高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者精品导学案

蛋白质

核心知识点一：蛋白质的结构和功能

1. 蛋白质的基本单位：氨基酸

①结构通式的写法：（R基的不同是不同氨基酸的差异）

②结构特点：每个氨基酸至少有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。

③必需氨基酸的记忆口诀：甲携来一本亮色书。

易错点拨：“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸：

一看氨基和羧基的数量：至少有一个氨基和羧基（注意写法：—NH2、—COOH）

下列化合物是否属于构成蛋白质的氨基酸：

二看氨基和羧基的位置：必须有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。

下列化合物是否属于构成蛋白质的氨基酸：

问题探究：若一个氨基酸上有两个氨基，这两个氨基的位置在哪里？

一个与中心碳相连，另一个在R基上。

2. 蛋白质的结构

（1）二肽的形成：任意两个氨基酸（可同种可不同）通过脱水缩合形成二肽。

易错点拨：脱水缩合的氨基和羧基必须位于中心碳上；脱掉的水中的H来自氨基和羧基，O来自羧基；形成的化学键为肽键，写为：—NH—CO—（或—CO—NH—）。

（2）蛋白质的结构层次：氨基酸多肽蛋白质

问题探究：①两条多肽链连在一起时，是否失水？

多肽链之间通过普通的化学键连接，如二硫键

②组成蛋白质的元素一定有C、H、O、N吗？还有其他元素吗？

一定有C、H、O、N，有的有S。

③多肽和蛋白质一样吗？

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）蛋白质结构多样性的原因：

氨基酸方面：种类不同；数目成百上千；排列顺序千变万化。

肽链方面：肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

（4）蛋白质的变性和水解

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。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。酒精、加热、紫外线方法消毒、杀菌的原理是使细菌和病毒的蛋白质变性。

易错点拨：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。肽链变得松散，蛋白质丧失了生物活性，但是肽键一般不断裂。所以加热煮沸的牛奶、豆浆仍可以和双缩脲试剂反应，就是因为有肽键的存在。

3. 蛋白质的功能

【随堂练习】  下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法正确的是（　　）

A. 蛋白质种类繁多的原因之一是氨基酸互相结合的方式不同

B. 已知某化合物含有C、H、O、N等元素，可推断此物质为蛋白质

C. 不同蛋白质分子中组成肽键的化学元素无差异性

D. 蛋白质空间结构改变，可能导致蛋白质失去生物活性，但这种改变一般是可逆的

答案：C

解析：本题考查蛋白质结构和功能的多样性，难度中等。构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和排列顺序使蛋白质具有多样性，A错误；核酸也含有C、H、O、N四种元素，但不是蛋白质，B错误；肽键的空间结构为-CO-NH-，都是由C、H、O、N四种元素组成，C正确；蛋白质空间结构改变，可能会导致蛋白质失去生物活性，但这种改变是不可逆的，D错误；故选C。

核心知识点二：与蛋白质相关的计算

1. 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：（与水解情况相反，即水解一个肽键，消耗一分子的水）

即：失水数=肽键数=氨基酸的个数-链数

问题探究：若形成的多肽是环状呢？

氨基酸数＝肽键数＝失去水分子数。计算相对分子质量时可将计算公式na－18（n－m）中的肽链数（m）视为零，再进行相关计算。

易错点拨：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（—S—S—）时，要考虑脱去氢的质量，每形成一个二硫键，脱去2个H。

2. 至少含有的氨基、羧基数等于肽链的条数，即一条肽链至少含有一个氨基和一个羧基。

问题探究：如果问题是，肽链中有几个氨基和羧基呢？怎么计算，还等于肽链的条数吗？

肽链中含有的氨基数等于肽链的条数+R基中的氨基数，羧基做同样的计算。

3. 元素的数量关系：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。

4. 利用“逐个填空法”解答多肽种类问题：

多肽的不同取决于氨基酸的数目、种类和排列顺序。对于氨基酸数目相同的多肽来说，则取决于氨基酸的种类和排列顺序。

设有4种氨基酸，形成四肽。

（1）若每种氨基酸数目不限，可形成四肽化合物的种类有44种，计算方法是：1号位置放氨基酸的情况有4种，2、3、4号也是如此，即4×4×4×4＝44种）。

（2）若每种氨基酸只有一个，可形成四肽化合物的种类有（4×3×2×1）种，计算方法是：1号位置安放氨基酸的情况有4种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的3种中选择，以此类推，即（4×3×2×1）种。

