时钟的振荡器”。“生命时钟的振荡器”是一种蛋白质,它的浓度在生物体内有规律地变化以适应地球的自转和昼夜更替。下列有关蛋白质的叙述,错误的是( )
A.在活细胞中,蛋白质是含量最多的化合物
B.蛋白质是生命活动的主要承担者
C.蛋白质的结构多样性决定其功能多样性
D.蛋白质具有催化、运输、调控等功能
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A
在活细胞中,蛋白质是含量最多的有机化合物,A错误;蛋白质是生命活动的主要承担者,B正确;蛋白质的结构多样性决定其功能多样性,C正确;蛋白质具有催化、运输、调控等多种功能,D正确。
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3.以下关于氨基酸的说法,正确的是( )
A.组成蛋白质的氨基酸都只有一个氨基和一个羧基,连接于碳原子上
B.组成人体蛋白质的氨基酸有21种,但有的氨基酸人体不能合成,必须从外界食物中获得,如赖氨酸
C.人体内最简单氨基酸的R基为—CH3
D.每个氨基酸分子都只含C、H、O、N四种元素
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B
氨基酸中R基上也有可能存在氨基和羧基,A错误;组成人体蛋白质的氨基酸有21种,其可分为必需氨基酸和非必需氨基酸,必需氨基酸人体不能合成,必须从外界食物中获得,如赖氨酸,B正确;人体内最简单氨基酸的R基为—H,C错误;有些氨基酸分子,其R基中含有除C、H、O、N之外的其他元素(如S等),D错误。
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4.下列物质中,有些不是组成生物蛋白质的氨基酸,其中属于氨基酸的物质经脱水缩合反应形成的物质叫( )
①NH2—CH2—COOH
②NH2—CH2—CH2OH
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A
A.二肽 B.四肽
C.氨基酸 D.三肽
分析题干中给出的化合物可知,其中①③都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,是组成蛋白质的氨基酸,其余的都不是组成蛋白质的氨基酸,因此构成蛋白质的氨基酸(每种一个)经脱水缩合反应形成的化合物是二肽。
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5.食用花卉是一类富含氨基酸且有利于人体氨基酸营养平衡的天然绿色食品。下列有关食用花卉中氨基酸的叙述,正确的是( )
A.各种氨基酸都含有元素C、H、O、N、S
B.食用花卉中的氨基酸可以用双缩脲试剂来检测
C.必需氨基酸的种类和含量是评价食物营养价值的重要指标
D.通过检测氨基酸的种类可鉴定区分不同种类的花卉
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C
组成蛋白质的基本元素是C、H、O、N,有的含有S,A错误;双缩脲试剂与蛋白质中的肽键发生紫色反应,从而鉴定蛋白质,而氨基酸中不含肽键,因而食用花卉中的氨基酸不可以用双缩脲试剂来检测,B错误;必需氨基酸是人体不能合成而且是人体需要的氨基酸,因此必需氨基酸只能从食物中获得,故必需氨基酸的种类和含量是评价食物营养价值的重要指标,C正确;通过检测氨基酸的种类不能鉴定区分不同种类的花卉,因为氨基酸不具有物种特异性,D错误。
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6.如图表示某多肽化合物,关于其组成部分数目的判断,错误的是( )
A.1个氨基 B.2个羧基
C.2个肽键 D.3种R基
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D
据图可知,该多肽是由3个氨基酸组成的三肽,含有1个氨基(—NH2)、2个羧基(—COOH)、2个肽键,2种R基(—CH3、—CH2COOH)。
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7.烫发时,先用还原剂使头发角蛋白的二硫键断裂,再用卷发器将头发固定形状,最后用氧化剂使角蛋白在新的位置形成二硫键。这一过程改变了角蛋白的( )
A.空间结构 B.氨基酸种类
C.氨基酸数目 D.氨基酸排列顺序
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A
