第2节 生命活动的主要承担者——蛋白质

第2节 生命活动的主要承担者——蛋白质

学习目标引导 核心素养对接 关键术语

1.阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成。

2.说明氨基酸的结构特点， 氨基酸形成蛋白质过程。 1.生命观念——通过对蛋白质的学习，建立生命的物质性的观点

从结构与功能观角度理解蛋白质的多样性。

2.科学思维——从氨基酸的结构特点理解氨基酸脱水缩合的过程构建数学模型解答与蛋白质有关的计算问题。

3.社会责任——从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系。 氨基酸

脱水缩合

蛋白质

|预知概念|

一、氨基酸及其种类

1.氨基酸的作用 组成蛋白质的基本单位。

2.氨基酸的结构通式

(1)写出图中结构名称：

①氨基；②④ R基；③ 羧基

(2)比较图中两种氨基酸，写出氨基酸分子的结构通式：

3.氨基酸的种类及分类

(1)种类：组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。

二、蛋白质的形成过程

1.蛋白质的结构层次

2.蛋白质的形成过程

（1）过程：脱水缩合。

（2）写出序号代表的物质或结构：产物①：水。产物②：二肽。结构③：肽键。

三、蛋白质的结构及功能

2.功能多样性的原因

四、蛋白质的相关计算

1.多个氨基酸通过脱水缩合形成的物质是多肽（肽链），一条肽链上至少含有1个氨基和1个羧基，如果有更多的氨基和羧基，则一定位于氨基酸的R基上。

2.两个氨基酸脱水缩合形成的物质是二肽，该物质含有1个肽键；三个氨基酸脱水缩合形成的物质是三肽，该物质中含有2个肽键；以此类推，n个氨基酸脱水缩合形成的物质中含n－1个肽键。

|过程评价|

1.组成蛋白质的氨基酸都只含有一个氨基与一个羧基，并且连接在同一个碳原子上 （ × ）

2.人体需要的氨基酸称为必需氨基酸（ × ）

3.生物体内组成蛋白质的氨基酸中，有些氨基酸不能在人体细胞中合成（ √ ）

4.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（ √ ）

5.二肽是由两个氨基酸分子脱水缩合形成的化合物，含有2个肽键（ × ）

6.连接两个氨基酸分子的化学键叫做磷酸键，表示式为 NH—CO（ × ）

|联想·质疑|

★氨基酸的种类由R基决定

把氨基酸分子比喻成人，两只手分别代表氨基和羧基，两条腿代表氢，头代表R基，躯干代表中心碳原子。

★三个同学手牵手连在一起，牵在一起的手代表“肽键”。两端同学的没牵在一起的手分别代表肽链两端游离的氨基和羧基。

★氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程

★蛋白质功能的多样性

有的同学只喜欢吃一些肉食，从氨基酸的角度分析，这种饮食习惯为什么不合理？

提示：动物体内富含的氨基酸种类和植物体内的不同，如果只喜欢吃肉食会导致一些氨基酸摄取不足。

科学探究1 氨基酸的结构及其特点

试判断下列有机酸，哪些属于组成蛋白质的氨基酸？并说明判断理由。

提示 （1）是。—NH2和—COOH连在同一个碳原子上。

（2）不是。—NH2和—COOH没连在同一个碳原子上。

（3）不是。没有—NH2。

【探究应用】

下列物质中，属于构成人体蛋白质氨基酸的是（ ）

①H2N—CH2—COOH

②H2N—CH2—CH2OH

A.①③⑤ B.①②③

C.②③④ D.③④⑤

解析 根据氨基酸分子的结构通式可知：②④不是构成蛋白质的氨基酸，因为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。

答案 A

知识链接

氨基酸分必需氨基酸和非必需氨基酸；非必需氨基酸：在人和动物体内能够合成。必需氨基酸：人和动物体的细胞不能合成，只能从外界环境中获取，人体中有8种（婴儿有9种）。

【一题多变】

（1）某化合物中只要有氨基和羧基就一定是构成蛋白质的氨基酸吗？为什么？

提示 不一定，构成蛋白质的氨基酸不仅有氨基和羧基，而且至少有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

（2）根据氨基酸的结构通式分析：蛋白质至少含有哪些元素？如果还有其他元素，则这些元素应分布在什么部位？

提示 C、H、O、N；R基上。

【方法技巧】氨基酸分子的判断

（1）两个判断标准：

①一个数目标准：至少含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH）。

②一个位置标准：都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，且这个碳原子上还连接一个氢原子（—H）和一个R基。

