2018_2019版高中生物第二章细胞的化学组成第二节细胞中的生物大分子（第2课时）学案苏教版.docx

第二节细胞中的生物大分子第2课时蛋白质的结构和功能学习目标1.简述氨基酸的结构特点(重点)。2.说出脱水缩合过程(重难点)。3.阐述蛋白质结构多样性的原因，认同蛋白质是生命活动的主要承担者。|预知概念|一、蛋白质的组成和基本单位 1.组成元素除含有C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S。2.基本单位氨基酸。(1)通式：(2)结构特点每个氨基酸分子中至少含有一个氨基和一个羧基。都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。(3)种类：在生物体内组成蛋白质的氨基酸大约有20种，不同氨基酸的区别在于R基的不同。二、蛋白质的形成 蛋白质是生物大分子，由许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键相连而成。1.结构层次 2.形成过程脱水缩合(1)这种结合方式称脱水缩合，形成的化合物称为二肽。(2)产物H2O的原子来源(3)产物的虚线框内的结构是肽键，表示为NHCO。(4)由三个或三个以上的氨基酸经以上过程形成的产物称为多肽。3.蛋白质结构多样性的原因(1)氨基酸方面(2)肽链方面三、蛋白质的功能 (连线)四、鉴定1.原理在碱性溶液(NaOH)中，肽键能与Cu2作用，形成紫色的复杂化合物。2.试剂组成0.1_g/mL_NaOH溶液和 0.01_g/mL_CuSO4溶液。3.鉴定程序|过程评价|(1)蛋白质的多样性不仅取决于氨基酸的种类和数目，还与肽链数目及空间结构有关。()(2)若甲、乙两种蛋白质分子中氨基酸种类、数目及排列顺序相同，则甲、乙为同一种蛋白质。()(3)所有蛋白质分子均含20种氨基酸。()(4)脱水缩合过程中脱掉一分子水，形成一个新的化学键。()(5) 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。()(6)蛋白质的结构具有多样性，功能也具有多样性。()(7)蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定的功能未发生改变。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)|联想质疑|氨基酸的种类由R基决定。氨基酸和氨基酸之间脱水缩合形成多肽键。在肽链的两端，一端是氨基，另一端是羧基，有些氨基酸残基的R基团中也存在氨基或羧基。找一找巧记蛋白质形成的四个“一”红细胞中的血红蛋白具有运输O2的作用，红细胞膜上的通道蛋白也具有运输物质的作用。双缩脲试剂先加A液，后加B液，不需加热。科学探究1氨基酸的结构及其种类1.下列是组成生物体蛋白质的几种氨基酸的结构简式，观察比较它们在结构上有什么相同点和不同点？提示：(1)相同点：在这些氨基酸分子中，都有一个氨基(NH2)和一个羧基(COOH)与同一个碳原子相连，而且这个碳原子还分别与一个氢原子、一个可变的R基相连。(2)不同点：各种氨基酸的区别在于R基的不同。2.如果一个有机酸分子中既含有氨基也含有羧基，则此分子一定是构成生物体蛋白质的氨基酸吗？尝试总结构成生物体蛋白质的氨基酸必须具备的条件有哪些？ 提示：(1)不一定。(2)构成生物体蛋白质的氨基酸必须具备两个条件：至少含有一个氨基和一个羧基；都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上；这个碳原子还分别与一个氢原子、一个可变的侧链基团相连接。3.所有氨基酸分子均只含1个氨基和1个羧基吗？ 若再有另外的氨基或羧基，应存在于何种基团中？提示：每个氨基酸分子至少含1个氨基和1个羧基。除此之外氨基酸分子若还有氨基或羧基，则它们位于R基中。4.同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，这种差异的产生是由何种基团决定的？ 提示：所有氨基酸均含有中心碳原子和与中心碳原子相连的氨基、羧基、H原子、R基。R基具有可变性，R基的可变性决定了氨基酸的种类和不同种类氨基酸的结构与性质的差异性。5.谷氨酸的R基为C3H5O2，探讨在一个谷氨酸中，碳和氧的原子数分别是多少？ 