【随堂练习】  如图是某蛋白质分子的结构示意图，图中A链由21个氨基酸组成，B链由30个氨基酸组成，“-S-S-”是由两个“-SH”脱下2个H形成的二硫键。下列叙述正确的是（　　）

A. 该蛋白质中至少含有1个游离的羧基和1个游离的氨基

B. 该蛋白质分子中含有50个肽键

C. 该蛋白质变性后不能与双缩脲试剂发生紫色反应

D. 由氨基酸脱水缩合形成该蛋白质分子时，相对分子质量减少了884

答案：D

解析：本题考查与蛋白质相关的计算，难度较大。由于一个肽链中至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，而该蛋白质分子含两条肽链，所以至少含有两个羧基，A错误；图中A链由21个氨基酸组成，含20个肽键；B链由30个氨基酸组成，含29个肽键；该蛋白质形成过程脱去49个水分子形成49个肽键，B错误； 该蛋白质变性后肽键仍然存在，能与双缩脲试剂发生紫色反应，C错误；形成该蛋白质分子时，共产生了（21-1）+（30-1）=49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49×18+2=884，D正确。

例题1  如图为氨基酸分子的结构通式，下列叙述正确的是（    ）

A. 结构④在生物体内约有20种

B. 氨基酸脱水缩合产生水，水中的氢来自于②和③

C. 结构④中含有的氨基或羧基全部都参与脱水缩合

D. 氨基酸分子均可与双缩脲试剂发生紫色反应

答案：A

解析：本题考查组成蛋白质的氨基酸的结构特点、氨基酸的脱水缩合反应以及蛋白质的鉴定，难度中等。氨基酸的种类由R基决定，R基约有20种，所以氨基酸的种类约有20种，A正确；氨基酸脱水缩合产生的水，水中的氢来自①和③，B错误；氨基酸的脱水过程中，R基上的氨基和羧基不参与脱水缩合，C错误；双缩脲试剂与肽键发生紫色反应，氨基酸分子中无肽键，故不能与双缩脲试剂发生紫色反应，D错误。

例题2  下列与蛋白质的结构相关的叙述，正确的是（    ）

A. 根据肽键的数目对多肽进行命名

B. 煮熟的食物易消化是因为高温使蛋白质的肽键断裂

C. 某物质与双缩脲试剂呈现紫色，该物质不一定是蛋白质

D. 蛋白质的多样性与氨基酸的种类、数量、排列顺序和空间结构有关

答案：C

解析：本题考查蛋白质的结构、变性、鉴定以及多样性的原因，难度较大。根据氨基酸的数量对多肽命名，A错误；高温导致蛋白质的空间结构改变，但不破坏肽键，B错误；双缩脲试剂在碱性条件下与肽键反应呈现紫色，如果反应呈现紫色，不一定是蛋白质，还可以是二肽或多肽等物质，C正确；蛋白质的多样性与氨基酸的种类、数量、排列顺序以及多肽链的空间结构有关，D错误。

例题3  下列与蛋白质相关的计算中，正确的是（    ）

A. a条肽链、b个氨基酸组成的蛋白质含有a+b个氧原子

B. 分子式为CxHyOpNqS的一条多肽链最多含有q个肽键

C. R基为-CH2-CH2-OH的氨基酸中含有的碳原子数为4个

D. 100个氨基酸形成的3条多肽链中含有3个游离的氨基

答案：C

解析：本题考查与蛋白质相关的计算，难度较大。a条肽链、b个氨基酸形成b-a个肽键，即有b-a个氧原子，该蛋白质至少有a个羧基，有2a个氧原子，该蛋白质至少含有氧原子的个数为2a+b-a=a+b，A错误；若分子式为CxHyOpNqS一条多肽链，根据N原子数可知该化合物最多由q个氨基酸，最多含有q—1个肽键，B错误；根据氨基酸的结构通式，若R基为-CH2-CH2-OH，氨基酸中还有中心碳和羧基上的碳，共4个，C正确；3条多肽链中至少含有3个游离的氨基，D错误。

