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第2节生命活动的主要承担者——蛋白质想一想：人体内氨基酸如何分类，各有几种？议一议：多肽与蛋白质有何区别？蛋白质的空间结构在哪里形成？答案:想一想：①必需氨基酸：人体细胞不能合成的，必需从外界直接获取，8种谐音记忆：两（亮异亮）册（色）书（苏）本（苯丙）携（缬）家（甲）来（赖）儿童9种（多出组氨酸）;②非必需氨基酸：人体细胞能够合成的，12种。议一议：①多肽呈链状结构，往往无生物活性而蛋白质具有一定的空间结构，有生物活性;②蛋白质的空间结构是在内质网中形成的。1．蛋白质的三维结构与其热变性(浙江科技版)蛋白质分子由一条或多条肽链组成，肽链间只有通过一定的化学键(肯定不是肽键)构成独特的三维结构时，才表现出特有的生物活性。蛋白质的空间结构并不稳定，会随着温度的升高而发生改变，并且一旦改变，便会失去活性，这种现象就叫蛋白质的热变性。一般地蛋白质在温度升高后，其生物活性会降低，在温度超过40～50℃时，其活性就可能完全丧失。2.蛋白质的合成与运输(中国地图版)1.蛋白质有哪些主要理化性质？【提示】①酸碱两性(分子内存在—NH2和—COOH)②盐析(可以从浓的无机盐溶液中沉淀出来)③变性和凝固(一定的理化因素，使其变性凝固)④水解反应(在酸、碱或酶的作用下最终生成氨基酸)⑤显色反应(如蛋白质与硝酸作用显黄色)2.什么是蛋白质的分选？【提示】(1)含义：蛋白质合成后的去向和最终定位(2)影响因素：①分选信号②核糖体的存在部位如游离核糖体合成的蛋白质运输到不同细胞器(如线粒体蛋白、叶绿体蛋白)1．蛋白质形成过程分析(1)蛋白质与多肽的关系：每个蛋白质分子可以由1条肽链组成，也可由几条肽链通过一定的化学键(肯定不是肽链)连接而成。但多肽只有折叠成特定的空间结构进而构成蛋白质时，才能执行特定的生理功能。(2)肽键的结构式可表示如下：(3)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的两端。(4)H2O中的H来自于—COOH和—NH2，而O则只来自于—COOH。(5)若某肽链中有四个肽键，此化合物应叫五肽，不叫四肽，即以脱水缩合的氨基酸个数命名。多肽和蛋白质的区别(1)结构上有差异。多肽仅仅是蛋白质的初级结构形式，无空间结构，而蛋白质具有一定的空间结构。(2)蛋白质多样性有四个方面原因，但多肽多样性只有三个方面的原因，这一点在组织答案时应特别注意。(3)一条刚刚从核糖体这一车间下线的多肽链可以叫多肽，但不能称为蛋白质。蛋白质往往是由一条或几条多肽链和其他物质结合而成的。即基因控制蛋白质合成时，翻译的直接产物应为多肽，不能写成蛋白质。特别提醒：2.相关计算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。(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)N原子数＝各氨基酸中N的总数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数(4)O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数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)(5)氨基酸的排列与多肽的种类计算假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形分析：①A、B、C三种氨基酸，每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：形成三肽的种类：(33＝27种)形成二肽的种类：(32＝9种)②A、B、C三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽类化合物的种类：形成三肽的种类：(3×2×1＝6种)形成二肽的种类：(3×2＝6种)3333332132(6)氨基酸与相应DNA及RNA片段中碱基数目之间的关系DNA(基因)mRNA蛋白质碱基数∶碱基数∶氨基酸数6∶3∶1由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA(基因)上的6个碱基。①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有二硫键形成时，要考虑脱去氢的质量。②若脱水缩合形成的多肽链构成环状，则脱去的水分子数＝参与脱水的氨基酸数＝肽键数，其游离的氨基、羧基只能在R基团上有可能出现。特别提醒：1．在下列物质中，若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸通过脱水缩合而形成蛋白质分子，则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是()A．3、3、2B．4、3、3C．3、2、4D．2、2、2解析：从氨基酸的概念和结构通式看，找出构成人体的氨基酸有：①②③④⑥，⑤因没有氨基与羧基连在同一个碳原子上而被淘汰；构成蛋白质的氨基酸可脱水缩合成多肽。该多肽的羧基除肽链的游离端保留着一个，在③④的R基上各有一个羧基；氨基除肽链的游离端保留着一个，在②的R基上有一个。5个氨基酸脱水缩合共形成4个肽键。答案：C1．结构的多样性蛋白质分子结构多样性可以从以下四个层次分析：(1)氨基酸的种类不同，构成的肽链不同—□—□—□—□—□—□——○—○—○—○—○—○—(2)氨基酸的数目不同，构成的肽链不同—□—□—□—□—□——□—□—□—□—(3)氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同—□—○—○—□—○——○—□—○—□—○—(4)肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同以上四点并非同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备其中一点，就可说明两种蛋白质结构不同。2．功能多样性与结构多样性的关系特别提醒：2．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．氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基解析：构成蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序不同，蛋白质则不同；构成蛋白质的多肽链条数不同，蛋白质的结构也不同；多肽链的空间结构不同，蛋白质也不同。因此A、B、C三项都是蛋白质多样性的原因，只有D项不是。