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第3讲生命活动的主要承担者——蛋白质（实验的科学原则）一、氨基酸及其种类组成蛋白质的基本单位的氨基酸；自然界中的氨基酸有几百种；但并不是组成蛋白质，目前发现组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。1.基本组成元素：C、H、O、有的还含有P、S。2.结构通式（1）结构通式及不同表达形式(2)特点①都有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上，否则不是构成生物体蛋白质的氨基酸；②氨基酸分子中至少有一个—NH2、一个—COOH，因为R基中可能有—NH2和—COOH。【友情提醒】不同的氨基酸的R基不同，可通过R基判断氨基酸的种类。【例1】蛋白质是由氨基酸通过肽键形成的大分子化合物，一个氨基酸分子中的氨基和另一个氨基酸分子中的羧基脱去一个水分子缩合形成肽键。蛋白质分子结构示意如下：其中用虚线框出的甲、乙、丙的名称依次为()A．氨基、肽键、羧基B．羧基、肽键、氨基C．肽键、氨基、羧基D．氨基、羧基、肽键A【解析】本题考查蛋白质的分子结构特点。—NH2代表氨基，—COOH代表羧基，—NH—CO—代表肽键。二、蛋白质的结构及其多样性1．脱水缩合(1)概念：指一个氨基酸分子的—COOH与另一个氨基酸分子的—NH2相连接，同时失去一分子水的结合方式。其中羧基提供一个—OH，氨基提供一个—H。(2)反应式：注意：①反应产物中有“H2O”，脱去的水分子中的氢来自羧基和氨基，脱去的水分子中的氧来自羧基。②参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是R基中的氨基和羧基。③肽键的不同表达形式：—NH—CO—或—CO—NH—或。2．蛋白质的形成一条或几条肽链，通过一定的化学键互相连接在一起，再经过折叠、盘曲和缠绕，形成复杂的空间结构，即蛋白质。蛋白质的形成过程可用如下表示：氨基酸分子(成百上千)肽链(一条或几条)蛋白质分子3．蛋白质结构的多样性蛋白质结构多样的原因可以这样理解记忆：构成蛋白质的氨基酸种类不同、氨基酸数目不同、氨基酸排列顺序不同、肽链盘曲折叠成的空间结构不同。【友情提醒】①肽链只有经过有规则的盘绕、折叠成一定的空间结构后才是蛋白质，所以多肽并非就是蛋白质。②蛋白质变性时遭到破坏的是其空间结构。【例2】下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法正确的是()A．蛋白质结构的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间结构有关B．已知某化合物具有催化功能，可以推断此物质为蛋白质C．有些蛋白质具有免疫功能，如抗体；有些蛋白质具有接受信息的功能，如受体。抗体与受体都具有专一性D．蛋白质空间结构改变，不会影响其生物活性C【解析】本题考查蛋白质结构多样性的原因，蛋白质的特性和功能。蛋白质结构的多样性与肽链盘曲折叠成的空间结构有关，氨基酸无空间结构；具有催化功能的是酶，绝大多数酶是蛋白质，少部分是RNA；蛋白质具有免疫、信息传递等功能，而抗体只能与特异性抗原相结合，受体只能与特定的信号分子结合，它们都具有专一性；蛋白质空间结构改变会影响其生物活性。三、蛋白质功能蛋白质是生物体内生命活动的承担者，其主要功能总结如下：项目类型功能举例结构蛋白许多蛋白质是构成细胞和生物体的成分肌动蛋白、肌球蛋白调节作用对细胞和生物体的生命活动有重要的调节作用胰岛素、生长激素等蛋白质类激素催化作用催化细胞内的各种化学反应酶几乎都是蛋白质续表项目类型功能举例运输作用有些蛋白质具有运输载体的功能血红蛋白免疫作用对侵入人或高等动物体内的抗原物质的清除有重要作用抗体通透作用对某些物质透过细胞膜或细胞内的膜结构有重要的作用细胞膜上的载体信息传递蛋白质参与生物体的各种信息传递过程激素与受体的识别【例2】(2010·淄博一模)下图是人体内的三个生理过程示意图，其中Y代表不同类型的蛋白质。