2024年高中生物新教材同步必修第一册 第2章 第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者

第4节蛋白质是生命活动的主要承担者

［学习目标］1.概述蛋白质的主要功能。2.说明经基酸的结构特点及其种类。3.描述氨基酸脱

水缩合形成蛋白质的过程。4.阐明蛋白质结构及其多样性。

一、蛋白质的功能及其基本组成单位——氨基酸

教材梳理

1.蛋白质的功能

（1）蛋白质是生命活动的主要承担者。

构成细胞和生物体结构的瑕要

一物质

功能「催化作用,如大多数施

多样性运输作用,如载体、血红蛋白

免疫作用.如抗体

［调节作用，如胰岛素等

2.蛋白质的基本组成单位——氨基酸

（1）氨基酸的种类

组成蛋白质的氨基酸有2L种，其中8种是人体细胞不能合成的，称为必雷氨基酸，这些氨基

酸必须从外界环境中获取：另外11种氨基酸是人体细胞能够合成的，称为韭必蛋级基酸。

（2）氨基酸的元素组成及结构特点

①组成氨基酸的共有元素是C、H、O、N,有的氨基酸还含有&等元素。

②氨基酸的结构特点

a.每种氨基酸分子至少含有一个氨基（一NHG和一个拨基（一COOH）。

b.每种氨基酸分子中都有一个氢基和一个携型连接在同一个碳原子上，该碳原子还连接一个

氢屋工和一个侧链基团，这个侧链基团用旦表示。各种氨基酸的区别在于旦基的不同。

HR0

N—C—C—0H

③氨基酸的结构通式：Ho

【特别提醒】（1）类比推理法理解氨基酸的结构

①类比：把氨基酸分子比喻成人，两只手分别代表氨基和峻基，两条腿代表氢，头代表R基,

墓干代表中心碳原子。

②图示（如图）

决定紫基酸的种类(可变)

R1

HOOC—

(我基)L和溜)

H

(2)氨基、较基、R基的书写

①正确的格式：一NH2、一COOH、一R(千万不要忘记在原子团前面加“一”)o

②避免两种错误格式

a.写成NH2、COOH,Ro

b.写成NH3、一Nhh、HCOOH等。

③结构通式及氨基和叛基不同表达形式的辨别

RHRO

H,N—C—COOH------>H—N—C—(!：—OH

*II

HH

0

II

—H—N——COOHC-OH

氨基峻基

【判断正误】

(1)蛋白质具有催化、免疫、遗传、调节等各种功能()

(2)蛋白质是目前已知的结构最复杂、功能最多样的分子()

(3)氨基酸分子的氨基和叛基都连在同一个碳原子上()

(4)非必需氨基酸是指人不一定需要的氮基酸()

答案(l)X(2)V(3)X(4)X

解析(1)蛋白质具有催化、运输、免疫、调节等各种功能，但是不具有遗传的功能。

(3)每种氨基酸至少含有1个氨基和1个援基，且都有1个氨基和1个蹂基连接在同一个碳原

子上，也有可能有多的氯基或段基位于侧链基团，并未连在同一个碳原子上。

(4)人体细胞可以合成的氨基酸称为非必需氨基酸。

核心探讨

任务一：分析氨基酸的结构

观察下列四种氨基酸的结构，探究以下问题:

CH3CH.-SH

H2N—(L—COOH

H2N—C—COOH

HH

丙密酸半胱氨酸

(CH)-NH

242CH2-COOH

H2N—C-COOHH2N—C—COOH

HH

赖氨酸天冬氨酸

ILN—C—＜：()()H

I

⑴构成蛋白质的氨基酸共有的部分是H

(2)这四种氨基酸分了的R基分别是一CH?、一CHz—SH、(CH2)4—NH2、一CHLCOOH。

(3)“氨基酸”这一名词与其分子结构有怎样的对应关系？

提示“氨基酸”代表了其分子结构中的主要部分，即氨基和峻基。

(4)组成蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个按基吗？若有一个以上的氨基或短

基，多出来的红基或短基分布在哪里？

提示每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个薮基，并且都有一个氨基和一个覆基连接在同

一个碳原子上，部分氨基酸分子中含有一个以上的氨基或瘦基，多出来的氨基或较基位于R

基上。

典题应用

1.下列化合物中，属于构成蛋白质的氨基酸的是()

