2021高三生物人教版一轮教师用书：必修1第1单元第3讲　生命活动的主要承担者——蛋白质

  第3讲　生命活动的主要承担者——蛋白质

蛋白质的结构和功能

1．组成蛋白质的氨基酸及其种类

2．蛋白质的结构及其多样性

(1)多肽的形成及过程

①过程a名称：脱水缩合；场所：核糖体。

②物质b：二肽。多个氨基酸发生a过程形成的产物被称为多肽。

③结构c：肽键，其结构简式为—NH—CO—(或—CO—NH—)。

④H2O中H原子的来源：H来自相邻氨基酸的氨基(—NH2)和羧基(—COOH)；O来源于羧基(—COOH)。

⑤由n个氨基酸形成的一条肽链上至少有1个游离的氨基和1个游离的羧基，分别位于肽链的两端；其余的氨基(或羧基)在R基上。

(2)蛋白质的结构层次

氨基酸多肽蛋白质

(3)蛋白质结构多样性的原因

3．区别蛋白质的三种变化

(1)盐析：是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构没有发生变化。

(2)变性：是由于高温、过酸、过碱、重金属等因素导致的，蛋白质的空间结构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。

(3)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。

4．蛋白质的功能(连线)

　　实例　　　　　　　　蛋白质功能

  ①肌肉、毛发等   a．免疫功能

  ②绝大多数酶   b．信息传递和调节

  ③血红蛋白   c．催化作用

  ④胰岛素   d．运输功能

  ⑤抗体   e．构成细胞和生物体

提示：①－e　②－c　③－d　④－b　⑤－a

(人教版必修1 P23“与生活的联系”)在鸡蛋清中加入食盐会出现白色絮状物，高温加热后鸡蛋清会呈现白色固体状，导致蛋白质出现这两种情况的原因相同吗？说明理由。

提示：不同。在食盐作用下析出蛋白质，蛋白质本身的结构没有改变，仍维持原有的生物活性；高温加热后蛋白质的空间结构发生了改变，丧失了原有的生物活性。

1．具有氨基和羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。 (×)

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。

2．非必需氨基酸不能在人体细胞内合成。 (×)

提示：不能在人体细胞内合成的是必需氨基酸。

3．血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接。 (×)

提示：血红蛋白的不同肽链之间的化学键不是肽键，而是其他的化学键。

4．所有的蛋白质在核糖体上合成后已具有正常生理功能。 (×)

提示：多数蛋白质在核糖体上合成后需加工才具有正常生理功能。

5．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：蛋白质的空间结构破坏，其特定功能会改变。

6．在蛋白酶的作用下，蛋白质水解过程中肽键断裂。 (√)

　蛋白质结构多样性与功能多样性的关系

1．思考蛋白质的结构和功能的两个问题

(1)从哪些方面能判断两个蛋白质是否为同一种蛋白质？

提示：从组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序与多肽链盘曲、折叠的方式及形成的空间结构判断。

(2)蛋白质的变性是蛋白质的哪些方面结构的改变？变性后的蛋白质的生物活性是否可恢复？

提示：蛋白质变性是空间结构的改变，变性后的蛋白质活性不可恢复。

2．如图表示蛋白质的结构层次示意图，据图分析：

(1)组成蛋白质的化学元素中通常含有S，S元素在b中存在于哪部分？

(2)若该蛋白质是胰岛素，那么②发生的场所是哪里？

(3)图中③和④分别是什么过程？有何区别？

提示：(1)存在于b的R基中。

(2)由多肽到成熟分泌蛋白的形成发生在内质网和高尔基体中。

(3)③是变性的过程，蛋白质的空间结构丧失；④是水解的过程，蛋白质中肽键断裂。

考查组成蛋白质的氨基酸

1．(2019·衡水金卷)下列关于氨基酸结构的叙述，错误的是(　　)

A．每个氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，并且都连接在同一个碳原子上

B．生物体组成蛋白质的氨基酸约有20种，其结构上的不同在于R基的不同

C．亮氨酸的R基为—C4H9，则它的分子式为C6H13O2N

D．半胱氨酸和甲硫氨酸均含有S，S一定位于R基中

A　[组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，而不是全部的氨基和羧基都连接在同一个碳原子上，如果还有氨基和羧基，一定是在R基上，A项错误。]

2．(2019·山西四校联考)下列关于人体氨基酸的叙述，正确的是  (　　)

A．氨基酸是胰岛素等各种激素分子的基本单位

B．不同氨基酸的R基一定不同

C．酪氨酸缺乏是人患白化病的根本原因

D．非必需氨基酸的合成与基因的功能无关

B　[有些激素如性激素不是蛋白质；氨基酸的不同在于R基的不同；患白化病的根本原因是基因突变造成酪氨酸酶缺少，合成黑色素减少；非必需氨基酸的合成需要酶的催化，该酶是蛋白质，与基因功能有关。]

　“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸

考查蛋白质的结构和功能

3．(2019·潍坊期中)下列关于蛋白质的叙述，正确的是(　　)

