2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者 1 教学目标 目标 01 02 03 从氨基酸的结构特点理解氨基酸脱水缩合的过程，构建数学模型解答与蛋白质有关的计算问题。（科学思维） 从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系。 （社会责任） 通过对蛋白质的学习，建立生命的物质性的观点；从结构与功能观角度理解蛋白质的多样性。（生命观念） 2 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。 问题探讨 为什么这种缝合线可以被人体组织吸收？ 组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。 胶原蛋白：动物皮、骨骼、吉利丁片、阿胶…… 合作探究四：那生物体内的蛋白质有什么功能呢？ 你能够说出几种富含蛋白质的食物呢？ 蛋白质的功能 1 1.结构蛋白：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。 马达蛋白在微管上运输囊泡 肌肉组织 蛋白质的功能 1 2.催化功能：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。 细胞中的能量“货币”——ATP的分解 酶 蛋白质的功能 1 3.运输功能：有些蛋白质具有运输功能，如血红蛋白可以运输氧气。 细胞膜上具有物质运输功能 的载体蛋白 红细胞中可携带并运输氧气 的血红蛋白 O2分子 蛋白质的功能 1 4.免疫功能（信息传递）：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。 抗体与病原体结合形成沉淀 免疫球蛋白（抗体）的结构 抗原 抗体可变区 抗原 抗体 蛋白质的功能 1 5.调节功能：有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素。 胰岛细胞分泌的胰岛素可以作为 信号分子调节血糖 蛋白质的功能 1 蛋白质的功能 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 催化蛋白：起生物催化作用，如绝大多数酶 运输蛋白：如血红蛋白、细胞膜上的载体 调节蛋白：如胰岛素和生长激素等 免疫蛋白：免疫过程中产生的抗体 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。 功能蛋白 蛋白质的功能 1 蛋白质能够承担如此多样的功能，离不开蛋白质的多样性。 人体蛋白质有数万种，生物界多达1010~1012种。 蛋白质种类和功能的多样取决于蛋白质的组成和结构。 结 构 决 定 功 能 蛋白质是一类生物大分子，种类多种多样。蛋白质必须经过消化，成为各种氨基酸，才能被人体吸收利用。 合作探究五：民间有一种“吃什么补什么”的说法，如吃鱼眼能明目，喝虎骨酒可以壮筋骨，那么这些食物中的蛋白质能被人体直接吸收吗？ 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 2 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 2 ①请用准确的语言描述氨基酸的元素组成。 ②氨基酸的结构具有哪些共同特点？不同氨基酸在结构上的区别在哪里？ ③“氨基酸”这一名词与其分子结构有怎样的对应关系？ 活动2：阅读教材P29，思考讨论，回答以下相关问题 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 2 ①氨基酸的结构具有什么共同特点？ C C C C 氨基 羧基 R 氨基 羧基 侧链基团：决定氨基酸的种类和理化性质 O C OH C H H H N 中心碳原子 氢原子 简写： R H H2N—C—COOH 分子通式：R—C2H4O2N 至少含一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH) 总有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)连在同一碳原子上 R基中也可能含有氨基（—NH2）或羧基（—COOH） 一定有C、H、O、N，有的含S、Se等 C H R NH2 COOH 1 组成元素 2 结构通式 3 结构特点 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 16 2.氨基酸结构特点 至少有一个氨基和一个羧基 都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上 结构特点 ③R基不同，决定氨基酸的种类不同（有21种） 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 2 组成蛋白质的氨基酸至少都有一个氨基和一个羧基，“至少”的涵义是什么？如果氨基酸分子中不止一个氨基和一个羧基，其他的氨基和羧基又位于什么位置？ 氨基酸分子中的氨基和羧基的数目至少各1个，也可以是几个。其他的氨基和羧基可位于R基上。 