内容正文:
第一单元
细胞的分子组成及基本结构
第3课 蛋白质和核酸
考点1 蛋白质是生命活动的主要承担者
回顾课本,梳理考点
判断正误,测试基础
例析考向,总结方法
题型突破,真题体验
一、蛋白质的功能
蛋白质是细胞的基本组成成分,具有____________________________
_______________________等重要功能。可以说,细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。
信息传递、防御
参与组成细胞结构、催化、运输、
结构蛋白:构成细胞和生物体的重要物质
催化作用,如酶
运输作用,如血红蛋白、载体蛋白
调节作用,如胰岛素、生长激素
免疫功能,如免疫球蛋白、抗体
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判断正误,测试基础
例析考向,总结方法
题型突破,真题体验
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
1.种类
在人体中,组成蛋白质的氨基酸有______,各种氨基酸之间的区别在于______的不同。
21种
R基
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、必须从外界环境中直接获取的氨基酸。
异亮氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、缬氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸(一家人来写两三本书)
21种氨基酸
(1) 结构通式:氨基酸分子结构通式可表示为:_____________,也可以简写为______________。
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二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
2.结构及其特点
(2) 结构特点:①每种氨基酸分子______都含有一个氨基(________)和一个羧基(_________),并且都有____________________连接在同一个碳原子上;
②这个碳原子还连接__________________________,其中可用R表示的是__________。
至少
— NH2
— COOH
一个氨基和一个羧基
一个氢原子和一个侧链基团
侧链基团
R−C2H4O2 N
(2) 多肽→蛋白质:由于氨基酸之间能够形成______等,从而使得肽链能盘曲、折叠,形成具有______________的蛋白质分子。许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链,它们通过一定的________如二硫键相互结合在一起。这些肽链不呈直线,也不在____________上,而是形成更为复杂的__________。
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三、蛋白质的结构及其多样性
1.蛋白质的形成
(1) 氨基酸→多肽:氨基酸分子互相结合的方式是:一个氨基酸分子的
__________________和另一个氨基酸分子的________________相连接,同时脱去__________,这种结合方式叫作__________。连接两个氨基酸分子的化学键叫作______。由两个氨基酸分子缩合而成的化合物,叫作______。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,叫作______。多肽通常呈链状结构,叫作______。
羧基(— COOH)
氨基(— NH2)
一分子水
脱水缩合
肽键
二肽
多肽
肽链
氢键
一定空间结构
同一个平面
空间结构
化学键
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2.蛋白质结构的多样性
三、蛋白质的结构及其多样性
在细胞内,组成一种蛋白质的____________可能成千上万,氨基酸形成肽链时,不同种类氨基酸的__________千变万化,肽链的__________________________________千差万别,因此,蛋白质分子的结构极其多样,这就是细胞中蛋白质种类繁多的原因。
氨基酸数目
排列顺序
盘曲、折叠方式及其形成的空间结构
3.蛋白质结构与功能
每一种蛋白质分子都有与它所承担功能__________________,如果____
________________________________改变,就可能会影响其功能。
相适应的独特结构
氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构
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1.蛋白质是生命活动的主要承担者,细胞中的遗传信息表达成蛋白质才能起作用。( )
2.酶、抗体的化学本质均是蛋白质。 ( )
3.氨基酸是由C、H 、O、N四种元素组成的。 ( )
4.必需氨基酸对人体健康的作用大于非必需氨基酸。 ( )
5.氨基酸和氨基酸间通过肽键连接形成肽链,肽链和肽链间通过一定的化学键如二硫
键相互结合在一起。 ( )
6.若通过水解去除某肽链位于中间的一个氨基酸,则需消耗二分子水。 ( )
7.人体的蛋白质与食物中蛋白质分子中氨基酸间的连接方式不同,所以功能不同。( )
8.在制备蛋白质类酶制剂时,应注意保持低温,并避免强酸、强碱、重金属盐类的作
用,以防止蛋白质变性;在需要去掉一些不必要的蛋白质时,可利用蛋白质变性的原
理,使一些蛋白质变性沉淀除去。 ( )
9.蛋白质的分子结构是蛋白质承担功能的物质基础。 ( )
