第2章 第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者（Word教参）-【优化指导】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞（人教版2019 不定项版）

4节　蛋白质是生命活动的主要承担者 课时目标 1.运用结构和功能观，分析蛋白质的结构多样性与功能多样性。(生命观念) 2．通过推导氨基酸的结构和脱水缩合过程，培养归纳与推理能力。(科学思维) 3．基于对蛋白质功能的认识，关注人体健康，培养健康的生活方式。(社会责任) 一、蛋白质的功能 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、免疫等重要功能。 二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1．氨基酸的结构 (1)结构通式：HNHCRHCOOH。 (2)结构特点 ①数量上：至少含有一个氨基和一个羧基。 ②位置上：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．氨基酸的种类：在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种。 三、蛋白质的结构及其多样性 1．氨基酸的脱水缩合 (1)此生理过程叫作脱水缩合。 (2)a代表肽键，b代表二肽。 2．蛋白质结构多样性的原因：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。 3．结构与功能的适应 (1)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。 (2)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。 ◆助学巧记 类比法巧记氨基酸的结构 　把氨基酸比喻成人，R基代表人脸，羧基和氨基代表两只手，H代表双腿，躯干代表中心碳原子。 ◆视野拓展 蛋白质与人体健康 　《中国居民膳食指南(2022)》中关于优质蛋白的摄入需求增加，其中富含蛋白质的奶及奶制品由原来300 g/d改为300～500 g/d。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．具有氨基和羧基的化合物都是构成生物体蛋白质的氨基酸。 (　　×　　) 提示：构成蛋白质的氨基酸都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团。 2．不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。 (　　√　　) 3．胰岛素中不同肽链之间通过肽键连接。 (　　×　　) 提示：胰岛素的不同肽链之间的化学键不是肽键，而是二硫键。 4．蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能并未发生改变。 (　　×　　) 提示：蛋白质的空间结构被破坏，其特定功能会改变。 5．评价蛋白质食品的营养价值，主要依据其必需氨基酸的种类和含量。 (　　√　　) 6.氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质。 (　　×　　) 提示：氨基酸通过脱水缩合的方式形成肽链。 ◆思维启迪 　营养不良会出现贫血和免疫力下降等现象，从蛋白质的功能分析，其原因是什么？ 提示：蛋白质的摄入量不足将导致营养不良，影响血红蛋白和抗体的生成，出现贫血和免疫力下降等现象。 任务一__组成蛋白质的氨基酸 下图是组成生物体蛋白质的4种氨基酸。 [问题探究] 1．这4种氨基酸的R基分别是__________________________________________。 答案：—H、—CH3、—CH(CH3)2、—CH2CH(CH3)2 2．观察以上4种氨基酸，每种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基吗？若有多余的氨基或羧基，其位置在哪里？ 答案：这4种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基。若有多余的氨基或羧基，则其在R基上。 3．某物质水解后得到如下图所示的产物，它是不是构成蛋白质的氨基酸？请说明判断依据。 答案：是。该化合物中有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团。 1．氨基酸结构通式的分析 2．“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸 (1)氨基酸通式中的中心碳原子的“一变三不变”：R基可变，氨基、羧基和H原子不变。 (2)氨基酸的理化性质不同主要与R基不同有关。 1．下列化合物中，属于构成蛋白质的氨基酸的是 (　　) A．①②③ B．①②④ C．①② D．②④ A　解析：①②③化合物中都至少含有一个氨基和一个羧基，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，因此都是组成蛋白质的氨基酸；④化合物中的氨基和羧基不连接在同一个碳原子上，不是组成蛋白质的氨基酸。故选A。 2．(2025·邵阳高一检测)猪血丸子是邵阳地区的一道传统美食，以豆腐为主料，配以适量的猪肉和猪血，经柴火烘烤熏制而成，腊香扑鼻，风味独特。下列有关叙述正确的是 (　　) A．猪血丸子不仅含有丰富的蛋白质，还含有钙、铁等微量元素 B．猪血丸子以豆腐为主料，富含人体不能合成的非必需氨基酸 C．猪血丸子中含有较高的胆固醇，过量摄入会增加患心血管疾病的风险 D．猪血丸子经熏制后，其蛋白质的空间结构被破坏，与双缩脲试剂不发生反应 C　解析：钙属于大量元素，A错误；必需氨基酸是人体不能合成的，必须从外界环境中获取，非必需氨基酸可以在人体细胞内合成，B错误；过量摄入胆固醇可能导致心血管疾病的产生，C正确；熏制(高温)会破坏蛋白质的空间结构，但不会使蛋白质中的肽键断裂，因此能与双缩脲试剂发生反应，D错误。 3．已知苯丙氨酸的分子式是C9H11O2N，那么该氨基酸的R基是 (　　) A．—C7H7O B．—C7H7 C．—C7H7N D．—C7H7NO B　解析：已知苯丙氨酸的分子式是C9H11O2N，根据氨基酸分子通式为C2H4O2NR可推知，该氨基酸的R基是—C7H7。故选B。 巧解R基分子式 (1)把握本质：氨基酸分子一定由相同部分和特殊部分—R相加得到。 (2)解题思路：氨基酸分子式CxHyOzNa(Sb)＝C2H4O2N＋R，根据题干信息运用代入法进行计算即可。 任务二__蛋白质的结构及其多样性 下图是某多肽链的结构示意图。 [问题探究] 1．结合上图分析，若图中含R1、R2的两个氨基酸脱水缩合形成二肽，写出二肽的结构通式，并用箭头标出肽键的位置。 答案： 2．肽链形成过程中，失去的H2O中H的来源是____________，O的来源是____________。 答案：氨基和羧基　羧基 3．形成的肽链中有没有游离的氨基和羧基？如果有，它们存在于哪里？ 答案：有。位于肽链的两端，R基中也可能有。 4．假设氨基酸的平均相对分子质量为a，则n个氨基酸分子形成m条肽链时，所形成肽链的相对分子质量是________________________________________________________。 答案：na－18(n－m) 1．蛋白质结构多样性与功能多样性的关系 (1)空间结构的形成，依靠的是氢键和二硫键。 (2)空间结构指的是肽链盘曲、折叠形成的空间结构，氨基酸无空间结构。 2．“两看法”分析多肽 3．蛋白质的变性和水解 (1)变性：是由于高温、过酸、过碱、重金属盐等因素导致的蛋白质的空间构象发生了不可逆的变化，肽链变得松散，丧失了生物活性，但是肽键一般不断裂。 (2)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相反。 (1)构成蛋白质的氨基酸种类相同时，蛋白质不一定相同，可能氨基酸的排列顺序不同或氨基酸的数目不同或形成的蛋白质空间结构不同。 (2)功能不同的蛋白质，氨基酸的种类、数目和排列顺序可能相同，但是空间结构不同。 1．(2024·咸阳高一检测)细胞内不断地进行着物质的合成和分解，如图是细胞内合成Y物质的过程，有关叙述错误的是 (　　) A．该反应的反应物是氨基酸 B．Y物质只具有1个游离的羧基 C．X物质是反应产生的水分子 D．①处的化学键是肽键 B　解析：据图分析可知，该反应的反应物至少都含有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，因此该反应的反应物是氨基酸，该反应是两个氨基酸脱水缩合生成二肽的过程，A正确；生成的二肽中，R1和R2基团中都有可能具有游离的羧基，因此Y物质至少具有1个游离的羧基，B错误；生成物中，Y是二肽，X是水分子，C正确；①处是羧基和氨基脱去一分子水后形成的新的化学键，即肽键，D正确。 [答题指导] 2．(不定项) (2024·丹东高一校联考期末)在教材中“科学家访谈”栏目里施一公院士指出：许多创新药物的研发都依赖于对其靶标蛋白结构的解析。下列叙述正确的是 (　　) A．胰岛素和抗体的功能不同，原因可能是两者的氨基酸种类、数量、排列顺序及肽链形成的空间结构不相同 B．蛋白质高温变性失活后，仍能与双缩脲试剂反应呈紫色 C．抗体是具有免疫功能的蛋白质，其中的氮元素主要存在于氨基中 D．蛋白质的空间结构发生改变后，其功能不会受到影响 AB　解析：蛋白质的结构具有多样性，结构不同的蛋白质其功能一般不同。