提示：已知R基为C3H5O2，根据氨基酸的结构通式可以写出谷氨酸的结构简式：，则碳和氧的原子数分别是5和4。【探究应用】如图是四个构成生物体蛋白质的氨基酸的结构简式，下列叙述错误的是()链接知识氨基酸分为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的氨基酸，人体中有8种(婴儿有9种)。A.构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、NB.上述四种氨基酸的R基依次是H、CH3、CH2OH、CH2COOHC.R基中可以有氨基或羧基D.只要含有氨基和羧基的化合物就是构成生物体蛋白质的氨基酸解析首先根据氨基酸的结构通式可以看出各种氨基酸都含有的元素是C、H、O、N四种，A正确；在甲、乙、丙、丁四种氨基酸中先找出连接在同一个碳原子上的NH2和COOH，以及H，则剩下的就是R基，B正确；氨基酸的R基中可能含有氨基或羧基，C正确；只有同时具备一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上的氨基酸才能确定其是构成生物体蛋白质的氨基酸，D错误。答案D【一题多变】(1)氨基酸分子中的元素组成除C、H、O、N外，还有其他元素吗？若有，位于什么部位？提示：有；如S元素，位于R基团。(2)甲与丁形成的二肽中O、N原子数目分别是多少？该二肽中含有的氨基与羧基数目分别是多少？提示：O、N原子数目分别为5、2个；氨基、羧基数目分别为1、2个。1.从三个角度掌握组成蛋白质的氨基酸2.R基决定氨基酸的种类(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，另外的氨基或羧基一定位于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。3.除R基以外的氨基和羧基位置交换并不是改变氨基酸的种类，因为氨基酸实际上是立体结构。科学探究2蛋白质的形成过程1.结合“氨基酸脱水缩合示意图”，思考并探讨： (1)氨基酸脱水缩合过程中参与“脱水”的结构是哪部分？R基中的氨基或羧基参与脱水缩合吗？ 提示：相邻氨基酸，其中一个氨基酸中与中心碳原子相连的COOH(羧基)与另一个氨基酸中与中心碳原子相连的NH2(氨基)。R基中的氨基或羧基不参与脱水缩合。(2)试在上图多肽中用虚线框标出所含肽键。形成1个肽键的同时脱掉1分子H2O，H2O中的H和O来源相同吗？为什么？ 提示：多肽中的肽键：不完全相同。H来源于氨基和羧基，O只来源于羧基。(3)探讨该多肽中氨基和羧基的数量和位置至少含有氨基和羧基的数量：_。这些氨基和羧基分布于肽链的位置：_。提示：一个分别分布于肽链的两端2.(1)当参与上述过程的氨基酸数为2或3时，试结合表格探讨：氨基酸数脱去水分子数形成肽键数211322(2)当参与上述过程的氨基酸数为n，形成3条肽链时：3条肽链中所含的肽键数n3。该过程脱去的水分子数n3。若氨基酸的平均相对分子质量为a，则该3条肽链的总相对分子质量na18(n3)。【探究应用】根据下列化合物的结构分析回答。技法提炼“两看”法分析多肽(1)该化合物含有_个肽键，图中表示肽键的编号有_。(2)该化合物称为_，形成该化合物的化学反应称为_。(3)该化合物由_种氨基酸构成，各种氨基酸的区别在于_不同，图中表示R基的编号有_。解析(1)图中化合物含有氨基(NH2)、羧基(COOH)、肽键(CONH)(3个)，说明为肽类化合物。(2)因为有3个肽键，所以它是由4个氨基酸经脱水缩合形成的，称为四肽，由于构成它的氨基酸多于3个，所以又称多肽。(3)决定氨基酸种类的4个R基结构各不相同，所以构成该化合物的氨基酸有4种。答案(1)3(2)四肽或多肽脱水缩合(3)4R基【一题多变】(1)多肽中的N元素主要分布在什么部位？水解该化合物需要多少个水分子？提示：肽键；3个。(2)与形成该化合物的所有氨基酸相对分子质量相比，该化合物相对分子质量减少了多少？提示：形成该化合物脱去了3分子水，减少的相对分子质量为18354。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蛋白质2.氨基酸脱水缩合的两个关键点(1)脱水的结构：参与脱水缩合的分别是相邻氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，R基不参与脱水缩合。(2)缩合的产物：H2O和二肽(或多肽)。