NH2 H2N N H H N H H N H H COOH C OH O C O H O HOOC 氨基 羧基 书写提醒： 蛋白质的基本单位----氨基酸 2 特别提醒　氨基、羧基、R基的正确书写格式分别为： —NH2、—COOH、—R (千万不要忘记原子团前要有短线“—”) 蛋白质的基本单位----氨基酸 2 “氨基酸”代表了氨基酸分子结构中的主要组成部分——氨基和羧基。 羧基中的氢氧键（O-H）易断裂，生成H+ ，呈酸性，所以称为氨基酸。 酸 氨基 “氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系吗？ 发挥你的想象力，能否将抽象的结构具体化，以便更好的掌握氨基酸的结构通式 COOH —C— H H2N CH3 ① —C— —C H2N COOH H H CH3 CH3 ② —C—— ③ H2N COOH H —C— H CH3 CH3 例1.下列化合物是组成蛋白质的氨基酸的是________ ① ③ NH2 —C— H H2N CH3 ④ H2N—C— COOH H H H—N—C— C—OH H O H H = 蛋白质的基本组成单位----氨基酸 生物体内组成蛋白质的21种氨基酸 蛋白质的基本单位----氨基酸 22 蛋白质的基本单位----氨基酸 2 非必需氨基酸： 必需氨基酸： 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） 共13种，人体可自身合成的氨基酸 共8种，人体不能自身合成的氨基酸 3.种类： （婴儿9种，组氨酸） 人体中氨基酸只有21种，蛋白质却有1010-1012种。那么21种氨基酸是如何形成种类繁多的蛋白质的呢？ 脱水缩合 蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。 氨基酸 肽链 氨基酸的结合方式 3 1.脱水缩合： 一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子的水，这种结合的方式叫脱水缩合。 H2O 肽键 － OH ‖ O －C－C R2 H － － －N H － －C －C R1 H2N H － － ‖ O OH － H 二肽 问题2:请思考，肽的命名原则是什么？ 氨基酸的结合方式 3 2.肽命名原则： 由几个氨基酸脱水缩合构成，就称为几肽。 问题3:请绘制出三肽合成过程，并思考H2O中H和O分别来自于哪里？ 肽键 －C－COOH R3 H － － －N H － H OH － 肽键 ‖ O －C R1 H2N H － － －C －C－C R2 H － － －N H － ‖ O 三肽 H2O H2O 脱出来的H2O H来自氨基和羧基 1 O来自羧基 2 氨基酸的结合方式 3 2.肽命名原则： 由几个氨基酸脱水缩合构成，就称为几肽。 肽键 －C－COOH R3 H － － N H － 肽键 ‖ O －C R1 H2N H － － －C －C－C R2 H － － －N H － ‖ O 三肽 H2O H2O 以此类推，多个氨基酸分子脱水缩合而成的含有多个肽键的化合物，叫多肽。 氨基酸的结合方式 3 蛋白质的结构及其多样性 4 有的是环状，首尾两端的氨基、羧基也脱水缩合连接起来，成为环状多肽。 由几个氨基酸形成的就叫几肽 三肽，四肽，…… 统称为 多肽 肽链 呈链状 1条或多条 盘曲折叠 28 下图为脑啡肽的结构简式，据图回答： 1.脑啡肽分子是由_______种氨基酸形成的，造成氨基酸种类不同的原因是________不同。 2.脑啡肽中含有____个肽键，脑啡肽的名称是_____肽，形成过程称为___________，形成过程中共脱去___个水分子。 4 R基 4 五 脱水缩合 4 习题检测 蛋白质的结构及其多样性 4 氨基酸脱水缩合形成的多肽链，就是蛋白质吗？？ 30 （1）多肽链中不相邻的氨基酸之间常常会规则性的形成氢键 蛋白质的结构及其多样性 4 2.由肽链形成蛋白质 (2)多肽链中侧链基团相互作用使肽链具有一定的空间结构 蛋白质的结构及其多样性 4 (3)有些蛋白质含有多条多肽链，不同肽链之间依靠一定的作用维系在一起。 图示胰岛素的两条肽链通过二硫键维系在一起。 蛋白质的结构及其多样性 4 这些肽链不呈直线，也不在同一个平面上，而是形成更为复杂的空间结构。 2.由肽链形成蛋白质 蛋白质的结构及其多样性 4 血红蛋白 血红蛋白含574个氨基酸，由四条肽链聚集在一起 蛋白质的结构及其多样性 4 教材处理成了β螺旋，不符合事实，这里用了一个α螺旋的图，但是这个图不好的地方在于多肽链的方向是自上而下的，不符合通常画法，但是其中画了肽键走向可以辅助判断多肽链的方向。 血红蛋白四条多肽链维系在一起源自：疏水相互作用、盐桥和氢键等作用，不涉及强度较大的二硫键。 35 二 蛋白质的盘曲折叠过程（视频） 蛋白质的结构及其多样性 1.从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？ 氨基酸 二肽 蛋白质 三肽 多肽 ...... → → → 思考讨论： 蛋白质的结构及其多样性 4 2.进入人体消化道的蛋白质食物，需用经过哪些消化酶的作用才能分解为氨基酸？这些氨基酸需要经过怎样的过程才能变为人体的蛋白质？人体和食物食物中蛋白质一样吗？ 蛋白质 胃蛋白酶 胰蛋白酶 多肽 肠肽酶 氨基酸 氨基酸进入人体细胞后，要脱水缩合形成二肽、三肽、多肽，由多肽链盘曲折叠构成人体的蛋白质。 