下列说法正确的是()CA．若过程①中的X为激素，则Y代表的物质是受体糖蛋白，该糖蛋白也可存在于细胞膜的内侧B．若过程②中的X是抗原，则Y是抗体。产生Y物质的细胞可以识别相应的抗原C．若过程③中的X是食物蛋白，则Y的释放与细胞膜的流动性有关D．若过程③中的X为反应底物，则Y在人体细胞内均分布于生物膜上【解析】本题考查蛋白质的功能。具有识别作用的糖蛋白只能位于细胞膜的外侧，A错；产生抗体的效应B细胞无识别抗原的作用，B错；催化化学反应的酶有些位于生物膜上，有些位于细胞质基质、线粒体基质及叶绿体基质中，D错；消化食物蛋白的消化酶属于分泌蛋白，其分泌过程利用了细胞膜的流动性。四、与蛋白质有关的计算1、关于氨基酸脱水缩合反应的计算(1)对于n个氨基酸来讲，至少有n个氨基和n个羧基；(2)n个氨基酸分子缩合成一条肽链，失去的水分子数＝肽键数＝n－1，至少有1个氨基和1个羧基；(3)n个氨基酸分子缩合成X条肽链，失去的水分子数＝肽键数＝n－X，至少有X个氨基和X个羧基；(4)n个氨基酸分子缩合成环状肽时，失去的水分子数＝肽键数＝n，氨基和羧基数与R基团有关；(5)蛋白质完全水解时所需要的水分子数等于该蛋白质形成时脱去的水分子数；(6)蛋白质合成过程中相对分子质量的变化：氨基酸的平均相对分子质量为a，数目为n，肽链数为X，则蛋白质的相对分子质量为：a·n－18·(n－X)。2．氨基酸与对应的DNA及mRNA片段中碱基数目之间的计算依据DNA(基因)∶mRNA∶氨基酸＝6∶3∶1的数量关系进行换算。3．氨基酸数、肽键数、失去水分子数及多肽的相对分子质量之间的关系【友情提醒】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若某肽链中有四个肽键，此化合物应叫五肽，不叫四肽，即根据脱水缩合的氨基酸个数命名。③信使RNA碱基是氨基酸数的三倍，不考虑终止密码子。④脱去的水分子中，H既来自氨基又来自羧基，O来自羧基。⑤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。【例4】某蛋白质分子含a条肽链，共有b个氨基酸残基，如果氨基酸的平均相对分子质量是c，则该蛋白质的相对分子质量以及水解时需要的水的相对分子质量分别是()A．b(c－18)＋18a和18(b－a)B．b(c＋18)＋18a和18(a＋b)C．b(c－18)－18a和18(a－b)D．b(c＋18)－18a和18(b－a)A【解析】此题主要考查氨基酸数目、氨基酸相对分子质量与蛋白质相对分子质量之间的数量转换。(1)先求氨基酸形成蛋白质时失去的水分子数：失去水分子数＝氨基酸个数－肽链条数＝b－a。(2)形成蛋白质的相对分子质量为：氨基酸总相对分子质量－失去水的总相对分子质量＝bc－18(b－a)＝b(c－18)＋18a。(3)合成蛋白质时失去的水分子数等于蛋白质水解需要的水分子数。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．若某肽链中有四个肽键，此化合物应叫五肽，不叫四肽，即根据脱水缩合的氨基酸个数命名。3．信使RNA碱基是氨基酸数的三倍，不考虑终止密码子。4．脱去的水分子中，H既来自氨基又来自羧基，O来自羧基。5．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。一、理论归纳1．概述科学性原则是指设计的实验必须具有科学性，即无理论上和操作上的错误，符合自然规律。2．分析二、演练(1)在保质期内，豆腐乳放置的时间越长，蛋白质含量越低，短肽和氨基酸含量越高。为研究其原因，该小组取适量豆腐乳制成样液，等量加入各试管，进行了以下实验。(2011·重庆)某兴趣小组将豆腐块灭菌，接种微生物后培养2天，加入适量食盐，经密封放置10天后制得豆腐乳。实验中，加入双缩脲试剂A后，样液的颜色将。不变处理④中，100℃加热的目的是使酶失活。如果处理③与处理④相比，显色较，浅且处理③与处理②相比，显色较，浅则表明豆腐乳中蛋白质被微生物产生的蛋白酶(肽酶)分解，最终使短肽和氨基酸等含量增加，因此保质期内豆腐乳放置越久风味越佳。