第2讲 生命活动的主要承担者蛋白质【基础自主梳理】一、氨基酸及其种类氨基酸是组成蛋白质的基本单位，其结构通式是1.特点：每种氨基酸至少有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，氨基酸的不同在于侧链基团的不同。2.种类和分类：组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。根据是否能在体内合成分为必需氨基酸和非必需氨基酸。二、蛋白质的结构及其多样性1.结构层次2.结构多样性的原因(1)氨基酸方面：氨基酸的种类、数目和排列顺序的不同。(2)肽链方面：肽链的空间结构不同。思考感悟：只要组成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序相同则蛋白质就相同吗?提示：不一定，因蛋白质还受肽链的空间结构影响。三、蛋白质的功能一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。1.结构蛋白：是构成细胞和生物体结构的重要物质，如肌肉、头发、羽毛等的成分。2.催化作用：绝大多数酶的本质是蛋白质。3.运输作用：具有运输载体的功能，如血红蛋白能运输氧。4.信息传递作用：调节机体的生命活动，如胰岛素等激素。5.免疫功能：如人体内的抗体。【要点归纳探究】要点一、组成蛋白质氨基酸的通式及特点分析1.氨基酸的结构通式2.氨基酸结构特点的分析3.基本组成元素：C、H、O、N，有的还含有P、S等。4.氨基酸经脱水缩合形成蛋白质。在脱水缩合过程中一个氨基酸的非R基上羧基和另一个氨基酸非R基上的氨基分别脱下OH和H结合形成H2O，同时形成一个肽键。特别提醒：根据氨基酸结构通式可解决肽链中所含氨基和羧基的数目问题，但一般限定于计算其最小值，因为R基所含的氨基和羧基数目一般不能确定。【自主探究1】经分析，某一有机小分子样品含C、H、O、N四种元素，该分子很可能是 ( ) A.氨基酸 B.磷脂 C.核苷酸 D.蛋白质答案与解析A 蛋白质的元素组成主要是C、H、O、N，但蛋白质是大分子，其基本结构单位氨基酸是有机小分子，故本题答案应为A。要点二、氨基酸形成蛋白质的相关计算问题(1)蛋白质类物质形成过程中肽键、水分子的计算由氨基酸分子脱水缩合可知，蛋白质形成过程中每形成一个肽键，同时失去一分子水，即形成的肽键数=失去水分子数。(2)形成的蛋白质分子的相对分子质量蛋白质相对分子质量=氨基酸相对分子质量总和失去水分子的相对分子质量总和。注：有时还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键(SS)形成等。(1)(2)可总结如下：氨基酸平均相对分子质量氨基酸数目肽键数目脱去水分子数目多肽相对分子质量氨基数目羧基数目1条肽链 a mm-1 m-1ma-18(m-1)至少1个至少1个n条肽链 a mm-n m-nma-18(m-n)至少n个至少n个 (3)氨基酸的排列与多肽的种类假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分如下两种情形分析： A、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： A、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： 特别提醒蛋白质相对分子质量计算时要考虑特殊情况：如二硫键(-S-S-)的形成。碱基数目与氨基酸之间的关系中，由已知氨基酸推导出的DNA或mRNA的碱基数是至少数，比实际数要少。【自主探究2】已知20种氨基酸的平均相对分子质量是128，某蛋白质分子由2条多肽链组成，共有肽键98个，此蛋白质的相对分子质量最接近于 ( )A.12800 B 12544 C.11036 D.12288答案与解析C 组成蛋白质的氨基酸数=肽键数+肽链数，所以此蛋白质是由100个氨基酸经脱水缩合而成的。在脱水缩合过程中共失去水分子98个，所以此蛋白质的相对分子质量为：128100-1898= ll036。要点三、蛋白质的结构和功能及多样性 l.蛋白质的分子结构氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系可归纳成下图：肽键的结构式可表示如下：(2)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(肯定不是肽键)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.蛋白质的多样性(1)蛋白质结构的多样性氨基酸的种类不同，构成的肽链不同氨基酸的数目不同，构成的肽链不同氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同两个蛋白质分子结构不同，则这两个蛋白质不是同种蛋白质。但并不是以上这四点同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备以上其中的一点，这两个蛋白质的分子结构就不同。3.理解蛋白质的主要理化性质 蛋白质的主要理化性质为： 两性：因为蛋白质是-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，分子内存在NH2和COOH，所以蛋白质具有酸碱两性。 盐析：由于蛋白质分子的直径达到了胶体微粒的大小，所以蛋白质溶液是胶体。加入浓的无机盐溶液可以使蛋白质从溶液中沉淀出来，这个过程叫盐析。盐析是可逆反应，利用此法可以分离、提取蛋白质。 