产物不能直接说是蛋白质，因蛋白质需要由肽链进一步盘曲、折叠才能形成。3.氨基酸脱水缩合的相关计算规律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条肽链或m条肽链，有以下数量关系：形成肽链数形成肽键数脱去水分子数氨基数目羧基数目多肽相对分子质量1n1n1至少1个至少1个na18(n1)mnmnm至少m个至少m个na18(nm)特别提醒 (1)形成蛋白质时，肽链中有些基团还会相互结合形成化学键(如两个R基中SH与SH形成SS键)此时将脱去某些原子，故计算蛋白质相对分子质量时，除考虑脱去的水外，还应再减去形成其他化学键时脱掉原子的原子量。(2)对于由n个氨基酸构成的环状肽而言，产生的肽键数脱去水分子数n；所含的氨基(或羧基)只存在于R基中。(3)氨基酸脱水缩合前后某些特定数目的守恒：氨基酸中的半胱氨酸(C3H7NO2S)含S，天冬氨酸(C4H7NO4)R基上有羧基，赖氨酸(C6H14N2O2)R基上有氨基，它们在形成多肽时数量保持不变。科学探究3蛋白质的多样性和鉴定1.分析并说明以下图示分别表示蛋白质结构多样性的原因。(图示中：代表氨基酸；“”代表肽键)2.狼肉味与兔肉味不同，是由哪些因素造成的？举例说出狼体内的蛋白质有哪些功能？提示：狼肉味与兔肉味不同，是由于构成狼肉和兔肉的蛋白质的氨基酸的种类和数目不同，氨基酸的排列顺序不同，二者蛋白质的空间结构不同造成的。狼体内的蛋白质主要功能有：构成细胞的结构，如毛发、肌肉等；催化作用，狼体内的酶大多都是蛋白质；调节作用，如胰岛素等；免疫作用，如抗体；运输作用，如血红蛋白、细胞膜上的载体蛋白等。3.与斐林试剂相比，双缩脲试剂与其共有的成分是什么？又有何特别之处？ 提示：双缩脲试剂与斐林试剂均由NaOH溶液和CuSO4溶液构成。只是CuSO4溶液的浓度不同。斐林试剂为0.05 g/mL，双缩脲试剂为0.01 g/mL。4.在使用程序上斐林试剂与双缩脲试剂有何不同？双缩脲试剂使用时需要加热吗？提示：斐林试剂的两种溶液应等量混合均匀后使用，双缩脲试剂应先加NaOH溶液，再加少量CuSO4溶液。不需要。5.该实验需要对照吗？若用鸡蛋清做材料，要如何处理？提示： 做实验前要预留组织样液便于对照；若用鸡蛋清蛋白做实验材料必须稀释，原因是防止实验后鸡蛋清黏固试管，不易洗刷。【探究应用】下图表示有关蛋白质分子的简要概念图，下列对图示分析正确的是()A.甲中一定含有S元素 B.过程中有H2O生成 C.多肽中乙的数目等于丙的数目 D.具有催化作用的酶的化学本质都是蛋白质解析甲中肯定含有C、H、O、N，不一定含S，氨基酸脱水缩合过程中有H2O生成；丙(肽键)数目应为乙的数目去掉肽链数；具催化作用的酶未必都是蛋白质。答案B【一题多变】(1)图中是什么过程？多肽的多样性取决于乙的哪些原因？提示：脱水缩合；乙的种类、数目和排列顺序。(2)蛋白质的功能有哪些？提示：结构蛋白、催化、运输、运动、调控和防御。1.图解蛋白质结构多样性的四个原因和五种功能2.辨析氨基酸脱水缩合的三个易误点(1)脱水缩合产生的H2O中的H来自于COOH和NH2，而氧则只来自于COOH。(2)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，并分别位于肽链的两端。 (3)R基中的NH2或COOH不参与主链中肽键的形成，故多余的NH2或COOH位于R基中。3.在碱性溶液(NaOH)中，肽键能与Cu2作用，形成紫色的复杂化合物。由于蛋白质分子中含有很多肽键，因此，蛋白质可与双缩脲试剂发生颜色反应，从而用来鉴定蛋白质的存在与否。1.氨基酸通式中的R基不同，决定了()A.生物的不同种类 B.氨基酸的不同种类C.蛋白质的不同种类 D.肽键的数目不同答案B2.(2018山东菏泽期中)由51个氨基酸形成某蛋白质的过程中共脱水48个，则该蛋白质含多肽链的条数、该蛋白质分子中至少含有的氨基和羧基数目各是 ()A.3、3、51 B.3、3、3 C.2、3、3 D.3、48、48解析由题意可知，该蛋白质分子的形成过程中共脱去了48个水分子，因此形成的肽键数目是48个。该蛋白质中含有51个氨基酸，因此肽链数51483；一条肽链中至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，在肽链内部的R基中可能也有氨基和羧基，所以该蛋白质分子中游离的氨基和羧基数目都至少各有3个。