例题4  某50肽中有丙氨酸（R基为—CH3）4个，现脱掉其中的丙氨酸（相应位置如图所示），得到4条多肽链和5个氨基酸（脱下的氨基酸均以游离态正常存在）。下列有关叙述错误的是（　　）

A. 该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子

B. 若将得到的5个氨基酸缩合成5肽，则有5种不同的氨基酸序列

C. 若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4分子H2O

D. 新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基

答案：C

解析：本题考查与蛋白质相关的计算，难度较大。据图分析可知，每脱掉1个丙氨酸需要破坏2个肽键，脱掉4个丙氨酸共破坏了8个肽键，则有8分子水参与，故该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子，A正确；得到的5个氨基酸，其中有4个是丙氨酸，故将这5个氨基酸缩合成5肽，可有5种不同的氨基酸序列，B正确；若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，需要形成3个肽键，脱去3分子水，C错误；每条肽链中至少有1个游离的氨基和1个游离的羧基，故新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基，D正确。

（答题时间：30分钟）

1. 我们日常烹调中使用的味精主要成分是谷氨酸钠，已知谷氨酸分子的R基为—C3H5O2，则一分子谷氨酸中含有的C、H、O、N原子数依次是（    ）

A. 5、9、4、1     B. 4、8、5、1

C. 5、8、4、1     D. 4、9、4、1

2. 如图表示甲、乙两种氨基酸的结构式，下列关于两者结合的说法中正确是（   ）

A. 甲、乙氨基酸的任意氨基、羧基都可结合

B. 甲、乙氨基酸完全结合后可形成两个肽键

C. 甲、乙结合形成的化合物中碳原子数不变

D. 甲、乙结合形成的化合物中含有3个游离羧基

3. 某蛋白质由100个氨基酸形成，含有四条多肽链，下列说法正确的是（    ）

A. 该蛋白质含有96个肽键，只含有4个游离的氨基

B. 形成该蛋白质，失去104个水分子

C. 如果氨基酸平均分子量是128，则该蛋白质的分子量为12800

D. 该蛋白质中含肽键96个，至少含有4个游离的羧基

4. 二硫键“－S－S－”是蛋白质中连接两条肽链之间的一种化学键。如图是由280个氨基酸组成的某蛋白质的结构图，对其叙述正确的是（    ）

A. 该蛋白质至少有2个游离的羧基

B. 形成该蛋白质的过程中脱去了27个水分子

C. 该蛋白质至少有280个氨基

D. 该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类、排列顺序三方面决定

5. 某多肽的分子式为C42H65N11O9，此多肽彻底水解后只得到如下3种氨基酸，则此多肽中含有赖氨酸的个数为（    ）

H2N—CH2—COOH（甘氨酸）

A. 2    B. 3    C. 5      D. 8

6. 某三十九肽中共有丙氨酸（R基为-CH3）4个。现去掉其中的丙氨酸得到4条长短不等的多肽（如图），下列有关该过程产生的多肽的叙述中错误的是（    ）

A. 肽健数目减少7个    B. C原子减少12个

C. 氨基和羧基分别增加3个  D. 0原子数目减少4个

7. 现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3种氨基酸，它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类分别最多有（　　）