CH2-SHHOOCH

(DH2N-C-COOH(2)H2N-C-C-OH

HHH

HHHCOOHHHH

③耶工一^一士一匕1④HzN-iU-2-COOH

.hhh、NHehbb

A.③④B.①②③

C.®®D.②④

答案B

解析①②③中的化合物中都至少含有一个氨基和一个短基且都有一个氨基和一个较基连接

在同一个碳原子上，都是组成蛋白质的氯基酸，①②③正确：④中化合物的氨基和叛基不连

接在同一个碳原子上，不是组成蛋白质的氮基酸，④错误。

2.缀室酸的R基为一C3H7,则一分子缴氨酸含有的C、H、0、N原子数依次为()

A.2、4、2、IB.5、11、2、1

C.5、9、4、1D.5、8、2、1

答案B

解析根据题意可知，缀氮酸的R基为一C3H7,因此缀氮酸的结构简式为CsHnChN,因此

一分子缀氨酸含有的C、H、0、N原子数依次为5、11、2、1,B正确。

二'蛋白质的结构及其多样性

教材梳理

1.蛋白质的结构层次

氨基酸

I脱水缩.合I1概念：同一时个脱氨去基-分酸子分子的的水拔基与另一个氨基酸分子的氨基相连接,

二肽：由两个氨基酸缩合而成为化合物

多肽：由多个氨基酸缩合而成的,含有多个肽键的化合物，通常呈雌结构

I盘曲、折叠(原因：氨基酸之间能形成氢键等)

蛋白质：具有定的空间结构

2.脱水缩合的过程

①一

KO

(1)过程①名称：脱水缩合。

(2)物质②名称：二肽。

(3)结构③名称：肽键。

3.蛋白质种类多样性的原因

在细胞内，组成一种蛋白质的氨基酸壑且可能成千上万，氨基酸形成肽链时.，不同种类氨基

酸的排列顺序千变万化,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别,因此，蛋白

质分子的结构极其多样。

4.蛋白质的变性

(1)概念：蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏,从

而导致其理化性质的改变和生物活性蛆的现象。

(2)应用：①鸡蛋、肉类煮熟后由于高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋

白酶水解,因而易于消化。②度过加热、加酸、加酒精等引起蝴菌和病毒的它白质变性，可

以达到消毒、灭菌的目的。

【判断正误】

(1)含有两个肽键的化合物叫作二肽()

(2)蛋白脑变性是由于肽钝的断裂造成的()

(3)变性的蛋白质也能与双缩腺试剂发生紫色反应()

(4)蚤白质变性是可逆的化学反应()

答案(1)X(2)X(3)7(4)X

解析(1)由两个氨基酸缩合形成的化合物叫作二肽，二肽含有一个肽键，含有两个肽键的化

合物叫作三肽。

(2)高温、强酸、强诚等均会破坏蛋白质的空间结构，引起蛋白质的变性，但是肽键没有断裂。

(3)变性的蛋白质肽键还在，能与双缩腺试剂发生反应。

(4)蛋白后变性是不可逆的°

|核心探讨

任务二：分析氨基酸脱水缩合形成肽链的过程

请结合脱水缩合过程，并参考如下多肽链的模式图分析：

Ri।Rz।।R©

H2N-C-CO^NH-C-CO^NH-------C-CO^NH-C-COOH

IIII

HHHH

(1)肽链形成过程中，失去的水分子中氢和氧元素的来源分别是什么？

提示氢来自氨基和瘦基，第,来自覆基。

(2)氨基酸、肽链、形成的水分子、肽键的数量关系是什么？

提示氨基酸数一肽链数=形成的水分子数=肽键数。

(3)肽链中还有没有游离的氨基和陵基？如果有，它们位于哪里？

提示有。位于肽链的两端，R基中也可能有。

(4)假设氨基酸的平均相对分子质量为小由〃个氨基酸形成1条肽链，则该多肽的相对分子

质量是多少？若形成机条肽链呢？

提示na—18(»—l)ona—18(»—m)«

L典题应用

3.两种氨基酸结构式如图，它们在形成二肽化合物时，最可能相互缩合的基团是()