答案：D【例1】下面是某蛋白质的肽链结构示意图(图1，其中数字为氨基酸序号)及部分肽链放大图(图2)，请据图判断下列叙述中不正确的是()A．该蛋白质中含有两条肽链49个肽键B．图2中含有的R基是①②④⑥⑧C．从图2可推知该蛋白质至少含有4个游离的羧基D．决定该蛋白质合成的mRNA中至少含有51个密码子自主解答：________思路点拨：①不是R基，故B项错误。答案：B(1)该蛋白质的肽链为何种形式的结构时可含有51个肽键？(2)能从图2推知该肽链至少含有2个游离的氨基吗？【提示】(1)环状。(2)能，因为R基②上有一个氨基。【例2】(2010·汕头模拟)蛋白质是一切生命活动的体现者，对于生物体而言，蛋白质的“生老病死”至关重要。2004年诺贝尔化学奖获得者研究发现：一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中起重要作用。泛素激活酶E1将泛素分子激活，然后由E1将泛素交给泛素结合酶E2，最后在泛素连接酶E3的指引下将泛素转移到靶蛋白上。这一过程不断重复，靶蛋白就被绑上一批泛素分子。被泛素标记的靶蛋白很快被送往细胞内一种称为蛋白酶体的结构中进行降解。整个过程可表示为如下所示图解。请分析回答。(1)蛋白质在生物体内具有多种重要功能。依上述材料可推测出蛋白质的一项具体功能是_____________________________。(2)泛素调节的蛋白质降解过程中所需能量主要来自________物质。(3)蛋白酶体所含的酶最可能是_______________________________。(4)细胞内E1、E2、E3在蛋白质降解过程中所起的作用不同，从分子水平上分析，其原因是_________________________________。自主解答：__________________________________________________思路点拨：(1)题干信息显示泛素可使靶蛋白在蛋白酶体中降解，整个过程离不开泛素结合酶、连接酶等，而它们在反应前后并未改变，说明蛋白质具有催化作用；(2)在细胞和生物体的生命活动中，能量的主要来源是糖类，蛋白质的降解也需要能量；(3)蛋白酶体可将靶蛋白降解(即水解)，因此，其中所含酶应为蛋白质水解酶(蛋白酶)；(4)各种酶的催化功能不同是由其分子结构所决定的。答案：(1)催化作用(2)糖类(3)蛋白酶(4)它们虽都是蛋白质，但其分子结构不同题后反思：本题重在考查阅读能力、信息提取与处理能力以及分析、推理能力。就知识而言，则主要考查了酶和蛋白质的相关知识，是今后高考命题的方向。对照实验及无关变量的控制实验中的无关变量很多，同一种实验结果可能是由多种不同的实验因素所引起的，因此必须严格控制无关变量，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响。设置对照实验，能有效地排除其他因素干扰实验结果的可能性，使实验设计更加严密，所以大多数实验尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。所谓对照实验是指除所控因素外，其他条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置得正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其他条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：(1)所用生物材料要相同。即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面要尽量相同或至少大致相同。(2)所有实验器具要相同。即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。(3)所用实验试剂要相同。即试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其要注意体积等量的问题。(4)所用处理方法要相同。如保温或冷却、光照或黑暗、搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要做同样的处理。【例】(2010·广东五校联考Ⅱ)赖氨酸是哺乳动物蛋白质分子中普遍存在的一种氨基酸，是人体的必需氨基酸。赖氨酸不能在人体内合成，只能从食物中获取，缺乏时会影响体内蛋白质的合成，出现营养不良，体重增加缓慢。赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生物兴趣小组利用下列材料和用具就此问题进行了探究，请补充并完善他们的实验原理和实验方案：材料和用具：20只生长发育状况相同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸、不含蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。实验原理：。实验方案：(1)配食：_________________________________，配制成食物A；配制成食物B。(2)分组：将20只大鼠平均分成甲、乙两组，分别称量其体重。(3)饲喂：甲组每天饲喂适量的食物A；________________________________________________________。(4)观测：__________________________________________________________。结果及结论：(略)思路点拨：研究“赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸”，实验的对象是大鼠，实自变量为赖氨酸，可设置空白对照，一组饲料中含有赖氨酸，一组饲料中不含赖氨酸。注意饲料中其他氨基酸的含量和比例应适宜。因变量为营养状况，可以大鼠体重变化作为指标。自主解答：____________________________________________________答案：实验原理：必需氨基酸是动物体不能合成、只能从食物中获得的氨基酸。当动物缺乏必需氨基酸，就会影响体内蛋白质的合成，出现营养不良，体重增加缓慢等现象(其他合理答案亦可)实验方案：(1)取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入含量和比例适宜的20种氨基酸另取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入除赖氨酸以外的19种氨酸，其含量和比例与食物A中相同(3)乙组每天饲喂等量的食物B。两组大鼠其他饲养条件相同(4)分别测量甲、乙两组大鼠的体重，并计算体重增加量