2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者（优质精讲课）-【上好课】2024-2025学年高一生物同步精品课堂（人教版2019必修1）

第4节 蛋白质是生命活动的 主要承担者 第2章 组成细胞的分子 必修一 蛋白质的功能 1 蛋白质的基本单位——氨基酸 2 目录 蛋白质的结构及其多样性 3 习题检测 4 一、学习目标 二、重难点 1.归纳概括氨基酸的结构通式和特点， 说出氨基酸脱水缩合形成多肽或蛋白质的过程。 2.概述蛋白质的结构和功能。 3.阐明蛋白质是生命活动的主要承担者， 认同蛋白质与人体营养、健康等关系密切。 1.举例说明生命系统的结构层次。 2.认同细胞是基本的生命系统。 3.掌握细胞学说内容。 蛋白质的功能 1 问题探讨 1.为什么这种缝合线可以被人体组织吸收？ 2.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？ 因为组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。 要变为小分子物质才能被吸收，初中学习过食物中的蛋白质要分解为氨基酸才能被吸收，因此说明蛋白质在化学组成上应该可以分解为更小的分子。 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。 5 结构蛋白 构成细胞和生物体结构 如：头发、肌肉 免疫作用 具有免疫功能如： 人体内的抗体都是蛋白质 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 具有运输载体的功能 如：血红蛋白运输氧 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 狗催运面条 蛋白质的功能 1 6 蛋白质的功能 1 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、防御等功能。可以说细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。 蛋白质是生命活动的主要承担者。 组成细胞的有机物含量最多的就是蛋白质，蛋白质是目前已知的结构最复杂、功能最多样的分子。 功能多样性 结构多样性 7 蛋白质的基本单位——氨基酸 2 蛋白质的基本单位——氨基酸 2 甘氨酸 缬氨酸 C H C H H2N OH O C H C H2N OH O CH3 CH3 CH C H C H2N OH O CH3 C H C H2N OH O CH2 CH3 CH3 CH 丙氨酸 亮氨酸 9 1.结构 C H H2N R 氨基 羧基 侧链基团 C OH O 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上。 分子式C2H4O2N-R 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。 （1）结构通式 （2）特点 2.元素组成 除 外，有的还含有 等。 C、H、O、N S 蛋白质的基本单位——氨基酸 2 10 3.种类 氨基酸的种类由R基决定。 （2）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 携 来 一 本 亮 色 书 甲硫 缬 赖 异亮 亮 苯丙 色 苏 婴儿有9种，比 成人多的一种是组氨酸。 决定氨基酸的种类和理化性质。 （1）R基的意义 蛋白质的基本单位——氨基酸 2 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 11 1.下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸( ) A.CH3—CH2—COOH B.R—CH2—NH2 C. D. D 习题巩固 12 2.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 习题巩固 氨基酸的结构通式的简式是：C2H4O2NR，谷氨酸的R基为—C3H5O2，所以谷氨酸的分子简式是：C5H9O4N。 13 蛋白质的结构及其多样性 3 蛋白质的结构及其多样性 3 一、蛋白质的合成 C H R1 H2N OH C O H2O C H COOH R2 H N H 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。 15 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 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 一、蛋白质的合成 16 多肽 脱水缩合 核糖体 蛋白质 盘曲折叠 内质网、高尔基体 1.肽链中的氨基酸之间能够形成氢键等，从而使得肽链能盘曲 形成具有一定空间结构的蛋白质。 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： 二硫键相互结合在一起。 