HH

①I②④I⑤

HN-C-COOH-H,N-C-COOH-

2I③I⑥

CH2-CH2-COOH(CH2)X-CH2-NH2

A.①与③B.②与④

C.②与⑥D.③与④

答案B

解析①与④均为氨基，②与⑤均为叛基，③与⑥均在R基中。图示的两种氨基酸分子通过

脱水缩合形成二肽，而脱水缩合是指一个氨基酸分子的，笑基和另一个氮基酸分子的氮基相连

接，同时脱去一分子水，因此最可能相互缩合的基团是①与⑤或②与④，故选B。

4.血红蛋白分子含有两条a肽置和两条［3肽窿，其空间结构如图中所示；图乙表不P肽筵

一端的部分氨基酸序列。请分析回答下列问题：

⑤

(1)图乙所示结构含有种氨基酸，①的名称是,

(2)血红蛋白是由574个氨基酸组成的，氨基酸经过________过程形成4条多肽链，该过程中

形成个肽键。

(3)若两条p肽链完全相同，则图甲所示的血红蛋白至少含有个股基。

(4)据图分析，蛋白质分子的多样性是由________________________________________________

不同导致的。

(5)若图甲血红蛋白某一处的谷氨酸被缀氨酸取代，就可能形成聚合成纤维状的异常血红蛋

白，则由其参与组成的红细胞运输氧的能力将(填“不变”“减弱”或“失去”)。

由此能得到什么结论？________________________________________________________________

(6)图丙为血红蛋白变性和水解的示意图，总结两者的区别：

答案(1)3氨基(2)脱水缩合570(3)8(4)叁基酸的数目、种类、排列顺序及肽链的盘

曲、折叠方式及其形成的空间结构（5）减弱蛋白质结构与功能相适应（6）水解是蛋白质或

者多肽中肽键断裂，分解为经基酸的过程，和脱水缩合的过程相反。变性是蛋白质空间结构

被破坏的过程，此过程肽键一般不断裂

-网络构建

组成元索：C、H、0、N（有的含有S）

种类：21种｛必需匐基酸：8种

非必需氨刈酸：13种

四基酸H

通式：ENrlr-cooH

R

/I特点:至少都含有一个氨基和一个段拓,且有

一个锐基和一个竣拓连在同一个碳原

盘曲,折叠子上

蛋白质

决定

蛋白质结构多样性蛋白质功能多样性

免

调

疫

节

课时对点练

对点训练

题组一蛋白质的功能

1.下列选项中不能作为“蛋白质是生命活动的主要承担者”证据的是（）

A.胃蛋白施起催化作用

B.血红蛋白能运输氧气

C.性激素能促进生殖器官的发育

D.肌肉的成分主要是蛋白质

答案C

解析性激素不属于蛋白质，C错误。

2.蛋白质是目前已知结构最复杂，功能最多样的分子。下列有关蛋白质及其功能的叙述，不

正确的是（）

A.生物体的很多结构，如肌肉、头发、羽毛等的主要成分都是蛋白质

B.血红蛋白能够运输氧气，说明蛋白质具有运输的功能

C.在病毒感染自愈者的体内，发现了抗体的存在，说明蛋白质具有免疫功能

D.总体来说，蛋白质具有催化、免疫、运输、遗传等功能

答案D

解析蛋白质不具有遗传功能，D错误。

题组二蛋白质的基本组成单位——氨基酸

3.在下列分子中，属于组成生物体蛋白质的氨基酸是（）

（DNH2—CH2—COOH®NH2—CH2—CH2OH

d）NH2—CH—CH2—COOH®NH2—CH—CH.-COOH

COOHNH2

@NH2—CH—（CH）—NH?