（2）一个决定关键：R基。

①决定氨基酸的种类和理化性质。

②决定氨基酸中所含有氨基和羧基的数目；除了连接在同一碳原子上的氨基和羧基外，多余的氨基和羧基一定位于R基中。

（3）决定氨基酸的组成元素：氨基酸结构通式中含有C、H、O、N四种元素，若含有其他元素则一定位于R基中。

科学探究2 蛋白质的形成过程

结合“氨基酸脱水缩合的过程”示意图，思考并探讨：

1.连接氨基酸的结构是什么？氨基酸中参与该结构形成的成分是什么？

提示 肽键 一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基。

2.形成一个肽键要脱去一个水分子，水分子中的H和O分别来自氨基酸的什么结构？ 提示 H2O中的H一个来自氨基一个来自羧基，O来自羧基。

3.由2个氨基酸脱水缩合形成的化合物的名称是什么？其内含有多少个肽键？在形成过程中脱去多少分子水？

提示 二肽；1个；1分子。

4.由3个氨基酸脱水缩合形成的化合物的名称是什么？其内含有多少个肽键？在形成过程中脱去多少分子水？

提示 三肽；2个；2分子。

蛋白质的结构层次

C、H、O、N等元素→氨基酸→二肽→三肽→多肽――――――――→1条或多条盘曲、折叠蛋白质

【探究应用】

下列有关图中所示多肽的叙述中，正确的是（ ）

A.由5个氨基酸缩合而成

B.有游离的氨基和羧基各1个

C.由4种氨基酸组成

D.该多肽在形成过程中失去了3分子水

解析 慧眼识图，获取信息

从图中可以看出，有3个肽键，所以该多肽属于四肽，由4个氨基酸组成；有4个R基，其中有两个是相同的，所以总共有3种R基；该多肽中有1个游离的氨基，2个游离的羧基；四肽的合成过程要形成3个肽键，所以要失去3分子水，D正确。 答案 D

【一题多变】

（1）由五个氨基酸构成的多肽是四肽还是五肽？

提示 五肽。

（2）多肽中的N元素主要分布于哪个部位？

提示 肽键。

【方法技巧】“两看”法分析多肽

科学探究3 蛋白质的相关计算

1.蛋白质相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系

（1）肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数。

（2）蛋白质相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量－脱去水分子数×18。（不考虑形成二硫键）

2.蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算

（1）至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。

（2）游离氨基或羧基数目＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。

据以上规律填写下表相关内容：（氨基酸平均分子质量为a。）

肽链数目 氨基酸数 肽键数目 脱去水分子数 多肽链的相对分子量 氨基数目 羧基数目

1条 m m－1 m－1 am－18（m－1） 至少1个 至少1个

n条 m m－n m－n am－18（m－n） 至少n个 至少n个

【探究应用】

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3 600

D.该蛋白质中至少含有4个游离的羧基

解析 该蛋白质分子含有2条肽链，且2条肽链之间由2个肽键连接，故该分子一共含有200个肽键，A错误；由图可知，两条肽链之间的两个肽键是由第25位和第120位、第70位和第165位的氨基酸R基上的氨基和羧基形成的，故组成该蛋白质分子的200个氨基酸中至少含有202个氨基，B错误；合成该蛋白质时脱去的水分子数与形成的肽键数相等，故合成该蛋白质时相对分子质量减少了18×200＝3 600，C正确；该蛋白质分子含有2条肽链，至少含有2个游离的羧基，D错误。

答案 C

【一题多变】

（1）若某种氨基酸的R基是—CH2—CH2－NH2，在一个该氨基酸分子中，含有的C和N的原子数分别是多少？

提示 4个、2个

（2）若由200个氨基酸构成的环状肽，该分子中含有多少个肽键？

提示

200

1.环状肽的结构与计算

环状肽如图所示：

根据图示可知：肽键数＝脱去的水分子数＝氨基酸数（由于环肽首尾氨基酸彼此相连，故形成一个环状肽时比形成一条直链肽要多生成一个水分子）。

2.计算蛋白质相对分子量时别忽略了二硫键：当肽链上出现二硫键（—S—S—）时，要再减去2（即2个H）。

科学探究4 蛋白质的结构及功能

蛋白质结构多样性的原因

下图中□、○分别代表不同的氨基酸，“—”代表肽键，如图分别代表几种蛋白质的部分结构图示：

结合上图探讨蛋白质多样性的原因：

（1）图示1：__________________________________________________。

（2）图示2：__________________________________________________。

（3）图示3：___________________________________________________。

（4）图示4：____________________________________________________。

提示 （1）氨基酸种类不同 （2）氨基酸数目不同 （3）氨基酸排列顺序不同

（4）蛋白质的空间结构不同

【探究应用】

下表列举了几种彼此功能不同的多肽化合物，有关描述错误的是（ ）

多肽化合物 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩

氨基酸数 9 9 9 10 13 22 223 51 660 524

A.多肽化合物①②③，功能不同的原因有氨基酸的种类、排列顺序不同等

B.若多肽化合物⑧由一条a链和一条b链组成，则⑧中含有的肽键数为49

C.多肽化合物⑦⑨⑩中常见的氨基酸最多为20种

D.表中数据表明，蛋白质的功能具有多样性，这些功能决定蛋白质的空间结构

解析 化合物⑧由51个氨基酸构成的两条肽链组成，则肽键数为51－2＝49，B