2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者

第二章第4节 《蛋白质是生命活动的承担者》 通过问题探讨导入新课 1、从某些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。为何这种缝合线可以被人体组织吸收？这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收？这对你认识蛋白质的化学组成有什么启示？ 组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质；胶原蛋白变为小分子物质（氨基酸）才能被吸收。 2、美容院给顾客注射胶原蛋白，为什么可以使肌肤饱满且富有弹性？这种效果能长时间保持吗？ 胶原蛋白能锁住水分，保持肌肤有弹性，但胶原蛋白会被酶水解，不能长期保持这种效果。 参与组成细胞结构的作用 许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，称为结构蛋白，例如肌肉、头发、羽毛、蛛丝等的成分，主要都是蛋白质。 有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素。 催化作用 细胞中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 有些蛋白质就有运输功能，如血红蛋白可以运输氧气。 免疫防御作用 有些蛋白质有免疫功能，人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。 传递信息，调节生命活动的作用 一、蛋白质的功能 蛋白质功能记忆口诀：“催狗运面条” “催”：催化作用，如酶蛋白 “狗”：细胞和生物体结构的重要成分 “运”：作为运输物质的载体，如血红蛋白运输氧气 “面”：具免疫功能的蛋白质，如抗体蛋白 “条”：调节生命活动，如激素蛋白 例析.有关人体内蛋白质的功能，下列叙述错误的是( ) A.有些蛋白质具有运输作用 B.有些蛋白质具有催化作用 C.许多蛋白质是构成细胞结构的重要物质 D.有些蛋白质是细胞代谢的主要能源物质 D 问题1、氨基酸的组成元素是什么？ 问题2、找出共同点和不同点,写出氨基酸的结构通式？ 问题3、氨基酸分子结构有什么特点？ 甘氨酸 缬氨酸 丙氨酸 亮氨酸 阅读书本P29“蛋白质的基本组成单位-氨基酸”，结合下图回答下列问题： （2）必需氨基酸：人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取的氨基酸，共8种，苯丙氨酸、蛋(甲硫)氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸。（婴儿有9种，加组氨酸） （1）非必需氨基酸：人体细胞能够合成的氨基酸，共13种。 巧计方法："笨蛋， 来宿舍晾一晾鞋” 二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1、氨基酸的种类：组成人体蛋白质的氨基酸有21种。 7 3、氨基酸的结构通式： 4、氨基酸的结特点： ①每个氨基酸分子至少有一个 和一个 ，并且都有一个氨基和一个 羧基连在 碳原子上。这个碳原子还连接 和 （R表示） ②因 的不同，氨基酸种类不同，共有 种。 羧基 同一个 R基 氨基 21 2、组成元素：主要是C、H、O、N，有的还含有S 一个氢原子 一个侧链基团 氨基 C COOH H H2N R 羧基 对比以下生物体内组成蛋白质的几种氨基酸,检验结构通式的正确性 1. 下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是 （ ） A A. NH2—CH2—COOH B. NH2—CH2—CH2OH — C. NH2—CH—(CH2)2—COOH NH2 — D. HOOC—CH—CH2—COOH COOH 巩固练习 C COOH CH3 HOOC H C NH2 CH3 H2N H CH NH2 HOOC CH NH2 HOOC ① ② ③ ④ ⑤ × × × √ √ H C NH2 HOOC CH2 NH2 H C HOOC H CH2 NH2 2. 下列分子是不是氨基酸？如果是，R基是什么？ 问题1、氨基酸形成蛋白质的方式叫什么？ 问题2、连接两个氨基酸分子的化学键名称 是什么？是如何形成的？ 问题3、什么是二肽？什么是多肽？什么是 肽链？ 阅读书本P30“蛋白质的的结构及其多样性”，结合下图2-10回答下列问题： 三、蛋白质的结构及其多样性 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。 