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第3讲生命活动的主要承担者——蛋白质[考纲要求]蛋白质的结构和功能(Ⅱ)。一、氨基酸及其种类[判一判]1．在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种(√)2．分子式中只要有氨基和羧基，就可以判断其为构成生物体的氨基酸(×)3．评价蛋白质食品营养价值主要依据其必需氨基酸的种类和含量(√)4．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(×)5．各种氨基酸都共有的结构是(√)6．各种氨基酸理化性质不同的原因在于R基的不同(√)[巧记](1)8种必需氨基酸：取两(亮、异亮)册(色)书(苏)本(苯丙)携(缬)家(甲)来(赖)。(2)氨基酸的结构通式：氨基酸中有个碳，伸出四手向外连，下面连着氢原子，上面顶着R基团，左手拽的是氨基，右手还把羧基牵。二、蛋白质的结构及其多样性1．脱水缩合：一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水。2．二肽的形成：3．多肽：由多个氨基酸分子缩合而成，含有多个肽键的化合物。4．结构多样性(1)组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同。(2)组成蛋白质的多肽链形成的空间结构不同。[解惑]多肽化合物的命名是依据含有的氨基酸的总数，即2个氨基酸形成二肽，3个氨基酸形成三肽。三、蛋白质的功能[连一连][辨析]酶(a)、激素(b)与蛋白质(c)的关系可用右面图示表示考点一分析氨基酸及其种类观察下面的氨基酸结构图示，回答问题：1．写出图中结构名称：a.氨基，c.羧基。2．通过比较图中两种氨基酸，写出氨基酸的结构通式：3．不同的氨基酸取决于R基的不同，图中两种氨基酸的R基分别是b、d(用字母代号表示)。易错警示有关氨基酸组成的2点说明(1)同时含有一个或多个氨基和羧基的有机酸都属于氨基酸，种类较多。(2)组成蛋白质的氨基酸中至少有一个氨基和一个羧基，并非只有一个氨基和一个羧基，R基中可能含有氨基和羧基。1．(2012·海南卷，1)关于生物体内组成蛋白质的氨基酸的叙述，错误的是()A．分子量最大的氨基酸是甘氨酸B．有些氨基酸不能在人体细胞中合成C．氨基酸分子之间通过脱水缩合形成肽键D．不同氨基酸之间的差异是由R基引起的答案A解析甘氨酸的分子量是75，不是分子量最大的氨基酸。由于缺乏中间产物，有8种氨基酸不能在人体细胞中合成，必须从食物中获得，称为必需氨基酸。氨基酸分子之间通过脱水缩合形成肽键。R基的特异性决定氨基酸的特异性。2．下面是三种组成蛋白质的氨基酸的结构式，据图分析下列叙述不正确的是()A．以上这三种氨基酸的R基依次分别是—H、—CH3、—CH2OHB．这三种氨基酸理化性质的不同取决于R基不同C．甲是最简单的氨基酸D．从上式可看出，只要含有一个氨基和一个羧基的化合物就是组成蛋白质的氨基酸答案D解析根据组成蛋白质的氨基酸的结构通式可判断：甲、乙、丙三种氨基酸的R基分别是—H、—CH3、—CH2OH，不同氨基酸R基的不同决定了其理化性质的不同；组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。1．有关氨基酸结构通式的分析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。考点二聚焦蛋白质的结构层次及其多样性1．观察下面的二肽形成图示回答问题(1)过程①名称：脱水缩合，其场所是：核糖体。(2)物质②名称：二肽。(3)结构③名称：肽键，其结构简式为：—NH—CO—(或—CO—NH—)(4)H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基。(5)多个氨基酸发生该反应，产物名称为多肽。2．观察氨基酸、多肽、肽链、肽键和蛋白质的关系图示(1)多肽与蛋白质的最重要的区别是多肽无空间结构。(2)如果合成的蛋白质是唾液淀粉酶，需要参与的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。3．