2.4蛋白质是生命活动的承担者 课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者 汇报人：summer 教学目标 1、分析蛋白质分子结构多样性与功能多样性的关系，举例说明蛋白质的结构是与功能相适应的。 2、通过比较不同氨基酸的结构，求同归纳得出氨基酸的结构通式与特点。 3、通过模拟活动和模型建构等活动，说明肽键的形成过程。 4、阐明蛋白质的基本组成单位是氨基酸，认同蛋白质是生命活动的主要承担者。 蛋白质的功能 Part 01 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。 温故知新 蛋白质是细胞中含量最多的有机物，我们每天需要摄入650g左右富含蛋白质的食物。 想一想：哪些食品富含蛋白质? 想一想：如何验证这些食物含蛋白质的呢？ 用双缩脲试剂检测，产生紫色反应。 蛋白质具有什么功能？ 蛋白质的功能 请阅读教材P28 图2-8，图中的例子说明蛋白质具有哪些功能？ 口诀：狗催运面条 蛋白质是生命活动的主要承担者。 问题探讨 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(图为胃蛋白酶结晶)。 催化 有些蛋白质具有运输功能(图为血红蛋白示意图，能运输氧)。 运输 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。 免疫 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、蛛丝等的成分主要是蛋白质(图为肌纤维)。 结构 有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素(图中黄色区域的部分细胞能分泌胰岛素)。 调节 蛋白质的功能 主要功能 一切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 ①结构蛋白：是构成细胞和生物体的重要物质， 如肌球蛋白、肌动蛋白等 ②催化蛋白：起生物催化作用，如绝大多数酶 ③运输蛋白：如血红蛋白、细胞膜上的载体 ④调节蛋白：如胰岛素和生长激素等 ⑤免疫蛋白：免疫过程中产生的抗体 蛋白质的功能 结构 运输 催化 信息传递 防御 每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的空间结构 抗原 抗体可变区 抗原 抗体 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 想一想：我们从食物中摄取的蛋白质如何为我们所用？ 蛋白质必需经过分解成氨基酸才能被人体吸收和利用。作为手术缝合线的胶原蛋白被分解为氨基酸才可以被人体吸收。 氨基酸是组成蛋白质的基本单位 蛋白质的基本组成单位——氨基酸 Part 02 蛋白质的基本组成单位 非必需氨基酸：共13种，人体可自身合成 的氨基酸 必需氨基酸：共8种，人体不能自身合成的氨基酸 组成人体蛋白质的21种氨基酸 甲硫氨酸，缬氨酸，赖氨酸，异亮氨酸， 苯丙氨酸，亮氨酸，色氨酸，苏氨酸。 （甲 携 来 一 本 亮 色 书） 蛋白质的基本组成单位 1. 氨基酸的组成元素是什么？ 2.找出共同点和不同点,写出氨基酸的结构通式 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： 蛋白质的基本组成单位 （二）氨基酸的结构 甘氨酸 甲硫 氨酸 半胱氨酸 缬氨酸 1.元素组成？ 结构异同？ C、H、O、N（S） 甘氨酸 甲硫 氨酸 半胱氨酸 缬氨酸 氨基 羧基 侧链基团（R基） （二）氨 基 酸 的 结 构 蛋白质的基本组成单位 蛋白质的基本组成单位 2.氨基酸的结构通式 酸 氨基 COOH NH2 H R （二）氨基酸的结构 蛋白质的基本组成单位 氨基和羧基的数量： 每种氨基酸至少都含有一个氨基 （—NH2）和一个羧基（—COOH）； 氨基和羧基的连接位置： 都有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH）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。 氨基酸不同的决定因素： R基的不同 N H H C OH O C R H 氢原子 侧链基团 氨基 羧基 3. 结构特点： 氨基 NH2 N H H 或 羧基 COOH C O OH 或 1.氨基、羧基、R基的正确书写格式分别为： (基团前的“—”不能省略) 2.蛋白质的氨基酸至少都有一个氨基和一个羧基,“至少”说明氨基酸分子中的氨基和羧基数目大于等于1个，其他的氨基和羧基位于 上。 3.氨基基不同表示方法： 特别关注 —NH2、—COOH、—R R基 C COOH H H2N R 教材P32 概念检测3 A H2N— C— C—OH H | O || | H 蛋白质的基本组成单位 蛋白质的结构及其多样性 Part 03 氨基酸：21种 蛋白质： 1010～1012 ? 蛋白质的结构及其多样性 （一）氨基酸脱水缩合形成肽链 阅读书本P30“蛋白质的的结构及其多样性”，回答下列问题： 1.氨基酸形成蛋白质的方式叫什么？ 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？ 3.什么是二肽？什么是多肽？什么是肽链？ 