胰岛素和抗体的化学本质都是蛋白质，两者的差异与组成它们的氨基酸种类、数目、排列顺序以及肽链盘曲折叠形成的空间结构不同有关，A正确；高温会破坏蛋白质的空间结构使其变性失活，但并没有破坏肽键，所以因高温而变性的蛋白质仍能与双缩脲试剂反应呈紫色，B正确；抗体的化学本质是蛋白质，具有免疫功能，其中的氮元素主要存在于两个氨基酸脱水缩合连接处，C错误；蛋白质的功能由蛋白质的结构决定，蛋白质的空间结构发生改变，其功能也会受到影响，D错误。 阿尔茨海默病的治疗——社会责任 阿尔茨海默病是一种多发于老年人群的神经系统退行性疾病，可导致老年性痴呆。此病的重要病理特征之一是β淀粉样蛋白(Aβ)在大脑聚集沉积形成斑块。Aβ由淀粉样前体蛋白水解形成，如图1。 Aβ的空间结构如图2。许多证据表明，Aβ在健康人的大脑中有营养神经的作用。但在遗传因素和环境因素的共同作用下，Aβ产生量过多，可形成不同的Aβ聚集体(图3为含12个Aβ的聚集体)，产生神经毒性并最终使患者出现认知功能障碍和记忆衰退的症状。 设计1：考查知识迁移能力 (1)Aβ含有39～43个氨基酸。请写出氨基酸分子的结构通式：________________。 设计2：考查长句表达能力与科学思维 (2)据图1描述淀粉样前体蛋白形成Aβ的过程：______________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 设计3：考查问题解决能力与社会责任 (3)请你提出治疗阿尔茨海默病的一种思路：____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1) (2)淀粉样前体蛋白经过β­分泌酶和γ­分泌酶的催化作用，切断氨基酸之间的肽键而最终形成Aβ (3)开发抑制β­分泌酶和γ­分泌酶活性的药物；开发抑制Aβ聚集的药物等 解析：(1)氨基酸的结构通式为。(2)根据题目信息分析可知，淀粉样前体蛋白经过β­分泌酶和γ­分泌酶的催化作用，切断氨基酸之间的肽键而最终形成Aβ。(3)根据阿尔茨海默病的重要病理特征之一是β淀粉样蛋白(Aβ)产生量过多，在大脑聚集沉积形成斑块，结合题图，可知治疗阿尔茨海默病的思路是防止Aβ聚集。具体思路详见答案。 1．(2025·北京顺义高一检测)虾中含虾青素，虾青素与某些蛋白质结合呈现青黑色。高温烹饪后蛋白质与虾青素的结合变弱，导致虾青素变为橘红色。导致蛋白质与虾青素结合变弱的原因是高温改变了蛋白质的 (　　) A．空间结构 B．氨基酸种类 C．氨基酸数目 D．氨基酸排序 A　解析：高温烹饪后蛋白质变性，蛋白质的空间结构发生改变，A正确。 2．以胶原蛋白为主要成分制作的手术缝合线，术后可被人体组织吸收，是因为胶原蛋白被水解为 (　　) A．甘油 B．氨基酸 C．葡萄糖 D．胆固醇 B　解析：胶原蛋白的化学本质是蛋白质，是由氨基酸脱水缩合形成的，所以胶原蛋白的水解产物是氨基酸，B正确。 3．三文鱼含有丰富的蛋白质。下列关于三文鱼中蛋白质的叙述，正确的是 (　　) A．有些蛋白质能催化脂肪、糖类、蛋白质的水解 B．其蛋白质都是多条肽链经盘曲、折叠形成的 C．其蛋白质一定只由C、H、O、N四种元素组成 D．煎熟的三文鱼中的蛋白质肽键断裂，遇双缩脲试剂不显色 A　解析：绝大多数的酶属于蛋白质，所以有些蛋白质能催化脂肪、糖类、蛋白质的水解，A正确；蛋白质是由一条或多条肽链经盘曲、折叠形成的，B错误；蛋白质至少由C、H、O、N四种元素组成，C错误；煎熟的三文鱼中的蛋白质空间结构被破坏，但仍存在肽键结构，所以遇双缩脲试剂仍可反应显紫色，D错误。 4．(2025·广州高一检测)2024年诺贝尔化学奖颁发给蛋白质设计和蛋白质结构预测的相关研究。人工智能可依据肽链中氨基酸的某些参数预测蛋白质的结构。下列相关叙述错误的是 (　　) A．每种氨基酸分子都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上 B．氨基酸之间的区别在于R基的不同，人体细胞可合成非必需氨基酸 C．pH过高、过低，温度过高、过低都会导致蛋白质的空间结构被破坏 D．人工智能技术对蛋白质结构的预测为生物医学等领域带来新的突破 C　解析：组成蛋白质的氨基酸都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，A正确；氨基酸之间的区别在于R基的不同，人体细胞可以合成非必需氨基酸，但必需氨基酸需要从外界环境中获取，B正确；pH过高、过低和温度过高都会导致蛋白质的空间结构被破坏，温度过低可能会使蛋白质的活性降低，但不会破坏其空间结构，C错误；人工智能技术在蛋白质结构预测方面取得了显著进展，为生物医学、药物设计等领域带来了新的突破，D正确。 5．(2024·汉中高一检测)蛋白质是目前已知的结构最复杂、功能最多样的分子，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。