2.4蛋白质是生命活动的主要承担者课件-2026-2027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 第2章 组成细胞的分子 1 > 我国每年有上百万患者因为角膜受损陷入失明，但是捐献的人体角膜远远不够，很多患者等待不到移植机会。传统人工替代品多为塑料材质，可以透光，却无法和人体组织融合，移植后容易排斥、不能实现细胞生长修复。我国科研团队经过多年攻关，利用基因工程在工程菌中生产出人体胶原蛋白，以此为原料制备人工生物角膜，已经完成临床手术。患者移植后，自身细胞可以在这块人工角膜上生长，逐步重建完整角膜，恢复视力。 难题：①如果生产出来的胶原蛋白空间结构异常，这块人工角膜就会质地脆弱，无法用于移植； ②如果蛋白制备过程温度过高，胶原蛋白变性，材料直接报废； ③仅仅依靠游离的氨基酸，完全不能组装成可以移植的角膜材料。 今天我们就化身“健康顾问”，通过探究细胞中的水和无机盐，来为这位同学找出病因、开具良方。 这些营养问题的本质，其实都与“细胞中的元素和化合物”有关。今天我们就化身“航天食品研发员”，通过三大任务，为航天员制定一份科学的营养方案。 思考： 为什么蛋白质（胶原蛋白）可以搭建角膜这种人体组织，塑料却不行？蛋白质到底承担细胞哪些生命功能？ 同样是氨基酸，为什么组装出来的胶原蛋白结构一旦出错，人工角膜就彻底失效？ 为什么零散氨基酸不能直接当角膜材料，必须组装成有特定空间结构的蛋白质？ 今天我们就化身生物材料研发员，解开蛋白质的秘密。 任务一：剖析人工角膜，探究蛋白质的功能 1 4 任务一：排查身体里的“嫌犯”——探究蛋白质的功能 资料卡： 1. 角膜、巩膜依靠胶原蛋白维持形态； 2. 视网膜细胞上存在载体蛋白，转运离子，维持感光细胞正常工作； 3. 眼部发生感染时，眼球内会产生抗体抵御病菌； 4. 眼球内多种酶催化眼内代谢反应； 5. 激素蛋白可以调节眼球发育。 问题：1. 胶原蛋白构成角膜，体现蛋白质的___________________功能？ 2. 视网膜细胞膜上载体蛋白转运离子，体现____________功能。 3. 眼部被病菌感染，抗体发挥防御作用，体现__________功能。 4. 眼内代谢离不开酶，绝大多数酶是蛋白质，体现__________功能。 5. 结合以上分析，请概括：为什么说“蛋白质是生命活动的主要承担者”？ 参与组成细胞结构 运输 免疫 催化 调节 课件给出馒头（淀粉）、牛奶（乳糖）、苹果（果糖、葡萄糖、蔗糖）、白糖（蔗糖）的卡通图。 1.蛋白质的功能 6 1.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、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 任务二：拆解 “生物材料积木”—氨基酸的结构 研发中发现：只要胶原蛋白的结构出一点差错，人工角膜材料就失去使用价值。功能出问题根源在于结构。胶原蛋白这种大分子蛋白质，又是由什么搭建而成？胶原蛋白本质是蛋白质，它的基本组成单位是氨基酸。人体胶原蛋白由约 21 种氨基酸当中的多种组装而成。 8 1.氨基酸的结构 （1）这四种氨基酸共有的部分是? （2）这类物质为什么叫做氨基酸？ 观察29页几种氨基酸的结构，探究以下问题 甘氨酸 缬氨酸 丙氨酸 亮氨酸 侧链基团（R基） 氨基酸代表了氨基酸分子结构中的主要部分----氨基和羧基 氨基酸结构特点：每个氨基酸至少有一个 ( )和一个 （ ），并且都有一个氨基和一个羧基连 在 碳原子上。氨基酸的不同之处是 的不同 (3)请总结出氨基酸的元素组成： (4)请归纳氨基酸的结构通式： (5)请用一句话概括出氨基酸在分子组成上的特点： —COOH —NH2 羧基 同一个 R基 氨基 主要是：C、H、O、N 侧链基团 羧基 氨基 1.氨基酸的结构 特别关注： 1、氨基、羧基、R基的正确书写格式分别为：—NH2、—COOH、—R (基团前的“—”不能省略) 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”说明氨基酸分子中的氨基和羧基的数目大于1个，其他的氨基和羧基位于R基上。 3、氨基羧基 不同表示方法： 1.氨基酸的结构 2.氨基酸的种类 ①在人体内，构成蛋白质的氨基酸有21种。 ②分类： 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（婴儿9种） 甲 携 来 一 本 亮 色 书 甲硫 缬 赖 异亮 亮 苯丙 色 苏 氨基酸的种类由R基决定。 