(2)食用豆腐乳后，其中的氨基酸可以在人体内通过氨基转换。作用形成新的氨基酸，还可以由氨基酸产生的不含氮部分合成糖类和脂肪。【解析】(1)双缩脲试剂A液为0.1g/mL的NaOH溶液，遇样液后，不发生颜色变化。处理④中，100℃加热的目的是使酶失活，以便与处理③进行比较；本实验的原理是②豆腐乳中蛋白质含量越少，遇双缩脲试剂后，紫色越浅。(2)氨基酸可以在人体细胞中通过氨基转换作用形成新的氨基酸。还可以通过脱氨基作用将氨基酸分解为含氮部分和不含氮部分。其中不含氮部分可以合成糖类和脂肪，也可以氧化分解产生CO2和H2O，并释放能量。1.(2009·上海)某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少有氧原子的个数是()A．n－mB．n－2mC．n＋mD．n＋2m【解析】由氨基酸的结构通式可知一个氨基酸至少有两个O，形成蛋白质缩合过程中要脱掉水，2n－(n－m)＝n＋m。C2.(2009·上海)某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是()A．75对碱基B．78对碱基C．90对碱基D．93对碱基【解析】根据题中条件可知该多肽由30个氨基酸组成，则应为30个密码子再加上终止密码子，应为31，编码多肽的基因碱基为31×6＝186,93对碱基。D3.(2008·上海)现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次分别为()A．798、2和2B．798、12和10C．799、1和1D．799、11和9【解析】肽键数等于氨基酸数800减去肽链的条数2为798。每条肽链前有一个羧基，后有一个氨基，加上R基有10个氨基，8个羧基，所以，氨基和羧基的数目依次分别12和10。B4.层粘连蛋白是由一条重链(A链)和两条轻链(B1、B2链)构成的高分子糖蛋白，作为细胞结构成分，含有多个结合位点并保持细胞间粘连及对细胞分化等都有作用，层粘连蛋白结构示意图如下，若该蛋白由m个氨基酸构成，下列有关说法不正确的是()DA．该层粘连蛋白含有的肽键数为m－3B．该蛋白在细胞识别中具有重要作用C．癌细胞膜表面层粘连蛋白减少D．该物质的合成只需核糖体即可完成【解析】肽键数等于氨基酸数减去肽链数；糖蛋白在细胞识别中有重要作用；癌细胞膜表面糖蛋白减少；核糖体上只能合成蛋白质，不能合成多糖。5.绿色荧光蛋白简称GFP，是由238个氨基酸组成的单链，最初是从维多利亚多管发光水母中分离出来的结构蛋白，会发出绿色荧光。下列有关GFP的说法正确的是()DA．GFP合成过程中形成了239个肽键B．GFP是由核糖体合成、内质网加工并由高尔基体分泌的，同时由线粒体提供能量C．由于此种蛋白质合成时进行了逆转录的过程，故GFP会发出荧光D．GFP可以整合到细胞膜表面，用于标记定位癌细胞【解析】GFP是由238个氨基酸组成的单链，则在合成过程中脱去了237个水分子，形成237个肽键。GFP为结构蛋白，不能由高尔基体分泌到细胞外。逆转录是某些病毒具有的过程。GFP可以整合到细胞膜表面，用于癌细胞的标记定位。6.疯牛病病毒(朊病毒)是不同于细菌和病毒的生物形式，只含畸形蛋白质，不利用DNA或RNA进行复制，而是利用正常细胞中与其氨基酸排列顺序一致的蛋白质进行复制。下列方法中可以用来检测牛饲料中是否含有朊病毒的是()DA．用双缩脲试剂检测牛饲料中的提取液B．用DNA探针检测牛饲料中的提取液C．提取牛饲料中的蛋白质，然后进行氨基酸测序，看是否与朊病毒的氨基酸序列相同D．以上方法均不可取【解析】本题以信息题形式考查蛋白质的有关问题。从题干中知“只含畸形蛋白质，不利用DNA或RNA进行复制”可排除B；由“利用正常细胞中与其氨基酸排列顺序一致的蛋白质进行复制”可排除C；朊病毒和饲料中均含蛋白质，可排除A。7.蛋白质在动物体内的消化过程可表示为：现有某种链状多肽，其化学式是C55H70O19N10，消化后只得到下列四种氨基酸：则：