COOH

A.®@®B.①©©

C.⑤D.②®®

答案C

解析②中缺乏援基，不是组成蛋白质的氨基酸，②不符合题意；④中氮基和森基没有连在

同一个碳原子上，不是组成蛋白质的氮基酸，④不符合题意。

4.组成生物体蛋白质的氨基酸中，酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶丁•水，这种差异的产

生取决于（）

A.酪氨酸的氨基比较多

B.两者R基组成不同

C.精氨酸的拨基比较多

D.两者的结构不同

答案B

5.已知苯丙氨酸的分子式是CgHnNOz，那么该氨基酸的R基是（）

A.—C7H7OB.—C7H7

C.—C7H7ND.—C7H5NO

答案B

解析根据氯基酸的结构通式和苯丙氨酸的分子式C9H11NO2可知，它的R基是Y7H7,故

选B。

题组三蛋白质的结构及其多样性

6.如图表示二肽分子的结构，①②③④中代收肽键的是（）

A.①B.②C.③D.④

答案C

，如图所示为某多肽化合物，关于其组成部分数目的判断，错误的是（）

HH

HOII：CH2：

--------IIICN

H—N-T-C—C—-c

,J............I

HjfCH；：；CH2COOH:H

A.1个氨基B.2个毅基

C.2个肽键D.3种R基

答案D

解析据图可知，该多肽是由3个氮基酸组成的三肽，含有1个氨基（一NHz）、2个叛基

（―COOH）,2个肽键,有2种R基.即YHa、YH,COOH。

8.（2023•北京通州区高一期中）如图为人的两种功能不同的多肽类激素——催产素和抗利尿激

素的结构示意图，数字表示氨基酸的序号，文字表示氨基酸的缩写，如半胱氨酸缩写为“半

胱”。两种激素功能不同的原因是（）

酪酪

/2\/2\

异亮31半胱笨丙31半胱

II

SS

II

?S

谷46半胱-脯-亮-甘谷46笔胱-肺-精-甘

\/789\/789

大冬5大冬5

催产素抗利尿激素

A.连接氨基酸间的化学键不同

B.氨基酸种类不同

C.贞基酸结合方式不同

D.氨基酸数目不同

答案B

解析连接氮及酸间的化学键都是肽键，A错误；据图分析可知，催产素中含有异亮氨酸、

亮氮酸，而抗利尿激素中含有笨丙氮酸、精氮酸，二者氮基酸种类不同，导致蛋白质结构不

同，则功能不同，B正确；氨基酸之间的结合方式都一样，都是脱水缩合，C错误；据图分

析可知，催产素和抗利尿激素的氮基酸数目一致，D错误。

综合强化

9.科学家发现了组成人体的第21种氨基酸一硒代半胱氨酸，其化学式为C3H7NO?Se,卜列

说法错误的是（）

A.该氨基酸是非必需疑基酸，其R基为一CH*Se

B.各种氨基酸理化性质不同的原因在于R基不同

C.两个氨基酸分子通过肽键连接成二肽

D.两个硒代半胱缎酸分子脱水缩合过程产生的H2O中的氢来源于粉基

答案D

解析两个结代半胱氨酸分子猊水缩合过程产生的H?0中的鼠，一个耒源于援基，一个来源

于氨基，D错误。

10.在胰岛B细胞中先合成胰国素原，胰岛素原再通过蛋白酶的水解作用，生成胰岛素（如图）。

胰岛素原水解所需的水分子中的氢用于（）

胰岛素原胰岛素

A.形成一SH和一O1I

B.形成一NH2和一COOH

C.形成一NH?、一COOH和一SH

D.形成—COOH和连接碳的一H

答案B

解析胰岛素原是在胰岛B细胞中由氨基酸经脱水缩合反应形成的，氨基酸经脱水缩合形成

胰禽素原的过程中，脱去的水中的氢来自氨基酸的一NHz和一COOH,反之，胰岛素原水解

所需的水中的氢用于形成一NH?和一COOH,B符合题意。

11.某条多肽链由31个氨基酸构成，如图为其部分结构示意图，卜列叙述不正确的是（）

