人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第2节 生命活动的主要承担者──蛋白质习题

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[重难点击] 1.氨基酸的结构通式。2.脱水缩合过程及相关计算。3.蛋白质的结构和功能多样性。
一 氨基酸及其种类
蛋白质是由氨基酸构成的，构成蛋白质的氨基酸约有20种，阅读教材P20～21内容，结合下面部分氨基酸的化学结构图，分析回答相关问题。

甘氨酸 半胱氨酸

赖氨酸 天冬氨酸
1.各种氨基酸共有的元素是C、H、O、N，其中半胱氨酸还含有S元素。由此推知，蛋白质的组成中，一定含有C、H、O、N四种元素，可能含有P和S元素，还可能含有Fe等微量元素，如血红蛋白。
2.观察各种氨基酸的分子结构会发现：每种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。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团，这个侧链基团用R表示。各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。
3.结合以上共同点，画出氨基酸分子结构通式(各氨基酸的不同部分用R基表示)。
答案
4.观察天冬氨酸和赖氨酸的结构，分析为什么说每个氨基酸“至少”含有一个氨基和一个羧基？
答案 可以看到，天冬氨酸的R基中含有羧基，赖氨酸的R基中含有氨基，因此氨基酸的R基中也可能含有氨基或羧基，所以说每个氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基。
归纳提炼
1.氨基酸的结构通式
2.组成蛋白质的氨基酸的判断标准
(1)数量标准：至少含有一个—NH2和一个—COOH。
(2)位置标准：一个—NH2和一个—COOH连接在同一个碳原子上。
活学活用
1.判断下列相关说法的正误。
(1)在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种( )
(2)人体细胞不能合成的氨基酸称为必需氨基酸，共8种( )
(3)每种氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上( )
(4)各种氨基酸都共有的结构是( )
(5)各种氨基酸理化性质不同的原因在于R基不同( )
(6)氨基、羧基、R基的书写格式分别是：NH2、COOH、R( )
答案 (1) √ (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
解析 (2)一般人体细胞不能合成的氨基酸有8种，称为必需氨基酸，必须从外界环境直接获取，而婴儿有9种，多一种组氨酸。(3)每种氨基酸分子都至少含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上。(6)氨基、羧基、R基的书写格式分别是：—NH2、—COOH、—R。
二 蛋白质的形成过程
氨基酸如何形成结构复杂的蛋白质呢？下面是氨基酸之间发生一系列反应形成血红蛋白的过程，结合教材P21～23内容完成探究过程。
1.描述从氨基酸到蛋白质的形成过程
氨基酸→二肽(由两个氨基酸分子缩合而成的化合物)→多肽(由多个氨基酸分子缩合而成，含有多个肽键的化合物，通常呈链状结构)→肽链盘曲、折叠→具有一定空间结构的蛋白质。
(1)肽：氨基酸脱水缩合所形成的化合物。肽以组成的氨基酸数来命名，如含有7个氨基酸的多肽称为七肽。
(2)肽链：多肽所呈的链状结构。
2.在上面左图中，第一个氨基酸分子的羧基和第二个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水的结合方式，叫做脱水缩合。该反应过程具有以下特点：
(1)R基团未参与反应。
(2)第一个氨基酸分子的羧基(基团)脱去羟基，第二个氨基酸分子的氨基(基团)脱去H，两氨基酸的脱去部分结合形成水。两个氨基酸之间新形成的化学键称作肽键，可表示为—NH—CO—。新形成的化合物叫做二肽。
(3)若不考虑R基团，该二肽分子中还含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。
3.结合上面分析讨论
(1)若3个氨基酸分子脱水缩合形成一条肽链，会脱去2分子水，形成2个肽键，产物是三肽。
(2)若m个氨基酸分子形成1条肽链，会脱去m－1分子水，形成m－1个肽键，产物是多肽。
(3)若m个氨基酸分子形成2条肽链，会脱去m－2分子水，形成m－2个肽键。
(4)若m个氨基酸分子形成n条肽链，会脱去m－n分子水，形成m－n个肽键。
4.假设氨基酸的平均分子量为a，则m个氨基酸分子形成n条肽链时，所形成肽链的分子量为ma－18(m－n)。