答案B3.现已知构成蛋白质的氨基酸约有20种，它们的平均相对分子质量为128，由50个氨基酸形成的一条多肽链构成的某蛋白质的相对分子质量是()A.6 400 B.2 560 C.5 518 D.2 218解析氨基酸形成肽链是一个脱水缩合的过程，通过相邻的氨基酸脱去一分子水形成肽键而连接起来。因此，在计算一条多肽链的相对分子质量时，仅仅算出氨基酸的总相对分子质量是不够的，还要计算出脱去的水的相对分子质量，两值相减才是多肽链的相对分子质量。即：一条多肽链的相对分子质量氨基酸的总相对分子质量脱去水分子的总相对分子质量，因此本题的计算过程为：1285018495 518。答案C4.将面团包在纱布中，在清水中搓洗，鉴定黏留在纱布上的黏稠物质和洗出的白浆，采用的试剂分别是()A.碘液、苏丹溶液 B.双缩脲试剂、斐林试剂C.双缩脲试剂、碘液 D.苏丹溶液、斐林试剂解析面团包在纱布中在清水中搓洗时，黏在纱布上的黏稠物质主要是蛋白质而洗出的白浆中主要含淀粉，可分别用双缩脲试剂和碘液鉴定。答案C5.美国威斯康星大学的一个研究小组发现：用合成的某种蛋白质抑制艾滋病病毒的关键蛋白质gp41，使其不能与宿主细胞中的蛋白质发生作用，从而使该病毒无法顺利入侵细胞。下列叙述不正确的是()A.构成艾滋病病毒的所有蛋白质中一定都含有20种氨基酸B.鉴定多肽和蛋白质时都可以使用双缩脲试剂C.某些蛋白质具有催化作用D.有些蛋白质具有信息传递的作用，进而调节生命活动解析构成生物体蛋白质的氨基酸约有20种，但不一定每种蛋白质都含有20种氨基酸；多肽和蛋白质都含有肽键，都可与双缩脲试剂反应呈紫色；某些蛋白质(如酶)具有催化作用；有些蛋白质(如激素)具有信息传递的作用，进而调节生命活动。答案A一、选择题(共13小题，每小题3分，共39分)1.下列各项与蛋白质结构多样性无关的是()A.氨基酸的数目、种类和排列顺序B.构成蛋白质的多肽链的数目C.构成蛋白质的多肽链的空间结构D.氨基酸的结合方式解析氨基酸都通过脱水缩合形成肽键，结合方式相同。答案D2.人的血红蛋白分子共有574个氨基酸，含有4条多肽链，则该蛋白质分子中至少含有的氨基数和形成肽键脱去的水分子数目依次为()A.4个、573个 B.4个、570个C.4个、572个 D.2个、570个解析每条肽链至少含1个氨基和1个羧基，4条多肽链至少含4个氨基和4个羧基。脱去的水分子数氨基酸数肽链数，即5744570个。答案B3.(2018河北定州期中)三个不同的氨基酸可以合成三肽的种类，以及三种不同的氨基酸在数量足够多时能合成的三肽的种类数分别是()A.3，9 B.6，9 C.3，27 D.6，27解析蛋白质的多样性与氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链的数目、空间结构有关，三个不同的氨基酸合成三肽的种类是3216种，三种不同的氨基酸在数量足够多时能合成的三肽的种类3327种。答案D4.蚕丝被贴身暖和、轻盈透气，是“健康绿色睡眠”的首选。下列关于“蚕丝”主要成分的叙述，正确的是()A.它的基本组成单位的结构通式为CONHB.它的形成过程中没有水产生C.蚕丝的基本组成单位是氨基酸D.它一定含有的化学元素是C、H、O、N、P、Fe解析蚕丝的主要成分是蛋白质，蛋白质的基本单位是氨基酸，蛋白质是通过氨基酸的脱水缩合形成的，蚕丝蛋白中不一定含有P、Fe元素。答案C5.某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是()A.618 B.518 C.517 D.617解析氨基酸通过脱水缩合形成多肽，每一条多肽链上含有一个游离的氨基和一个游离的羧基，含有的肽键数氨基酸总数肽链数。根据题目给出的条件可知：5个多肽至少含有5个游离的氨基和17个肽键。答案C6.下列形成蛋白质分子的结构层次中，从小到大依次是()氨基酸C、H、O、N等元素一条或几条肽链盘曲、折叠多肽蛋白质A. B.C. D.解析本题考查蛋白质的形成过程。蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。氨基酸通过脱水缩合形成多肽，多肽再形成有一定空间结构的蛋白质分子。答案B7.某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质中氧原子的个数至少是()A.nm B.n2mC.nm D.n2m解析一个氨基酸分子中至少有2个氧原子，n个氨基酸形成m条肽链的过程中要脱掉nm个水分子，所以氧原子的个数至少是2n(nm)nm(个)答案C8.