蛋白质的结构及其多样性 C H R1 H2N C O OH 连接两个氨基酸分子的化学键名称是什么？是如何形成的？ 新生成的化合物名称是什么？（二肽？多肽？肽链？） H H2O H N C H R2 C O OH H2O 二肽 肽键 三肽 肽键 肽键 （一）氨基酸脱水缩合形成肽链 蛋白质的结构及其多样性 肽键 OH H 二肽 H2O H2O C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C H COOH R2 H N 氨基酸的脱水缩合 蛋白质的结构及其多样性 C H COOH R2 H N C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O 肽键 C H COOH R H N H2O 肽键 三肽 H2O 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。 氨基酸的脱水缩合 二肽 蛋白质的结构及其多样性 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哪一部分? H来自于 。 O来自于 。 H2N COOH COOH 请思考 2.氨基酸脱水缩合产生的一条多肽链中，氨基数和羧基数是多少? 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 蛋白质的结构及其多样性 —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 蛋白质的结构及其多样性 H2O H2O H2O 2个 氨基酸 肽链 H2O 1条 n-1个 n个 n-2个 脱去的水分子数 =肽键数 =氨基酸分子数-肽链条数 肽键 （ ） 1个 （ ） 1个 3个 1条 （ ） 2个 （ ） 2个 … 1条 （ ） n-1个 （ ） n个 2条 （ ） （ ） n-2个 n个 m条 （n-m个） （n-m个） … … 蛋白质的结构及其多样性 某种蛋白质是由10个氨基酸脱水缩合形成的1条多肽链构成的，若每个氨基酸分子质量平均是120，则该蛋白质的相对分子量是？ 蛋白质分子量 ＝氨基酸分子总质量 — 脱去的水的 分子总质量 ＝120×10 (10-1) ×18 — 假设有n个氨基酸形成m条肽链，每个氨基酸的平均相对分子质量为a，那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为 1.从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？ 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空间结构 由氨基酸形成血红蛋白的示意图 蛋白质的结构及其多样性 —SH —SH + —S—S— + 2H 许多蛋白质分子都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。 二硫键 由于氨基酸之间能够形成氢键等，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。 两条肽链 巯基 蛋白质的结构及其多样性 2.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? 食物蛋白 胃、胰、肠蛋白酶 多肽 肠肽酶 氨基酸 吸收 合成 人体的蛋白质 人体内氨基酸 蛋白质的结构及其多样性 1. 如果有n种氨基酸形成三肽，可以写出多少条互不相同的肽链? n3 2. 如果有n种氨基酸形成m肽，可以写出多少条互不相同的肽链? nm 3. 如果有n种（n≥3）氨基酸形成三肽，每种氨基酸只有一个，可以写出多少条互不相同的肽链? n（n-1）（n-2） 蛋白质的结构及其多样性 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?试着说出蛋白质种类多种多样的原因(提示:一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸)。 2110 由n个氨基酸所构成的肽链的种类数是21n种 蛋白质的多样性 ①氨基酸种类不同，肽链结构不同。 ②氨基酸数目不同，肽链结构不同。 ③氨基酸排列顺序不同，肽链结构不同。 ④肽链盘曲折叠的方式不同，蛋白质种类不同。 蛋白质的结构及其多样性 蛋白质的结构及其多样性 蛋白质多样性的原因 种类 数量 排列顺序 空间结构 结构多样 种类繁多 功能多样 氨基酸 肽链： 蛋白质结构的改变 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。 如果血红蛋白某处的谷氨酸被缬氨酸取代，可能形成异常的血红蛋白，由它参与组成的红细胞会扭曲成镰刀状，运输氧的能力会降低。 镰状红细胞 正常的红细胞 镰状细胞贫血症 蛋白质的变性 原因：物理因素（高温、紫外线等），化学因素（强酸、强碱、重金属盐、乙醇等） 蛋白质的盐析 原因：轻金属盐、铵盐的加入使得蛋白质的溶解度降低 结果：蛋白质析出 特点：可逆，加水后絮状物消失 结果：空间结构改变和破坏，肽键没有破坏 特点：不可逆 与社会 的联系 课堂小结 组成元素： C、H、O、N（S等） 导致 氨基酸 种数：约21种 必需氨基酸：8种 非必需氨基酸：13种 通式： 特点：至少有一个－NH2和一个－COOH且连在同一个C原子上 脱水缩合 多肽 氨基酸的种类不同 氨基酸的数目不同 氨基酸的排列顺序不同 多肽盘曲折叠的方式不同 盘曲折叠 蛋白质 结构多样性 功能多样性 组成 导致 OH C H C H2N O R 课堂练习 1、（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。