2.4 基于任务驱动的“蛋白质结构”深度复习课件高一上学期生物人教版必修1

基于任务驱动的深度复习第4节蛋白质是生命活动的主要承担者抗原抗体可变区抗原抗体一

探索蛋白质的化学本质与生命本质任务一：阅读1824年维勒首次人工合成尿素的史料，分析人工合成有机物的意义，对人工合成蛋白质的启示是什么？回眸|1828年尿素首次人工合成，开创有机合成的新时代活力论源于古希腊的亚里士多德。他认为生物区别于非生物的特点，在于生物是具有灵魂的；不同生物的灵魂功能不同。亚里士多德近代活力论则主要认为生物体的一切活动，都是由其内部所具有的非物质因素即“活力”或“生命力”所支配的。活力论否定生物的物质性，它把生命活动看作是由凌驾于物质之上的力量引起的。虽然早在19世纪，化学家们已经能从生物体中获得有机物，比如尿素、酒石酸、柠檬酸等，但是他们还不能人工合成任何有机物。因此他们认为有机物只能在“生命力”的作用下才能产生出来，因此人工合成是不可能的。他把这种晶体溶入水中，用来检测它的性质，但是出乎意料的情况发生了，这种物质不是他所想象的所谓“氰酸铵”，而是一种新物质。他继续研究，终于发现了这种物质早就存在了，他曾多次测量过，不会出错。但是这种物质在实验室里从来没有被合成出来过，它就是尿素！维勒做了一个氨与氰酸相混合的实验。当氨与氰酸气体在容器中被水混合，振动摇晃了一段时间之后，随着温度的升高，液体不断被蒸干，出现了一种结晶体。当时维勒认为，这就是他想要研究的“氰酸铵”。二

构建牛胰岛素的一级结构任务三：写出氨基酸结构通式，依据胰岛素A链N端前3个氨基酸(甘氨酸-异亮氨酸-缬氨酸-)的结构简式，写出牛胰岛素A链N端的三肽，描述氨基酸脱水缩合的过程，归纳肽键的形成过程与多肽的概念，解释多肽具有多样性的原因。3.2任务实施：任务三：写出氨基酸结构通式，依据胰岛素A链N端前3个氨基酸(甘氨酸-异亮氨酸-缬氨酸-)的结构简式，写出牛胰岛素A链N端的三肽，描述氨基酸脱水缩合的过程，归纳肽键的形成过程与多肽的概念，解释多肽具有多样性的原因。设计意图通过写出三肽脱水缩合的过程，说明三肽理论上的多样性，初步认识人工合成结晶牛胰岛素的难点，发现实际问题的复杂性，体会我国科学家在合成牛胰岛素过程中的艰辛，渗透爱国主义和科学精神教育。教师展示1886年科学家尝试用氨基酸“装配”的蛋白质只是氨基酸随机连接形成的多肽相关资料，阐明生物大分子物质的单体具有严格的排列顺序，展示桑格测定牛胰岛素一级结构的科学史资料并布置任务。任务四：阅读资料，小组合作归纳桑格测定牛胰岛素一级结构的实验思路，以流程图形式呈现，并做必要的文字说明。资料：桑格通过破坏牛胰岛素二硫键而获得两条链，首先对B链进行部分酸处理或胃蛋白酶处理，随后用电泳、离子交换层析及活性炭吸附等方法，获得不同大小的肽段；为了确定胰岛素中的氨基酸排列，桑格通过研究，找到2,4-二硝基氟苯试剂(DNFB),给蛋白质一端的氨基酸着色、切割，后用纸层析分离。结合氨基酸组成分析及N端分析，确定短片段氨基酸顺序，利用重叠法获得胰岛素B链氨基酸序列。1953年，桑格完成A链21个氨基酸的全序列测定。1955年，桑格克服了水解过程中二硫键交换、水解酶解后产物分离复杂等一系列难题，经过两年的艰苦努力，完成了二硫键位置的确定。大部分学生能将资料中叙述的流程进行正确排序，但无法正确地补充说明文字。通过小组间互评与分析，组内和组间思维碰撞后得出流程图(图1)。教师展示牛胰岛素A链N端第6~11个氨基酸(图2)的球棍模型3,阐明氨基酸之间由于能够形成氢键、二硫键，从而使肽链能够盘曲折叠，形成复杂的空间结构。设计意图学生通过阅读资料和小组合作，重新排列牛胰岛素一级结构测定的流程图，并通过互评完善说明文字，培养信息检索、合作交流和模型建构的能力。利用化学知识让学生真正理解“折叠、加工”的本质，即蛋白质空间构象的形成本质上是多级化学键协同作用的结果，A链一级结构中第6位和第11位半胱氨酸通过强共价键(二硫键)形成空间约束；肽链骨架氨基残基的氢原子和羧基残基的氧原子通过氢键形成α螺旋或β折叠等二级结构单元；氨基酸残基侧链间的范德华力与疏水作用驱动三级结构的组装。多层级分子间作用力的时空耦合，使得线性多肽链能够自发形成稳定的三维功能构象。二