A．蛋白质中的氮主要存在于氨基中

B．蛋白质中肽键的数量与蛋白质多样性有关

C．胰岛素具有信息传递作用，可直接参与细胞的代谢

D．血红蛋白中含有镁元素，可运输氧气或二氧化碳

B　[蛋白质中的氮主要存在于肽键中，A项错误；蛋白质中肽键的数量与蛋白质多样性有关，B项正确；胰岛素具有信息传递作用，但不直接参与细胞的代谢，C项错误；血红蛋白中含有铁元素，可运输氧气或二氧化碳，D项错误。]

4．(2019·唐山期末)下列关于蛋白质组成的细胞结构的叙述，错误的是(　　)

A．由蛋白质和糖类组成的结构具有识别信号分子的作用

B．由蛋白质和DNA组成的结构具有遗传信息载体的功能

C．由蛋白质和RNA组成的结构具有合成蛋白质的功能

D．由蛋白质和脂质组成的结构具有流动性的功能特点

D　[由蛋白质和糖类组成的结构是糖蛋白，位于细胞膜上，具有识别信号分子的作用，A正确；由蛋白质和DNA组成的结构是染色体，染色体是遗传信息的载体，B正确；由蛋白质和RNA组成的细胞器是核糖体，具有合成蛋白质的功能，C正确；细胞膜主要由蛋白质和脂质组成，其结构特点是流动性，功能特点是选择透过性，D错误。]

　几种常见蛋白质的分布和功能

蛋白质的结构及相关计算

有关蛋白质结构的计算规律

1．氨基数和羧基数的计算。

(1)氨基数＝肽链数＋R基中的氨基数＝氨基酸中所有的氨基数－肽键数。

(2)羧基数＝肽链数＋R基中的羧基数＝氨基酸中所有的羧基数－肽键数。

2．肽键数、脱去水分子数和蛋白质相对分子质量的计算。

假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条链状多肽或m条链状多肽：

1．一条肽链中只含有一个游离的氨基和一个游离的羧基。(×)

提示：一条肽链至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基。

2．某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少含有—COOH、—NH2、氧原子的个数分别为m、m、n＋m。              (√)

3．某甜味肽的分子式为C13H16O5N2，则该甜味肽可能是二肽。

  (√)

4．环状肽中一定不含游离的氨基和羧基。 (×)

提示：R基中可能有游离的氨基和羧基。

利用原子守恒法计算肽链中原子数

氨基酸的结构通式是解答此类题目的突破口。在一个氨基酸中，若不考虑R基，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。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×2＋R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×2。

3．氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。

4．氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。

5．由于R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。

如图为无活性的胰岛素原加工为有活性的胰岛素的过程，据图填写相关内容。

(1)切除C肽过程需要什么酶？在哪一细胞器中完成？

(2)有活性的胰岛素至少含有几个氨基？几个羧基？几个肽键？

提示：(1)蛋白酶　高尔基体　(2)2　2　49

考查多肽或蛋白质的结构

1．(2019·甘肃灵台二中月考)如图是某一多肽链的分子结构式，据图分析下列叙述错误的是(　　)

A．①是氨基，⑤是羧基 

B．该多肽链中只有一个肽键，是④ 

C．该多肽链中的R基有②③⑥ 

D．该多肽链形成时失去了两分子水 

B　[分析题图，图中①为氨基，⑤为羧基，A项正确。该多肽链中共有两个肽键，B项错误。该多肽链中的R基有三个，为图中②③⑥，C项正确。该多肽链中有两个肽键，形成时失去了两分子水，D项正确。]

2．(2018·江苏高考)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　[据图可知，两种激素都是由九个氨基酸脱水缩合形成的链状肽，A错误；氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中的氢分别来自一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基，B错误；肽链中游离的氨基数目与参与构成肽链的氨基酸的种类有关，C错误；根据分析可知，两种激素在两个氨基酸种类上不同，进而导致两者的功能不同，D正确。]

考查蛋白质结构的相关计算

3．胰腺合成的胰蛋白酶原进入小肠后，在肠激酶作用下形成有活性的胰蛋白酶，该激活过程如图所示(图中数据表示氨基酸位置)，下列分析不正确的是   (　　)

A．胰蛋白酶原是一条由229个氨基酸组成的多肽

B．胰蛋白酶比胰蛋白酶原少了6个肽键

C．肠激酶激活胰蛋白酶的过程可避免胰蛋白酶破坏自身细胞

D．激活过程是在内质网和高尔基体中进行的

D　[胰蛋白酶原含有229个氨基酸，共228个肽键，胰蛋白酶含有223个氨基酸，共222个肽键，因此胰蛋白酶比胰蛋白酶原少了6个肽键。该激活过程是在小肠腔内进行的，不需要内质网和高尔基体的参与，D错误。]

4．(2019·衡水中学二调)如图是某蛋白质分子的结构示意图，图中“▲、★、■、●”等表示不同种类的氨基酸。图中A链由21个氨基酸组成，B链由19个氨基酸组成；图中“—S—S—”是在蛋白质加工过程中由两个“—SH”脱下2个H形成的。下列有关叙述中，错误的是(　　)