1、氨基酸的结合方式——脱水缩合 C H R1 H2N C O OH 2、肽键：连接两个氨基酸分子的化学键。（如图所示） H H2O H N C H R2 C O OH H H2O H N C H R3 COOH 二肽 肽键 三肽 肽键 肽键 3、二肽与多肽：由两个氨基酸缩合而成的化合物叫做二肽；由多个氨基酸缩合而成的，含有多个肽键的化合物叫做多肽。 1、氨基酸脱水缩合产生的水中氢和氧原子分别来自氨基酸的—NH2、—COOH。 2、氨基酸脱水缩合产生的一条多肽链中，至少含一个氨基和一个羧基，分别在肽链的两端，多余的氨基和羧基分布在R基中。 知识小结： 3、多肽通常呈链状，肽链是多肽的结构形式 —C H2N 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 ③ （1）该化合物中，①表示_____⑦表示______③ 表示_____ ； （2）该化合物由____个氨基酸通过____________ 反应，失去____个水分子形成的，有氨基___个，有羧基__个，含有____个肽键。 （3）该化合物称为 _______ 氨基 羧基 肽键 2 2 四肽 4 脱水缩合 3 3 观察下图，讨论并回答P31思考与讨论中的问题 氨基酸之间脱水缩合形成肽链 1 一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠 2 肽链进行进一步盘绕形成一定的空间结构 3 四条肽链聚集形成复杂空间结构 4 三、蛋白质的结构 S S C O H O O - 氢键 二硫键 S S 由于氨基酸之间能够形成氢键、二硫键等，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。 （丢失两个H） —SH —SH —S—S— + 2H 问题1、为什么肽链能够折叠？空间结构靠什么维持？ 问题2、从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？ 氨基酸→二肽→三肽→……→多肽→一条或几条多肽链盘曲折叠形成蛋白质。 蛋白质 多肽 氨基酸 胃蛋白酶 肠肽酶 胰蛋白酶 不一样，人体中的蛋白质具有完成人体生命活动的结构和功能。 问题3、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？ 2110 问题4、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？（每种氨基酸数量足够多） 氨基酸的种类不同；氨基酸的数量不同；氨基酸的排列顺序多种多样 （见右图） 肽链数目、盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同 1、氨基酸层面 2、肽链层面 四、蛋白质多样性的原因 每一种蛋白质分子都有与其所承担功能相适应的独特的结构，如果氨基酸序列改变，就可能影响其功能。（例镰状细胞贫血症） 正常血红蛋白 异常血红蛋白 谷氨酸被缬氨酸取代 镰状细胞贫血患者血红蛋白运输氧的能力大为削弱 五、蛋白质的结构与功能的关系 1.组成蛋白质分子结构的层次由低到高依次是( ) A.C、H、O、N等元素→氨基酸→二肽→多肽→形成一定的空间结构 B.C、H、O、N等元素→氨基酸→多肽→二肽→形成一定的空间结构 C.C、H、O、N等元素→二肽→多肽→形成一定的空间结构 D.氨基酸→二肽→多肽→形成—定的空间结构 A 2.生物体内的蛋白质千差万别，其原因不可能是( ) A.氨基酸的空间结构不同 B.组成蛋白质的氨基酸的种类和数量不同 C.氨基酸的排列顺序不同 D.蛋白质的空间结构不同 A （1）定义：蛋白质在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失的现象。 （2）影响变性因素：化学因素（如强酸、强碱、重金属离子、酒精）、物理因素（如加热、剧烈振荡、超声波、射线等） （3）变性实质：蛋白质的空间结构发生了改变。但在变性过程中，肽键没有断裂（可以用双缩脲试剂鉴定），化学组成也没有改变。 （4）结果：生物活性丧失；粘度增加、扩散系数降低；容易聚集沉淀。 六、蛋白质的其他知识 1、蛋白质变性 变性的蛋白质生物活性丧失，一些原来在分子内部包藏的侧链基团暴露出来，物理化学性质改变，蛋白质变性后，分子结构伸展松散，易被蛋白水解酶分解。变性蛋白质比天然蛋白质更易受蛋白水解酶作用。这就是熟食易于消化的道理。 25 1.下列关于蛋白质变性的叙述，正确的是( ) A.蛋白质变性是由肽键的断裂造成的 B.蛋白质变性后能与双缩脲试剂发生反应 C.蛋白质变性后其特定功能并未发生改变 D.蛋白质变性是可逆的 B 问题思考：为什么吃熟鸡蛋和熟肉更容易消化？ 高温使蛋白质的空间结构变得伸展、松散，分子结构伸展松散，易被蛋白水解酶分解。 