R基决定氨基酸的种类和理化性质。 12 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 即时演练 任务探究 13 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 即时演练 任务探究 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。 14 任务三：解密胶原蛋白组装，理解蛋白质结构层次、多样性、变性 情境延续：工程菌内部，氨基酸通过脱水缩合连成肽链，肽链进一步盘曲、折叠，多条肽链组合，形成具有特定空间结构的胶原蛋白，才有坚韧的力学特性，才能作为角膜移植材料。 15 C H COOH R2 H N 二肽 C H R1 H2N OH C O H2O H 肽键 脱水缩合: 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。 肽键 H2O －C－COOH R3 H － － －N H － H OH － 肽键 ‖ O －C R1 H2N H － － －C －C－C R2 H － － －N H － ‖ O H2O 脱水缩合 三肽 规律1.形成的肽键数 = 脱去的水分子数 氨基酸个数 形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数 至少含有氨基(或羧基)数 13 1 n 1 13 2 n 2 n m 12 12 1 n-1 n-1 1 11 11 2 n-2 n-2 2 n-m n-m m 氨基酸 肽键 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。 -SH + HS- → -S-S-(二硫键) + 2H 想一想：在形成一个二硫键时，相对分子质量减少多少？ 拓展.关于蛋白质相关计算的4个失分点 (1)若形成的多肽是环状：氨基酸数＝肽键数＝失去水分子数。 (2)在蛋白质相对分子质量的计算中，若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时，要考虑脱去氢的质量，每形成一个二硫键，脱去2个H。 (3)计算O和H的数量变化时，不要漏掉脱去H2O中的O、H数值。 (4)关于蛋白质的计算中，要特别注意题中设问的是“氨基酸的数目”还是“氨基酸的种类”。 20 氨基酸的 不同 氨基酸的 不同 氨基酸的 不同 α-螺旋 β-折叠 肽链 方式及其形成的 不同 活动2：破解蛋白质结构多样性的密码 种类 数目 排列顺序 盘曲折叠 空间结构 从氨基酸到蛋白质大致结构层次 氨基酸之间脱水缩合形成肽链 1 肽链进行进一步盘绕形成一定的空间结构 3 四条肽链聚集形成复杂空间结构 4 一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠 2 活动2：破解蛋白质结构多样性的密码 直接原因 (1)氨基酸 ① 不同 ② 成百上千 ③ 千变万化 (2)肽链 及其形成的 。 种类 数目 排列顺序 空间结构千差万别 根本原因 ：DNA分子的多样性 多样性 盘曲折叠 1-1 1-1-1-1 1-1 2-2 1-2 2-1 活动2：破解蛋白质结构多样性的密码 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。 运氧功能大大削弱 活动2：破解蛋白质结构多样性的密码 问题链： 1. 人体中胶原蛋白、抗体、酶，都是由 21 种氨基酸组成，但是功能千差万别，请说出蛋白质结构多样性 4 个原因。 2. 实验室制备胶原蛋白，如果温度过高，蛋白质变性。思考：变性时，氨基酸序列改变吗？肽键断裂吗？什么被破坏？材料会发生什么变化？ 3. 深度思辨：变性后的胶原蛋白，还能不能用来制作人工角膜？变性后的蛋白质，能否用双缩脲试剂检测？为什么？ 25 蛋白质在盐溶液中溶解度降低析出溶解度的变化，可逆 肽键断裂，蛋白质分解为短肽或氨基酸 拓展 ： 蛋白质的盐析、水解和变性 水解 盐析 26 变性 氨基酸顺序 ， 肽键 ， 空间结构 ， 功能 。 改变 不变 不变 改变 导致变性的因素： 高温、强酸、强碱、重金属离子 拓展 ： 蛋白质的盐析、水解和变性 源于必修1 P32“与社会的联系”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 对接科研痛点：实验室生产蛋白必须严格控制温度，高温会破坏胶原蛋白空间结构，材料直接报废。