10.氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质。 ( )
√
√
√
√
√
×
×
×
×
×
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
1.氨基酸的结构和种类
(1)元素组成:除C、H、O 、N 外,有的还有S 等。
(2)比较上述三种氨基酸,它们共有的结构:
(3)氨基酸理化性质的不同取决于R基的不同,图中三种氨基酸的 R基依次是— (CH2)2—COOH 、— (CH2)4—NH2、— CH2—SH 。
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
1.氨基酸的结构和种类
方法技巧1:判断组成蛋白质的氨基酸的“两看法”
从数量
上看 至少有一个— <m></m> 和一个— <m></m> ,下列不属于构成蛋白质的氨基酸:
从位置
上看 必须有一个— <m></m> 和一个— <m></m> 连在同一个碳原子上,如下不属于构成蛋白质的氨基酸:
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
1.氨基酸的结构和种类
练习:
COOH
—C—
H
H2N
CH3
①
—C—
—C
H2N
COOH
H
H
CH3
CH3
②
—C——
③
H2N
COOH
H
—C—
H
CH3
CH3
下面属于氨基酸的是________
①
③
NH2
—C—
H
H2N
CH3
④
×
×
√
√
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
C
H
R1
H2N
OH
C
O
H2O
C
H
COOH
R2
H
N
H
氨基酸1
氨基酸2
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
C
H
R1
H2N
C
O
C
H
COOH
R2
H
N
氨基酸1
氨基酸2
肽键
二肽
肽键:连接两个氨基酸分子的化学键
二肽:由两个氨基酸分子缩合而成的化合物
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
(1)肽的名称确定:一条多肽链由几个氨基酸分子脱水缩合就称为几肽。
(2)H2O中各元素的来源:H来自—COOH 和—NH2 ,O来自— COOH。
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
(3)一条肽链上氨基数或羧基数的确定:
①有“至少”两字:一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,分别位于肽链的两端;
②无“至少”两字:肽链的两端有一个游离的氨基(一个游离的羧基) + 其余的氨基(或羧基)在R基上。
总结:①至少含有游离的氨基数或羧基数=肽链数 ×1
②游离的氨基或羧基数=肽链数 ×1+R 基中含有的氨基或羧基。
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
典例1 在下列物质中,若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸(各1个)通过脱水缩合而形成多肽链,则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是( )
① &3& ② &4&
③&5&
A. 3、3 、2 B. 4 、3 、3 C. 2 、1、1 D. 2、2 、2
[解析] 图中①③两种氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基,并且它们都连接在同一个碳原子上,属于组成蛋白质的氨基酸,③氨基酸的基中还有羧基,②的氨基和羧基不连在同一碳原子上,不属于构成蛋白质的氨基酸,故由此2种氨基酸(各一个)组成的蛋白质中,羧基数目为2个,氨基数目为1个,肽键数目=氨基酸数目-肽链数 个。
C
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
方法技巧2:脱水缩合过程中的相关数量关系
2个氨基酸形成一条肽链,要脱去 分子水,并形成 个肽键。
3个氨基酸形成一条肽链,要脱去 分子水,形成 个肽键。
那么,m个氨基酸形成一条肽链,要脱去_____个水分子,形成______个肽键。
m个氨基酸形成n条肽链,要脱去_____个水分子,形成______个肽键。
m-1
m-n
m-n
m-1
1
1
2
2
(1)肽键数=脱水数目=氨基酸数-肽链数。
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
方法技巧2:脱水缩合过程中的相关数量关系
(2)蛋白质相对分子质量=氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量-脱水分子数 (不考虑形成二硫键)。
肽链数
目 氨基酸
数 肽键数
目 失去水分子
数 多肽链相对分子质
量 氨基数
目 羧基数
目
1条 <m></m> <m></m> <m></m> <m></m> 至少1个 至少1个
<m></m> 条 <m></m> <m></m> <m></m> <m></m> 至少 <m></m> 个 至少 <m></m> 个
注:设氨基酸的平均相对分子质量为
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
方法技巧3:脱水缩合过程中的各原子数量变化的相关计算
在脱水缩合形成多肽时,要失去部分氢、氧原子,但是碳原子、氮原子的数目不会减少。其相关数量关系如下:
(1)碳原子数=氨基酸的分子数 基上的碳原子数。
(2)氢原子数=各氨基酸中氢原子的总数-脱去的水分子数 。