A. 9种，9种       B. 6种，3种

C. 18种，6种       D. 27种，6种

8. 外界环境的一些因素会对蛋白质的存在形式产生一定影响，下列描述正确的是（    ）

A. 酒精、紫外线使细菌和病毒的蛋白质变性

B. 在消化道内，蛋白质会被分解成CO2, H20等物质

C. 温度变化会引起蛋白质的变性，但其空间结构不会改变

D. 强酸可使蛋白质失去生理活性，该变性是一个可逆的过程

9. 根据下图所示化合物的结构分析回答

（1）该化合物中，①表示________，③表示_____，⑦表示___________。

（2）该化合物由________个氨基酸失去________个水分子而形成，这种反应叫做________________。

（3）该化合物中的氨基酸种类不同，是由________决定的，其编号是________。

（4）该化合物称为________，含________个肽键。

（5）该化合物含有________个游离的氨基和________个游离的羧基。

（6）要鉴定蛋白质所选用______试剂进行鉴定，加入该试剂的A液后，样品的颜色将___________（填“变”或“不变”）。

（7）假定有一个由m个氨基酸构成的含有n条肽链的蛋白质分子，氨基酸的平均分子量为a，那么，这个蛋白质分子的相对分子量表达式是_________________。

10. 已知20种氨基酸的平均相对分子质量为128。图1为某蛋白质的肽链结构示意图（其中数字为氨基酸序号），图2为部分肽链放大示意图。请据图回答下列问题：

（1）该化合物由氨基酸脱去__________个水分子形成，图1所示的蛋白质的相对分子质量为________。

（2）根据图2信息，该蛋白质中至少含有的氨基、羧基数为、。

（3）若将蛋白质中含S的氨基酸全部从链上去掉，需要消耗的水分子数是个。

（4）若甘氨酸和丙氨酸形成二肽，如果数量不限，最多能形成_______种二肽。假设有一个十肽，分子式为CxHyOzNmSn，组成该肽的氨基酸只有图2中的几种，则含有①的氨基酸有________个。

1. A  解析：本题考查氨基酸的结构，难度中等。谷氨酸是组成蛋白质的氨基酸，而组成蛋白质的氨基酸的结构通式为：都至少含有一个氨基和一个羧基，并都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，这个碳原子上还连接一个H和一个侧链R基团，据此，谷氨酸分子的R基为—C3H5O2，则其分子式为C5H9O4N，再根据谷氨酸的R基可推出一个谷氨酸分子中含C、H、O、N的原子数分别是5、9、4、1。综上所述，A正确，B、C、D错误。

2. C  解析：本题考查二肽的形成过程，难度较大。氨基酸的脱水缩合发生在与中心碳相连的氨基和羧基上，R基上的氨基、羧基不进行脱水缩合，A错误；两个氨基酸结合形成二肽，只含有一个肽键，B错误；氨基酸结合后脱掉一分子的水，形成的化合物中H、O的数量减少，碳原子数不变，C正确；甲、乙氨基酸结合形成的化合物中含有2个游离的羧基，分别位于二肽的一端和R基上，D错误。

3. D  解析：本题考查多肽形成过程中相关的计算，难度中等。该蛋白质由100个氨基酸形成，含有四条多肽链，所以含有100-4=96个肽键；由于R基中可能含有氨基，所以至少含有4个游离的氨基，A错误；形成该蛋白质时失去的水分子数=氨基酸数-肽链的条数=100-4=96个，B错误；如果氨基酸平均分子量是128，则该蛋白质的分子量=氨基酸分子量×氨基酸个数-水的个数×18=128×100-96×18=11072，C错误；由于蛋白质由100个氨基酸形成，含有四条多肽链，所以含肽键数=100-4=96个，至少含有的游离的羧基数=肽链条数=4，D正确。

4. A  解析：本题考查蛋白质的结构以及多样性的原因，难度中等。该蛋白质由3条肽链组成，其中有两条是链状肽链，每条链状肽链至少含有一个羧基，因此该蛋白质分子至少含有2个游离的羧基，A正确；该蛋白质合成时脱去水分子数目=280-2=278，B错误；该蛋白质由3条肽链组成，其中有两条是链状肽链，每条链状肽链至少含有一个氨基，因此该蛋白质分子至少含有2个氨基，C错误；该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类、排列顺序和肽链的空间结构四方面决定，D错误。

5. B  解析：本题考查根据化学元素的数量计算氨基酸的数量，难度较大。题中每个氨基酸中都只含一个羧基，根据氧原子数先求出氨基酸数目设氨基酸数为x，则2X-（X-1）=9，则X=8。赖氨酸有两个氨基。根据N原子数目进行计算，赖氨酸的数量为11-8=3， B正确。