构建牛胰岛素的一级结构判断组成蛋白质的氨基酸的“两要点”1.从数量上看——是否有一个（—NH2）和一个（—COOH）；2.从位置上看——一个（—NH2）和一个（—COOH）是否连在同一个碳原子上。1.2.3.（1）（2）（3）（4）二

构建牛胰岛素的一级结构脱水缩合CR1CHH2NOHOCHCNOHOR2HH二肽H2O+脱水缩合肽键COCR1HH2NCHCOHOR2NH二

构建牛胰岛素的一级结构下图所示是同一种二肽吗？与其他肽类不同，谷胱甘肽（GSH）其中一个肽键是在谷氨酸的γ位羧基和半胱氨酸的氨基之间形成的。这个肽键，不仅展示了谷胱甘肽不会被很多肽酶所摧毁的坚韧特性，稳定性好，还揭示着，GSH不像其他肽类出生于核糖体的温床中。二

构建牛胰岛素的一级结构任务四：阅读资料，小组合作归纳桑格测定牛胰岛素一级结构的实验思路，以流程图形式呈现，并做必要的文字说明。资料：桑格通过破坏牛胰岛素二硫键而获得两条链，首先对B链进行部分酸处理或胃蛋白酶处理，随后用电泳、离子交换层析及活性炭吸附等方法，获得不同大小的肽段；为了确定胰岛素中的氨基酸排列，桑格通过研究，找到2,4-二硝基氟苯试剂(DNFB),给蛋白质一端的氨基酸着色、切割，后用纸层析分离。结合氨基酸组成分析及N端分析，确定短片段氨基酸顺序，利用重叠法获得胰岛素B链氨基酸序列。1953年，桑格完成A链21个氨基酸的全序列测定。1955年，桑格克服了水解过程中二硫键交换、水解酶解后产物分离复杂等一系列难题，经过两年的艰苦努力，完成了二硫键位置的确定。三

合成具有空间结构的牛胰岛素科学家在研究中发现，只有3个二硫键都正确连接的胰岛素活力为100%其他方式均导致胰岛素活力显著下降。构建概念图[科普科研材料]阿尔茨海默病(简称AD)是一种多发于老年人群的神经系统退行性疾病。阿尔茨海默病有两个独特的分子标志物：第一种是淀粉样蛋白，即Aβ(含有近40个氨基酸的多肽组成的蛋白)，这些蛋白存在于细胞间隙中；第二种是扭曲或者错误折叠的Tau蛋白。Tau蛋白会通过一个过度磷酸化的过程，连接上大量的磷酸基团，Tau蛋白磷酸化程度的增加与蛋白的聚集能力和毒性增强有关。以扭曲的团块结构存在于神经元胞体内的Tau蛋白被称为神经原纤维缠结。Tau蛋白本身和Aβ的前体蛋白(APP)在细胞中都具有正常的功能，而在阿尔茨海默病患者体内，这些功能会受到破坏。新情境问题从结构与功能观的角度分析蛋白质与人体健康目前对于AD的发病机制和病因，主流学说认为Aβ是由APP在β和γ两种分泌酶的作用下被连续水解得到的多肽单体，这些单体可进一步寡聚发生沉淀和聚集，如图所示。Aβ聚集沉积导致脑内大量斑块的形成，直接作用于神经元，产生毒性作用；此外，神经元内Tau蛋白的过度磷酸化处于Aβ过量产生、聚集的下游，进而导致大脑中神经原纤维变性，以致神经元凋亡，最终导致AD发生。[信息助读](1)结合材料信息分析，阿尔茨海默病的发病机理为APP合成→β-分泌酶剪切→γ-分泌酶剪切→形成淀粉样斑块→神经元凋亡；Tau蛋白过度磷酸化→神经原纤维缠结出现→神经元凋亡。(2)图中的α-分泌酶剪切位点位于①，γ-分泌酶剪切位点位于③(711位)，两种酶进行剪切都会破坏蛋白质结构中的肽键；β-分泌酶作用的位点是②，与左侧相比，该位点为异常剪切位点，导致蛋白质的空间结构发生改变，进而导致功能被破坏，出现聚集现象。[内蕴知识融通](1)APP由770个氨基酸组成，定位于细胞膜上。在正常状态下，α-分泌酶剪切位点位于____