完善蛋白质的结构多样性和功能多样性图示易错警示蛋白质结构的2个误区(1)氨基、羧基和肽键的书写误区不要将氨基错写为NH2或—NH3；不要将羧基误写为COOH或COOH；也不要将肽键误写为CO—NH或CONH。(2)蛋白质变性的误区分析高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键，而是破坏了肽链盘曲折叠形成的空间结构。3．如图所示，物质A是在胰岛B细胞中合成的，且与血糖调节有关。物质B是一种淋巴因子，可干扰病毒DNA在宿主细胞中的复制。物质C由浆细胞合成并分泌，且具有免疫作用。物质D由垂体分泌，可促进蛋白质的合成和骨的生长。下列有关说法正确的是()A．A、B、C、D四种物质分别为胰岛素、干扰素、抗体、生长素B．物质A、B、C、D结构多样性的直接原因是a的种类、数量和排列顺序不同C．与A、B、C、D四种物质的合成、分泌有关的细胞器是核糖体、内质网、高尔基体、线粒体D．高温和低温均能破坏物质A的空间结构，使其调节血糖的能力丧失答案C解析A、B、C、D四种物质分别为胰岛素、干扰素、抗体、生长激素，均属于分泌蛋白，其合成和分泌与核糖体、内质网、高尔基体、线粒体有关。物质A、B、C、D结构多样性的直接原因是氨基酸的种类、数量、排列顺序及多肽链的空间结构的不同。高温能破坏胰岛素的空间结构，使其功能丧失，低温下胰岛素的空间结构稳定。4．在胰岛B细胞中先合成胰岛素原，胰岛素原再通过蛋白酶的水解作用，生成胰岛素(如图所示)。胰岛素原水解所需的水分子中的氢用于()A．形成—COOH和—SHB．形成—NH2和—COOHC．形成—SH和—OHD．形成—COOH和连接碳的—H答案B解析比较胰岛素原与胰岛素的结构，可见胰岛素原通过蛋白酶的水解作用破坏的是氨基酸之间的肽键。肽键形成时水分子中的氢来自—NH2和—COOH，故肽键被破坏时消耗的水分子中的氢用于形成—NH2和—COOH。拓展理解二硫键形成过程蛋白质分子中除了肽键外，还含有其他化学键，如二硫键。一个二硫键(“—S—S—”)是由2个“—SH”形成的，形成过程中要脱去2个氢。故计算蛋白质分子量时除减去H2O的分子量外，还应考虑脱去H的分子量。上图为胰岛素分子形成3个二硫键的情况。新情境信息案例分析上面的第4题，乍一看是一种新情境问题，题目的背景知识并不是同学们所熟悉的，但切勿慌乱，实际上这类题目往往“起点高、落点低”，有的可直接从题干中寻找答案，有的则需要把材料中的新内容与已学过的教材知识联系起来，找到与教材的衔接点，即所谓的“题在书外，理在书中”。本题实质上是考查氨基酸脱水缩合形成肽键时形成的水分子中氢的来源，再进行知识迁移转换为肽键断裂时消耗的水分子中氢的去向。考点三归纳蛋白质合成过程的有关计算1．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：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1n－1n－1至少1个至少1个na－18(n－1)mn－mn－m至少m个至少m个na－18(n－m)2.假设某多肽中氨基酸数为n，控制其合成的基因和mRNA中至少含有的碱基数为6n和3n。易错警示有关蛋白质计算的5个易错提示(1)氨基酸与相应DNA、RNA片段中碱基数目之间计算时，当出现关键词“最多”、“至少”时，不应考虑该计算过程中终止密码的碱基数。(2)计算O和H的数量变化时，不要漏掉增加H2O中的O、H数值。(3)若形成的多肽是环状：氨基酸数＝肽键数＝失去水分子数。(4)在蛋白质相对分子质量的计算中，若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时，要考虑脱去氢的质量，每形成一个二硫键，脱去2个H。(5)关于蛋白质的计算中，要特别注意题中设问的是“氨基酸的数量”还是“氨基酸的种类”。5．现有一种“十二肽”，分子式为CXHYNZOWS(Z12，W13)。已知将它彻底水解后只得到下列氨基酸。下列叙述中，正确的是()A．合成该多肽时，至少需36个密码子B．控制合成该多肽相应的基因至少有36个碱基C．将一个该“十二肽”分子彻底水解后有(Z－12)个赖氨酸D．