2025届高三生物一轮复习课件第4讲 生命活动的主要承担者——蛋白质

第四讲 蛋白质是生命活动的承担者 蛋白质的结构、功能 考点一 2 结构蛋白 构成细胞和生物体结构 如:头发、肌肉 免疫作用 人体内的抗体和细胞因子都是蛋白质 调节作用 起信息传递功能如:胰岛素 细胞内的化学反应离不开酶的催化 绝大多数酶都是蛋白质 运输作用 具有运输功能如:血红蛋白运输氧、载体蛋白 少数酶是RNA 血红蛋白在氧浓度高的地方与氧结合, 在氧浓度低的地方与氧分离 催化作用 一、蛋白质的功能 狗催运面条 注 意:激素、神经递质等信息分子的受体有的分布在细胞膜的外表面,是糖蛋白,有的分布在细胞内,是蛋白质,它们起到识别和传递信息的作用。 3 常见蛋白质的分布与功能 大本 P18 常见蛋白质的分布与功能 除 外,有的还含有 等。 1.元素组成: 2.结构: C、H、O、N S C H H2N R 氨基 羧基 侧链基团 C OH O ①氨基酸的结构通式 每个氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH),并连在同一个碳原子(中心碳原子)上。 ②特点 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。 二、组成蛋白质的氨基酸的元素组成、结构与种类 分子式C2H4O2N-R 6 C H NH2 (CH2)4NH2 NH2 C H NH2 C O OH CH3 C H NH2 (CH2)2COOH COOH C H NH2 CH2COOH H 1.以上属于构成蛋白质的氨基酸是:_ ①③ 2.如果是组成蛋白质的氨基酸,找出它的R基? ① ③ ② ④ 7 1.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 ( ) 5、9、4、1 B. 4、8、5、1 C. 5、8、4、1 D. 4、9、4、1 A 8 3.种类: 氨基酸的种类由R基决定。 21种氨基酸 非必需氨基酸: 必需氨基酸: 人体可自身合成的氨基酸,共13种 人体不能自身合成的氨基酸,共8种 必需氨基酸 甲 来 写 一 本 亮 色 书 缬 甲硫 赖 异亮 亮 苯丙 苏 色 婴儿有9种,比 成人多的一种是组氨酸。 二、组成蛋白质的氨基酸的元素组成、结构与种类 思考:评价蛋白质营养价值时,人们格外注重的是哪种氨基酸的种类和含量? 依据在人体内能否合成 人体的必须氨基酸的来源:只能来自食物; 非必需氨基酸来自于食物和自身细胞合成 仅在含硒的蛋白质存在第21种氨基酸(硒代半胱氨酸)。 P二67,密码子表,UGA是终止密码,但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸 9 ①氨基酸 的功能 a.作为肽或者蛋白质的基本单位(主要功能)。 b.某些氨基酸可作为神经递质。 谷氨酸、甘氨酸 c.氨基酸 糖类(非糖物质转化) d.氨基酸氧化分解供能。 作为能源物质 f.色氨酸 吲哚乙酸(IAA) ②氨基酸 的运输 a.细胞膜上载体蛋白 b.细胞质基质、线粒体和叶绿体中的tRNA 跨膜运输 运入核糖体 e.酪氨酸 黑色素 衰老细胞,酪氨酸酶活性下降,黑色素减少 氨基酸知识拓展 10 R基团不一定含有C原子,如甘氨酸,R基团为H原子 ①R基团中一定含有C原子( ) ②蛋白质都由C、H、O、N四种元素组成( ) ③(教材P30)长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而导致疾病( ) A.部分氨基酸含S元素,如甲硫氨酸;B.有些蛋白质还含有特殊元素,如血红蛋白含有Fe元素、铜蓝蛋白含有Cu元素。 √ ④氨基酸都符合氨基酸的结构通式( ) 赖氨酸是人体必需氨基酸,必须从食物中获得,而玉米等谷类食物中缺少赖氨酸。 脯氨酸 Tips:不是所有的氨基酸都会构成蛋白质。 非标准氨基酸 归纳总结:关于氨基酸组成及其结构的常见错误 C H R1 H2N OH C O H2O C H COOH R2 H N H 肽键 二肽 一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(-NH2),脱去一分子水而连接起来,这种结合方式叫做脱水缩合。 