(3)氧原子数=各氨基酸中氧原子的总数-脱去的水分子数=肽链数 肽键数 基上的氧原子数。
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
(4)氮原子数=肽链数 肽键数基上的氮原子数=各氨基酸中氮原子的总数。
(5)由于 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。
方法技巧3:脱水缩合过程中的各原子数量变化的相关计算
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
例:有一条由14个氨基酸组成,分子式为 的多肽链,经过水解后的产物中有3种氨基酸:半胱氨酸 、丙氨酸 、天冬氨酸 。水解产物中天冬氨酸的数目是( )。
A. 个 B. 个 C. 个 D. 个
D
[解析] 由于3种氨基酸中 <m></m> 和 <m></m> 的数目相等,因此从氧原子数考虑,天冬氨酸 <m></m> 中含有4个氧原子,设该化合物中天冬氨酸有 <m></m> 个,该多肽脱去水分子 <m></m> 个,根据氧原子守恒, <m></m> ,解得: <m></m> 。
方法技巧3:脱水缩合过程中的各原子数量变化的相关计算
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例析考向,总结方法
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
2.氨基酸脱水缩合过程
方法技巧4:基因表达过程中,氨基酸数与相应的碱基(核苷酸)数目的对应关系
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
A. <m></m> 、 <m></m> B. <m></m> 、 <m></m> C. <m></m> 、 <m></m> D. <m></m> 、 <m></m>
变式训练1 半胱氨酸的 R 基团为— CH2SH,缬氨酸的R基团为— CH(CH3)2 ,由它们构成的二肽,含有碳和氢的原子数分别是( )
[解析] 氨基酸的结构通式为:&6& ,已知半胱氨酸的 <m></m> 基团为— <m></m> ,缬
氨酸的 <m></m> 基团为— <m></m> ,将其代入氨基酸的结构通式即可写出半胱氨酸的分子
结构式 <m></m> 和缬氨酸的分子结构式 <m></m> 。它们缩合形成的二肽的分
子式为 <m></m> ,其中含有碳和氢的原子数分
别是8、 <m></m> 。
C
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例析考向,总结方法
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考向一 组成蛋白质的氨基酸的结构和种类、氨基酸的脱水缩合及相关计算
围绕氨基酸结构通式的两种计算类型
1.依据:氨基酸的结构通式可以简写为 <m></m> ,氨基酸分子式中各原子数等于 <m></m> 基中各原子数分别加上结构通式中 <m></m> 、 <m></m> 、 <m></m> 、 <m></m> 原子数。
2.两种计算类型:
(1)已知氨基酸分子式,推测 <m></m> 基的组成,根据 <m></m> 做减法,若某氨基酸分子式为 <m></m> ,则 <m></m> 基为 <m></m> 。
(2)已知 <m></m> 基,写出氨基酸的分子式,根据 <m></m> 做加法,若丙氨酸的 <m></m> 基为 <m></m> ,则丙氨酸的分子式为 <m></m> 。
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考向二 蛋白质的结构和功能
1.蛋白质结构多样性
(1)据图判断蛋白质结构多样性的原因(“□○”表示不同的氨基酸)
注意:
蛋白结构多样性的直接原因:氨基酸的种类、数目、排列顺序以及多肽链盘曲折叠的方式及其形成的空间结构不同。
蛋白结构多样性的根本原因:DNA分子的多样性(基因的选择性表达)。
蛋白结构多样性决定了功能的多样性。
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考向二 蛋白质的结构和功能
1.蛋白质结构多样性
(2)蛋白质的四个结构层次
某种胰岛素的二硫键示意图
注意:
通常核糖体上合成的多肽没有活性,需要经过盘曲折叠(在内质网、高尔基体上完成)形成有一定空间的蛋白质,才能发挥作用。
蛋白质分子,一条或几条多肽链经盘曲折叠形成。
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考向二 蛋白质的结构和功能
2.蛋白质功能多样性
蛋白质功能 实例
构成细胞和生物体结构 肌肉、头发等
催化作用 绝大多数酶
运输功能 血红蛋白
免疫功能 抗体
信息传递和调节 胰岛素
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考向二 蛋白质的结构和功能
蛋白质功能 实例
右图中①②③中 <m></m> 分别代表三种物质:酶、转运蛋白、抗体;分别体现了蛋白质的催化功能、运输功能、免疫功能 ________________________________________________________
_
酶、激素、抗体、转运蛋白与蛋白质、脂质的关系概念图:右图中 <m></m> 对应的物质依次为脂质、激素、抗体(或转运蛋白)、蛋白质、转运蛋白(或抗体)、酶 _____________________________________________
2.蛋白质功能多样性
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考向二 蛋白质的结构和功能
方法技巧:蛋白质结构多样性的四个原因和五种功能