5.m个氨基酸分子脱水缩合形成的1条肽链至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基；m个氨基酸脱水缩合形成n条肽链构成的蛋白质中，至少含有n个游离的氨基和n个游离的羧基。
归纳提炼
1.蛋白质的结构层次
C、H、O、N等元素→氨基酸→二肽→三肽→多肽eq \(――→,\s\up7(1条或几条))蛋白质。
2.肽键的表达式可表示为：—CO—NH—、—NH—CO—，但不能忽略其中的“—”。
3.参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是R基中的氨基和羧基。
4.已知形成肽链的氨基酸数为n，肽链数为m，氨基酸的平均相对分子量为a，则：
活学活用
2.如图，甲为某蛋白质的肽链结构示意图(其中数字为氨基酸序号)，图乙为部分肽链放大图，请据图判断下列叙述中正确的是( )

A.该蛋白质中含有1条肽链124个肽键
B.图乙中含有的R基是①②④⑥⑧
C.从图乙可推知该肽链至少含有2个游离的羧基
D.图乙②中的—NH2不参与脱水缩合反应
问题导析 (1)图甲中有1条肽链，124个氨基酸，123个肽键。
(2)图乙中②④⑥⑧代表R基，③⑤⑦代表肽键。
(3)图乙中肽链右端有1个羧基，R基⑥⑧上也有羧基，据此推理该肽链至少含有3个羧基。
答案 D
解析 A项中，肽键数目＝氨基酸数目－肽链数目＝124－1＝123(个)。B项中①为氨基，而非R基。C项中游离的羧基的数目至少应为3个。D项中图乙②中的—NH2在R基中，不参与脱水缩合反应。
当堂检测
1.谷氨酸的R基为—C3H5O2，一分子谷氨酸含有的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
答案 A
解析 构成蛋白质的氨基酸分子的结构通式特点为：一个碳原子上至少同时结合一个羧基、一个氨基、一个氢。则谷氨酸的结构式可写成如图所示的式子，根据结构式即可推理一分子谷氨酸含有的C、H、O、N原子数分别为5、9、4、1。
2.两个氨基酸缩合成肽并生成水，这个水分子中的氧原子来自氨基酸的( )
A.氨基 B.羧基
C.R基 D.氨基和羧基
答案 B
3.下列物质中，有的是组成蛋白质的氨基酸，有的不是，若将其中构成蛋白质的氨基酸缩合成化合物，则其含有的氨基、羧基和肽键数目是( )
①NH2—CH2—COOH ②NH2—CH2—CH2OH
⑤NH2—CH2—CH2—COOH
A.3、3、2 B.1、2、1 C.1、3、2 D.3、4、2
答案 B
解析 根据氨基酸的结构特点可判断①、④为组成蛋白质的氨基酸，且④中R基含有1个羧基。再根据脱水缩合反应原理可推知形成的二肽化合物中含有1个氨基、2个羧基、1个肽键。
4.请根据下图所示的化合物结构简式，回答问题。
(1)该化合物属于__________，由______种氨基酸构成，形成这种化合物的不同氨基酸的R基编号是________________________________________________________________________。
(2)该化合物是由______个氨基酸失去______分子的水形成的，这种反应叫做____________。
(3)该化合物中有______个肽键，编号是__________。
(4)经检测，人和其他哺乳动物胰岛素的氨基酸组成比较如下：
马：β链第30位氨基酸和α链第9位氨基酸与人的不同；
羊：β链第8、9、10位氨基酸与人的不同。
鼠：α链有8个氨基酸、β链有10个氨基酸与人的不同。
不同物种的胰岛素不同，反映在多肽链的氨基酸组成上主要是___________________。上述几种动物中________和人的亲缘关系最远。
答案 (1)三肽 3 b、d、g (2)3 2 脱水缩合 (3)2 c、e (4)氨基酸的排列顺序不同 鼠
40分钟课时作业
基础过关
知识点一 氨基酸及其种类
1.组成蛋白质的氨基酸的R基( )
A.与一个氢原子和一个—C2H4O2N相连
B.约有20种
C.至少有一个氨基和一个羧基
D.至少有一个氨基或一个羧基
答案 B
解析 组成蛋白质的氨基酸约有20种，不同氨基酸在结构上的区别就是R基不同。
2.下列多肽片段充分水解后，产生的氨基酸有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
答案 B
解析 据题图中氨基酸的R基判断，第1个和第3个氨基酸属于同种，第2个和第5个氨基酸属于同种，第4个与其他均不同，因此充分水解后应产生3种氨基酸。
3.组成蛋白质的氨基酸分子中，其共有的结构是( )
答案 D
解析 不同的氨基酸间只是R基的不同，所以共有的结构就是去掉R基后的部分。
4.下列不是构成蛋白质的氨基酸的一项是( )
答案 B