（ ） 2、质量相等的下列食物中，蛋白质含量最多的是 （ ） A．烧牛肉 B．烤甘薯 C．馒头 D．米饭 √ × × √ A 课堂练习 4、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 蛋白质的相关计算 Part 04 蛋白质的相关计算 n个氨基酸脱水缩合 脱掉水分分子数 形成肽键数 含有游离的氨基数量（若R基上有游离的氨基b个） 含有游离的羧基数量（若R基上有游离的羧基c个） 每个氨基酸的平均相对分子质量为a，蛋白质的相对分子质量为 形成1条多肽链 n-1 n-1 1+b 1+c na-18（n-1） 形成m条肽链 n-m n-m m+b m+c na-18（n-m） 若题干无特别说明，不考虑二硫键 蛋白质的相关计算 Rm C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C C H R3 H N O ··· C H COOH Rn C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C C H R3 H N O ··· C H COOH 至少含有的游离氨基或羧基=肽链数 游离氨基或羧基=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数 氨基和羧基的计算 蛋白质的相关计算 Rm C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C C H R3 H N O ··· C H COOH 氧原子数 H N =肽键数 +肽链数x2 +R基上的氧原子数 至少含有的氧原子数 =各氨基酸中氧原子总数-脱去水分子数 氧原子的计算 蛋白质的相关计算 Rm C C H R1 NH2 C O C H R2 H N O C C H R3 H N O ··· C H COOH 氮原子数 H N =肽键数 +肽链数 +R基上的氮原子数 至少含有的氮原子数 =各氨基酸中氮原子总数 氮原子的计算 蛋白质的相关计算 假设有n个氨基酸形成m条肽链，每个氨基酸的平均相对分子质量为a，那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为 如果肽链中含有二硫键，那么含有p个二硫键，就再减去2p 蛋白质的相关计算 氨基酸数=脱去的水分子数 =肽键数 主链中无氨基和羧基，环肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基或羧基的数目。 环状肽 肽链和蛋白质分子中相关计算： 氨基 酸数 肽键数 脱去的 水分子数 氨基酸 平均 相对 分子量 蛋白质 相对分 子量 氨基 数目 氮原 子数 羧基 数目 氧原 子数 1条 肽链 N N－1 N－1 a aN－18* (N－1) 至少 1个 至少 n个 至少 1个 至少 N+1个 M条 肽链 N N－M N－M a aN－18* (N－M) 至少 M个 至少 N个 至少 M个 至少 N+m个 环状肽链 N N N a aN－18*N 至少 0个 至少 N个 至少 0个 至少 N个 若题干有特殊说明，需要考虑二硫键 一、蛋白质中肽键数、脱水数及相对分子质量的计算 例1：氨基酸分子脱水缩合形成含2条肽链的蛋白质分子时，相对分子量减少了900，由此可知，此蛋白质分子中含有的氨基酸数和肽键数分别是（ ） A. 52、52　B. 50、50 C. 52、50　D. 50、49 例2：组成生物体某蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128，则由100个氨基酸构成的含2条多肽链的蛋白质，其分子量为（ ） A.12800　 B. 11018　 C.11036　 D. 8800 C C 变式1：已知人胰岛素是由51个氨基酸构成，含有两条肽链A和B，在A链内部有一个二硫键（二硫键是由两个氨基酸中的-SH结合组成的，二硫键表示为-S-S-），在A链和B链间有两个二硫键。则这51个氨基酸在构成胰岛素的过程中共减少的相对分子质量为 888 。 二、蛋白质中氨基数和羧基数的计算 例3：某蛋白质分子含有4条肽链，共有96个肽键，则此蛋白质分子中至少含有－COOH和－NH2的数目分别为（ ） A.4、100 B.4、4 C.100、100 D.96、96 例4：现有100个氨基酸，共含有116个氨基和106个羧基，这些氨基酸缩合成的6条多肽链时共含有氨基的个数是（ ） A．6 B．12 C．22 D．100 B C 三、多肽中除去氨基酸的有关计算规律 规律6：（1）若除去多肽内部的一个氨基酸，需水解掉 2 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。 例5：某链状21肽中有1个丙氨酸（R基为-CH3），现脱掉其中的丙氨酸得到一个丙氨酸和一种有机产物，其中脱下的氨基酸以游离态正常存在。下列有关该过程的叙述错误的是（ ） A.肽键数目减少1个 B.氨基和羧基分别增加1个 C.氢原子数目增加2个 D.氧原子数目增加2个 D 谢谢大家！ $$