(选填图中数字)，然后再由γ-分泌酶在711位氨基酸进行剪切，得到可溶性蛋白，该过程需要破坏蛋白质结构中的_____。在阿尔茨海默病患者体内，由于β-分泌酶在____

(选填图中数字)位点的异常剪切，造成蛋白质的_________发生改变而导致功能被破坏，出现聚集现象。①肽键②空间结构(2)根据文中信息，请用字母将阿尔茨海默病的发病机理表示完整：A.APP合成B.α-分泌酶剪切C.β-分泌酶剪切D.γ-分泌酶剪切E.神经原纤维缠结出现F.Tau蛋白过度磷酸化G.形成淀粉样斑块H.神经元凋亡CDGFE(3)根据文中信息，尝试提出治疗阿尔茨海默病的思路：_____________________________________________________。抑制Aβ形成；抑制Tau蛋白过度磷酸化；抑制β-分泌酶活性思维探究•考教衔接(根据2024·湖北卷情境设计)人的前胰岛素原是由110个氨基酸组成的单链多肽。前胰岛素原经过一系列加工后转变为由51个氨基酸组成的活性胰岛素,才具有降血糖的作用。(1)蛋白酶可以水解蛋白质,而在胰岛素形成过程中蛋白酶的作用是

。水解前胰岛素原所需的水中的氢用于形成

。由前胰岛素原最终生成胰岛素的过程要有

(细胞器)的参与。

去掉C肽和信号肽序列

—NH2和—COOH内质网和高尔基体(2)胰岛素分子由51个氨基酸经脱水缩合的方式形成两条肽链,这两条肽链通过一定的化学键,如图中的

相互连接在一起而形成。这些氨基酸形成蛋白质后,相对分子质量比原来减少了

。

(3)胰岛素原断链生成了没有活性的C肽和有活性的胰岛素。二者结构不同的直接原因是_________________________________________________

。此过程说明

。

—S—S—888

构成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序不同,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别具有特定空间结构的蛋白质才能行使特定功能

(4)胰岛素流经肝脏时,会有一部分失活,而C肽不易被肝脏降解。对于接受胰岛素治疗的患者,测定其血液中的胰岛素水平,不能评价自身胰岛功能。可以通过测定血液中的C肽水平,来评价自身胰岛B细胞的功能,原因是

。(5)临床上低血糖的原因可以分为两种,一是胰岛素分泌过多,二是其他原因。如何通过测定C肽水平来判断低血糖的原因?请加以说明:

。胰岛素原转变成胰岛素时,C肽与胰岛素以等分子数进入血液循环中,胰岛素流经肝脏时,会有一部分失活,而C肽不易被肝脏降解。因此对于接受胰岛素治疗的患者在临床上可以通过测定血液中的C肽水平来了解胰岛B细胞的功能若C肽的值超过正常范围,可认为是胰岛素分泌过多所致;若C肽的值不超过正常范围,则为其他原因所致真题1．（2020·北京·高考真题）蛋白质和DNA是两类重要的生物大分子，下列对两者共性的概括，不正确的是（

）A．组成元素含有C、H、O、NB．由相应的基本结构单位构成C．具有相同的空间结构D．体内合成时需要模板、能量和酶CA、蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N，DNA的基本组成元素是C、H、O、N、P，故两者组成元素都含有C、H、O、N，A正确；B、蛋白质的基本组成单位是氨基酸，DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，两者都由相应的基本结构单位构成，B正确；C、蛋白质具有多种多样的空间结构，DNA具有相同的空间结构，C错误；D、蛋白质和DNA在体内合成时都需要模板、能量和酶，D正确。2．（2025·江苏·高考真题）关于蛋白质、磷脂和淀粉，下列叙述正确的是（

）A．三者组成元素都有C、H、O、NB．蛋白质和磷脂是构成生物膜的主要成分C．蛋白质和淀粉都是细胞内的主要储能物质D．磷脂和淀粉都是生物大分子BA、蛋白质的组成元素为C、H、O、N（可能含S），磷脂含C、H、O、P，淀粉仅含C、H、O，淀粉不含N元素，A错误；B、生物膜的主要成分是磷脂（构成基本支架）和蛋白质（承担膜功能），B正确；C、植物的储能物质为淀粉和脂肪，动物的储能物质为糖原和脂肪，蛋白质不是主要储能物质，C错误；D、淀粉是多糖，属于生物大分子；磷脂由甘油、脂肪酸和磷酸组成，属于