解析 构成蛋白质的氨基酸的结构特点是有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，A、C、D所示氨基酸具备上述特点，而B项所示结构中氨基和羧基没有连在同一个碳原子上，因此不是构成蛋白质的氨基酸。
知识点二 蛋白质的形成过程
5.下列能正确表示蛋白质分子由简到繁的结构层次的一组是( )
①氨基酸 ②C、H、O、N等元素 ③氨基酸分子脱水缩合 ④多肽 ⑤形成一定的空间结构
A.①②③④⑤ B.②①④③⑤
C.②①③⑤④ D.②①③④⑤
答案 D
解析 元素以原子的形式构成氨基酸分子，氨基酸通过脱水缩合形成多肽，多肽再通过盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子，这是蛋白质结构的不同组成层次。但这种结构层次并不代表体内蛋白质就是从原子开始构成的，体内蛋白质是利用体内合成或转化而来的氨基酸以及从体外吸收来的氨基酸为原料形成多肽，再经过盘曲、折叠形成的。
6.右图表示一个由153个氨基酸构成的蛋白质分子，下列叙述正确的是( )
A.该分子中含有152个肽键
B.参与构成该分子的氨基酸中至少有154个氨基和154个羧基
C.该分子空间结构的形成与—S—S—等化学键无关
D.该分子彻底水解将产生153种氨基酸
答案 B
解析 由题图可知，除形成正常肽键外，还在R基之间形成了一个肽键，故该分子中含有153个肽键。该空间结构的形成与二硫键有关。组成蛋白质的氨基酸约有20种。由于R基中含有一个—NH2和一个—COOH，故参与构成该分子的氨基酸中至少有154个—NH2和154个—COOH。
7.某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均分子质量为a，该蛋白质所含的氨基酸有eq \f(b,3)个，则该蛋白质的相对分子质量约为( )
A.eq \f(2,3)ab－6b＋18n B.eq \f(1,3)ab－6b
C.(eq \f(1,3)b－a)×18 D.eq \f(1,3)ab－(eq \f(1,3)b－n)×18
答案 D
解析 该蛋白质的氨基酸数为eq \f(b,3)个，肽链n条，推知脱水数为eq \f(b,3)－n，根据蛋白质的相对分子质量＝蛋白质所含氨基酸数×氨基酸平均分子质量－脱水数×水分子质量，该蛋白质的相对分子质量为a×eq \f(b,3)－18×(eq \f(b,3)－n)。
8.下面关于肽链和蛋白质关系的叙述，正确的是( )
A.二者是同一概念
B.多肽属于蛋白质的一种
C.多肽和蛋白质都具有空间结构
D.肽链可以进一步形成蛋白质
答案 D
解析 多肽通常呈链状，不具有空间结构。肽链可以进一步盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。所以多肽没有空间结构。
能力提升
9.某二十二肽的水解结果如图所示，则这些短肽的氨基总数最小值及肽键总数依次是( )
A.6 18
B.5 18
C.5 17
D.6 17
答案 C
解析 分析时注意图文转化，该图可以转化为22个氨基酸形成了5条肽链，每一个短肽的氨基总数至少为1个，所以5个短肽，氨基总数至少有5个；氨基酸个数减去肽链数等于肽键数，22－5＝17，故选C项。
10.一般来说，每100克蛋白质平均含氮16克，这些氮主要存在于蛋白质的( )
A.—CO—NH— B.游离的氨基
C.游离的羧基 D.R基
答案 A
解析 蛋白质中的N主要存在于肽键中。
11.如图表示一个由200个氨基酸构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是( )
A.该分子中含有198个肽键
B.这200个氨基酸中至少有200个氨基
C.合成该蛋白质时相对分子质量减少了3 582
D.该蛋白质中至少含有3个游离的氨基
答案 C
解析 由图可知，该蛋白质分子由两条肽链组成，两条肽链间还有一个肽键，所以该分子含有的肽键数为200－2＋1＝199(个)，A错误；由图可知，第70个氨基酸的R基中有一个氨基，所以这200个氨基酸中至少有201个氨基，B错误；合成该蛋白质时减少的相对分子质量为199×18＝3 582，C正确；该蛋白质分子有两条肽链，所以至少有两个游离的氨基，D错误。
12.糖尿病已经成为人类健康的主要杀手之一。科学家最近发现了一种功能类似于胰岛素的真菌类化合物，这一发现为治疗糖尿病的研究开启了一扇全新之门。它有可能使糖尿病患者将来只通过服药而不必注射胰岛素进行治疗。下列关于“真菌类化合物”的推测错误的一项是( )
A.该化合物具有降低血糖浓度的功能
B.该化合物不是蛋白质
C.该化合物是相对分子质量较小的有机物
D.该化合物是蛋白质
答案 D
解析 如果是蛋白质，口服会被消化，不能起作用。
13.如图为免疫球蛋白IgG的结构示意图，其中—S—S—表示连接两条相邻肽链的二硫键。若该IgG由m个氨基酸构成，则该IgG有肽键( )