氨基酸 一、蛋白质的合成 17 二硫键的形成 SH SH S S ＋ 2H SH 巯基： 有些蛋白质含有多条多肽链， 通过二硫键维系在一起。 二硫键是两个半胱氨酸经过脱氢，在两个硫原子之间形成的化学键。 —SH —SH + —S—S— + 2H 18 蛋白质的结构及其多样性 3 氨基酸 （成百上千） 肽链 （一条或几条） 蛋白质分子 脱水缩合 肽键相连 一定的化学键相连 折叠、盘曲、缠绕 A-A-A-A-A-A A-A-A-A-A-A-A-A-A A-A-A-A 1 A-A-A-A B-B-B-B C-C-C-C 2 A-B-C-D B-D-C-A C-B-D-A 3 4 氨基酸数目不同 氨基酸种类不同 氨基酸排列顺序不同 肽链盘曲、折叠方式、空间结构不同 蛋白质结构的多样性 19 蛋白质的结构及其多样性 3 二、蛋白质的结构多样性与功能多样性 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。 20 蛋白质的结构及其多样性 3 三、蛋白质的结构和功能相适应 每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能。 21 蛋白质的结构及其多样性 3 四、蛋白质的盐析和变性 1.蛋白质的变性 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。 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。 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。 低温不会破坏蛋白质的空间结构，只是抑制其功能。 （1）应用 22 1.蛋白质的变性 （2）变性后的变化 ①空间结构改变(氨基酸排列顺序不变) ②生物学功能丧失（如：高温消毒、灭菌） ③水溶性下降(易沉淀) ④更易被水解(食物煮熟易消化) 2.蛋白质的盐析 不破坏空间结构，是降低了蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出，是物理变化，可复原。 蛋白质的空间结构没有发生变化 3.蛋白质的水解 在蛋白酶作用下，肽键断裂，蛋白质分解为短肽和氨基酸。水解和脱水缩合的过程是相反的。 肽键的断裂需要蛋白酶或肽酶水解。 23 习题巩固 1.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。 2.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。 24 3.如图为脑啡肽的结构简式，据图分析下列说法正确的是（ ） A.该脑啡肽由3种氨基酸脱水缩合而成，含有4个肽键 B.该脑啡肽中含1个游离的氨基，2个游离的羧基 C.高温、X射线、强酸等会引起蛋白质的空间结构遭到破坏而变性 D.形成该脑啡肽时，脱去的水中的氧来自羧基，氢来自氨基 C 5个4种氨基酸 习题巩固 25 蛋白质的结构及其多样性 3 五、蛋白质的相关计算 1 2 3 7-1=6 7-3=4 7-2=5 肽链数 肽键数 氨基酸数 肽链：肽键数=脱去水分子数=氨基酸分子数－肽链数 环肽：肽键数=脱去水分子数=氨基酸数 1.肽键数 26 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? 肽键数=水分子数 氨基酸数=肽键数+肽链数 习题巩固 27 蛋白质的分子质量=氨基酸数目×氨基酸平均分子相对质量 -18×脱去水分子数(不考虑形成二硫键) 【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。 如果每个氨基酸的平均分子量为a，那么该蛋白质的分子质量是? 300a-18×298 2.蛋白质的相对分子质量 五、蛋白质的相关计算 28 3.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 水分子数=氨基酸数-肽链数 减少的相对分子质量 =水+二硫键 习题巩固 29 C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C H COOH R2 H N C H R1 NH2 C O C H R2 H N COOH 一条肽链两端各有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。 3.氨基和羧基数 五、蛋白质的相关计算 30 4.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，肽键、氨基、羧基是数目分别是（ ） A、999、1016、1046 B、996、1、 1 C、996、24、 54 D、996、1016、1046 C 肽键数=1000-4 氨基=20+4 羧基=50+4 习题巩固 31 氨基酸数（n） ； 氨基酸平均分子相对质量（a） 一条肽链 m条肽链 环肽 肽键 脱去水分子 减轻的质量 多肽相对分子质量 至少含有的氨基或羧基数 H2N—— ——COOH n-1 n-1 18（n–1） na-18(n–1) 1 n-m n-m 18（n–m） na-18(n–m) m n n 18n na-18n 0 相关计算公式小结 32 4.