不一样，人体蛋白质具有完成人体生命活动的结构和功能。 蛋白质的结构及其多样性 4 思考讨论： 3.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 思考讨论： 氨基酸的数目、种类、排列顺序的多样性以及蛋白质具有复杂的空间结构，是蛋白质种类多种多样的原因。 1、氨基酸数目不同 2、氨基酸种类不同 3、氨基酸排列顺序不同 4、肽链盘曲折叠方式，及其形成的空间结构不同 蛋白质结构 多种多样 蛋白质种类 多种多样 总结：蛋白质多样性的原因: 蛋白质的结构及其多样性 4 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。 正常血 红蛋白 异常血 红蛋白 蛋白质的结构与功能相适应 4 人类许多疾病与人体细胞内肽链的折叠错误有关，如囊性纤维病、阿尔茨海默症、帕金森病等 蛋白质的结构与功能相适应 4 盐析：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。 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。 注意：盐析过程蛋白质的结构没有发生变化，变化是可逆的。 加入清水稀释 与社会的联系 蛋白质变性 蛋白质在某些物理和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的改变和生物活性丧失的现象。过程不可逆。但有例外：一定高温加热胃蛋白酶，降温恢复活性。 高温、强酸、强碱、重金属盐、紫外线等 蛋白质的水解：按照程度可分为完全水解 不完全水解 按照方式： 酸水解 碱水解 酶水解 完全水解——氨基酸 不完全水解——短肽链 蛋白质的结构与功能相适应 4 蛋白质变性后，会发生如下变化： 变性的蛋白质 变性后变化 a.空间结构改变(肽链一般不变) b.生物学功能丧失（高温消毒、灭菌） c.水溶性下降(易沉淀) d.更易被水解 (食物煮熟易消化) 蛋白质的结构与功能相适应 4 （1）熟鸡蛋更容易消化的原因是 （2）蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？并说明理由： 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 能。因为蛋白质变性后空间结构改变，并没有破坏氨基酸之间的肽键 思考讨论 胰岛素 （3）目前注射胰岛素是唯一的给药方式，口服胰岛素似乎是很多“糖友”的渴求和心声。但是很多人不清楚胰岛素为什么不能口服？ 如果口服此药物，在消化道内药物被消化液分解，会失去药效 蛋白质的结构与功能相适应 4 ①用酒精、加热、紫外线等来消毒和杀菌。 ②在重金属盐中毒急救时也常常利用蛋白质的这一特点。 汞中毒时，早期可以服用大量乳制品或鸡蛋清，使蛋白质在消化道中与汞盐结合成变性的不溶解物，以阻止有毒的汞离子吸收入人体内，然后再设法将沉淀物自胃中洗出。 变性作用不激烈，变性可逆； 变性作用过于激烈，变性不可逆。 (4)蛋白质变性的运用： 蛋白质的结构与功能相适应 5 人的红细胞和心肌细胞的主要成分都是蛋白质，但红细胞主要承担运输氧的作用，心肌细胞承担心脏律动作用，请从蛋白质结构的角度分析这两种细胞功能不同的主要原因。 复习与提高：P38.2 【答案】蛋白质的功能是由氨基酸种类、数目和排列顺序、多肽链折叠或盘曲形成的空间结构决定的。人的红细胞承担运输氧的作用，是因为血红蛋白的结构适于运输氧；而心肌细胞主要是承担心脏律动作用，其心肌蛋白的结构适于律动。 蛋白质的结构与功能相适应 5 1 数量关系分析 50 1.1 水分子数与蛋白质中肽键数及氨基酸数目的关系 多肽链形成蛋白质 肽键数 = 氨基酸数－1 脱去的水分子数 = H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O 公式：脱去水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数 - 肽链数 肽键数 = 氨基酸数－2 脱去的水分子数 = 51 1.2 蛋白质中游离氨基、羧基数目与肽链的关系 多肽链形成蛋白质 H2N COOH 游离羧基数 = 1 游离氨基数 = H2N H2N COOH COOH 游离羧基数 = 2 游离氨基数 = R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 公式：蛋白质中至少含有的游离的氨基或羧基数 = 肽链的条数 公式：蛋白质中含有游离氨基/羧基数=肽链的条数+R基中游离氨/羧基 52 2 蛋白质相对分子质量计算 53 C H COOH R2 H N 二肽 C H R1 H2N OH C O H 肽键 H2O 2. 蛋白质相对分子质量计算 脱水缩合 C H COOH R2 H N OH H C C H R1 H2N C O C H R2 H N O H2O H2O 肽键 肽键 三肽 2. 蛋白质相对分子质量计算 公式：蛋白质相对分子质量 = 氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量 - 脱去的水分子数×18 2. 