变性和凝固：蛋白质分子在一定的物理或化学因素的影响下，其分子结构发生改变，从而改变蛋白质的性质，这个变化叫蛋白质的变性。蛋白质变性后就失去了生理活性，也不再溶于水，从溶液中凝结沉淀出来，这个过程叫蛋白质的凝固。高温灭菌、消毒，就是利用加热使蛋白质凝固，从而使细胞死亡。 水解反应：蛋白质在酸、碱或酶的作用下，能生成一系列的中间产物，最后生成-氨基酸。显色反应：蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应。例如分子中有苯环的蛋白质与硝酸作用时呈黄色。蛋白质与水合茚三酮反应显紫色等。【自主探究3】 (2007江苏高考)下列不属于植物体内蛋白质功能的是 ( ) A.构成细胞膜的主要成分 B催化细胞内化学反应的酶 C供给细胞代谢的主要能源物质 D根细胞吸收矿质元素的载体答案与解析C 蛋白质的主要功能可归纳为：参与细胞结构的构成、催化细胞内的化学反应、运输矿质元素、调节生命活动等。供给细胞代谢的主要能源物质是糖类，而不是蛋白质。【精典考题例析】类型一蛋白质的基本结构单位氨基酸【例】下面关于生物体内氨基酸的叙述中正确的是 ( ) A.氨基酸是蛋白质的组成单位，是由氨基和羧基组成的 B.每个氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基 C.一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱水缩合形成多肽 D.氨基酸是酸碱两性化合物，分子中至少含有一个氨基和一个羧基并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上【思路解析】氨基酸分子的结构通式为，不仅有氨基和羧基，还有R基等；每个氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上；氨基和羧基脱水缩合后形成肽键，二个氨基酸脱水缩合形成二肽。【答案】D拓展链接 构成蛋白质的氨基酸没有种的差异性，它们都可用一个通式来表示，对于此通式要加深理解以下两点：(1)NH2和一COOH的位置：都有一个一NH2和一个一COOH连在同一个碳原子上，但并非所有的一NH2和一COOH都连在同一个碳原子上，即它们都为a-氨基酸。(2)氨基酸通过脱水缩合形成多肽(肽键)，一条或几条肽链按照一定方式通过一定的化学键结合起来形成蛋白质分子。在肽链形成过程中，两个氨基酸分子通过缩合的方式形成二肽，失去一个水分子，形成个肽键(一COOH一NH一)， 由多个氨基酸脱水缩合形成多肽链，多肽链再盘旋、折叠弯曲形成不同空间结构的蛋白质分子。类型二 蛋白质结构与功能的多样性【例2】如图表示人体内几种化学元素和化合物的相互关系，其中a、b表示有机小分子物质，A、B、X代表有机高分子物质，虚线表示遗传信息的流动方向。请据图分析回答：(1)a为_，共有_种，b的分子结构简式可表示为_。(2)B可分为Bl、B2、B3等，其原因是：从b分析是由于_；从A分析是因为_。(3)X代表_，其彻底水解产物是_。(4)b是由574个氨基酸，四条肽链组成的，在形成1分子B的过程中，共脱去_分子水。【解析】由题干B为高分子化合物，且具有免疫、催化、运氧的功能，可推测B为蛋白质，组成蛋白质的基本单位是氨基酸，推测小分子b为氨基酸，而高分子A含元素C、H、0、N、P且控制高分子B的合成，由中心法则可推测A为脱氧核酸(或DNA)，X为核糖核酸(或RNA)，a为脱氧核苷酸。答案：(1)脱氧核苷酸 4(2)氨基酸的种类、数目和排列次序的不同 DNA分子结构具有多样性(不同的基因控制合成的蛋白质不同)(3)RNA 核糖、磷酸和4种碱基(A、G、C、U) (4)570类型三 蛋白质形成过程中的相关计算【例3】（2008上海高考，15）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2 B.798、12和10C.799、1和1 D.799、11和9【思路解析】800个氨基酸脱水缩合形成含有两条链的多肽，形成肽键的数目为800-2=198个；该多肽中游离的羧基数目为2（两条肽链一端各游离1个羧基）+8（侧链R基团中的8个羧基）=10个；氨基数目为2+10=12个。答案：B【速效提升训练】一、选择题. 同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，精氨酸易溶于水，这种差异的产生，取决于 A.两者R基团组成的不同 B.两者的结构完全不同 C.酪氨酸的氨基多 D.精氨酸的羧基多1. A 氨基酸是构成蛋白质的基本单位，组成蛋白质的氨基酸共有20种，这20种氨基酸的差异仅表现为侧链R基的不同，不同氨基酸的性质就是由不同的R基决定的。 2. 在活细胞中发生的大多数化学反应中，起重要作用的物质是蛋白质，蛋白质在细胞中的存在方式通常有两种状态，一是游离态，另一是被膜结构固定起来的结合态，结合态的蛋白质不可能具有的功能是 ( )A.催化作用 B.运输作用 C.免疫作用 D.调节作用2.D 蛋白质的功能是：构成生命体； 催化作用； 运输作用； 调节作用； 免疫作用，而其中起调节作用的蛋白类激素是细胞分泌产物，不是被膜固定起来的蛋白质。 3.下列各项关于氨基酸的叙述中，正确的是( ) A.氨基酸是蛋白质分子的组成单位，由氨基和羧基组成 B.每个氨基酸分子都只含有一个氨基和一个羧基 C.每个氨基酸分子之间的氨基和羧基脱水缩合形成多肽 D.组成生物蛋白质的氨基酸分子中至少含有一个氨基和一个羧基并连接在同一个碳原子上3.D 从氨基酸分子结构式中可知，在连接氨基和羧基的同一个碳原子上还有R侧链基团和氢；在氨基酸分子的结构中，至少含有一个氨基和一个羧基（在侧