6. D  解析：本题考查与蛋白质水解相关的计算，难度较大。分析题图：在三十九肽中，第8、18、27、39个氨基酸是丙氨酸，在除去第8、18、27号氨基酸的丙氨酸时每去掉1个丙氨酸要水解2个肽键，去掉第39号丙氨酸只水解一个肽键即可。根据多肽的形成过程，肽键数目＝氨基酸数目－肽链条数，可知去掉丙氨酸之前含肽键数目＝39－1＝38个，去掉4个丙氨酸后，肽键数目＝35－4＝31个，故肽键数目减少7个，A项正确； 1个丙氨酸含3个C原子，去掉4个丙氨酸，C原子减少12个，B正确；由1条肽链变为4条肽链，每条肽链两端各增加1个氨基和羧基，因此氨基和羧基分别增加3个；C正确；去除4个丙氨酸将水解7个肽键，需要7个水分子，但同时脱去了4个丙氨酸，减少了8个氧原子，所以O原子数目减少1个，D错误。

7. D  解析：本题考查多肽种类的计算，难度较大。足量的3种氨基酸构成的三肽有33＝27种。对于包含3种氨基酸的三肽种类的理解，可借用示意图“□—□—□”来分析，即第一个位置的氨基酸有3种情况，第二个位置只能从另2种氨基酸中任选1种氨基酸，第三个位置只能安放剩余的1种氨基酸，即3×2×1＝6种，D正确。

8. A  解析：本题考查蛋白质的变性，难度中等。酒精、紫外线使细菌和病毒的蛋白质变性，从而起到灭菌的作用，A正确；消化道内，蛋白质只能被逐步水解为氨基酸，而不能被氧化分解，B错误；高温会破坏蛋白质的空间结构，导致蛋白质变性失活，低温不会，C错误；强酸导致蛋白质变性，是一个不可逆的过程，D错误。

9.（1）氨基肽键羧基

（2）43脱水缩合

（3）R基②④⑧⑨

（4）四肽3

（5）22

（6）双缩脲不变

（7） ma-18（m-n）

解析：本题考查蛋白质的结构和相关计算，难度中等。

（1）该化合物是氨基酸脱水缩合形成的多肽，①氨基，③肽键，⑦是羧基。

（2）该化合物中有3个肽键，所以由4个氨基酸脱水缩合形成，失去3个水分子。

（3）根据氨基酸的结构特点，氨基酸种类的差异是由R基决定的，图中②④⑧⑨为R基。

（4）该化合物由4个氨基酸形成，称为四肽，有3个肽键。

（5）该肽链的一端有一个氨基，另一端有一个羧基，⑧中含有一个羧基，⑨中有一个游离的氨基，所以共有2个羧基、2个氨基。

（6）鉴定蛋白质用双缩脲试剂，只加入该试剂的A液即氢氧化钠溶液，蛋白质不变色。

（7）蛋白质的相对分子量等于氨基酸的总分子量减去失去的水的总分子量，m个氨基酸构成n条肽链失去m-n个水分子，所以表达式是ma-18（m-n）。

10.（1）12313652

（2）2  3 

（3）12

（4）4m－10

解析：本题考查与蛋白质相关的计算，难度较大。

（1）图1中的蛋白质是由124个氨基酸脱水缩合形成的，该过程中脱去的水分子数=124-1=123个；由于氨基酸的平均相对分子质量为128，且脱去了123个水和脱去了3个H2（形成二硫键），因此图1所示的蛋白质的相对分子质量=124×128-18×123-2×3=13652。

（2）图2中放大部分含有一个氨基，该蛋白质的一端有一个氨基，该蛋白质至少含有两个氨基，图2中的羧基有2个，蛋白质的一端有一个羧基，该蛋白质中含有的羧基数至少是3个。

（3）该蛋白质中含S的氨基酸用6个，水解掉一个氨基酸需要加两分子的水，需要12个水。

（4）根据题意分析，现有若干个甘氨酸和丙氨酸，则最多可以形成2×2=4种二肽；已知分子式为CxHyOzNmSn的化合物为十肽，则R基上含有的N原子数=m-10个，又因为组成该肽的氨基酸只有图2中的几种，因此含有①的氨基酸有m－10个。