A.m个 B.(m＋1)个
C.(m－2)个 D.(m－4)个
答案 D
解析 根据—S—S—表示连接两条相邻肽链的二硫键，推理IgG有4条肽链。再根据肽键数＝氨基酸数－肽链条数，得出IgG有肽键(m－4)个。
14.脑啡肽的合成采用的是蛋白质工程技术，这是生物技术在分子水平上的又一突破。如图为脑啡肽的结构简式，请回答下列问题：
(1)该化合物有________个氨基和________个羧基。
(2)该化合物是由________个氨基酸失去________分子水而形成的，这种方式叫做____________，该化合物叫______肽。在形成时，相对分子质量减少了________。
(3)该化合物水解后可产生________种氨基酸，造成氨基酸种类不同的原因是______________。
(4)现有质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液、鸡蛋、人的口腔唾液(酶)、质量浓度为0.01 g/mL的CuSO4溶液、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管和滴瓶。请设计实验证明“脑啡肽是多肽”。
①实验原理：在碱性溶液中，多肽与CuSO4反应产生紫色物质。
②方法步骤：____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③预期结果：____________________________________________________________。
④实验结论：____________________________________________________________。
答案 (1)1 1 (2)5 4 脱水缩合 五 72 (3)4 R基不同 (4)②取2支试管分别编号A、B，在A中加入2 mL脑啡肽液，在B中加入2 mL清水；在2支试管中各加入1 mL 0.1 g/mL NaOH溶液，振荡；在2支试管中各加入4滴0.01 g/mL的CuSO4，振荡 ③A试管中出现紫色，B试管中不出现紫色 ④脑啡肽是一种多肽
解析 该多肽含有4个肽键，是由5个氨基酸缩合而成的，在形成多肽时，共脱去4个水分子，相对分子质量减少了4×18＝72。该多肽中有一个氨基和一个羧基；从结构上可以看出，左起第二个氨基酸的R基和第三个氨基酸的R基相同，应为同一种氨基酸，因此脑啡肽水解后产生4种氨基酸。脑啡肽是多肽，在碱性溶液中，多肽与CuSO4反应产生紫色物质。在设计过程中还应注意空白对照。
15.分析下列资料并回答问题：
资料1 下面的图式中R、R′、R″、R可能是相同或不相同的原子团或侧链。①②③④分别表示不同的化学键。
资料2 某多肽的化学式为C55H70O19N10，将它彻底水解后得到下列四种氨基酸：
甘氨酸(C2H5NO2) 丙氨酸(C3H7NO2)
谷氨酸(C5H9NO4) 苯丙氨酸(C9H11NO2)
(1)资料2中的四种氨基酸的结构通式是________________________；丙氨酸的R基是__________。
(2)资料1中的肽链水解时，断裂的化学键是__________(用数字表示)。
(3)资料2中的多肽，在完全水解后得到______个氨基酸。
答案 (1) —CH3 (2)③
(3)10
解析 氨基酸分子的结构通式是，不同氨基酸的R基不同。多肽链在水解时，断裂的化学键是肽键(NHCO)。先来看资料2中的总化学式，N原子有10个，而这几种氨基酸的N原子都是1个，那么彻底水解后共有10个氨基酸。
个性拓展
16.某致病细菌分泌的外毒素，无色，细针状结晶，对小鼠和人体有很强的毒性，可引起流涎、呕吐、便血、痉挛等症状，以致死亡。该外毒素为环状肽，其结构简式如图所示：
请据图分析回答：
(1)该化合物中有________个氨基，________个羧基。
(2)该化合物是由________个氨基酸组成的，区别这些氨基酸的种类依靠的是其结构中的________。
(3)组成该化合物的氨基酸有______种，其中有______个氨基酸的R基相同，这个R基是__________。
(4)该化合物为__________肽化合物，含有______个肽键。
(5)填写虚线框内结构的名称：A.________，B.________。
答案 (1)0 0 (2)7 R基 (3)5 3 —CH3
(4)环状七 7 (5)肽键 R基
解析 据图分析，该外毒素为环状七肽，具有7个肽键；它是由5种不同的氨基酸组成，其中有1种氨基酸出现了3次，其R基为—CH3；区别氨基酸的种类依靠的是其结构中的R基；该化合物没有游离的氨基和羧基；虚线框内结构A、B的名称依次是肽键和R基。肽键数
n－m
脱去的水分子数
n－m
蛋白质平均分子量
na－18(n－m)
游离的氨基数
≥m
游离的羧基数
≥m
N原子数
≥n
O原子数
≥n＋m