三、蛋白质的合成 12 肽键 C H COOH R3 H N OH H C C H R1 H2N C O C H R2 H N O 二肽 H2O H2O 三肽 肽键 以此类推,由多个氨基酸分子缩合而成的含有多个肽键的化合物,叫多肽。多肽通常呈链状,叫作肽链。 参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基,而不是R基中的氨基和羧基。 H2O中H的来源: ;O来源于 。 一个来自氨基一个来自羧基 羧基 三、蛋白质的合成 13 多肽 脱水缩合 核糖体 蛋白质 盘曲折叠 内质网、高尔基体 氨基酸 三、蛋白质的合成 三 级 结 构 一 级 结 构 四 级 结 构 二 级 结 构 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的空间结构 通常核糖体上合成的多肽没有活性,需要经过盘曲折叠(在内质网、高尔基体上完成)形成有一定空间的蛋白质,才能发挥作用。 14 多肽 脱水缩合 核糖体 蛋白质 盘曲折叠 内质网、高尔基体 (1)肽链内相邻氨基酸通过肽键相连接;不相邻的氨基酸可以通过氢键相连接,使肽链能够盘曲折叠形成特定的空间结构; (2)有些蛋白质分子含有两条或多条 肽链,它们通过一定的化学键如:二硫键相互结合,形成更加复杂的空间结构。 (3)氨基酸的运输工具:tRNA(61种) 氨基酸 三、蛋白质的合成 巯基—SH —SH + —S—S— + 2H 人胰岛素 15 —C NH2 H H —C— O N— H C— CH3 H H —C— O N— H C— H CH2 C O NH2 —C— O N— H H 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。 (3)该化合物共有多少种氨基酸参与 ,名称是_。 (4)形成该化合物时,反应式叫_ _ 氨基 羧基 肽键 2 1 四肽 三种 脱水缩合 氨基和羧基共同参加的反应——脱水缩合 氨基酸:21种 蛋白质: 数万种 蛋白质是以 为基本单位构成的生物大分子。 氨基酸 ? 四、蛋白质的结构多样性与功能多样性 结构 多样性 功能 多样性 决定 氨基酸_ 氨基酸_ 氨基酸_ 肽链数目和盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同 功能蛋白 结构蛋白 (组成细胞和生物体) 种类 数目 排列顺序 原因: _ (蛋白质类激素) _ (大多数酶) _ (载体蛋白, 血红蛋白) _ (抗体,溶菌酶,细胞因子) 调节 催化 运输 免疫 _ (糖蛋白) 识别 下丘脑、垂体、胰岛分泌 18 功能多样性 结构多样性 1.意义: 2.蛋白质多样性的原因 ①直接原因: ②根本原因: 氨基酸的种类、数目和排列顺序,蛋白质的空间结构。 DNA分子的多样性。 蛋白质的多样性决定生物的多样性 不同蛋白质有不同的氨基酸序列(排列顺序),直接由mRNA上的碱基决定,最终是由DNA中的碱基序列(脱氧核苷酸序列)决定。 四、蛋白质的结构多样性与功能多样性 19 五、蛋白质的变性和盐析 1、变性:蛋白质在某些物理和化学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_丧失的现象。 空间构象 生物活性 过酸、过碱、重金属盐或高温会使蛋白质的 遭到破坏,使酶永久失活,但肽键 ,依然能和双缩脲试剂发生紫色反应;低温不会破坏蛋白质的空间结构,只是抑制其功能。 空间结构 并未断裂 ②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。 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, 易于被蛋白酶水解,因而易于消化。 变性后变化 2.蛋白质的盐析: 在高浓度盐溶液中因溶解度下降使蛋白质凝聚而从溶液中析出,蛋白质的空间结构没有发生变化,在加水稀释后可以重新溶解。是物理变化,可复原。 盐析为可逆过程。 五、蛋白质的变性和盐析 氨基酸顺序 ,肽键 , 空间结构 ,功能 。 理化性质_,生物活性_。 不变 不变 改变 改变 改变 丧失 21 3.蛋白质的水解: 在蛋白酶作用下,肽键断裂,蛋白质初步水解为短肽,短肽进而彻底水解为氨基酸。水解和脱水缩合的过程是相反的。 肽键的断裂需要蛋白水解酶(肽酶)。 易错辨析 (1)细胞内蛋白质发生水解时,通常需要另一种蛋白质的参与。 ( ) √ 五、蛋白质的变性和盐析 22 蛋白质是生命活动的主要承担者内容聚焦 约 21 种 课堂练习: 一、易错辨析 1.具有氨基和羧基的化合物,都是构成蛋白质的氨基酸( ) 2.脱水缩合形成的多肽中含有几个肽键就称为几肽( ) 3.变性蛋白质不能与双缩脲试剂发生反应( ) 4.氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构( ) 5.蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化( ) 6.蛋白质是生命活动的主要能源物质( ) 7.组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合。( ) 8.若是环状多肽,则一定没有游离的氨基和羧基。( ) 9.所有的蛋白质在核糖体中合成后已具有正常的生理功能。( ) 10.核酸和蛋白质高温变性后降温都能缓慢复性。( ) √ √ 1.(源于必修1 P21“正文”)请叙述氨基酸的结构特点: 每种氨基酸分子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,这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团。 2.(源于必修1 P22图2-6)胰岛素在核糖体上合成后还不具有降低血糖的生物学活性,请从蛋白质的结构方面分析原因: 核糖体上合成的多肽需经内质网、高尔基体加工后才具备一定的空间结构,从而成为有活性的蛋白质。 阐述基本原理,突破长句表达 25 3.(源于必修1 P23“与生活的联系”)熟鸡蛋更容易消化的原因是: 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。 4.(源于必修1 P23“与生活的联系”)蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗?请说明理由。 能。因为高温破坏了肽链盘曲、折叠形成的空间结构,没有破坏氨基酸之间的肽键。 阐述基本原理,突破长句表达 26 蛋白质的相关计算 考点二 27 1、计算某个氨基酸中C、H、O、N等元素的原子数: 例1:丙氨酸的R基为—CH3,在一个丙氨酸分子中,含有碳和氧的原子数分别是 ( ) A.3,4 B. 4,3 C.3,2 D. 4,4 C C2H4O2N-R C NH2 COOH H R 28 C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C H COOH R2 H N 一条肽链两端各有1个游离的氨基和羧基,所以1条肽链至少有1个游离的氨基和羧基;m条肽链至少含有m个氨基和m个羧基。 2.氨基数、羧基数的计算 肽链数 至少含有的氨基数/羧基数 = 游离氨基数/羧基数=肽链数 + R基中含有的氨基数/羧基数 C H R1 NH2 C O C H R2 H N COOH 29 2.氨基数、羧基数的计算 例2:一个蛋白质分子由2条肽链构成,共有 266个氨基酸组成,则这个蛋白质分子至少含有的氨基和羧基数目分别是( ) A.264和266 B.265和264 C.264和3 D.2和2 练习:现有1000个氨基酸,共有氨基1020个,羧基1050个,有他们合成的4条肽链中,氨基、羧基是数目分别是( ) A、1016、1046 B、1、 1 C、24、 54 D、1016、1046 D C 变式: 一个蛋白质分子由四条肽链组成,364个氨基酸形成,则这个蛋白质分子含有的-COOH和-NH2数目分别为 ( ) A. 366、366 B. 362、362 C. 4、4 D. 无法判断 D 30 3.肽键数、脱水数、氨基酸数和肽链数之间的关系 氨基酸 肽键 氨基酸数 肽链数 肽键数 脱水数 - = = 2 5 6 3 1 1 8 2 2 6 5 6 - = = - = = 肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数-肽链数 (1)链状肽: 31 3.肽键数、脱水数、氨基酸数和肽链数之间的关系 (2)环状肽: 氨基酸 肽键 氨基酸数 肽链数 肽键数 脱水数 5 5 3 1 1 3 3 5 氨基酸数=肽键数=脱去的水分子数 32 3.肽键数、脱水数、氨基酸数和肽链数之间的关系 例3、血红蛋白分子中含574个氨基酸,4条肽链,在形成此蛋白质分子时,脱下的水分子数和形成的肽键的数目分别是 ( ) A.573和573 B.573和570 C.570和573 D.570和570 D 练习:1.人体血红蛋白的一条肽链有145个肽键,形成这条肽链的氨基酸分子数以及它们在缩合过程中生成的水分子数分别是( ) A.145和144 B.145和145 C.145和146 D.146和145 D 298=(300-2) 2.300个氨基酸组成两条肽链的蛋白质时,问脱掉多少个水分子, 形成多少个肽键? 33 4、蛋白质分子量的计算 假设形成某蛋白质的氨基酸个数为n,肽链数为1条或者m条,组成蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量为a。(不考虑二硫键) 肽链数 氨基酸数 肽键数 脱水数 肽链 分子量 氨基数 羧基数 1条 m条 n n-1 n-1 an-18(n-1) 至少1个 至少1个 n n-m n-m an-18(n-m) 至少m个 至少m个 【特别提醒】如肽链上出现一个二硫键(—S—S—)时, 要再减去2(即两个氢原子),若无特殊说明,不考虑二硫键。 34 4、蛋白质分子量的计算 例4.某蛋白质由2条肽链、502个氨基酸组成。在其脱水缩合的过程中,相对分子质量至少减少( ) A.36 B.9000 C.9018 D.9072 B 练习1、20种氨基酸平均分子量是128,有一蛋白质由两条多肽链组成,共有肽键98个,求此蛋白质的分子量。 128 (98+2)-18 98=11036 35 4、蛋白质分子量的计算 练习2、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,18m B.(m-4),18(m-4) C.(m-3),18(m-3)+4 D.(m-2),18(m-2)+4 D 36 5、利用原子守恒法计算肽链中的原子数 氨基酸的分子式可写作:<m></m>,在脱水缩合形成多肽时,<m></m>和<m></m>数量减少,C、<m></m>的数目不变。多肽中的相关数量关系如下: 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 ①N原子数= 肽键数+肽链数+R基上的N原子数 = 各氨基酸中的N原子总数 ②O原子数= 肽键数+2 肽链数+R基上的O原子数 = 各氨基酸中的O原子数 – 脱去水分子数 5、利用原子守恒法计算肽链中的原子数 ③碳原子数=氨基酸的分子数 2+R基上的碳原子数 ④氢原子数=各氨基酸中氢原子的总数-脱去的水分子数 2 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5、现有氨基酸100个,其中氨基总数为102个,羧基总数为101个,则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质中,含有氧原子的数目是( ) A.101 B.102 C.103 D.104 D 38 例6:某十一肽的分子式为C61H83O20N12,已知它由下列5种氨基酸组成:甘氨酸(C2H5NO2)、丙氨酸(C3H7NO2)、苯丙氨酸(C9H11NO2)、谷氨酸(C5H9NO4)、赖氨酸(C6H9O2N2),那么该多肽彻底水解可产生谷氨酸和赖氨酸的分子数分别为( ) A.4个、2个 B.5个、1个 C.6个、2个 D.4个、1个 C61H83O20N12 +10H2O (11-x) 其他氨基酸 + x(C5H9NO4) C61H83O20N12 +10H2O (11-y) 其他氨基酸 + y(C6H9O2N2) N原子守恒: 12=11-y + 2y O原子守恒: 20+10=2(11-x) + 4x x=4 y=1 D 5、利用原子守恒法计算肽链中的原子数 例7:有一条由12个氨基酸组成,分子式为CXHYOWNZS(Z>12,W>13),这条多肽链经过水解后的产物中有5种氨基酸:半胱氨酸(C3H7O2NS)、丙氨酸(C3H7O2N)、天冬氨酸(C4H7O4N)、赖氨酸(C6H14O2N2)、苯丙氨酸(C9H11O2N)。水解产物中天冬氨酸的数目是( ) A.(Y+12)个 B.(Z+12)个 C.(W-13)个 D.(W-13)/2个 D 5、利用原子守恒法计算肽链中的原子数 1.