(2018广州期中)关于人体内氨基酸和蛋白质的叙述，正确的是()A.氨基酸至少含有一个氨基和羧基，合成蛋白质的氨基酸全部来自于食物中的氨基酸B.糖类是主要能源物质，但蛋白质也可被氧化分解释放能量C.组成肌肉细胞的化合物中蛋白质含量最多D.有些蛋白质具有调节代谢的作用，如性激素和胰岛素解析合成蛋白质的氨基酸有些是在人体内转化合成的，不一定全部来自食物；糖类是主要能源物质，但在糖类和脂肪供能不足的情况下，蛋白质也可被氧化分解释放能量；组成肌肉细胞的化合物中水的含量最高；性激素的本质是脂质，不是蛋白质。答案B9.(2018广东省实验中学期中)如图是某蛋白质的肽链结构示意图(图甲，其中的数字为氨基酸序号)及肽链的部分放大图(图乙)，请据图判断下列叙述正确的是()A.图乙所示结构中发生了脱水缩合反应的基团有B.该蛋白质至少含有2个游离羧基和1个游离氨基C.该蛋白质含有49个肽键D.该蛋白质脱水缩合失去水分子的相对分子质量为886解析据图分析可知，乙图中是R基上的羧基，没有发生脱水缩合，A错误；根据甲乙分析，该蛋白质由两条肽链组成，且R基上有2个羧基和1个氨基，则该蛋白质至少含有4个羧基和3个氨基，B错误；该蛋白质中的肽键数(3021)249，C正确；该蛋白质脱水缩合失去水分子的相对分子质量4918882，D错误。答案C10.下列关于蛋白质及其功能的叙述中，不正确的是()A.抗体与机体的免疫密切相关，长期营养不良会导致免疫力下降B.大部分蛋白质具有催化功能C.蛋白质可以在细胞之间传递信息D.血红蛋白能够运输氧气，说明蛋白质具有运输功能解析抗体是蛋白质，与免疫密切相关，若长期营养不良，则会导致合成抗体的基本单位氨基酸不足，使免疫力下降，A正确；蛋白质种类很多，其中有少数蛋白质能够起到催化作用，B错误；有些激素的化学本质是蛋白质，可以在细胞之间传递信息，C正确；血红蛋白及细胞膜上的载体都具有运输功能，D正确。答案B11.如图是某蛋白质分子的结构示意图，图中“、”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“SS”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.蛋白质多样性的主要原因是氨基酸的种类和排列顺序不同B.该蛋白质分子中至少含有两个羧基C.图中“SS”代表的化学键也是肽键D.形成该蛋白质分子时相对分子质量减少了 686解析组成蛋白质的基本单位是氨基酸；图中“SS”代表的化学键不是肽键，是二硫键；在形成该蛋白质分子的过程中脱去38分子的水，同时形成一个二硫键失去2个氢，相对分子质量减少38182686；通过分析肽链分子的结构，不难发现每条多肽链至少保留一个羧基(COOH)和一个氨基(NH2)。答案C12.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 582D.该蛋白质中至少含有3个游离的氨基解析由图可知，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20021199(个)；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；合成该蛋白质时减少的相对分子质量为199183 582；该蛋白质分子有两条肽链，所以至少有两个游离的氨基。答案C13.用不同的化学试剂可以鉴定不同物质的存在。用斐林试剂可以鉴定还原性糖(葡萄糖、麦芽糖等)的存在；用双缩脲试剂可以鉴定蛋白质的存在。医学上，可用这两种试剂检验尿液辅助进行疾病诊断。请分析这两种试剂能够诊断的疾病应该是()A.糖尿病、肠炎 B.胃炎、肾炎C.糖尿病、肾炎 D.胃炎、肠炎解析糖尿病患者尿中出现葡萄糖，可用斐林试剂鉴定；肾炎患者的尿中会出现蛋白质，可用双缩脲试剂鉴定。答案C二、非选择题(共11分)14.用氨基酸自动分析仪测定几种多肽化合物和蛋白质的氨基酸数目如下表：化合物多肽化合物蛋白质催产素牛加压素血管舒张素平滑肌舒张素猪促黑色素细胞激素人促黑色素细胞激素牛胰蛋白酶人胰岛素免疫球蛋白人血红蛋白氨基酸数目99910132222351660574 (1)表中的氨基酸数目虽相同，但其生理作用彼此不同，这是因为它们的_不同。(2)表中与、与的功能