CH.HCH,（）H

III

H—N—C—C—N—C—C—N—……

IIIIIII

HH（）H（）H

A.该多肽的侧链基团有31种

B.该多肽至少有1个游离氨基

C.该多肽有30个肽键

D.该多肽形成过程中相对分子质量减少了540

答案A

解析组成蛋白质的氨基酸有21种，所以该多肽的侧链基团最多有21种，A错误：该多肽

链由31个氮基酸构成，其含有的肽键数=氢基酸数一肽链数=31—1=30（个），C正确：该

多肽链由31个氨基酸构成，形成过程中脱去的水分子数=氮基酸数一肽链数=31一1=

30（个），其相对分子质量减少18X30=540,D正确。

12.细胞受到冰冻时，蛋白质分子相互靠近，当接近到一定程度时，蛋白质分子中相邻近的

端基（SH）氧化形成二硫键（SS—解冻时，蛋白质中的氢键断裂，二硫键仍保留（如图

所示）。下列说法错误的是（）

未结冰结冰解冻

A.结冰和解冻过程中蛋白质的相对分子质量均不变

B.在解冻以后蛋白膜的功能nJ能会出现异常

C.疏基（一SH）一定位于氨基酸的R基上

D.抗冻植物可能具有较强的抗臻基氧化的能力

答案A

解析结冰时蛋白质中硫基氧化形成二硫健，蛋白质的相对分子质量变小，A错误；蛋白质

的结构决定蛋白质的功能，由邃干信息“解冻时，蛋白质中的囊键断裂”可知，解冻后的蛋

白质结构会发生变化，其功能也可能发生异常，B正确：细胞受到冰冻时，蚤白质分子中相

邻近的珑基（一SH）会被氧化形成二硫钵（一S—S—）,抗冻植物能够适应较冷的环境，根据形

态结构和功能相适应的观点，可推知抗冻植物有较强的抗焦基氧化能力，D正确。

13.（2023•河北邢台高一期末）如图表示胰岛素分子中一条多肽链，其中有3个甘氨酸且分别

位于第8、20、23位。下列叙述正确的是（）

A.图中所示多肽至少含有一个粉基和一个氨基

B.该多肽一定含有21种短基酸

C.用特殊水解能选择性除去图中的3个甘氨酸的过程需要破坏5个肽键

D.用特殊水解前选择性除去图中的3个甘氨酸，形成的产物中只有4条多肽

答案A

解析组成蛋白质的氨基酸共有21种，但并不是每种蛋白质都含有21种氯甚酸，B错误；

要想除去图中的3个甘氮酸，需要将甘氮酸前后的肽键都断裂，因此特殊水解酶选择性除去

图中的3个甘氨酸的过程需要破坏6个肽键，加6个水，C错误；用特殊水解酶选择性除去

图中的3个甘氨酸，形成的产物中有3条多肽，一个二肽，3个甘氨酸，D错误。

14.我国科学家合成了•种具有镇痛作用而乂不会像吗啡那样使病人上瘾的药物——脑啡肽，

如图是该物质的结构简式。脑啡肽的合成采用的是蛋白质工程技术，这是生物发展在分子水

平上的乂一突破。请根据此化合物的结构分析回答下列问题：

CH、

CH-CH,

I

CH.

H2N-C-CO-NH-C-CO-NH-C-CO-NH-C-CO-NH-C-COOH

HHHCH2—

（1）该化合物有个负基和个被基。

⑵该化合物是由个氨基酸失去分子水而形成的，这样的反应叫作

，该化合物叫肽。在形成时，相对分子质量减少了。

（3）脑啡肽水解后可产生_______种氨基酸，造成氨基酸种类不同的原因是o

（4）其基本单位的结构通式为o

答案（1）11（2）54脱水缩合五72

（3）4R基（或侧链基团）不同

R

H.N—C—COOH

（4）H

解析（1）据图可知，该化合物含有1个游离的氨基和1个游离的拨基。（2）该化合物中有4个

肽键，它是由5个氯基酸通过睨水缩合而形成的，所以叫作五肽。在形成该多肽时，共脱去

4个水分子，相对分子质量减少了4X18=72。（3）不同氨基酸的差别在于R基的不同，从脑

啡肽结构简式上可以看