某50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.该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子 B.若将得到的5个氨基酸缩合成5肽,则有5种不同的氨基酸序列 C.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 D.新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基 C 综合题 41 【解析】据图分析可知,每脱掉1个丙氨酸需要破坏2个肽键,脱掉4个丙氨酸共破坏了8个肽键,即有8分子水参与,故该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子,A项正确; 得到的5个氨基酸,其中有4个是丙氨酸,故这5个氨基酸缩合成5肽,可有5种不同的氨基酸序列,B项正确; 若这4条多肽链重新连接成一条长链,则需要形成3个肽键,脱去3分子水,C项错误; 每条肽链中至少有1个游离的氨基和1个游离的羧基,故新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基,D项正确。 蛋白质水解有关计算 (1)若除去多肽内部的一个氨基酸,需水解掉两个肽键;若除去多肽一端的一个氨基酸,需水解掉1个肽键。 (2)每水解1个肽键,则需要1分子水参与,肽键数减少1个,生成物与原多肽相比氧原子增加1个,氢原子增加2个,氨基增加1个,羧基增加1个。 43 2.某多肽有20个氨基酸,其中含天门冬氨酸4个,分别位于第5、6、15、20位(见图);肽酶X专门作用于天门冬氨酸羧基端的肽键,肽酶Y专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键,下列相关叙述不正确的是( ) A.该20肽含有19个肽键 B.该20肽游离的氨基和羧基各为1个和5个 C.肽酶X完全作用后产生的多肽共含有氨基酸19个 D.肽酶Y完全作用后产生的多肽中氧原子数目比20肽少了4个 B 综合题 44 3.现有足量的a、b两种氨基酸,则这两种氨基酸脱水缩合可以形成二肽的种类数是( ) A.6 B.2 C.4 D.8 【解析】二肽由两个氨基酸组成,这个问题实际上是求两种氨基酸在两个位置上的排列方式的种类。二肽的第一个位置上的氨基酸有两种选择(a或者b),第二个位置上的氨基酸也有两种选择,所以种类数为2 2=4,即有a-a、b-b、a-b、b-a 4种。 C 综合题 3.现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3种氨基酸,它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类分别最多有( ) A. 9种,9种 B. 6种,3种 C. 18种,6种 D. 27种,6种 【解析】足量的3种氨基酸构成的三肽有33=27种。对于包含3种氨基酸的三肽种类的理解,可借用示意图“ — — ”来分析,即第一个位置的氨基酸有3种情况,第二个位置只能从另2种氨基酸中任选1种,第三个位置只能安放剩余的1种,即3 2 1=6种。 D 综合题 1 基因表达中氨基酸与相应DNA、mRNA中碱基之间的数量关系如图所示: DNA(基因) mRNA 蛋白质 转录 翻译 碱基数 ∶ 碱基数 ∶ 氨基酸数 6 ∶ 3 ∶ 1 由于mRNA中有终止密码子等原因,上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA(基因)上的6个碱基。 拓展:利用基因表达的过程进行计算 47 例8:氨基酸的平均相对分子质量为120,如有一个两条链的多肽,相对分子质量是12276,合成这个多肽的氨基酸数和指导它合成的DNA分子脱氧核苷酸数至少依次是( ) A.144,864 B.144,432 C.120,720 D.120,360 【解析】多肽的相对分子质量=氨基酸数 氨基酸平均相对分子质量-(氨基酸数-肽链条数) 18,把相应数字代入上式可得:氨基酸数=120,DNA分子中脱氧核苷酸数∶相应mRNA分子中核糖核苷酸数∶指导合成的蛋白质中氨基酸数=6∶3∶1,可知DNA分子中脱氧核苷酸数至少=6 120=720。 C 拓展:利用基因表达的过程进行计算 $$