这印证了生物学的什么核心观念？ 本节课我们化身生物材料研发人员，围绕人工生物角膜展开探究： 1. 胶原蛋白作为结构蛋白，也让我们认识蛋白质五大功能，理解蛋白质是生命活动的主要承担者； 2. 蛋白质的基本单位氨基酸，经脱水缩合形成多肽链，肽链盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质； 3. 核心观念：结构决定功能。氨基酸的种类、数目、排列顺序、肽链的空间结构决定蛋白质功能；一旦空间结构被破坏，蛋白质变性，丧失生理功能 结构决定功能。 蛋白质 基本单位 元素 组成 功能 基本元素：C、H、O、N，有的含有S等元素 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 第四节 蛋白质的是生命活动的主要承担者 基能过关——问题化 一、判一判(判断正误并找到课本原话) 1．胶原蛋白被分解为氨基酸后才能被人体组织细胞吸收。(必修1 P29正文) (　　) 2．组成蛋白质的21种氨基酸之间的区别在于R基的不同。(必修1 P29正文) (　　) 3．至少含有一个氨基和一个羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。(必修1 P29正文) (　　) √ √　 ×　 31 4．必需氨基酸是人体细胞不能合成的，必须从外界环境中获取。(必修1 P30“与社会的联系”) (　　) 5．一个氨基酸分子的羧基和同一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式叫作脱水缩合。(必修1 P30正文) (　　) 6．高温处理过的蛋白质仍能与双缩脲试剂发生紫色反应。(必修1 P32“与社会的联系”) (　　) 7．一个由20种、500个氨基酸组成的蛋白质，它的氨基酸排列顺序可能有20500种。(必修1 P33“生物科学史话”) (　　) √　 ×　 √　 √　 32 聚焦真题分类练 题组　真题重组判断类 1．(河北卷)鸡蛋煮熟后蛋白质会发生变性，不利于人体消化 (　　) 2．(湖北卷)蛋白质变性后生物活性丧失是因为原有空间结构破坏 (　　) 3．(海南卷)纤维蛋白彻底水解的产物可与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应 (　　) 4．(湖南卷)胶原蛋白是细胞外基质的主要成分之一，其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高 (　　) × √ ×　 ×　 33 5．(辽宁卷)胰岛 B 细胞能分泌调节血糖的蛋白质，唾液腺细胞能分泌水解淀粉的蛋白质 (　　) 6．(海南卷)人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”。该“废物蛋白”被该酶切割过程中发生肽键断裂 (　　) 7．(河北卷)NaOH与CuSO4配合使用在还原糖和蛋白质检测实验中作用不同 (　　) 8．(重庆卷)食物中的胶原蛋白可被人体直接吸收 (　　) √　 √　 √　 × 34 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 即时演练 任务探究 35 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。 （ ） ✓ ✘ ✘ ✓ 随堂小练 36 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 随堂小练 37 4.下列物质中，构成蛋白质的氨基酸（ ） A． B． C． D． CH2 NH2 COOH CH2 NH2 CH2OH CH NH2 COOH （CH2）2 NH2 CH HOOC COOH CH2 COOH A 随堂小练 半胱氨酸、丝氨酸 38 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。 随堂小练 39 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 随堂小练 40 (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。 41 FormatFactory $