蛋白质相对分子质量计算 公式：蛋白质相对分子质量 = 氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量 - 脱去的水分子数×18 - 二硫键数×2 图2-1 某胰岛素通过二硫键连接 蛋白质中存在二硫键 S 二硫键 H H H2 S 3 蛋白质中原子数目计算 57 N原子数 = 各氨基酸中的N原子总数 = 氨基酸数 + R基上的N原子数 = 肽键数 + 肽链数 + R基上的N原子数 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 3.1 N 原子数 O原子数 = 各氨基酸中O原子总数－脱水数 = 肽键数 + 肽链数×2 + R基上的O原子数 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 3.2 O 原子数 = 氨基酸数×2 + R基上的C原子数 C原子数 = 氨基酸中的C原子数 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 3.3 C 原子数 H原子数 = 各氨基酸中的H总数－脱水数×2 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 3.4 H 原子数 －2 × 二硫键数 1.1 水分子数与蛋白质中肽键数及氨基酸数目的关系 环状多肽形成蛋白质 公式：脱去水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数 1.2 蛋白质中游离氨基、羧基数目与肽链的关系 环状多肽形成蛋白质 公式：蛋白质中至少含有的游离的氨基或羧基数=0 公式：蛋白质中含有游离氨基/羧基数 = R基中游离氨/羧基 相关计算公式小结 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 三、蛋白质的相关计算 64 计算原子数量时，由于R 基上的C 原子数不好确定，且H 原子数较多，经常以N 原子数或O 原子数或者S原子为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。 计算蛋白质的相对分子质量时，肽链上出现二硫键（—S—S—）时（二硫键由—SH 和—SH 脱去2 个H 形成），要再减去2（即两个氢原子），若无特殊说明， 则不考虑二硫键。 3.5 原子数计算注意事项 下图为某蛋白质的结构示意图，该蛋白质分子共由m 个氨基酸组成，则形成1 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（　） √ m，18m （m-4），18（m-4） （m-3），18（m-3）+4 （m-2），18（m-2）+4 练习 4 练习与应用 67 一、概念检测 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。( ) √ × 练习与应用 √ × 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 3.下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是 ( ) A A 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 二、拓展应用 1. 民间有一种“吃什么补什么”的说法，如吃鱼眼能明目，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。 【提示】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。 B 2. 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_____ 。 【答案】5 4 4 (2)请在图中标出其中的一个肽键。 (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？ 【答案】不能，因为氨基酸的排列顺序决定了脑啡肽的功能，如果氨基酸排列顺序变了，新的物质就不具有脑啡肽的镇痛功能。 3. 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？ 【答案】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。 7.(P38复习与提高)由许多氨基酸缩合而成的肽链，经过盘曲折叠才能形成具有一定空间结构的蛋白质。下列有关蛋白质结构多样性原因的叙述，错误的是 ( ) A. 组成肽链的化学元素不同 B.肽链的盘曲折叠方式不同 C. 组成蛋白质的氨基酸排列顺序不同 D. 组成蛋白质的氨基酸种类和数量不同 A 蛋白质 基本单位 元素 组成 功能 基本元素：C、H、O、N，大多数含有S，有些还含有Fe、Mg等 结构 层次 氨基酸 场 所：___________ 形成键：___________ 氨基酸 多肽或肽链 蛋白质 脱水缩合 盘曲折叠 肌肉纤维等 结构蛋白 绝大多数酶 催化功能 膜转运蛋白 运输功能 胰岛素等 调节功能 免疫功能 抗体等 种类 约21种 结构通式 核糖体 肽键 课堂总结 Lavf58.33.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $$