2021高考生物人教版一轮教师用书第一单元第3讲 蛋白质
展开第3讲 蛋白质
考点一 组成蛋白质的氨基酸的结构及种类
1.氨基酸的结构特点
分析以下四种氨基酸,回答下列问题:
(1)分析氨基酸的元素组成
主要由C、H、O、N四种元素组成,有的还含有P、S等。
(2)分析氨基酸的结构特点
①氨基和羧基的数量:每个氨基酸至少有一个氨基和一个羧基。
②氨基和羧基的连接位置:都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
③氨基酸不同的决定因素:R基的不同。
(3)写出氨基酸的结构通式
。
2.氨基酸的种类
生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种。
根据能否在人体内合成,分为必需氨基酸(8种,婴儿9种)和非必需氨基酸(12种)。
[纠误诊断]
(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)每种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基。( × )
提示:每种氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基。
(3)生物体内组成蛋白质的氨基酸中,不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。( √ )
(4)非必需氨基酸不能在人体细胞内合成。( × )
提示:非必需氨基酸能在人体细胞内合成。
(5)评价蛋白质食品营养价值仅是依据其必需氨基酸的种类和数量。( × )
提示:评价蛋白质食品营养价值时,人们格外重视其中必需氨基酸的种类和含量。
1.透彻理解氨基酸的结构通式
请找出氨基酸的共同体,即图中的“不变部分”是连接在同一碳原子上的—NH2、—COOH和—H,剩下的部分即为R基。倘若找不到上述“不变部分”,则不属于构成蛋白质的氨基酸。
[深度思考] “组成蛋白质的氨基酸中至少含有一个氨基和一个羧基”,你对“至少”是怎么理解的?
提示:在氨基酸的R基中也可以含有氨基或羧基,但组成蛋白质的氨基酸总会有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。
2.分析氨基酸中各原子的数目
已知某种氨基酸的R基是—CH2—CH2—NH2,在一个氨基酸分子中,含有的C和N的原子数之比为 2∶1。
名师点拨:一个氨基酸中各原子的数目计算
(1)C原子数=R基中的C原子数+2。
(2)N原子数=R基中的N原子数+1。
(3)H原子数=R基中的H原子数+4。
(4)O原子数=R基中的O原子数+2。
题型 组成蛋白质的氨基酸的种类和结构
1.下面是三种化合物的结构简式,下列有关三种化合物的叙述,错误的是( B )
A.三种化合物可以用一个结构通式表示
B.三种化合物的共同点之一是都含有一个氨基、一个羧基
C.三种化合物都不能与双缩脲试剂发生紫色反应
D.三种化合物两两结合形成的物质的游离氨基数相同
解析:三种物质都是构成蛋白质的氨基酸,都可用氨基酸的结构通式表示;图中三种氨基酸共同点应为至少都含有一个氨基、一个羧基,连接在同一个碳原子上;双缩脲试剂鉴定蛋白质产生紫色反应,是由于蛋白质中有肽键,而氨基酸中无肽键,故不能与双缩脲试剂发生紫色反应;三种化合物两两结合形成的物质中游离的氨基数均为1。
2.(2019·河北衡水金卷)下列关于氨基酸结构的叙述,错误的是( A )
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
解析: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;生物体内组成蛋白质的氨基酸约有20种,其结构是一个中心碳原子连接一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个侧链基团(R基),各种氨基酸结构上的不同在于R基的不同;亮氨酸的R基为—C4H9,写出氨基酸的结构通式并将R基换成 —C4H9,统计各原子的个数,即可写出亮氨酸的分子式(C6H13O2N);半胱氨酸和甲硫氨酸均含有S,从氨基酸的结构通式可以看出,若氨基酸含有除C、H、O、N外的其他元素,则其他元素一定位于R基中。
“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸
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考点二 蛋白质的结构和功能
1.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
2.蛋白质的功能(连线)
①细胞的结构物质 a.血红蛋白
②催化作用 b.绝大多数酶
③运输功能 c.肌肉、头发中的蛋白质
④信息传递和调节作用 d.胰岛素等
⑤免疫功能 e.抗体
提示:①—c ②—b ③—a ④—d ⑤—e
[纠误诊断]
(1)氨基酸的空间结构和种类决定蛋白质的功能。( × )
提示:氨基酸的空间结构不决定蛋白质的功能。
(2)蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时,其特定功能不会发生变化。( × )
提示:蛋白质的空间结构破坏,其特定功能会改变。
(3)细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质。( × )
提示:氨基酸的排列顺序和多肽链的空间结构也影响蛋白质的结构。
(4)胰岛素的两条肽链之间通过肽键连接。( × )
提示:肽链之间的化学键不是肽键,而是其他的化学键。
(5)所有的蛋白质在核糖体中合成后已具有正常的生理功能。( × )
提示:多数蛋白质在核糖体上合成后需加工才具有正常的生理功能。
1.分析蛋白质的结构层次
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中存在于哪里? 。
(2)①过程形成的化学键的分子式是 ,
发生场所是在细胞中的 上。
(3)若该蛋白质是胰岛素,那么②发生的场所是哪里? 。
(4)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)—NH—CO—或—CO—NH— 核糖体
(3)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
(4)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
2.从三个角度分析蛋白质多样性的原因
分析角度 | 蛋白质多样性的原因 |
蛋白质 本身 | 氨基酸的数量、种类、排列顺序及多肽链盘曲折叠形成的空间结构→结构多样性→功能多样性 |
遗传物质 | 千变万化的碱基对排列顺序→遗传信息的多样性→蛋白质的多样性 |
生物进化 | 千变万化的环境条件→通过自然选择保留适应环境的个体及个体内的蛋白质→个体的多样性和蛋白质的多样性 |
3.分析蛋白质形成过程中的相关数量关系
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,请填写下表:
形成 肽链数 | 形成 肽键数 | 脱去水 分子数 | 蛋白质相对 分子质量 |
1 | n-1 | n-1 | na-18(n-1) |
m | n-m | n-m | na-18(n-m) |
[深度思考]
(1)头发和肌肉的主要成分均为蛋白质,但功能相差极大,从氨基酸的角度分析原因是什么?
提示:组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序不同。
(2)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态状,导致蛋白质出现这两种情况的原理相同吗?说明理由。
提示:不相同。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。
题型一 蛋白质的结构和功能
1.(2015·福建卷)人体内含有多种多样的蛋白质,每种蛋白质( C )
A.都含有20种氨基酸
B.都是在细胞内发挥作用
C.都具有一定的空间结构
D.都能催化生物化学反应
解析:组成人体蛋白质的氨基酸约有20种,但并不是每种蛋白质都含有20种氨基酸;有些蛋白质可以在细胞外发挥作用,如消化酶;每种蛋白质均有其独特的空间结构;蛋白质的功能具有多样性,如有些蛋白质具有催化作用,有些蛋白质具有免疫、运输或调节作用等。
2.(2018·全国Ⅲ卷节选)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 。
解析:(1)组成蛋白质的基本单位是氨基酸。在细胞中合成蛋白质时,肽键是在核糖体上形成的。胃蛋白酶是分泌蛋白,逆转录酶和酪氨酸酶都是细胞内的蛋白质。分泌蛋白分泌到细胞外需要经过高尔基体的加工、分类和包装。
(2)具有生物活性的蛋白质都有特定的氨基酸序列和空间结构。变性的蛋白质空间结构被破坏,肽键暴露,暴露的肽键容易与蛋白酶接触,使蛋白质降解。
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
几种常见蛋白质的分布和功能
名称 | 分布 | 功能 |
绝大多数酶 | 细胞内或细胞外 | 降低化学反应的活化能(催化作用) |
载体蛋白 | 细胞膜 | 运输某些物质如离子、氨基酸等 |
通道蛋白 | 细胞膜 | 运输水、K+、Na+等 |
糖蛋白 | 细胞膜表面 | 保护、润滑、识别等 |
核孔复合体 | 核膜 | 核质之间物质交换、信息交流 |
名称 | 分布 | 功能 |
某些激素(如生长激素、胰岛素等) | 内环境中 | 传递信息、调节生命活动 |
抗体 | 内环境中 | 消灭抗原 |
血红蛋白 | 红细胞内 | 主要运输氧气和部分二氧化碳 |
题型二 蛋白质结构的相关计算
3.(2019·河北衡水中学二调)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( B )
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
解析: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;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;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;形成该蛋白质分子时,共产生了(21-1)+(19-1)=38个水,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。
4.如图所示,一分子的胰岛素原切去C肽(图中箭头表示切点)可转变成一分子的胰岛素(图中数字表示氨基酸序号)。下列分析正确的是( D )
A.胰岛素分子具有50个肽键,合成它的过程中共脱去50分子水
B.胰岛素分子含有一个游离的氨基和一个游离的羧基
C.沸水浴时肽键断裂导致胰岛素生物活性的丧失
D.理论上可以通过测定C肽的含量间接反映胰岛B细胞的分泌功能
解析:从图中可以看出,保留的肽链中含有51(即30+21)个氨基酸,所以肽键的数目和脱去的水分子数目均为51-2=49(个);胰岛素分子至少含有两个游离的氨基和两个游离的羧基,也可能含有更多的氨基和羧基(存在于R基中);沸水浴破坏的是胰岛素的空间结构而不是肽键;因为合成一个胰岛素分子就要切去一段C肽,所以理论上可以通过测量C肽的含量间接反映胰岛B细胞的分泌功能。
计算多肽的相对分子质量的注意点
(1)计算多肽的相对分子质量时,除了考虑水的减少外,还要考虑其他化学变化的过程,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),也就是说多肽减少的相对分子质量包括脱去的水分子数及二硫键的氢原子数。
(2)若多肽为环状多肽,则形成的肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数目,即形成一个环状多肽时,比链状多肽要多生成一个肽键,多脱去一分子水。
[构建知识网络]
[强化思维表达]
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。