下列有关蛋白质的叙述，错误的是 (　　) A．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 B．人的红细胞中富含血红蛋白，它体现了蛋白质具有运输的功能 C．许多蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质，如肌肉、头发等 D．有些蛋白质可以调节机体的生命活动，如人体内的抗体 D　解析：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，蛋白质的结构多样，在细胞中承担的功能也多样，A正确；人的红细胞中富含血红蛋白，血红蛋白具有运输功能，B正确；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，如肌肉、头发等的成分主要是蛋白质，C正确；人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等的侵害，体现了蛋白质的免疫功能，D错误。 6．(2025·济南高一检测)锌指是常出现在DNA结合蛋白质中的一种结构域。如图为某种锌指的结构示意图，该锌指由一条含有30个氨基酸的肽链与Zn2+组成，其中Zn2+与2个半胱氨酸(Cys，分子式为C3H7NO2S)和2个组氨酸(His)配位。下列分析错误的是 (　　) A．该锌指的S分布在R基团上 B．氨基酸形成该锌指共需要脱去30个水分子 C．Zn是组成细胞的微量元素 D．正确的空间结构是锌指表现其特有的生物学活性所必需的 B　解析：每种氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，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和一个R基，氨基酸的不同在于R基的不同，S分布在R基团上，A正确；该锌指中含有由30个氨基酸组成的肽链，因而其中含有29个肽键，共需脱去29个水分子，B错误；凡是占人体总重量的0.01%以下的元素，如铁、锌、铜、锰等，称为微量元素，C正确；蛋白质分子要想表现其特有的生物学活性必须有其对应的正确的空间结构，D正确。 7．(不定项)早餐应尽量高营养高蛋白，每天早上可补充充足的牛奶和鸡蛋。下列叙述错误的是 (　　) A．鸡蛋煮熟过程中，肽键被彻底破坏导致蛋白质变性 B．食物中的每种蛋白质水解均可得到所有的必需氨基酸 C．人体吸收的氨基酸，在血液中重新合成各种蛋白质 D．氨基酸的种类、数量、排列顺序是导致蛋白质结构多样性的因素 ABC　解析：鸡蛋煮熟后，蛋白质空间结构被破坏，但是肽键没有断裂，A错误；并非食物中的每种蛋白质水解后均可得到所有的必需氨基酸，B错误；人体吸收的氨基酸，经过血液的运输到达组织细胞中可以重新合成新的蛋白质，C错误；蛋白质的多样性在于组成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序多种多样以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，D正确。 8．(2024·南平高一期末)下图是由氨基酸形成血红蛋白的示意图。 回答下列问题： (1)①是由氨基酸通过________方式形成的________。 (2)③是由①经过________、________形成的，④是由四条肽链聚集在一起形成的具有复杂的____________的蛋白质。 (3)已知血红蛋白由缬氨酸、组氨酸、谷氨酸、苏氨酸等574个氨基酸组成，若正常血红蛋白某一处的谷氨酸被缬氨酸取代，就可能形成异常血红蛋白，导致红细胞运输氧的能力下降，说明肽链中的____________改变会影响蛋白质功能。 (4)据图分析，缺Fe导致缺铁性贫血症的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，因此提倡均衡饮食。 答案：(1)脱水缩合　肽链(或多肽) (2)盘曲　折叠　空间结构 (3)氨基酸序列(或氨基酸排列顺序) (4)Fe是构成血红素的元素(血红素参与血红蛋白的合成)，缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起缺铁性贫血 解析：(1)由示意图可知①为氨基酸之间脱水缩合形成的肽链。(2)由示意图可知，③是由①进一步盘曲、折叠形成的；④为四条肽链聚集在一起形成的具有复杂的空间结构的蛋白质。(3)血红蛋白中某一处的谷氨酸被缬氨酸取代，就可能形成异常的血红蛋白，说明氨基酸排列顺序会影响其功能。(4)血红蛋白由四条肽链组成，其中每条肽链环绕一个亚铁血红素基团，铁是组成血红蛋白不可缺少的一种元素，缺铁会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起缺铁性贫血。 学科网（北京）股份有限公司 $$