将一个该“十二肽”分子彻底水解后有(W－13)个天冬氨酸答案C解析该多肽为十二肽，说明有12个氨基酸参与了肽链的合成，根据氨基酸和密码子的一一对应关系，至少需要12个密码子(不考虑终止密码)；控制十二肽合成的直接模板mRNA至少有12×3＝36个碱基，对应的基因中至少有12×6＝72个碱基；由于5种氨基酸中只有赖氨酸的R基上有一个氨基，这条肽链中的氮原子数＝肽键数＋1＋赖氨酸的个数×1，即Z＝11＋1＋赖氨酸的个数，赖氨酸的个数＝Z－12，所以该“十二肽”彻底水解后有(Z－12)个赖氨酸；由于5种氨基酸中只有天冬氨酸的R基上有一个羧基含有2个氧原子，这条肽链中的氧原子数＝肽键数＋2＋天冬氨酸的个数×2，即W＝11＋2＋天冬氨酸的个数×2，天冬氨酸的个数＝(W－13)/2，所以该“十二肽”彻底水解后有(W－13)/2个天冬氨酸。6．某非环状多肽，经测定其分子式是C21HxOyN4S2。已知该多肽是由下列氨基酸中的几种作为原料合成的。苯丙氨酸(C9H11NO2)、天冬氨酸(C4H7NO4)、丙氨酸(C3H7NO2)、亮氨酸(C6H13NO2)、半胱氨酸(C3H7NO2S)。下列有关该多肽的叙述，不正确的是()A．该多肽彻底水解后能产生3种氨基酸B．该多肽中氢原子数和氧原子数分别是32和5C．该多肽有三个肽键，为三肽化合物D．该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子质量减少了54答案C解析依据分子式中N为4个，并分析提供的氨基酸种类，可得出由4个氨基酸组成，为四肽，存在三个肽键，即C项是错误的。再分析多肽的形成：在核糖体上，形成过程中相对分子质量减少了54；再分析S的数目为2个，可分析出4个氨基酸中有2个是半胱氨酸(C3H7NO2S)，即水解能形成的氨基酸为3种，再结合碳原子数目为21个，减去6个C原子(2个是半胱氨酸)，为15个C原子，可分析出另外两个氨基酸分别为苯丙氨酸和亮氨酸，进一步推出该多肽中氢原子数和氧原子数分别是32和5，A、B、D三项是正确的。[互动探究]该多肽中含有多少个游离氨基和羧基？提示均为1个。蛋白质合成中的相关计算1．氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。2．羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。3．氮原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中N的总数。4．氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数。5．氢原子数＝各氨基酸中H的总数－2×脱去水分子数。序号错因分析正确答案序号错因分析正确答案①不理解氨基结构—NH2②不理解羧基结构—COOH③不理解肽键结构—CO—NH—④对“种类”和“数目”辨析不清2⑤不理解多肽的命名依据三肽⑥写错字脱水缩合⑦不全面氨基和羧基⑧不理解水的参与CHHOCOOHCHC6H5NH2和C6H5—COOH题组一蛋白质的结构与特点1．判断正误：(1)细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质(2008·天津，1C)()(2)蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能并未发生改变(2009·福建，4A)()(3)tRNA、mRNA、rRNA都参与蛋白质的合成(2008·海南，7C)()(4)磷脂和蛋白质合成时，需要模板(2011·江苏，1A改编)()(5)具有生物催化作用的酶都是由氨基酸组成的(2008·天津，1A)()(6)常温条件下，蛋白质与双缩脲试剂发生作用呈现紫色，是由于蛋白质有肽键(2008·广东理基，42A和2009·江苏，21C)()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√2．(2012·上海卷，6)生物体中的某种肽酶可水解肽链末端的肽键，导致()A．蛋白质分解为多肽链B．多肽链分解为若干短肽C．多肽链分解为氨基酸D．氨基酸分解为氨基和碳链化合物答案C解析肽酶可水解肽链末端的肽键，最终将多肽链分解为氨基酸。3．(2012·海南卷，2)下列关于蛋白质的叙述，错误的是()A．有些蛋白质是染色体的组成成分B．酶在催化反应前后，其分子结构不变C．食盐作用下析出的蛋白质发生了变性D．蛋白质可与双缩脲试剂