由题意可知,烫发时,头发角蛋白的二硫键断裂,后用氧化剂使角蛋白在新的位置形成二硫键,这一过程改变了角蛋白的空间结构,没有改变角蛋白的氨基酸种类、数目和排列顺序,A符合题意,B、C、D不符合题意。
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8.蛋白质的结构和功能是多种多样的。下列有关叙述错误的是( )
A.蛋白质功能的多样性是由蛋白质结构的多样性决定的
B.高温能使蛋白质变性,使蛋白质的结构伸展、松散,易于被消化
C.高温使蛋白质空间结构改变失去功能,降低温度可恢复其原有结构和功能
D.蛋白质是生命活动的主要承担者
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C
高温会改变蛋白质的空间结构,从而使蛋白质发生不可逆的改变(失活),降低温度也不能恢复其原有结构和功能,C错误。
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[素能培优练]
9.在胰岛B细胞中先合成胰岛素原,胰岛素原再通过蛋白酶的水解作用,生成胰岛素(如图)。胰岛素原水解所需的水分子中的氢用于( )
A.形成—SH和—OH
B.形成—NH2和—COOH
C.形成—NH2、—COOH和—SH
D.形成—COOH和连接碳的—H
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B
胰岛素原是在胰岛B细胞中由氨基酸经脱水缩合反应形成的,氨基酸经脱水缩合形成胰岛素原的过程中,脱去的水中的氢来自氨基酸的—NH2和—COOH,反之,胰岛素原水解所需的水中的氢用于形成—NH2和—COOH,B符合题意。
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10.如图为人的两种功能不同的多肽类激素——催产素和抗利尿激素的结构示意图,数字表示氨基酸的序号,文字表示氨基酸的缩写,如半胱氨酸缩写为“半胱”。两种激素功能不同的原因是( )
A.连接氨基酸间的化学键不同
B.氨基酸种类不同
C.氨基酸结合方式不同
D.氨基酸数目不同
B
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连接氨基酸间的化学键都是肽键,
A错误;据图分析可知,催产素中
含有异亮氨酸、亮氨酸,而抗利尿
激素中含有苯丙氨酸、精氨酸,二
者氨基酸种类不同,导致蛋白质结
构不同,则功能不同,B正确;氨基酸之间的结合方式都是脱水缩合,C错误;据图分析可知,催产素和抗利尿激素的氨基酸数目一致,D错误。
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11.(多选)“人类肝脏蛋白质组计划”总部设在北京,是中国科学家领导执行的重大国际科技协作计划。下列关于蛋白质的叙述,正确的是( )
A.细胞中的蛋白质都是由一条肽链经加工而形成的
B.蛋白质实现其功能往往伴随着空间结构的变化
C.蛋白质多样性只与氨基酸的种类、数目和排列顺序有关
D.经加热变性的蛋白质也能和双缩脲试剂发生紫色反应
BD
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蛋白质是由一条或多条肽链经盘曲折叠等加工过程而形成的,A错误;蛋白质实现其特定功能一般要依赖其空间结构发生变化,B正确;氨基酸的种类、数目、排列顺序以及蛋白质的空间结构等都会决定蛋白质的多样性,C错误;经加热变性的蛋白质,其肽键并未断裂,仍然可以和双缩脲试剂发生紫色反应,D正确。
12.(多选)细胞受到冰冻时,蛋白质分子相互靠近,当接近到一定程度时,蛋白质分子中相邻近的巯基(—SH)氧化形成二硫键(—S—S—)。解冻时,蛋白质中的氢键断裂,二硫键仍保留(如图所示)。下列说法正确的是( )
A.结冰和解冻过程中蛋白质的相对分子质量均不变
B.在解冻以后蛋白质的功能可能会出现异常
C.巯基(—SH)一定位于氨基酸的R基上
D.抗冻植物可能具有较强的抗巯基氧化的能力
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BCD
结冰时蛋白质中巯基氧化形成二硫键,蛋白质的相对分子质量变小,A错误;蛋白质的结构决定蛋白质的功能,由题干信息“解冻时,蛋白质中的氢键断裂”可知,解冻后的蛋白质结构会发生变化,其功能也可能发生异常,B正确;细胞受到冰冻时,蛋白质分子中相邻近的巯基(—SH)会被氧化形成二硫键(—S—S—),抗冻植物能够适应较冷的环境,根据形态结构和功能相适应的观点,可推知抗冻植物有较强的抗巯基氧化能力,D正确。
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13.我国科学家合成了一种具有镇痛作用而又不会像吗啡那样使病人上瘾的药物——脑啡肽,如图是该物质的结构简式。脑啡肽的合成采用的是蛋白质工程技术,这是生物发展在分子水平上的又一突破。请根据此化合物的结构分析回答下列问题。
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(1)该化合物有________个氨基和________个羧基。
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(1)据图可知,该化合物含有1个游离的氨基和1个游离的羧基。
(2)该化合物是由________个氨基酸失去________分子水而形成的,这样的反应叫作________________,该化合物叫______肽。在形成时,相对分子质量减少了________。
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脱水缩合
五
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(2)该化合物中有4个肽键,它是由5个氨基酸通过脱水缩合而形成的,所以叫作五肽。在形成该多肽时,共脱去4个水分子,相对分子质量减少了4×18=72。
(3)脑啡肽水解后可产生______种氨基酸,造成氨基酸种类不同的原因是___________________________。
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R基(或侧链基团)不同
(3)不同氨基酸的差别在于R基的不同,从脑啡肽结构简式上可以看出,有2个氨基酸的R基相同,所以其水解后可产生4种氨基酸。
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(4)其基本单位的结构通式为____________________________。
(4)蛋白质的基本单位是氨基酸,氨基酸的结构通式见答案。
14.血红蛋白是红细胞内运输氧的特殊蛋白质,是使血液呈红色的蛋白,由珠蛋白和血红素组成,其珠蛋白部分是由两对不同的珠蛋白链(α链和β链)组成的四聚体。镰状细胞贫血(SCD)患者血红蛋白的2条β肽链上第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸,而2条α肽链正常。请思考回答下列问题。
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(1)镰状细胞贫血(SCD)患者血红蛋白中谷氨酸变为缬氨酸,血红蛋白没有发生改变的是( )
A.空间结构 B.氨基酸种类
C.氨基酸数目 D.氨基酸排列顺序
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C
(1)据题意可知,肽链上第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸,该过程中只是改变了一个氨基酸,但是血红蛋白的功能随之发生了改变,所以氨基酸种类、氨基酸排列顺序、蛋白质的空间结构发生了改变,但是氨基酸数目没有发生改变。
(2)血红蛋白的水解和变性过程不同,水解是蛋白质中________断裂,分解为________的过程,和脱水缩合的过程相反。变性是血红蛋白______________被破坏的过程,此过程肽键不断裂;除加热外,________________等均能引起蛋白质发生变性而失去生物活性。
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肽键
氨基酸
空间结构
酸、碱、酒精
(2)血红蛋白水解时,肽键断裂,分解为氨基酸。变性时血红蛋白空间结构被破坏,但肽键不断裂;除加热外,酸、碱、酒精等均能引起蛋白质发生变性而失去生物活性。
(3)某人体内既能产生正常的α和β肽链,也能产生异常的α和β肽链,则其体内一个血红蛋白分子中最多有_____条异常肽链,最少有_____条异常肽链。
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(3)SCD患者血红蛋白的2条β肽链上第6位氨基酸由谷氨酸变为缬氨酸,形成异常的2条β肽链,但是2条α肽链正常。某人体内既能产生正常的α和β肽链,也能产生异常的α和β肽链,正常的血红蛋白的4条肽链都正常;异常的血红蛋白中2条肽链正常,2条肽链异常,所以其体内一个血红蛋白分子中最多有2条异常肽链,最少有0条异常肽链。
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