卷曲、紧密 伸展、松散 蛋白质在某些盐（如氯化钠、硫酸钠等）的溶液中溶解度降低而析出的现象，降低盐溶液浓度后，蛋白质又会重新溶解。氨基酸顺序不变，肽键不变，空间结构不变，功能不变。 在鸡蛋清中加一些食盐，会看到白色絮状物，兑水稀释后絮状物消失。 2、蛋白质的盐析 变性的蛋白质生物活性丧失，一些原来在分子内部包藏的侧链基团暴露出来，物理化学性质改变，蛋白质变性后，分子结构伸展松散，易被蛋白水解酶分解。变性蛋白质比天然蛋白质更易受蛋白水解酶作用。这就是熟食易于消化的道理。 28 蛋白质在酶的催化作用下，肽键断裂，蛋白质分解为短肽或氨基酸。 水解酶 彻底水解 短肽 氨基酸 水解酶 初步水解 蛋白质 3、蛋白质的水解 （一）规律总结： （1）蛋白质（多肽链）分子量= 氨基酸分子量×氨基酸数目-18×脱水数 （2）肽腱数=脱水数=氨基酸数—肽链条数 （3）游离氨基和羧基数=肽链数+R基中的氨基或羧基数（如有至少则等于肽链数） 七、蛋白质的相关计算 1、蛋白质相对分子量、氨基酸数、肽链数、肽键数、、脱去水分子数、游离氨基（羧基）数之间关系 （1）多肽中C原子数=肽链数×1+R基中C原子数+肽键数+氨基酸个数=各氨基酸中C原子数=氨基酸数×2+R基上C原子数 （2）多肽中N原子数=肽键数+肽链数+R基中N原子数=各氨基酸中N原子数 （3）多肽中H原子数=肽链数×3+R基中H原子数+氨基酸数+肽键数=各氨基酸中H原子数-脱去水分子数×2 （4）多肽中O原子数=肽键数+肽链数×2+R基中O原子数=各氨基酸中O原子数-脱去水分子数 2、利用原子守恒法计算肽链中的原子数 3、若为环状多肽，相关计算规律如下： （1）肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数 （2）游离氨基或羧基数目＝R基中含有的氨基或羧基数 例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）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4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．若新生成的4条多肽链总共有5个羧基，那么其中必有1个羧基在R基上 D．若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链将脱去3个H2O分子 A （二）实例应用 点评：根据丙氨酸的位点可知，应该断裂8个肽键，需要消耗8个水分子，8个水分子中含有8个O和16个H。 例2、现有一多肽，其分子式是C42H65O9N11，它彻底水解后只得到三种氨基酸：甘氨酸（C2H5O2N）、苯丙氨酸（C9H11O2N）、赖氨酸（C6H14O2N2），则此多肽水解后的产物中含赖氨酸多少个（ ） A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 C 点评：先从O元素入手，求出该多肽含的氨基酸个数，再从N元素入手求出赖氨酸数量。方法：一看、二想、三动手。设三个未知数的方法不可取。 例3、经测定某多肽分子式为C21HxOyN4S2(无二硫键)。已知该多肽是由下列氨基酸中的几种原料合成的：苯丙氨酸（C9H11NO2),天冬氨酸（C4H7NO4），丙氨酸（C3H7NO2），亮氨酸（C6H13NO2）,半胱氨酸（C3H7NO2S），请回答： （2）该多肽分子中的H原子数是 ,O原子数是 。 （1）该多肽共由 个氨基酸组成，参与氨基酸的种类和数目为 。 4 2个半胱氨酸、1个苯丙氨酸、1个亮氨酸 32 5 点评：先从N入手，每个氨基酸都只含有一个N，所以共有4个氨基酸；再从S入手，确定含有2个半胱氨酸；最后从C入手,确定含有1个苯丙氨酸和1个亮氨酸（两种氨基酸中C原子总和为15个）；已知该多肽由4个3种氨基酸组成，由此分别求出H原子和O原子数目。 A．一个C22H34O13N6分子存在1个游离的氨基和4个游离的羧基 B．一个C22H34O13N6分子水解后可以产生3个谷氨酸 C．一个C22H34O13N6分子彻底水解后将产生5个水分子 D．一个C22H34O13N6是由6个氨基酸脱水缩合而成 例4、一条肽链的分子式为C22H34O13N6，其水解后共产生下列3种氨基酸，据此判断，下列有关叙述错误是（ ） C 点评：多肽彻底水解需要消耗水分子，所以C错误。 例5、如图为牛胰岛素结构图，下列说法正确的是（　） A．牛胰岛素为51肽，其中含有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20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 B $$