在答题时注意问题是蛋白质结构多样性的原因还是多肽结构多样性的原因,多肽结构多样性的原因只有三个原因,不包括空间结构不同。
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考向二 蛋白质的结构和功能
典例2 (2022·深圳模拟)乙酰六胜肽为人体内源性生物活性物质,是一种具有穿透细胞膜能力的小分子链状六肽,由于能够阻断神经肌肉间的信息传导,避免肌肉过度收缩,减少了动态纹的发生,还能有效重组胶原蛋白,增加弹力蛋白活性,多用于化妆品内作为抗皱成分。下列相关叙述正确的是 ( )
A.乙酰六胜肽可与甲、乙液等量配制的双缩脲试剂呈紫色反应
B.乙酰六胜肽进入细胞充分体现了细胞膜的功能特点
C.氨基酸的种类和数量就决定了该小分子多肽的功能
D.该多肽只有一个游离的氨基(羧基),由6个氨基酸通过5个肽键相连
B
(1) 许多生命问题需要在蛋白质层面加以研究,因为:______________________________。
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考向二 蛋白质的结构和功能
变式训练2 美国科学家发现了一种名为“Notch”的蛋白质,它能快速修复受损的脑细胞,“OMP”是人体骨形成所需的一种蛋白质,但在人体内过量表达会增加患多种癌症的风险,许多生命问题需要在蛋白质层面加以研究。如图是某种蛋白质的一条肽链结构,请回答下列问题:
蛋白质是生命活动的主要承担者
(2) 图示肽链称为____肽化合物。
六
(3)“Notch”蛋白和“ OMP”蛋白具有正常的生物学功能,除了需要其有正确的氨基酸数目、种类、排列顺序,还需要有特定的__________。物理或化学因素可导致“ Notch”蛋白和“ OMP ”蛋白变性,变性后的蛋白易被蛋白酶水解,原因是__________________________________________________________。
变性后蛋白的空间结构变得伸展、松散,有利于和蛋白酶充分接触
空间结构
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考向二 蛋白质的结构和功能
(4) 某肽链由51个氨基酸(共含有54个氨基)组成,如果用肽酶把其分解成2个五肽,3个六肽和3个七肽,则这些短肽所含氨基总数为____,氧原子数与原来的肽链相比,发生的变化是___________。
11
增加了7个
[解析] 某肽链由51个氨基酸(共含有54个氨基)组成,如果用肽酶把其分解成2个五肽,3个六肽和3个七肽,则这些短肽总共有 <m></m> 条肽链,至少含有8个氨基,结合题干可知其 <m></m> 基上含有3个氨基,因此这些短肽所含氨基总数为11。水解过程增加了7个水,说明氧原子数与原来的肽链相比,增加了7个氧原子。
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拓展:蛋白质的水解、盐析与变性
①蛋白质的水解
完全水解:各种氨基酸混合物;部分水解:各种氨基酸和多肽的混合物
▲应用:临床工作中常用酒精、加热、紫外线等来消毒杀菌
②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)
结果:空间结构改变和破坏,肽键没有破坏
特点:不可逆
③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;蛋白质的结构没有改变,仍具有原来的生物活性
特点:可逆,加水后絮状物消失
回顾课本,梳理考点
判断正误,测试基础
例析考向,总结方法
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1.(2021·天津摸底考)下图是某多肽化合物的结构式。下列关于该化合物的叙述,错误的是( )。
A.该化合物是三肽,含有2个肽键 B.氨基酸的不同种类取决于 R基②④⑥
C.该多肽链中含有4个羧基、3个氨基 D.形成该多肽链时,会脱去2个水分子
[解析] 据图分析,图中化合物含有2个肽键③⑤,为三肽,A正确;图中②④⑥表示 R基,其决定了氨基酸的种类,B正确;图中多肽含有2个游离的羧基②⑦,1个游离的氨基①,C错误;三肽是由3个氨基酸脱去2个水分子后形成的,D正确。
C
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例析考向,总结方法
题型突破,真题体验
2.哺乳动物的催产素具有催产和排乳的作用,加压素具有升高血压和减少排尿的作用。两者结构简式如图,各氨基酸残基用3个字母缩写表示。下列叙述正确的是( )。
A.两种激素都是由八肽环和三肽侧链构成的多肽类化合物
B.氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢全部来自氨基
C.肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类无关
D.两种激素间因2个氨基酸种类不同导致生理功能不同
D
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3.二硫键“ —S—S— ”是蛋白质中连接两条肽链之间的一种化学键。下图是由280个氨基酸组成的某蛋白质的结构图,下列有关叙述正确的是( )。
A.该蛋白质至少有280个氨基
B.形成该蛋白质的过程中脱去了280个水分子
C.该蛋白质至少有2个游离的羧基
D.该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类和排列顺序三方面决定
C
4.(2021·辽宁卷)蛋白质是生命活动的主要承担者。下列有关叙述错误的是( )。
A.叶绿体中存在催化ATP合成的蛋白质
B.胰岛 B 细胞能分泌调节血糖的蛋白质
C.唾液腺细胞能分泌水解淀粉的蛋白质
D.线粒体膜上存在运输葡萄糖的蛋白质
D
$