A．该蛋白质多样性的原因之一是氨基酸的排列顺序

B．该蛋白质分子中含有两个羧基和两个氨基

C．图中肽链中肽键是在核糖体中形成的

D．形成该蛋白质分子时相对分子质量减少了686

B　[蛋白质结构多样性的原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，可见，该蛋白质多样性的原因之一是氨基酸的排列顺序，A正确；一条肽链中至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，该蛋白质分子含两条肽链，所以至少含有两个羧基和两个氨基，B错误；核糖体是蛋白质的合成场所，所以图中肽链中肽键是在核糖体中形成的，C正确；形成该蛋白质分子时，共产生了(21－1)＋(19－1)＝38个水分子，又由于蛋白质加工过程中有两个“—SH”脱下2个H形成—S—S—，所以相对分子质量减少了38×18＋2＝686，D正确。]

(1)计算多肽的相对分子质量时，除了考虑水分的减少外，还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现一个二硫键(—S—S—)时，要再减去2(即两个氢原子)，若无特殊说明，不考虑二硫键。

(2)若为环状多肽，则可将相对分子质量计算公式na－18(n－m)中的肽链数(m)视为零，再进行相关计算。

1.组成蛋白质的元素一定有C、H、O、N，一般还含有S元素。

2．多肽和蛋白质的区别：多肽没有明显的空间结构，必须经过加工后，才能形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。

3．煮熟的食物易被人体消化，是因为高温破坏了蛋白质的空间结构，肽链变得松散，易被蛋白酶分解。

4．高温、过酸、过碱、重金属盐，都会使蛋白质的空间结构发生不可逆的变化，但低温不会。

5．一些功能物质的化学本质如下：(1)绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；激素中，有些是蛋白质，有些不是蛋白质。(2)抗体和载体的本质都是蛋白质，但结构各不相同。蛋白质与酶、激素、抗体、载体的关系如图所示：

1.组成生物体蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

2．脱水缩合是一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水的过程。

3．氨基酸分子以脱水缩合的方式形成肽键，由肽键连接氨基酸分子形成肽链，肽链盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质分子。

4．组成蛋白质的氨基酸的种类、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千差万别是蛋白质结构多样性的直接原因。

5．蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，具有催化、运输、免疫、信息传递等许多功能。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和体现者。

真题体验| 感悟高考　淬炼考能

1．(2018·全国卷Ⅱ)下列关于人体中蛋白质功能的叙述，错误的是(　　)

A．浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原 

B．肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过程 

C．蛋白质结合Mg2＋形成的血红蛋白参与O2运输

D．细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分

C　[浆细胞产生的特异性抗体可与相应抗原结合而发挥免疫功能，A项正确；肌细胞中的肌球蛋白、肌动蛋白等参与肌肉收缩的过程，B项正确；参与氧气运输的血红蛋白中有Fe2＋，而没有Mg2＋，C项错误；染色体主要由蛋白质和DNA组成，所以细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分，D项正确。]

2．(2017·海南高考)有关蛋白质结构与功能的叙述，错误的是(　　)

A．蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关

B．数量相同的5种氨基酸可以组成不同的多肽链

C．将抗体溶于NaCl溶液中会造成其生物活性的丧失

D．氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构

C　[抗体的化学本质是免疫球蛋白，蛋白质遇强酸、强碱、高温会变性失活，而在NaCl溶液中会发生盐析现象，生物活性并不改变，C错误。]

3．(2017·江苏高考)下列关于肽和蛋白质的叙述，正确的是(　　)

A．α­鹅膏蕈碱是一种环状八肽，分子中含有8个肽键

B．蛋白质是由2条或2条以上多肽链构成的

C．蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的

D．变性蛋白质不能与双缩脲试剂发生反应

A　[环状八肽的分子中含有8个肽键，A正确；蛋白质是由肽链盘曲折叠形成的，可能只由1条肽链构成，也可能由多条肽链构成，B错误；蛋白质变性是由空间结构发生改变造成的，肽键并没有断裂，变性蛋白质仍有肽键，可与双缩脲试剂发生紫色反应，C、D错误。]

4．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列与蛋白质相关的问题：

(1)生物体中组成蛋白质的基本单位是________。在细胞中合成蛋白质时，肽键是在________这一细胞器上形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如________(填“胃蛋白酶”“逆转录酶”或“酪氨酸酶”)。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基体，此过程中高尔基体的功能是______________________。

(2)通常，细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和________结构。某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性，通常，变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是________________。

(3)如果DNA分子发生突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被另一个碱基替换，但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变，其原因可能是____________________。

[解析]　(2)蛋白质中正确的氨基酸序列和空间结构决定了其生物学功能；蛋白质变性是空间结构遭到了破坏，失去了生物活性。变性蛋白质的肽键暴露出来，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解。(3)编码血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被替换，但其未引起血红蛋白中氨基酸序列改变，说明突变前后mRNA上相应密码子对应同一种氨基酸，即遗传密码具有简并性。

[答案]　(1)氨基酸　核糖体　胃蛋白酶　对蛋白质进行加工、分类和包装　(2)空间　蛋白质变性使肽键暴露，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解　(3)遗传密码具有简并性