利用原子守恒法计算肽链中的原子数 （1）N原子数= （2）O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 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 （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。 五、蛋白质的相关计算 33 5.凯氏定氮法 蛋白质中的氮原子质量在一定程度上可反映出蛋白质中质量。 蛋白质中的含氮量通常占其总质量的16%左右(12%~19%)，通过测定物质中的含氮量便可估算出物质中的总蛋白质含量。 假设测定物质中的氮全来自蛋白质 蛋白质含量 =含氮量/16% 五、蛋白质的相关计算 34 5.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 C 6.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 D 三肽种类=33 包含3种氨基酸的三肽种类=3×2×1 二肽种类=22 习题巩固 35 7.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 脱下的5个氨基酸=4个Ala+第50位的氨基酸 断8个肽键，消耗8个H2O 3个H2O 习题巩固 36 8.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（C2H5O2N）、丙氨酸（C3H7O2N）、 苯丙氨酸（C9H11O2N）、谷氨酸（C5H9O4N）、 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 D 氨基酸分子式：C2H4O2N-R 只有Glu有4个O2，用O原子数计算， 假设Glu有y个，则剩余氨基酸数为11-y。 O原子数= 各氨基酸中的O原子数 – 脱去水分子数 =4y+2（11-y)-(11-1)=20 十一肽有11个N，分子式为12个N，则Lys只有1个。 习题巩固 37 课堂总结 组成元素 C、H、O、N（S） 导致 氨基酸 种类：21种 必需氨基酸：8种 非必需氨基酸：13种 通式： C H C H2N OH O R 特点：至少有一个－NH2和一个－COOH连在同一个C原子上 脱水缩合 多肽 组成蛋白质的氨基酸不同 氨基酸的数目不同 氨基酸排列顺序不同 多肽的空间结构不同 折叠盘旋 蛋白质 结构多样性 功能多样性 构成生物体，如结构蛋白 运输作用，如血红蛋白 催化作用，如酶 调节作用，如胰岛素 免疫作用，如抗体 组成 导致 脱水数=肽键数=氨基酸数—肽链数 计算 蛋白质的相对分子质量 38 习题检测 4 习题检测 1.判断下列有关蛋白质的表述是否正确。 （1）蛋白质彻底水解的产物是氨基酸。 （ ） （2）氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质。（ ） （3）只有细胞内才有蛋白质分布。 （ ） （4）蛋白质的空间结构与其功能密切相关。 （ ） ✓ ✘ ✘ ✓ 40 习题检测 2.质量相等的下列食物中，蛋白质含量最多的是（ ） A.烤牛肉 B.烤甘薯 C.馒头 D.米饭 A 3.下列物质中，不属于蛋白质的是（ ） A.胰岛素 B.胆固醇 C.胃蛋白酶 D.抗体 B 41 4.下列物质中，构成蛋白质的氨基酸（ ） A． B． C． D． CH2 NH2 COOH 习题检测 CH2 NH2 CH2OH CH NH2 COOH （CH2）2 NH2 CH HOOC COOH CH2 COOH A 半胱氨酸、丝氨酸 42 习题检测 5.民间有一种“吃什么补什么”的说法，吃鱼眼能明目， 喝虎骨酒可以壮筋骨。请你运用本节所学的知识对这种说法作出评价。 食物中的蛋白质是大分子有机物，它们都要被消化成细胞可以吸收的小分子物质才能被人体吸收，这些小分子都要在人体细胞内重新合成不同的蛋白质，在人体内执行不同的功能。 43 习题检测 6.某种脑啡肽具有镇痛作用，可以作为药物来使用，它的基本组成单位是 氨基酸。下面是该脑啡肽的结构式。 回答下列问题。 (1)构成一个脑啡肽的氨基酸数目是 ；有 种氨基酸参与了脱水缩合反应；生成的水分子数目是 。 (2)请在图中标出其中的一个肽键。 5 4 4 44 习题检测 (3)如果上图中的氨基酸顺序发生了改变,它还会具有脑啡肽的功能吗?为什么? 不具有，因为氨基酸的排列顺序决定了脑啡肽的功能，如果氨基酸的排列顺序变了，新的物质就不再具有脑啡肽的镇痛功能。 7.在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时， 人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量。这是为什么? 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。 45 THANKS $